1. 青色 LED チップ + 黄緑色蛍光体、多色蛍光体誘導体を含む

黄緑色の蛍光体層は、一部の青色光を吸収します。LEDチップフォトルミネッセンスを生成し、LEDチップからの青色光が蛍光体層から透過し、空間内のさまざまな点で蛍光体から発せられる黄緑色光と収束し、赤緑色青色光が混合されて白色光を形成します。このようにして、外部量子効率の一つである蛍光体のフォトルミネッセンス変換効率の理論上の最大値は75%を超えることはありません。チップからの光の抽出率は最高でも約 70% にすぎません。したがって、理論上、青色光白色 LED の最大発光効率は 340 Lm/W を超えることはなく、CREE は数年前に 303 Lm/W に達します。テスト結果が正確であれば、それは祝う価値があります。

2. 赤、緑、青の三原色の組み合わせRGB LEDタイプ、RGB W LEDタイプなどを含む

3人発光R-LED（赤）+G-LED（緑）+B-LED（青）のダイオードを組み合わせて、空間に放出される赤、緑、青の光を直接混合して白色光を生成します。このように発光効率の高い白色光を発生させるためには、まず「等エネルギー白色光」の約69％を占める全色のLED、特に緑色LEDが高効率な光源である必要があります。現在、青色 LED と赤色 LED の光効率は非常に高く、内部量子効率はそれぞれ 90% と 95% を超えていますが、緑色 LED の内部量子効率には遠く及びません。 GaN ベース LED の緑色光効率が低いこの現象は、「緑色光ギャップ」と呼ばれます。主な理由は、緑色 LED が独自のエピタキシャル材料をまだ見つけていないことです。既存の窒化リンヒ素系材料の効率は、黄緑色クロマトグラフィー範囲では非常に低いです。ただし、緑色 LED は赤色光または青色光のエピタキシャル材料で作られています。低電流密度条件下では蛍光体変換損失がないため、緑色LEDは青色光+蛍光体緑色光よりも発光効率が高くなります。発光効率は1mAの電流で291Lm/Wに達すると報告されています。ただし、大電流下ではドループ効果により緑色光の発光効率が大幅に低下します。電流密度が増加すると、発光効率は急激に低下します。 350mAの電流では発光効率は108Lm/Wですが、1Aの条件では発光効率は66Lm/Wに低下します。

III 族リン化物の場合、緑色バンドへの発光が材料系の基本的な障害となっています。赤、オレンジ、黄色の代わりに緑色の光を発するように AlInGaP の組成を変更すると、材料系のエネルギーギャップが比較的低く、効果的な放射線再結合が妨げられるため、キャリア制限が不十分になります。

対照的に、III 族窒化物が高効率を達成することはより困難ですが、その困難は克服できないわけではありません。このシステムで光を緑色光帯域まで拡張する場合、効率を低下させる要因は外部量子効率と電気効率の2つです。外部量子効率の低下は、緑色のバンドギャップが低いにもかかわらず、緑色 LED が GaN の高い順方向電圧を使用しているため、電力変換率が低下するという事実に起因しています。 2 番目の欠点は、緑色であることです。LEDが減少します注入電流密度の増加に伴い、ドループ効果によってトラップされます。ドループ効果は青色 LED でも発生しますが、緑色 LED ではより深刻で、従来の動作電流の効率が低下します。ただし、ドループ効果には、オージェ再結合だけでなく、転位、キャリアのオーバーフロー、電子漏れなど、さまざまな理由があります。後者は、高電圧の内部電場によって強化されます。

したがって、緑色LEDの発光効率を向上させる方法は次のとおりです。一方では、ドループ効果を低減して既存のエピタキシャル材料の条件下で発光効率を向上させる方法を検討します。一方、青色 LED と緑色蛍光体はフォトルミネッセンス変換に使用され、緑色光を発します。この方式により発光効率の高い緑色光が得られ、理論的には現在の白色光よりも高い発光効率が得られます。それは非自発的な緑色光に属します。スペクトルの広がりによる色純度の低下はディスプレイでは好ましくありませんが、通常の照明では問題ありません。 340 Lm/W を超える緑色の発光効率を得ることが可能ですが、組み合わせた白色光は 340 Lm/W を超えません。第三に、研究を続けて独自のエピタキシャル材料を見つけてください。この方法でのみ、340 Lm/w を超える緑色光を取得した後、赤、緑、青の 3 原色 LED によって結合された白色光が青色チップの光効率限界を超える可能性があるという一縷の希望が得られます。 340Lm/Wの白色LED。

3. 紫外線 LED チップ + 三色蛍光体

上記 2 種類の白色 LED の主な固有の欠点は、輝度と彩度の空間分布が不均一であることです。紫外線は人間の目には見えません。したがって、チップから放射された紫外光は、パッケージング層の三色蛍光体によって吸収され、蛍光体のフォトルミネッセンスから白色光に変換されて空間に放射されます。これが最大の利点で、従来の蛍光灯と同様に空間色ムラがありません。しかしながら、紫外チップ型白色ＬＥＤの理論発光効率は、ＲＧＢ型白色光の理論値はおろか、青色チップ型白色光の理論値をも超えることはできない。しかし、紫外光励起に適した効率的な三色蛍光体を開発することによってのみ、現段階で上記の 2 つの白色 LED と同等またはそれ以上の光効率を持つ紫外白色 LED を得ることが可能になります。紫外LEDは青色光に近ければ近いほどその可能性が高く、中波や短波の紫外線が入った白色LEDは無理になります。