全系分析照明用白光LED的主要技術(shù)路線(xiàn)

　　白光LED種類(lèi):照明用白光LED的主要技術(shù)路線(xiàn)有: ①藍光LED+熒光粉型; ②RGB LED 型; ③紫外光LED +熒光粉型。
 

　　1、藍光-LED芯片 + 黃綠熒光粉型包括多色熒光粉衍生等型

　　黃綠熒光粉層吸收一部分LED芯片的藍光產(chǎn)生光致發(fā)光，另一部分來(lái)自L(fǎng)ED芯片的藍光透射出熒光粉層后與熒光粉發(fā)出的黃綠光在空間各點(diǎn)匯合，紅綠藍三色光混合組成白光;這種方式中，外量子效率之一的熒光粉光致發(fā)光轉換效率的最高理論值將不超過(guò)75%;而芯片出光的提取率最高也只能達到70%左右，所以，理論上藍光型白光LED光效最高將不超過(guò)340 Lm/W，前幾年CREE達到303Lm/W，如果測試結果準確的話(huà)是值得慶賀的。

　　2、紅綠藍三基色組合RGB LED 型包括RGBW- LED型等

　　R-LED(紅)+ G-LED(綠)+ B- LED(藍)三個(gè)發(fā)光二極管組合在一起，所發(fā)出的紅綠藍三基色光在空間直接混合組成白光。要想用這種方式產(chǎn)生高光效白光，首先各色LED特別是綠色LED必須是高效光源，這從“等能白光”中綠光約占69%可見(jiàn)。而目前，藍光和紅光LED的光效已經(jīng)做到很高了，內量子效率分別超過(guò)90%和95%，但是綠光LED的內量子效率卻遠遠落后。這種以GaN為主的LED綠光效率不高的現象被稱(chēng)為“綠光缺口”。其主要原因是綠光LED還沒(méi)找到專(zhuān)屬自己的外延材料，現有磷砷氮化物系列材料在黃綠色譜范圍里效率都很低，而采用紅光或藍光的外延材料制作綠光LED，在較低的電流密度條件下，因為沒(méi)有熒光粉轉換損耗，綠光LED要比藍光+熒光粉型綠光的光效更高，據報道在 1mA電流條件下其發(fā)光效率達到291Lm/W。但在較大電流下Droop效應導致的綠光的光效下降很顯著(zhù)，當電流密度增加，光效下降很快，在350mA電流下，光效是108Lm/W，在1A條件下，光效下降到66Lm/W。
 

　　對于III族磷化物而言，發(fā)射光到綠色波段成為了材料系統的基礎障礙。改變AlInGaP的成分讓它發(fā)綠光，而不是紅光、橙色或者黃色―造成載波限制不充分，是由于材料系統相對低的能隙，排除有效的輻射復合。

　　相比之下，III族氮化物要達到高效難度更大，但困難并不是無(wú)法逾越的。用這個(gè)系統，將光延伸到綠光波段，會(huì )造成效率降低的兩個(gè)因素是:外部量子效率和電效率的下降。外部量子效率下降來(lái)源于盡管綠光帶隙更低，但綠光LED采用GaN的高正向電壓，使得電源轉換率下降。第二個(gè)缺點(diǎn)是綠光LED隨注入電流密度增大而下降，被droop效應所困。Droop效應也出現在藍光 LED中，但在綠色LED中影響更甚，導致常規的工作電流效率更低。然而，造成droop效應原因猜測很多，不僅僅只有俄歇復合這一種一其中包括了錯位、載體溢出或者電子泄漏。后者是由高壓內部電場(chǎng)增強的。

　　因此，提高綠光LED光效的途徑:一方面研究現有外延材料條件下如何減小Droop效應來(lái)提升光效;第二方面，用藍光LED加綠色熒光粉的光致發(fā)光轉換發(fā)出綠光，該方法可以得到高光效綠光，理論上來(lái)說(shuō)可達到高于目前的白光光效，它屬于非自發(fā)綠光，其光譜展寬所導致的色純度下降，對于顯示來(lái)說(shuō)是不利的，但對于普通照明來(lái)說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題，該方式獲得的綠光光效有大于340 Lm/W的可能性，但組合白光后仍然不會(huì )超過(guò)340 Lm/W;第三，繼續研究尋找專(zhuān)屬自己的外延材料，只有這樣才有一線(xiàn)希望通過(guò)獲得比340 Lm/w高較多的綠光后，再由紅綠藍三個(gè)三基色LED組合后的白光才可能高于藍光芯片型白光LED的光效極限340 Lm/W。

　　3、紫外光LED芯片 + 三基色熒光粉發(fā)光

　　上述兩種白光LED的主要固有缺陷是光度和色度空間分布不均勻。而紫外光是人眼無(wú)法感知看到的，因此，紫外光出射芯片后被封裝層的三基色熒光粉吸收，由熒光粉的光致發(fā)光轉換成白光，再向空間發(fā)射。這是它的最大優(yōu)點(diǎn)，就像傳統熒光燈一樣，它不存在空間顏色不均勻。但紫外光芯片型白光LED的理論光效不可能高于藍光芯片型白光的理論值，更不可能高于RGB型白光的理論值。但是只有通過(guò)研發(fā)適合紫外光激發(fā)的高效三基色熒光粉才有可能得到接近甚至比上述兩種白光LED現階段光效更高的紫外光型白光LED，越靠近藍光的紫外光型LED其可能性越大，中波和短波紫外線(xiàn)型的白光LED就不可能了。