Các loại đèn LED trắngCác hướng phát triển kỹ thuật chính của đèn LED trắng dùng trong chiếu sáng là: ① Đèn LED xanh dương + loại phốt pho; ②Loại đèn LED RGB; ③ Loại LED tia cực tím + phốt pho.

1. Ánh sáng xanh dương – Chip LED + chất phát quang màu vàng lục, bao gồm các dẫn xuất chất phát quang đa màu và các loại khác.

Lớp phosphor màu vàng lục hấp thụ một phần ánh sáng xanh lam từ chip LED để tạo ra quang phát quang. Phần ánh sáng xanh lam còn lại từ chip LED được truyền qua lớp phosphor và hòa trộn với ánh sáng vàng lục phát ra từ phosphor tại các điểm khác nhau trong không gian. Ánh sáng đỏ, xanh lục và xanh lam được trộn lẫn để tạo thành ánh sáng trắng; Trong phương pháp này, giá trị lý thuyết cao nhất của hiệu suất chuyển đổi quang phát quang của phosphor, một trong những hiệu suất lượng tử bên ngoài, sẽ không vượt quá 75%; và tỷ lệ chiết xuất ánh sáng tối đa từ chip chỉ có thể đạt khoảng 70%. Do đó, về mặt lý thuyết, hiệu suất phát sáng tối đa của LED ánh sáng trắng loại xanh lam sẽ không vượt quá 340 Lm/W. Trong vài năm qua, CREE đã đạt được 303 Lm/W. Nếu kết quả thử nghiệm chính xác, đó là điều đáng mừng.

2. Sự kết hợp ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá cây và xanh dương.Các loại đèn LED RGBbao gồmCác loại đèn LED RGBW, vân vân.

R-LED (đỏ) + G-LED (xanh lá) + B-LED (xanh dương) là ba điốt phát quang được kết hợp với nhau, và ba màu cơ bản đỏ, xanh lá và xanh dương được phát ra sẽ trộn lẫn trực tiếp trong không gian để tạo thành ánh sáng trắng. Để tạo ra ánh sáng trắng hiệu quả cao theo cách này, trước hết, các đèn LED có màu sắc khác nhau, đặc biệt là đèn LED xanh lá, phải là nguồn sáng hiệu quả. Điều này có thể thấy từ thực tế là ánh sáng xanh lá chiếm khoảng 69% "ánh sáng trắng đẳng năng". Hiện nay, hiệu suất phát quang của đèn LED xanh dương và đỏ đã rất cao, với hiệu suất lượng tử bên trong lần lượt vượt quá 90% và 95%, nhưng hiệu suất lượng tử bên trong của đèn LED xanh lá lại tụt hậu xa. Hiện tượng hiệu suất ánh sáng xanh lá thấp của đèn LED dựa trên GaN được gọi là "khoảng trống ánh sáng xanh lá". Nguyên nhân chính là đèn LED xanh lá vẫn chưa tìm được vật liệu epitaxy riêng. Các vật liệu thuộc dòng phốt pho asen nitrua hiện có hiệu suất rất thấp trong dải quang phổ vàng-xanh lá. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu epitaxy đỏ hoặc xanh lam để tạo ra đèn LED xanh lá cây sẽ dẫn đến kết quả như sau: Trong điều kiện mật độ dòng điện thấp hơn, do không có tổn thất chuyển đổi phosphor, đèn LED xanh lá cây có hiệu suất phát quang cao hơn so với đèn LED xanh lam + phosphor. Người ta báo cáo rằng hiệu suất phát quang của nó đạt 291Lm/W trong điều kiện dòng điện 1mA. Tuy nhiên, hiệu suất phát quang của ánh sáng xanh lá cây bị giảm đáng kể do hiệu ứng Droop ở dòng điện lớn hơn. Khi mật độ dòng điện tăng, hiệu suất phát quang giảm nhanh chóng. Ở dòng điện 350mA, hiệu suất phát quang là 108Lm/W. Trong điều kiện 1A, hiệu suất phát quang giảm xuống còn 66Lm/W.

Đối với các phosphide nhóm III, việc phát ra ánh sáng trong dải màu xanh lục đã trở thành một trở ngại cơ bản đối với các hệ vật liệu. Việc thay đổi thành phần của AlInGaP để nó phát ra ánh sáng xanh lục thay vì đỏ, cam hoặc vàng dẫn đến sự giam giữ hạt tải điện không đủ do khoảng cách năng lượng tương đối thấp của hệ vật liệu, điều này ngăn cản sự tái kết hợp bức xạ hiệu quả.

Ngược lại, việc đạt được hiệu suất cao đối với các vật liệu III-nitride khó hơn, nhưng những khó khăn này không phải là không thể vượt qua. Khi sử dụng hệ thống này, việc mở rộng ánh sáng đến dải ánh sáng xanh lục sẽ dẫn đến hai yếu tố gây giảm hiệu suất: giảm hiệu suất lượng tử ngoài và hiệu suất điện. Sự giảm hiệu suất lượng tử ngoài xuất phát từ thực tế là mặc dù khoảng cách vùng cấm của ánh sáng xanh lục thấp hơn, nhưng đèn LED xanh lục sử dụng điện áp thuận cao của GaN, dẫn đến tỷ lệ chuyển đổi năng lượng giảm. Nhược điểm thứ hai là đèn LED xanh lục giảm hiệu suất khi mật độ dòng điện tiêm tăng và bị mắc kẹt bởi hiệu ứng suy giảm. Hiệu ứng suy giảm cũng xảy ra ở đèn LED xanh lam, nhưng tác động của nó lớn hơn ở đèn LED xanh lục, dẫn đến hiệu suất dòng điện hoạt động thông thường thấp hơn. Tuy nhiên, có nhiều giả thuyết về nguyên nhân của hiệu ứng suy giảm, không chỉ là sự tái hợp Auger – chúng bao gồm sự dịch chuyển, sự tràn tải điện tích hoặc sự rò rỉ electron. Yếu tố sau được tăng cường bởi điện trường nội bộ điện áp cao.

Do đó, cách để cải thiện hiệu suất chiếu sáng của đèn LED xanh lá cây là: một mặt, nghiên cứu cách giảm hiệu ứng suy giảm (Droop effect) trong điều kiện vật liệu epitaxy hiện có để nâng cao hiệu suất chiếu sáng; mặt khác, sử dụng sự chuyển đổi quang phát quang của đèn LED xanh dương và chất phát quang xanh lá cây để phát ra ánh sáng xanh lá cây. Phương pháp này có thể thu được ánh sáng xanh lá cây hiệu suất cao, về mặt lý thuyết có thể đạt hiệu suất chiếu sáng cao hơn ánh sáng trắng hiện tại. Đó là ánh sáng xanh lá cây không tự phát, và sự giảm độ tinh khiết màu do sự mở rộng quang phổ của nó không thuận lợi cho màn hình hiển thị, nhưng nó không phù hợp với người dùng thông thường. Nó không có vấn đề gì đối với chiếu sáng. Hiệu suất ánh sáng xanh lá cây thu được bằng phương pháp này có khả năng lớn hơn 340 Lm/W, nhưng vẫn không vượt quá 340 Lm/W sau khi kết hợp với ánh sáng trắng. Thứ ba, tiếp tục nghiên cứu và tìm kiếm vật liệu epitaxy riêng. Chỉ bằng cách này, mới có một tia hy vọng. Bằng cách thu được ánh sáng xanh có hiệu suất phát quang cao hơn 340 Lm/w, ánh sáng trắng kết hợp từ ba đèn LED màu cơ bản đỏ, xanh lá và xanh dương có thể vượt quá giới hạn hiệu suất phát quang 340 Lm/w của đèn LED trắng loại chip xanh dương.

3. Đèn LED tia cực tímChip + ba loại phốt pho màu cơ bản phát ra ánh sáng.

Nhược điểm cố hữu chính của hai loại đèn LED trắng nêu trên là sự phân bố độ sáng và màu sắc không đồng đều trong không gian. Ánh sáng cực tím không thể được mắt người cảm nhận. Do đó, sau khi ánh sáng cực tím thoát ra khỏi chip, nó được hấp thụ bởi ba chất phát quang màu cơ bản trong lớp bao bì và được chuyển đổi thành ánh sáng trắng nhờ hiện tượng quang phát quang của các chất phát quang, sau đó được phát ra không gian. Đây là ưu điểm lớn nhất của nó, giống như đèn huỳnh quang truyền thống, nó không có sự không đồng đều về màu sắc trong không gian. Tuy nhiên, hiệu suất ánh sáng lý thuyết của đèn LED trắng chip cực tím không thể cao hơn giá trị lý thuyết của đèn LED trắng chip xanh lam, chứ chưa nói đến giá trị lý thuyết của đèn LED trắng RGB. Tuy nhiên, chỉ thông qua việc phát triển các chất phát quang ba màu cơ bản hiệu quả cao phù hợp với kích thích cực tím, chúng ta mới có thể thu được đèn LED trắng cực tím có hiệu suất gần bằng hoặc thậm chí cao hơn hai loại đèn LED trắng nêu trên ở giai đoạn này. Đèn LED cực tím càng gần với màu xanh lam thì càng có khả năng tạo ra đèn LED trắng cực tím. Ngược lại, đèn LED trắng cực tím sóng trung và sóng ngắn càng có khả năng tạo ra đèn LED cực tím sóng trung và sóng ngắn thì càng khó.