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白色LED照明の主な技術ルートの分析

Oct 15, 2019

照明用白色LEDの主な技術ルートの分析

白色LEDタイプ:照明用の白色LEDの主な技術ルートは次のとおりです。1つの青色LED +蛍光体タイプ。 2RGB LEDタイプ。 3紫外線LED +蛍光体タイプ


1.青色LEDチップ+黄緑色蛍光体タイプには、マルチカラー蛍光体誘導体が含まれます


黄緑色の蛍光体層は、LEDチップの青色光の一部を吸収してフォトルミネッセンスを生成し、LEDチップからの青色光の他の部分は蛍光体層を透過し、蛍光体が発する黄緑色の光と収束します空間内のさまざまなポイント、および赤、緑、青の光が混ざって白色光を形成します。 このようにして、外部量子効率の1つのフォトルミネッセンス変換効率の最高理論値は75%を超えません。 チップ発光の抽出率は約70%にしか達することができないため、理論的には青色光は白色です。 LEDの光効率は340 Lm / Wを超えず、CREEは過去数年で303Lm / Wに達しました。テスト結果が正確であれば、賞賛に値します。


2、赤、緑、青の三原色の組み合わせRGBW-LEDタイプなどのRGB LEDタイプなど


R-LED(赤)+ G-LED(緑)+ B- LED(青)3つのLEDが組み合わされ、3つの原色の赤、緑、青の光が空間で直接混合されて白色光を形成します。 この方法で高効率の白色光を生成するには、まず、さまざまな色のLED、特に緑色LEDが高効率光源である必要があります。これは、「エネルギー白色光」から約69%可視です。青色と赤色のLEDの効率は非常に高く、内部量子効率はそれぞれ90%と95%を超えていますが、緑色LEDの内部量子効率ははるかに遅れています。 このようなGaNベースのLED緑色光が効率的ではない現象は、「緑色光ギャップ」と呼ばれます。 主な理由は、緑色LEDが独自のエピタキシャル材料を見つけていないことです。 既存の窒化リン砒素シリーズの材料は、黄緑色のスペクトル範囲で効率が低く、緑色LEDの製造には赤色光または青色光のエピタキシャル材料が使用されます。 電流密度が低い条件では、緑色LEDは、蛍光体の変換損失がないため、青色+蛍光体の緑色光よりも高い発光効率を示します。 発光効率は1 mAで291 Lm / Wに達すると報告されていますが、ドループ効果に起因する緑色光の光効果は、大電流では大幅に減少し、電流密度が増加すると、光効果は急速に低下した。 350 mAの電流では、発光効率は108 Lm / Wであり、1 Aの条件下では、発光効率は66 Lm / Wに低下します。

グループIIIのリン化物の場合、緑色のバンドに光を放射することは、材料システムに対する基本的な障壁になります。 AlInGaPの組成を変えると、赤、オレンジ、黄色ではなく緑になり、材料系のエネルギーギャップが比較的低いため、キャリアの閉じ込めが不十分になり、効果的な放射再結合がなくなります。


対照的に、III族窒化物は達成がより困難ですが、その困難は乗り越えられません。 このシステムでは、グリーンバンドへの光の広がりにより効率が低下する2つの要因は、外部量子効率と電気効率の低下です。 外部量子効率の低下は、緑色LEDのGaNの順方向電圧が高く、電力変換率が低下するためです。 2番目の欠点は、注入電流密度が増加すると緑色のLEDが減少することです。これは、ドループ効果によってトラップされます。 ドループ効果は青色LEDにも現れますが、緑色LEDではさらに重要であり、動作電流が低下します。 ただし、ドループ効果の原因には多くの理由があり、オージェ化合物だけでなく、誤配置、キャリアオーバーフロー、または電子漏れもあります。 後者は、高電圧の内部電界によって強化されます。


したがって、緑色LEDの発光効率を改善する方法:一方で、既存のエピタキシャル材料条件下でドループ効果を低減して光効率を高める方法。 第二の側面、青色LEDと緑色蛍光体のフォトルミネッセンス変換は緑色光を放出します。この方法は高効率の緑色光を得ることができ、理論的には非自発緑色光に属する現在の白色光効果よりも高く達成できます。また、スペクトルの広がりによって生じる色の純度が低下します。これは表示には好ましくありませんが、通常の場合は照明に問題はありません。 この方法で得られる緑色の光の効果は340 Lm / Wを超える可能性がありますが、白色光を組み合わせた後でも340 Lm / Wを超えません。 第三に、研究を続け、独自のエピタキシャル材料のみを見つけます。この方法では、340 Lm / wよりも多くの緑色光を取得することにより、赤、緑、青の3原色LEDによって結合された白色光がブルーチップタイプの白色LED 340 Lm / Wの光効率限界よりも高い。


3.UV LEDチップ+三原色蛍光体


上記の2つの白色LEDの主な固有の欠陥は、光度と色度の不均一な空間分布です。 紫外線は人間の目には見えません。 したがって、紫外光はチップから放出された後、カプセル化層の3つの原色蛍光体によって吸収され、蛍光体のフォトルミネッセンスは白色光に変換され、空間に放出されます。 これは最大の利点であり、従来の蛍光灯と同様に、空間的な色むらがありません。 ただし、紫外線チップ型白色LEDの理論的な光効果は、青色チップ型白色光の理論値よりも高くすることはできず、RGB型白色光の理論値よりも高くなる可能性は低くなります。 しかし、紫外線励起に適した高効率の三色蛍光体の開発によってのみ、現在の2つの白色LEDに近い、またはそれよりもさらに効率的な紫外光タイプの白色LEDを得ることができます。 青色光の紫外線LEDに近いほど、可能性は高くなります。中波および短波の紫外線タイプの白色LEDが大きくなるほど、不可能になります。