1. رقاقة LED زرقاء + فوسفور أخضر أصفر، بما في ذلك مشتق الفوسفور متعدد الألوان

تمتص طبقة الفوسفور ذات اللون الأصفر والأخضر الضوء الأزرق الصادر عن البعضرقائق الصماملإنتاج اللمعان الضوئي، وينتقل الضوء الأزرق من رقائق LED إلى خارج طبقة الفوسفور ويتقارب مع الضوء الأخضر الأصفر المنبعث من الفوسفور في نقاط مختلفة في الفضاء، ويتم خلط الضوء الأحمر والأخضر والأزرق لتكوين الضوء الأبيض؛ وبهذه الطريقة، فإن القيمة النظرية القصوى لكفاءة تحويل التألق الضوئي للفوسفور، وهي إحدى كفاءة الكم الخارجية، لن تتجاوز 75%؛ أعلى معدل لاستخراج الضوء من الشريحة يمكن أن يصل إلى حوالي 70% فقط. لذلك، من الناحية النظرية، فإن الحد الأقصى لكفاءة الإضاءة للضوء الأزرق LED الأبيض لن يتجاوز 340 Lm/W، وسوف تصل CREE إلى 303 Lm/W قبل بضع سنوات. إذا كانت نتائج الاختبار دقيقة، فإن الأمر يستحق الاحتفال.

2. أحمر أخضر أزرق ثلاثة ألوان أساسية من نوع RGB LED، بما في ذلك نوع RGB W LED، إلخ

الثلاثةباعثة للضوءيتم دمج الثنائيات، R-LED (أحمر) + G-LED (أخضر) + B-LED (أزرق)، لتكوين ضوء أبيض عن طريق المزج المباشر للضوء الأحمر والأخضر والأزرق المنبعث في الفضاء. من أجل توليد ضوء أبيض عالي الكفاءة بهذه الطريقة، أولاً وقبل كل شيء، يجب أن تكون جميع مصابيح LED الملونة، وخاصة مصابيح LED الخضراء، مصادر إضاءة فعالة، والتي تمثل حوالي 69٪ من "الضوء الأبيض المتساوي الطاقة". في الوقت الحاضر، كانت كفاءة الإضاءة لمصابيح LED الزرقاء ومصابيح LED الحمراء عالية جدًا، حيث تجاوزت كفاءة الكم الداخلية 90% و95% على التوالي، لكن كفاءة الكم الداخلية لمصابيح LED الخضراء متخلفة كثيرًا. تسمى هذه الظاهرة المتمثلة في انخفاض كفاءة الضوء الأخضر لمصابيح LED المعتمدة على GaN بـ "فجوة الضوء الأخضر". السبب الرئيسي هو أن LED الأخضر لم يعثر بعد على المادة الفوقية الخاصة به. كفاءة المواد الموجودة في سلسلة نيتريد الزرنيخ والفوسفور منخفضة جدًا في النطاق الكروماتوغرافي الأصفر والأخضر. ومع ذلك، فإن LED الأخضر مصنوع من الضوء الأحمر أو الضوء الأزرق من المواد الفوقية. في ظل حالة كثافة التيار المنخفضة، نظرًا لعدم وجود خسارة في تحويل الفوسفور، يتمتع مصباح LED الأخضر بكفاءة إضاءة أعلى من الضوء الأزرق + الضوء الأخضر الفوسفوري. يُذكر أن كفاءة الإضاءة تصل إلى 291Lm/W تحت تيار 1mA. ومع ذلك، في ظل التيار العالي، تنخفض كفاءة الإضاءة للضوء الأخضر الناتج عن تأثير التدلى بشكل ملحوظ. عندما تزيد كثافة التيار، تنخفض كفاءة الإضاءة بسرعة. تحت تيار 350 مللي أمبير، تكون كفاءة الإضاءة 108Lm/W، وتحت حالة 1A، تنخفض كفاءة الإضاءة إلى 66Lm/W.

بالنسبة لفوسفيدات المجموعة الثالثة، أصبح انبعاث الضوء إلى النطاق الأخضر هو العقبة الأساسية لنظام المواد. إن تغيير تركيبة AlInGaP بحيث ينبعث منها الضوء الأخضر بدلاً من الأحمر أو البرتقالي أو الأصفر - مما يتسبب في عدم كفاية القيود الحاملة يرجع إلى فجوة الطاقة المنخفضة نسبيًا في نظام المواد، مما يحول دون إعادة التركيب الإشعاعي الفعال.

في المقابل، من الصعب على نيتريدات المجموعة الثالثة أن تحقق كفاءة عالية، لكن الصعوبة ليست مستعصية على الحل. عندما يمتد الضوء إلى نطاق الضوء الأخضر مع هذا النظام، فإن العاملين اللذين سيقللان من الكفاءة هما الكفاءة الكمية الخارجية والكفاءة الكهربائية. يأتي انخفاض الكفاءة الكمية الخارجية من حقيقة أنه على الرغم من أن فجوة النطاق الأخضر أقل، فإن LED الأخضر يستخدم الجهد الأمامي العالي لـ GaN، مما يقلل من معدل تحويل الطاقة. العيب الثاني هو أن اللون الأخضريتناقص الصماممع زيادة كثافة تيار الحقن ومحاصرته بتأثير التدلى. يظهر تأثير التدلي أيضًا في مصابيح LED الزرقاء، ولكنه أكثر خطورة في مصابيح LED الخضراء، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة تيار العمل التقليدي. ومع ذلك، هناك العديد من الأسباب لتأثير التدلى، ليس فقط إعادة تركيب أوجيه، ولكن أيضًا الخلع أو تجاوز الناقل أو التسرب الإلكتروني. يتم تعزيز هذا الأخير بواسطة المجال الكهربائي الداخلي عالي الجهد.

ولذلك فإن طرق تحسين كفاءة الإضاءة لمصابيح LED الخضراء: من ناحية، دراسة كيفية تقليل تأثير التدلى لتحسين كفاءة الإضاءة في ظل ظروف المواد الفوقي الموجودة؛ من ناحية أخرى، يتم استخدام مصباح LED الأزرق بالإضافة إلى الفوسفور الأخضر لتحويل التألق الضوئي لإصدار الضوء الأخضر. يمكن لهذه الطريقة الحصول على الضوء الأخضر بكفاءة إضاءة عالية، والتي يمكنها نظريًا تحقيق كفاءة إضاءة أعلى من الضوء الأبيض الحالي. إنه ينتمي إلى الضوء الأخضر غير التلقائي. إن انخفاض نقاء اللون الناتج عن اتساع نطاقه الطيفي غير مناسب للعرض، ولكنه لا يمثل مشكلة للإضاءة العادية. من الممكن الحصول على كفاءة إضاءة خضراء أكبر من 340 Lm/W، ومع ذلك، فإن الضوء الأبيض المدمج لن يتجاوز 340 Lm/W؛ ثالثًا، استمر في البحث والعثور على المواد الفوقي الخاصة بك. بهذه الطريقة فقط يمكن أن يكون هناك بصيص من الأمل أنه بعد الحصول على ضوء أخضر أكثر من 340 لومن/ث، قد يكون الضوء الأبيض المدمج بواسطة مصابيح LED ذات الألوان الأساسية الثلاثة الأحمر والأخضر والأزرق أعلى من حد كفاءة الإضاءة للشريحة الزرقاء LED أبيض بقدرة 340 لومن/وات.

3. رقاقة LED بالأشعة فوق البنفسجية + فوسفور ثلاثي الألوان

العيب الرئيسي المتأصل في النوعين المذكورين أعلاه من مصابيح LED البيضاء هو أن التوزيع المكاني للسطوع واللون غير متساوٍ. ضوء الأشعة فوق البنفسجية غير مرئي للعين البشرية. لذلك، يتم امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية المنبعث من الشريحة بواسطة الفوسفور ثلاثي الألوان لطبقة التغليف، ثم يتم تحويله من اللمعان الضوئي للفوسفور إلى الضوء الأبيض وينبعث إلى الفضاء. هذه هي أكبر ميزة لها، تمامًا مثل مصابيح الفلورسنت التقليدية، فهي لا تحتوي على لون مساحة غير متساوٍ. ومع ذلك، لا يمكن أن تكون كفاءة الإضاءة النظرية للضوء الأبيض من نوع الشريحة فوق البنفسجية أعلى من القيمة النظرية للضوء الأبيض من نوع الشريحة الزرقاء، ناهيك عن القيمة النظرية للضوء الأبيض من نوع RGB. ومع ذلك، فقط من خلال تطوير فوسفورات ثلاثية الألوان فعالة مناسبة لإثارة الضوء فوق البنفسجي، يمكن الحصول على مصابيح LED بيضاء فوق بنفسجية ذات كفاءة إضاءة مماثلة أو حتى أعلى من مصابيح LED البيضاء المذكورة أعلاه في هذه المرحلة. كلما اقترب مصباح LED فوق البنفسجي من الضوء الأزرق، زادت احتمالية وجوده، وسيكون من المستحيل استخدام مصباح LED الأبيض بخطوط فوق بنفسجية متوسطة الموجة وقصيرة الموجة.