Baltų šviesos diodų tipaiPagrindiniai balto LED apšvietimo techniniai būdai: ① Mėlynas LED + fosforo tipas; ②RGB LED tipas③ Ultravioletinis LED + fosforo tipo.

1. Mėlyna šviesa – LED lustas + geltonai žalias fosforo tipas, įskaitant daugiaspalvius fosforo darinius ir kitus tipus.

Geltonai žalias fosforo sluoksnis sugeria dalį mėlynos šviesos iš LED lusto ir sukuria fotoliuminescenciją. Kita mėlynos šviesos iš LED lusto dalis praleidžiama per fosforo sluoksnį ir susilieja su geltonai žalia šviesa, kurią skleidžia fosforas įvairiuose erdvės taškuose. Raudona, žalia ir mėlyna šviesos sumaišomos ir susidaro balta šviesa. Taikant šį metodą, didžiausia teorinė fosforo fotoliuminescencijos konversijos efektyvumo vertė, vienas iš išorinių kvantinių efektyvumų, neviršys 75 %, o maksimalus šviesos išgavimo iš lusto greitis gali siekti tik apie 70 %. Todėl teoriškai mėlynos baltos šviesos maksimalus LED šviesos efektyvumas neviršys 340 Lm/W. Per pastaruosius kelerius metus CREE pasiekė 303 Lm/W. Jei bandymų rezultatai bus tikslūs, verta švęsti.

2. Raudonos, žalios ir mėlynos trijų pagrindinių spalvų derinysRGB LED tipaiįtrauktiRGBW LED tipaiir kt.

R-LED (raudonas) + G-LED (žalias) + B-LED (mėlynas) – tai trys šviesos diodai, sujungti kartu, ir trys pagrindinės skleidžiamos spalvos – raudona, žalia ir mėlyna – yra tiesiogiai sumaišomos erdvėje, kad susidarytų balta šviesa. Norint tokiu būdu gauti didelio efektyvumo baltą šviesą, visų pirma, įvairių spalvų LED, ypač žali LED, turi būti efektyvūs šviesos šaltiniai. Tai matyti iš to, kad žalia šviesa sudaro apie 69 % „izonerginės baltos šviesos“. Šiuo metu mėlynų ir raudonų LED šviesos efektyvumas yra labai didelis, o vidinis kvantinis efektyvumas viršija atitinkamai 90 % ir 95 %, tačiau žalių LED vidinis kvantinis efektyvumas gerokai atsilieka. Šis mažo GaN pagrindu pagamintų LED žalios šviesos efektyvumo reiškinys vadinamas „žaliosios šviesos spraga“. Pagrindinė priežastis yra ta, kad žali LED dar nerado savo epitaksinių medžiagų. Esamos fosforo arseno nitridų serijos medžiagos pasižymi labai mažu efektyvumu geltonos-žalios spektro diapazone. Tačiau žali šviesos diodai, pagaminti naudojant raudonas arba mėlynas epitaksines medžiagas, esant mažesniam srovės tankiui, pasižymi didesniu šviesos efektyvumu nei mėlynos ir žalios spalvos šviesos diodai, nes nėra fosforo konversijos nuostolių. Pranešama, kad esant 1 mA srovei, žalios šviesos šviesos efektyvumas siekia 291 Lm/W. Tačiau esant didesnėms srovėms, žalios šviesos šviesos efektyvumas dėl „Droop“ efekto labai sumažėja. Didėjant srovės tankiui, šviesos efektyvumas greitai mažėja. Esant 350 mA srovei, šviesos efektyvumas yra 108 Lm/W. Esant 1 A srovei, šviesos efektyvumas sumažėja iki 66 Lm/W.

III grupės fosfidų atveju šviesos sklidimas į žaliąją juostą tapo pagrindine kliūtimi medžiagų sistemoms. AlInGaP sudėties pakeitimas taip, kad jis skleistų žalią, o ne raudoną, oranžinę ar geltoną šviesą, lemia nepakankamą krūvininkų sulaikymą dėl santykinai mažo medžiagų sistemos energijos tarpo, kuris trukdo efektyviai spinduliavimo rekombinacijai.

Priešingai, III-nitridams sunkiau pasiekti didelį efektyvumą, tačiau sunkumai nėra neįveikiami. Naudojant šią sistemą, plečiant šviesą į žalią šviesos juostą, du veiksniai, lemiantys efektyvumo sumažėjimą, yra išorinio kvantinio efektyvumo ir elektrinio efektyvumo sumažėjimas. Išorinio kvantinio efektyvumo sumažėjimas atsiranda dėl to, kad nors žaliosios juostos tarpas yra mažesnis, žali šviesos diodai naudoja didelę GaN tiesioginę įtampą, todėl sumažėja galios konversijos greitis. Antrasis trūkumas yra tas, kad žalio šviesos diodo ryškumas mažėja didėjant įpurškimo srovės tankiui ir yra įstrigęs dėl kritimo efekto. Kritimo efektas pasireiškia ir mėlynuose šviesos dioduose, tačiau jo poveikis žaliuose šviesos dioduose yra didesnis, todėl sumažėja įprastos darbinės srovės efektyvumas. Tačiau yra daug spėlionių apie kritimo efekto priežastis, ne tik Augerio rekombinaciją – jos apima dislokaciją, krūvininkų perpildymą arba elektronų nuotėkį. Pastarąjį sustiprina aukštos įtampos vidinis elektrinis laukas.

Todėl žaliųjų šviesos diodų šviesos efektyvumo gerinimo būdai: viena vertus, ištirti, kaip sumažinti „Droop“ efektą esamų epitaksinių medžiagų sąlygomis, siekiant pagerinti šviesos efektyvumą; kita vertus, panaudoti mėlynųjų šviesos diodų ir žaliųjų fosforų fotoliuminescencijos konversiją žaliai šviesai skleisti. Šiuo metodu galima gauti didelio efektyvumo žalią šviesą, kuri teoriškai gali pasiekti didesnį šviesos efektyvumą nei dabartinė balta šviesa. Tai nesavanaudiška žalia šviesa, o spalvų grynumo sumažėjimas dėl jos spektrinio išplėtimo yra nepalankus ekranams, tačiau jis netinka paprastiems žmonėms. Apšvietimui problemų nėra. Šiuo metodu gautas žalios šviesos efektyvumas gali būti didesnis nei 340 Lm/W, tačiau sujungus su balta šviesa jis vis tiek neviršys 340 Lm/W. Trečia, tęsti tyrimus ir rasti savo epitaksines medžiagas. Tik tokiu būdu yra vilties kibirkštėlė. Sulaukus žalios šviesos, didesnės nei 340 Lm/w, trijų pagrindinių spalvų šviesos diodų – raudonos, žalios ir mėlynos – sujungta balta šviesa gali viršyti „mėlynojo lusto“ tipo baltos šviesos diodų šviesos efektyvumo ribą – 340 Lm/w. W.

3. Ultravioletinis šviesos diodaslustas + trys pagrindinės spalvos fosforai skleidžia šviesą.

Pagrindinis minėtų dviejų tipų baltų šviesos diodų trūkumas yra netolygus šviesumo ir spalvų pasiskirstymas erdvėje. Žmogaus akis negali suvokti ultravioletinės šviesos. Todėl, išėjusi iš lusto, ultravioletinė šviesa yra sugeriama trijų pagrindinių spalvų fosforų pakuotės sluoksnyje, fosforų fotoliuminescencijos paverčiama balta šviesa, o tada skleidžiama į erdvę. Tai didžiausias jų privalumas – kaip ir tradicinės fluorescencinės lempos, jos neturi erdvinio spalvų netolygumo. Tačiau ultravioletinių lustų baltos šviesos LED teorinis šviesos efektyvumas negali būti didesnis nei mėlynųjų lustų baltos šviesos teorinė vertė, jau nekalbant apie RGB baltos šviesos teorinę vertę. Tačiau tik sukūrus didelio efektyvumo trijų pagrindinių spalvų fosforus, tinkamus ultravioletiniam sužadinimui, galime gauti ultravioletinius baltus šviesos diodus, kurie šiame etape yra artimi arba net efektyvesni už minėtus du baltus šviesos diodus. Kuo arčiau mėlynųjų ultravioletinių šviesos diodų, tuo didesnė jų tikimybė. Kuo didesnis, tuo vidutinės bangos ir trumpos bangos UV tipo balti šviesos diodai nėra įmanomi.