1、蓝光芯片型白光LED提拔光效
a) 提拔内量子效率在有源区发生更多的蓝光并削减蓝光输出时的接收,跟着外延生长手艺和多量子阱构造的成长,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;
b) 提拔光提取效率 采用倒装构造避免正装构造的电极和金线遮挡光;均衡解决透亮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偏向反射;外观图型化或外观粗拙化手艺避免因折射率差别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;
c) 提拔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;
d) 提拔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别增大;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,是以,在平面型封装之上可考虑再加一层折射率过渡的二次透亮封装层;此外,对于非平面型封装,改善荧光粉涂层厚度和外形以及封装构造外形,避免因折射率差别大所导致的出射光被过多全反射。
蓝光芯片型白光LED的最高光效首要由四部门所限:
①蓝光的内量子效率估量不跨越90%(较高温影响下,而小功率常温可达95%摆布);
②外延层的光提取效率估量不跨越85%(正装构造和垂直构造其GaN与硅胶或环氧树脂的材料折射率决意的全反射角约42°;倒装构造其GaN与Al2O3的全反射临界角约46°;进行图型优化等处理后估量不会跨越75°);
③蓝光转换为白光的最高量子效率估量不跨越70%(视奏效率最高的为无损耗单光谱555nm绿光,蓝光悉数转换至555nm单色绿光的光致发光效率不跨越78%);
④荧光粉层白光出射球型封装的效率不跨越95%(平面封装出射率将或者更低得多,这一项人们平时存眷较少,因为光从硅胶或环氧树脂出射至空气的全反射临界角仅约为42°)。
这四部门相乘的综合光效率估量不跨越50%;也就是说蓝光芯片型白光LED的光效不会跨越340Lm/W摆布。
据报道,今朝全球最高光效的白光LED是美国CREE公司2014年3月传播303Lm/W。已接近本文上面剖析估计的白光LED光效的极限。
美国CREE公司实验室碳化硅衬底白光LED光效进展
我国今朝国产化的LED光效也已慢慢赶上国际进步水平。多年前,我国南昌大学团队采用在硅晶片上预先栅格化刻蚀来缓解生长GaN后降温过程中热成家差别大造成的龟裂和位错缺陷,经由特别办法改善MOCVD设备要害部件“密布输气管”来改善GaN生长的平均性等等自立专利手艺,冲破了硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管的要害手艺,成为继日美之后第三个把握蓝光LED自立常识产权手艺的国度。打破了..蓝宝石衬底、美国碳化硅衬底历久垄断国际LED照明焦点手艺的局势,与日美手艺形成全球三足大力之势。据国度半导体照明工程研发及财富联盟发布的《2018中国半导体照明财富成长蓝皮书》数据:“2018年我国财富化白光LED光效水平达到180Lm/W,硅基黄光(565nm@20A/cm2)电光转换效率24.3%,硅基绿光(520nm@20A/cm2)电光转换效率41.6%”。这是值得可喜的,但在半导体集成电路财富8寸、12寸等主流大尺寸硅晶片要想大规模应用于LED照明财富,在今朝主流仍为6寸以下小尺寸蓝宝石衬底在LED照明财富链已形成了先发优势的情形下,硅晶片自己的工艺成熟和低成本优势反而施展不出来。估计还需守候封装设备等财富链升级到采用6寸以上衬底成为主流时,硅基LED的多量量需求才将会络续地回来其原本就具有的比蓝宝石和氮化镓衬底工艺成本低好多的优势,这时硅基LED应用市场前景就非常光亮了。
2、RGB型白光LED提拔光效
早期因为红光,稀奇是绿光LED的光效不高,所以由三个红绿蓝的LED构成的RGB型只限于显露或装饰照明用途,跟着绿光LED光效的慢慢提拔,RGB型白光LED进入实用化照明。RGB型白光LED的首要长处是:首先,不需荧光粉来转换光,单这一点从理论上来说就可削减蓝光芯片型白光LED中至少20-30%的光致发光能量转换损失;其次,可轻易调节色暖和颜色,这在智能聪明照明应用中很主要。然则RGB型白光LED其首要瑕玷是绿光LED的光效仍不高,导致总的发光效率今朝比蓝光芯片型白光LED低较多;另RGB三个LED需严厉选配光度和色度分布,使红绿蓝三个LED所发光的光色分布曲线应该腻滑完全一致且投射偏向一致,不然在分歧距离和偏向上的光度和色度不平均性严重;还有需要红绿蓝三种LED的三套供电系统,使驱动电路复杂化、成本增加。
3、紫外芯片型白光LED提拔光效
光度和色度分布不平均是蓝光芯片型白光LED和RGB型白光LED必然存在的固出缺陷,只是水平分歧罢了。因为人眼对紫外线没有感知,行使紫外LED芯片发出的紫外线被封装涂层中的红绿蓝三基色荧光粉接收并转换成白光,所以紫外芯片型白光LED与传统荧光灯一般都不存在色度分布不平均问题,光度平均性也比蓝光芯片型和RGB型要好得多,这是其最大的长处。紫外线芯片型白光LED的首要瑕玷是,一样来说在荧光粉光致发光转换出的光谱包络与蓝光型白光的一连光谱相似情形下,紫外线芯片型白光LED的发光效率比蓝光芯片型要更低,其紫外线波长越短,转换效率就越低(254nm紫外线下的荧光粉光转换效率不跨越50%),且建造难度成倍地增加,所以从理论上来说照明弗成能使用短波紫外线芯片来建造白光LED。此外,还需研发针对长波紫外线激发的高效荧光粉。并且笔者建议其荧光粉转换后发射的光谱应像节能荧光灯的三基色那样红绿蓝三色形成星散状的不一连光谱,各自为窄光谱,绿色波峰还应接近光效最高的555nm,如许的绿光搭配红蓝光后就或者随意跨越340 Lm/W的蓝光芯片型白光LED的极限光效。当然即使荧光粉能做到如许,不改善今朝LED芯片的发光波长半宽度太宽的近况,不克象传统荧光灯中低气压放电发生的254nm工作紫外线其非常窄的波长半宽度去合营荧光粉,其结果或者仍然不太佳。
