Tipos de LED brancoAs principais rotas técnicas de LED branco para iluminação são: ① LED azul + fósforo; ②Tipo de LED RGB; ③ LED ultravioleta + tipo fósforo.

1. Luz azul – chip LED + fósforo amarelo-esverdeado, incluindo derivados de fósforo multicoloridos e outros tipos.

A camada de fósforo amarelo-esverdeado absorve parte da luz azul do chip de LED para produzir fotoluminescência. A outra parte da luz azul do chip de LED é transmitida através da camada de fósforo e se funde com a luz amarelo-esverdeada emitida pelo fósforo em vários pontos do espaço. As luzes vermelha, verde e azul se misturam para formar luz branca. Nesse método, o valor teórico máximo da eficiência de conversão da fotoluminescência do fósforo, uma das eficiências quânticas externas, não ultrapassará 75%; e a taxa máxima de extração de luz do chip pode atingir apenas cerca de 70%. Portanto, teoricamente, a eficiência luminosa máxima de um LED de luz branca azul não ultrapassará 340 lm/W. Nos últimos anos, a CREE alcançou 303 lm/W. Se os resultados dos testes forem precisos, será motivo de comemoração.

2. Combinação das três cores primárias: vermelho, verde e azulTipos de LED RGBincluirTipos de LED RGBW, etc.

Um sistema composto por três diodos emissores de luz (LEDs) — R-LED (vermelho), G-LED (verde) e B-LED (azul) — combina as três cores primárias (vermelho, verde e azul) para formar luz branca. Para produzir luz branca de alta eficiência dessa maneira, os LEDs, especialmente os verdes, precisam ser fontes de luz eficientes. Isso se comprova pelo fato de a luz verde representar cerca de 69% da "luz branca isoenergética". Atualmente, a eficiência luminosa dos LEDs azuis e vermelhos é muito alta, com eficiências quânticas internas superiores a 90% e 95%, respectivamente, mas a eficiência quântica interna dos LEDs verdes está muito aquém. Esse fenômeno de baixa eficiência da luz verde em LEDs baseados em GaN é chamado de "lacuna da luz verde". A principal razão é que os LEDs verdes ainda não possuem materiais epitaxiais adequados. Os materiais da série nitreto de fosfato-arsênio existentes apresentam eficiência muito baixa na faixa do espectro amarelo-verde. No entanto, o uso de materiais epitaxiais vermelhos ou azuis para fabricar LEDs verdes, sob condições de baixa densidade de corrente, resulta em uma eficiência luminosa superior à da luz verde composta por fósforo e azul, devido à ausência de perdas por conversão do fósforo. Relata-se que sua eficiência luminosa atinge 291 lm/W sob corrente de 1 mA. Contudo, a eficiência luminosa da luz verde, causada pelo efeito Droop, cai significativamente em correntes mais elevadas. Com o aumento da densidade de corrente, a eficiência luminosa diminui rapidamente. A 350 mA, a eficiência luminosa é de 108 lm/W, e a 1 A, cai para 66 lm/W.

Para os fosfetos do Grupo III, a emissão de luz na faixa verde tornou-se um obstáculo fundamental para os sistemas de materiais. Alterar a composição do AlInGaP para que emita luz verde em vez de vermelha, laranja ou amarela resulta em confinamento insuficiente de portadores devido à baixa energia de banda proibida do sistema de material, o que impede a recombinação radiativa eficiente.

Em contraste, é mais difícil para os nitretos do grupo III atingirem alta eficiência, mas as dificuldades não são insuperáveis. Usando este sistema, estendendo a luz para a faixa do verde, dois fatores que causam uma diminuição na eficiência são: a diminuição da eficiência quântica externa e da eficiência elétrica. A diminuição da eficiência quântica externa decorre do fato de que, embora o gap de banda do verde seja menor, os LEDs verdes utilizam a alta tensão direta do GaN, o que causa uma redução na taxa de conversão de energia. A segunda desvantagem é que o LED verde apresenta queda de eficiência à medida que a densidade de corrente de injeção aumenta, sendo afetado pelo efeito de queda de eficiência (droop). O efeito de queda de eficiência também ocorre em LEDs azuis, mas seu impacto é maior em LEDs verdes, resultando em uma menor eficiência de corrente operacional convencional. No entanto, existem muitas especulações sobre as causas do efeito de queda de eficiência, não apenas a recombinação Auger – elas incluem deslocamento, transbordamento de portadores ou fuga de elétrons. Esta última é intensificada por um campo elétrico interno de alta tensão.

Portanto, a maneira de melhorar a eficiência luminosa dos LEDs verdes é a seguinte: por um lado, estudar como reduzir o efeito Droop nas condições dos materiais epitaxiais existentes para melhorar a eficiência luminosa; por outro lado, usar a conversão de fotoluminescência de LEDs azuis e fósforos verdes para emitir luz verde. Este método pode obter luz verde de alta eficiência, que teoricamente pode atingir uma eficiência luminosa maior do que a da luz branca atual. Trata-se de luz verde não espontânea, e a diminuição da pureza da cor causada pelo seu alargamento espectral é desfavorável para displays, mas não é adequada para iluminação do público em geral. A eficácia da luz verde obtida por este método tem a possibilidade de ser superior a 340 lm/W, mas ainda não ultrapassará 340 lm/W após a combinação com a luz branca. Em terceiro lugar, continuar a pesquisar e encontrar materiais epitaxiais próprios. Só assim há uma réstia de esperança. Ao obter luz verde com intensidade superior a 340 lm/W, a luz branca resultante da combinação dos três LEDs de cores primárias (vermelho, verde e azul) pode ultrapassar o limite de eficiência luminosa de 340 lm/W dos LEDs de luz branca do tipo chip azul.

3. LED ultravioletaUm chip com três fósforos de cores primárias emite luz.

O principal defeito inerente aos dois tipos de LEDs brancos mencionados acima é a distribuição espacial irregular da luminosidade e da cromaticidade. A luz ultravioleta não pode ser percebida pelo olho humano. Portanto, após sair do chip, a luz ultravioleta é absorvida pelos fósforos das três cores primárias na camada de encapsulamento e convertida em luz branca pela fotoluminescência dos fósforos, sendo então emitida para o espaço. Essa é sua maior vantagem: assim como as lâmpadas fluorescentes tradicionais, não apresenta irregularidade espacial de cor. No entanto, a eficiência luminosa teórica de um LED branco com chip ultravioleta não pode ser superior ao valor teórico de um LED branco com chip azul, muito menos ao valor teórico de um LED branco RGB. Contudo, somente através do desenvolvimento de fósforos de alta eficiência das três cores primárias, adequados para excitação ultravioleta, poderemos obter LEDs brancos ultravioleta com eficiência próxima ou até superior à dos dois tipos de LEDs brancos mencionados anteriormente. Quanto mais próximos os LEDs brancos ultravioleta estiverem da eficiência dos LEDs azuis, maior a probabilidade de sucesso. Quanto maior for a estrutura, menor será a possibilidade de usar LEDs brancos do tipo UV de onda média e curta.