经常看到厂商宣称的实验室记录或量产光效水平要比DOE发布的LED光效提升路线图高出很多,主要原因何在?人们在谈论LED的光效的时候,需要注意其对应的是什么条件,因为影响LED光效的主要因素有电流密度,色温,显色指数以及结温等,LED在不同驱动电流条件下,光效差异可能达到20%多,不同的显色指数(CRI 80 与CRI 65)之间,光效的差异也能达到20%以上。
11月7日,第十一届中国国际半导体照明展览会暨论坛(SSLCHINA2014)之“芯片、器件、封装与模组技术(Ⅱ)”技术分会在广州广交会威斯汀酒店举行,会上,欧司朗光电半导体有限公司高级技术经理陈文成做了题为“LED光效的理论极限及LED技术发展趋势”的报告。
欧司朗光电半导体有限公司高级技术经理 陈文成
陈文成表示,如果不考虑任何的损失,LED的理论极限光效会在410lm/W左右,这是基于采用四色窄光谱混光方式的计算结果。在实际的应用中,采用蓝光+黄光荧光粉方案的理论极限光效会在380lm/W左右,但此时的显色指数将会在60以下。要想提高高显指暖白光的极限光效,需要采用红光芯片以减少Stokes losses (斯托克斯损失),其理论极限光效会在350lm/W左右。但这些理论的极限光效在实际应用中价值不大,因为在实际应用我们还需要考虑性价比lm/$。
“要真正提升LED的光效,我们需要从LED器件生产流程的各个环节去优化设计,如芯片设计,荧光粉技术及封装设计等。”陈文成说。在固定的电流密度条件下,LED光效的主要提升空间可能在如何去减少Auger Losses (俄歇损失,也叫Droop 效应),而减少Droop 效应的最直接的方法就是增大芯片尺寸,降低驱动电流,这是目前高光效中功率芯片的主要做法,对于大功率芯片,也可以通过改善芯片结构来提升电流均匀度,从而降低在大电流条件下的Droop效应。
提高绿光的光效来克服”green gap”和降低LED的Droop效应是目前业界要提升白光LED光效来逼近极限光效的两大主要技术挑战,陈文成表示,欧司朗光电半导体最新的研究在这两大技术挑战上也取得了可喜的成果:
一是在Hi-Q-LED项目中率先实现了绿光LED光效的突破,采用InGaN的绿光LED可以再45A/cm2的电流密度下,实现147lm/W的光效,其中心波长为530nm, 波峰宽度为30nm。同是,采用荧光粉转换的绿光,光效达到了209lm/W (45A/cm2的电流密度下), 在较低的驱动电流下,最高光效更是可达274lm/W
二是在GECCO项目中,新创了3D纳米白光LED,可实现提升光效的同时,进一步降低成本。通常提升光效通常和降低成本是矛盾的,因为要实现较低的电流密度就需要更大的晶元尺寸,而基于3D纳米白光LED技术,可以通过3D纳米的结构,在同样晶元尺寸的条件下实现更大的有效发光面积,从而降低了Droop效应,使得未来LED在提升光效的同时,也可能进一步降低成本。