1. שבב LED כחול+זרחן ירוק צהוב, כולל נגזרת זרחן פוליכרום

שכבת הזרחן הצהובה הירוקה סופגת את האור הכחול של חלקםשבבי LEDכדי לייצר פוטו-לומינסנציה, והאור הכחול משבבי ה-LED משדר מתוך שכבת הזרחן ומתכנס לאור הירוק הצהוב הנפלט מהזרחן בנקודות שונות בחלל, והאור האדום הירוק הכחול מתערבב ליצירת אור לבן; בדרך זו, הערך התיאורטי המקסימלי של יעילות המרת הפוטו-luminescence של זרחן, אחת מהיעילות הקוונטית החיצונית, לא יעלה על 75%; שיעור החילוץ הגבוה ביותר של אור מהשבב יכול להגיע רק לכ-70%. לכן, תיאורטית, יעילות האור המקסימלית של LED לבן אור כחול לא תעלה על 340 Lm/W, ו-CREE יגיע ל-303 Lm/W לפני כמה שנים. אם תוצאות הבדיקה מדויקות, כדאי לחגוג.

2. אדום ירוק כחול שלושה צבעים ראשוניים מסוג RGB LED, כולל סוג RGB W LED וכו'

השלושהפולטת אורדיודות, R-LED (אדום)+G-LED (ירוק)+B-LED (כחול), משולבות ליצירת אור לבן על ידי ערבוב ישיר של האור האדום, הירוק והכחול הנפלט בחלל. על מנת לייצר אור לבן בעל יעילות זוהרת גבוהה, ראשית כל, כל נוריות הלד הצבעוניות, במיוחד נוריות הלד הירוקות, חייבות להיות מקורות אור יעילים, המהווים כ-69% ​​מ"אור לבן שווה אנרגיה". נכון לעכשיו, יעילות האור של LED כחול ו-LED אדום הייתה גבוהה מאוד, כאשר היעילות הקוונטית הפנימית עולה על 90% ו-95% בהתאמה, אך היעילות הקוונטית הפנימית של LED ירוקה נמצאת הרחק מאחור. תופעה זו של יעילות נמוכה של אור ירוק של LED מבוסס GaN נקראת "פער אור ירוק". הסיבה העיקרית היא שה-LED הירוק עדיין לא מצא חומר אפיטקסי משלה. היעילות של החומרים הקיימים מסדרת הזרחן ארסן ניטריד נמוכה מאוד בתחום הכרומטוגרפי הצהוב הירוק. עם זאת, הנורית הירוקה עשויה מחומרים אפיטקסיאליים של אור אדום או אור כחול. בתנאי של צפיפות זרם נמוכה, מכיוון שאין אובדן המרת זרחן, ל-LED הירוק יש יעילות זוהרת גבוהה יותר מאשר אור כחול + אור ירוק זרחן. דווח כי יעילות האור שלו מגיעה ל-291Lm/W מתחת לזרם של 1mA. עם זאת, תחת זרם גבוה, יעילות האור של אור ירוק הנגרמת על ידי אפקט דרופ יורדת באופן משמעותי. כאשר צפיפות הזרם עולה, יעילות האור יורדת במהירות. תחת זרם 350mA, יעילות האור היא 108Lm/W, ובמצב של 1A, יעילות האור יורדת ל-66Lm/W.

עבור פוספידים מקבוצה III, פליטת אור לרצועה הירוקה הפכה למכשול הבסיסי של מערכת החומרים. שינוי ההרכב של AlInGaP כך שהוא פולט אור ירוק במקום אדום, כתום או צהוב - הגורם להגבלת נשא לא מספקת נובע מפער האנרגיה הנמוך יחסית של מערכת החומר, המונע ריקומבינציה יעילה של קרינה.

לעומת זאת, לניטרידים מקבוצה III קשה יותר להגיע ליעילות גבוהה, אך הקושי אינו בלתי עביר. כאשר האור מורחב לרצועת האור הירוק עם מערכת זו, שני הגורמים שיפחיתו את היעילות הם היעילות הקוונטית החיצונית והיעילות החשמלית. הירידה ביעילות הקוונטית החיצונית נובעת מהעובדה שלמרות שהפער בפס הירוק נמוך יותר, הנורית הירוקה משתמשת במתח קדימה גבוה של GaN, מה שמפחית את קצב המרת ההספק. החיסרון השני הוא הירוק הזהLED פוחתעם עליית צפיפות זרם ההזרקה ונלכד על ידי אפקט צניחת. אפקט צניחת מופיע גם ב-LED כחול, אך הוא חמור יותר ב-LED ירוק, וכתוצאה מכך יעילות נמוכה יותר של זרם העבודה הרגיל. עם זאת, ישנן סיבות רבות לאפקט צניחת, לא רק ריקומבינציה של Auger, אלא גם נקע, הצפת מנשא או דליפה אלקטרונית. זה האחרון מוגבר על ידי השדה החשמלי הפנימי במתח גבוה.

לכן, הדרכים לשיפור יעילות האור של LED ירוק: מצד אחד, למד כיצד להפחית את אפקט ה-Drop כדי לשפר את יעילות האור בתנאים של חומרים אפיטקסיאליים קיימים; מצד שני, ה-LED הכחולה בתוספת זרחן ירוק משמש להמרת פוטו-luminescence לפליטת אור ירוק. שיטה זו יכולה להשיג אור ירוק עם יעילות אור גבוהה, אשר תיאורטית יכולה להשיג יעילות אור גבוהה יותר מהאור הלבן הנוכחי. זה שייך לאור ירוק לא ספונטני. ירידת טוהר הצבע הנגרמת מהרחבה הספקטרלית שלו אינה חיובית לתצוגה, אך אין זו בעיה עבור תאורה רגילה. ניתן להשיג יעילות אור ירוקה יותר מ-340 ל"מ/W, עם זאת, האור הלבן המשולב לא יעלה על 340 ל"מ/W; שלישית, המשך לחקור ולמצוא חומרים אפיטקסיאליים משלך. רק כך יכול להיות שביב של תקווה שלאחר השגת יותר אור ירוק מ-340 Lm/w, האור הלבן בשילוב שלושת נוריות ה-LED האדום, הירוק והכחול עשוי להיות גבוה ממגבלת יעילות האור של השבב הכחול. LED לבן של 340 Lm/W.

3. שבב LED אולטרה סגול+ זרחן תלת צבעוני

הפגם המהותי העיקרי של שני סוגי LED הלבנים לעיל הוא שהחלוקה המרחבית של זוהר וכרומה אינה אחידה. אור ה-UV אינו נראה לעין האנושית. לכן, אור ה-UV הנפלט מהשבב נספג על ידי הזרחן התלת-צבעוני של שכבת האריזה, ולאחר מכן מומר מהפוטו-luminescence של הזרחן לאור לבן ונפלט לחלל. זהו היתרון הגדול ביותר שלה, בדיוק כמו מנורת הפלורסנט המסורתית, אין לה צבע חלל לא אחיד. עם זאת, יעילות האור התיאורטית של LED לבן מסוג שבב אולטרה סגול לא יכולה להיות גבוהה מהערך התיאורטי של האור הלבן מסוג שבב כחול, שלא לדבר על הערך התיאורטי של האור הלבן מסוג RGB. עם זאת, רק על ידי פיתוח זרחנים טריקולוריים יעילים המתאימים לעירור אור UV ניתן להשיג LED לבן אולטרה סגול עם יעילות אור דומה או אפילו גבוהה יותר משתי נוריות הלד הלבנות שהוזכרו לעיל בשלב זה. ככל שה-LED האולטרה-סגול קרוב יותר לאור הכחול, כך גדל הסיכוי שהוא יהיה, וה-LED הלבן עם קווים אולטרה-סגולים של גל בינוני וגלים קצרים יהיה בלתי אפשרי.