조명용 백색 LED 주요 기술 루트 분석
백색 LED 유형: 조명용 백색 LED의 주요 기술 경로는 다음과 같습니다. 1개의 청색 LED + 형광체 유형; 2RGB LED 유형; 3자외선 LED + 형광체형
1. Blue-LED 칩 + 황록색 형광체 유형에는 다색 형광체 유도체가 포함됩니다.
황록색 형광체 층은 LED 칩의 청색광의 일부를 흡수하여 광발광을 생성하고, LED 칩에서 나오는 청색광의 다른 부분은 형광체 층을 투과하여 형광체에서 방출되는 황록색 빛과 수렴합니다. 공간의 다양한 지점에서 빨간색, 녹색, 파란색 빛이 혼합되어 백색광을 형성합니다. 이러한 방식으로 외부 양자 효율 중 하나의 광발광 변환 효율의 최고 이론값은 75%를 초과하지 않습니다. 칩 발광의 추출률은 약 70%에 도달할 수 있으므로 이론적으로 파란색 빛은 흰색입니다. LED 조명 효율은 340Lm/W를 초과하지 않으며 CREE는 지난 몇 년간 303Lm/W에 도달했으며 테스트 결과가 정확하다면 축하할 가치가 있습니다.
2, 빨간색, 녹색, 파란색 3원색 조합 RGB LED 유형(RGBW-LED 유형 등)
R-LED(빨간색) + G-LED(녹색) + B- LED(청색) 3개의 LED가 결합되어 삼원색인 빨간색, 녹색, 파란색의 빛이 공간에서 직접 혼합되어 백색광을 형성합니다. 이렇게 고효율 백색광을 만들기 위해서는 우선 다양한 색상의 LED, 특히 녹색 LED가 '에너지 백색광'에서 가시광선이 약 69%에 달하는 고효율 광원이어야 한다. 청색 LED와 적색 LED의 효율은 매우 높고, 내부 양자 효율은 각각 90%와 95%를 넘지만, 녹색 LED의 내부 양자 효율은 훨씬 뒤쳐진다. 이러한 GaN 기반 LED 녹색광이 효율적이지 못하는 현상을 '그린라이트 갭'이라 한다. 주된 이유는 녹색 LED가 자체 에피택셜 물질을 찾지 못했기 때문입니다. 기존의 인-비소계 질화물 계열 소재는 황록색 스펙트럼 범위에서 효율이 낮았으며, 녹색 LED를 만들기 위해서는 적색광이나 청색광 에피택셜 소재를 사용했다. 낮은 전류 밀도 조건에서 녹색 LED는 형광체 변환 손실이 없기 때문에 청색 + 형광체 녹색광보다 발광 효율이 더 높습니다. 발광효율은 1mA에서 291Lm/W에 달하는 것으로 보고되어 있다. 그러나 큰 전류에서는 Droop 효과에 의한 녹색광의 광효과가 크게 감소하며, 전류밀도를 높이면 광효과가 감소한다. 급격히 낮아졌습니다. 전류 350mA에서 발광효율은 108Lm/W이고, 1A 조건에서 발광효율은 66Lm/W로 떨어진다.
III족 인화물의 경우, 녹색 밴드로 빛을 방출하는 것은 재료 시스템에 대한 근본적인 장벽이 됩니다. AlInGaP의 구성을 변경하면 빨간색, 주황색 또는 노란색 대신 녹색으로 빛납니다. 이는 재료 시스템의 상대적으로 낮은 에너지 갭으로 인해 캐리어 감금이 부족하여 효과적인 복사 재결합이 불가능해집니다.
대조적으로, III족 질화물은 달성하기가 더 어렵지만 극복할 수 없는 것은 아닙니다. 이 시스템에서 빛이 녹색 대역으로 확장되어 효율이 감소하는 두 가지 요인은 외부 양자 효율과 전기 효율 저하입니다. 외부 양자 효율의 감소는 녹색 LED가 GaN의 순방향 전압이 높아서 전력 변환율이 감소하기 때문에 발생합니다. 두 번째 단점은 주입 전류 밀도가 증가함에 따라 녹색 LED가 감소하는데, 이는 드루프 효과에 의해 갇히게 됩니다. Droop 효과는 파란색 LED에도 나타나지만 녹색 LED에서는 더욱 중요하므로 작동 전류가 낮아집니다. 그러나 드루프 효과의 원인에는 오제 화합물뿐만 아니라 잘못된 배치, 캐리어 오버플로 또는 전자 누출 등 여러 가지 이유가 있습니다. 후자는 고전압 내부 전기장에 의해 강화됩니다.
따라서 녹색 LED의 발광 효율을 향상시키는 방법은 다음과 같습니다. 한편으로는 기존 에피택셜 재료 조건에서 Droop 효과를 줄여 광 효율을 향상시키는 방법입니다. 두 번째 측면은 청색 LED와 녹색 형광체의 광발광 변환이 녹색광을 방출한다는 점이다. 이 방법은 고효율 녹색광을 얻을 수 있으며, 이론적으로 비자발적 녹색광에 속하는 현재의 백색광 효과보다 더 높은 수준을 달성할 수 있다. 분광확장으로 인한 색순도가 저하되어 디스플레이에는 불리하지만, 일반 조명에는 문제가 없습니다. 이 방법으로 얻은 녹색광 효과는 340Lm/W 이상의 가능성이 있지만 백색광을 결합한 후에도 여전히 340Lm/W를 초과하지 않습니다. 셋째, 자체 에피택시 재료를 계속 연구하고 찾는 것입니다. 이 방법으로 340Lm/w보다 더 많은 녹색광을 얻음으로써 빨간색, 녹색 및 파란색의 3원색 LED가 결합한 백색광을 얻을 수 있다는 희망이 있습니다. 블루칩형 백색 LED 340Lm/W의 광효율 한계치보다 높습니다.
3.UV LED 칩 + 3원색 형광체 광
위의 두 백색 LED의 주요 고유 결함은 광도와 색도의 공간적 분포가 고르지 않다는 것입니다. 자외선은 사람의 눈에 보이지 않습니다. 따라서 칩에서 방출된 자외선은 봉지층의 3원색 형광체에 흡수되어 형광체의 광발광이 백색광으로 변환되어 공간으로 방출된다. 이것이 가장 큰 장점으로, 기존 형광등과 마찬가지로 공간적인 색상 불균일이 없습니다. 그러나 자외선 칩형 백색 LED의 이론적인 광효과는 블루칩형 백색광의 이론치보다 높을 수 없고, RGB형 백색광의 이론치보다 높을 가능성도 낮다. 그러나 현재의 두 가지 백색 LED에 가깝거나 그보다 훨씬 더 효율적인 자외선형 백색 LED를 얻을 수 있는 것은 자외선 여기에 적합한 고효율 삼색성 형광체의 개발을 통해서만 가능하다. 청색광 자외선 LED에 가까울수록 가능성 중파장, 단파장 자외선형 백색 LED는 클수록 불가능하다.