揭秘如何提高绿光LED能效问题

的质量，黑点的密度，结果与生产线上的样品相似，受影响的范围却更校所以增加了明亮区域的比例，就会得到更多均匀的发光图案像。

　　通过提高材料质量来增强内部量子效率和传送能力，从而使得LED发挥更佳的性能。近期用Dragon封装形式制作的球面透镜封装的样品，在 350mA的电流驱动下，光通量达到114lm，发光效率为100lm/W（见图4）。通过对比，在相同的驱动电流条件下，生产线上的器件光通量仅为 108ml.如果去除对光贡献不高的量子阱，效果会更好。在这个例子中，调整量子阱的数量，从7个减少到5个，以此提高载体运输能力。通过调整，532nm1mm2ThinGaN芯片在350mA电流驱动下，光通量为134lm，发光效率为108lm/W。

　　图4：Dragon封装1mm2ThinGaN芯片的电光参数：生产线的装置（蓝线），提高传送能力的装置（黑线），优化外延结构的装置（橙线）。

　　提高绿光LED的关键措施是通过降低载体浓度来应对droop效应。可以使用更大的芯片，或增加发光的量子阱数量。从图4的效率曲线可以预估，通过降低电流密度，效率可增加25%或60%。

　　采取这个方法，增加芯片尺寸到2mm2。为绿光LED提高输出功率，在350mA的电流条件下，光通量为150lm，发光效率是135lm/W--而1mm2的芯片发光效率仅是108lm/W。

　　增大电流值，在稍短的波段里输出更大光通量：在700mA电流驱动下，芯片在峰值波长为531nm条件下，输出248lm和480mW;增大电流到1A，光输出达到313lm和620mW，峰值波长变成529nm.后面的数据，相比，在50Acm-2的电流密度下，光通量超过 310lm（600mW）等值，这是基于红、绿、蓝LED的高性能投影系统的促成技术。光转换效率在驱动电源很低的情况下尤为显著。在100mA条件下超过190lm，低于2mA条件下，超过300lm。

　　图5，提高了载子传送能力、优化外延结构的OSLON封装的2mm2ThinGaN芯片的电光特性

　　激发荧光粉

　　制作绿色LED的另一种方法是用蓝光LED加绿色荧光粉。这种激发方法有着截然不同的绿光发射特点：使用LuAG荧光粉的陶瓷板，激发的光的是 531nm峰值波长，525nm高斯峰和33nm半峰宽（FWHM），而芯片-荧光粉法制作的合成物的峰值波长是529nm，中心波长为557nm，半峰宽（FWHM）为99nm.（见图6）

　　更宽的发光剖面是有利也有弊。它本身提供的显色指数高，适合于一般照明。但较窄的发光适合于投影应用等。例如，自然绿光LED具有较小的光谱带宽，能够避免串扰，提高系统效率。如果自然绿光LED能够用于投影，相比转换的绿光解决方案，自然绿光LED可以覆盖更宽的颜色范围。

　　图6：采取不同方法的绿光LED光谱。由荧光粉产生的光射比由自然绿光：InGaN基LED产生的光射更广。

　　然而，蓝光LED和绿色荧光粉仍然是个很具吸引力的选择方案，因为这个方案避免了绿色缺口等问题。虽然由于斯托克斯位移产生的损耗是不可避免的，用蓝光芯片激发荧光粉将产生更高的效率，因为droop效应在较短波长段影响不大（见图8）。由于蓝光LED的内部电场不强，电损耗较低，我们以 1mm2ThinGaN芯片为例，比较这两种不同方法的光通量和光效。在较低的电流密度条件下，绿光LED比蓝光光效更高，没有转换损耗，发光效率在 1mA电流条件下达到291lm/W。然而当电流密度增加，光效下降很快，在350mA电流下，光效是108lm/W，在1A条件下，光效是66lm /W。蓝光LED正好相反，随着电流密度的增加，效率也相应提升。在20mA电流下，转换效率达到最高值。在350mA电流驱动下，蓝光LED和绿色荧光粉结合物，光通量为194lm，光效为191lm/W，在1A电流条件下，光通量是462lm，光效是145lm/W。

　　图七 根据CIE1931色彩空间色度图，对比红绿蓝混合方案，与由荧光粉转变而来的绿光法，或直接绿光InGaN基，自然绿光InGaN基对比由荧光粉转变方案，发现发射光谱越窄的器件，越适合投影应用。

　　提高自然绿光LED性能的途径有多种：可以是增加更多阱的增大作用区的容量，来降低载流子密度;也可以通过提高材料质量来提高内部量子效率;还可以优化芯片设计和尺寸来增加作用区域。但以我们的观点，优化外延生长过程的方法最具潜力，因为可以降低正向电压和提高载子传送能力。

　　图8：两种产生绿光的不同方法的光通量和发光效率。绿光InGaN/GaNLED在高电流条件下，droop效应影响很大，由蓝光LED和荧光粉转化而来的合成物在标准驱动电流下的效率和光通量都很高。