什么晋级白光LED光效?有何实施方案?

白光LED种类:照明用白光LED的主要技术路线有: ①蓝光LED+荧光粉型; ②RGB LED
型; ③紫外光LED +荧光粉型

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1、蓝光芯片型白光LED提升光效

1、蓝光-LED芯片 + 黄绿荧光粉型包括多色荧光粉衍生等型

a) 提升内量子效率
在有源区产生更多的蓝光并减少蓝光输出时的吸收,随着外延生长技术和多量子阱结构的发展,超高亮度发光二极管的内量子效率已有了非常大的改善,蓝光LED已达90%以上;

黄绿荧光粉层吸收一部分LED芯片的蓝光产生光致发光,另一部分来自LED芯片的蓝光透射出荧光粉层后与荧光粉发出的黄绿光在空间各点汇合,红绿蓝三色光混合组成白光;这种方式中,外量子效率之一的荧光粉光致发光转换效率的最高理论值将不超过75%;而芯片出光的提取率最高也只能达到70%左右,所以,理论上蓝光型白光LED光效最高将不超过340
Lm/W,前几年CREE达到303Lm/W,如果测试结果准确的话是值得庆贺的。

b) 提升光提取效率
采用倒装结构避免正装结构的电极和金线遮挡光;平衡解决透明导电膜吸光与扩散电流的矛盾;底部反射层使蓝光向正面出光方向反射;表面图型化或表面粗糙化技术避免因折射率差异大导致的发光被过多全反射等;接近芯片折射率的封装材料;

2、红绿蓝三基色组合RGB LED 型包括RGBW- LED型等

c) 提升荧光粉光致发光转换的外量子效率
研发光致发光转换效率高的荧光粉材料及配比;

R-LED+ B-
LED三个发光二极管组合在一起,所发出的红绿蓝三基色光在空间直接混合组成白光。要想用这种方式产生高光效白光,首先各色LED特别是绿色LED必须是高效光源,这从“等能白光”中绿光约占69%可见。而目前,蓝光和红光LED的光效已经做到很高了,内量子效率分别超过90%和95%,但是绿光LED的内量子效率却远远落后。这种以GaN为主的LED绿光效率不高的现象被称为“绿光缺口”。其主要原因是绿光LED还没找到专属自己的外延材料,现有磷砷氮化物系列材料在黄绿色谱范围里效率都很低,而采用红光或蓝光的外延材料制作绿光LED,在较低的电流密度条件下,因为没有荧光粉转换损耗,绿光LED要比蓝光+荧光粉型绿光的光效更高,据报道在
1mA电流条件下其发光效率达到291Lm/W。但在较大电流下Droop效应导致的绿光的光效下降很显着,当电流密度增加,光效下降很快,在350mA电流下,光效是108Lm/W,在1A条件下,光效下降到66Lm/W。

d) 提升封装的光出射效率
封装材料的折射率高有利于芯片出光的提取率,但也会使与空气折射率差异增大;对于平面型封装,导致与空气界面之间的向内全反射增大,从而又使出光率减小,因此,在平面型封装之上可考虑再加一层折射率过渡的二次透明封装层;此外,对于非平面型封装,改进荧光粉涂层厚度和形状以及封装结构形状,避免因折射率差异大所导致的出射光被过多全反射。

什么晋级白光LED光效?有何实施方案?。对于III族磷化物而言,发射光到绿色波段成为了材料系统的基础障碍。改变AlInGaP的成分让它发绿光,而不是红光、橙色或者黄色—造成载波限制不充分,是由于材料系统相对低的能隙,排除有效的辐射复合。

蓝光芯片型白光LED的最高光效主要由四部分所限:

相比之下,III族氮化物要达到高效难度更大,但困难并不是无法逾越的。用这个系统,将光延伸到绿光波段,会造成效率降低的两个因素是:外部量子效率和电效率的下降。外部量子效率下降来源于尽管绿光带隙更低,但绿光LED采用GaN的高正向电压,使得电源转换率下降。第二个缺点是绿光LED随注入电流密度增大而下降,被droop效应所困。Droop效应也出现在蓝光
LED中,但在绿色LED中影响更甚,导致常规的工作电流效率更低。然而,造成droop效应原因猜测很多,不仅仅只有俄歇复合这一种一其中包括了错位、载体溢出或者电子泄漏。后者是由高压内部电场增强的。

①蓝光的内量子效率估计不超过90%(较高温影响下,而小功率常温可达95%左右);

因此,提高绿光LED光效的途径:一方面研究现有外延材料条件下如何减小Droop效应来提升光效;第二方面,用蓝光LED加绿色荧光粉的光致发光转换发出绿光,该方法可以得到高光效绿光,理论上来说可达到高于目前的白光光效,它属于非自发绿光,其光谱展宽所导致的色纯度下降,对于显示来说是不利的,但对于普通照明来说没有问题,该方式获得的绿光光效有大于340
Lm/W的可能性,但组合白光后仍然不会超过340
Lm/W;第三,继续研究寻找专属自己的外延材料,只有这样才有一线希望通过获得比340
Lm/w高较多的绿光后,再由红绿蓝三个三基色LED组合后的白光才可能高于蓝光芯片型白光LED的光效极限340
Lm/W。

②外延层的光提取效率估计不超过85%(正装结构和垂直结构其GaN与硅胶或环氧树脂的材料折射率决定的全反射角约42°;倒装结构其GaN与Al2O3的全反射临界角约46°;进行图型优化等处理后估计不会超过75°);

3、紫外光LED芯片 + 三基色荧光粉发光

③蓝光转换为白光的最高量子效率估计不超过70%(视见效率最高的为无损耗单光谱555nm绿光,蓝光全部转换至555nm单色绿光的光致发光效率不超过78%);

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