أنواع مصابيح LED البيضاءالطرق التقنية الرئيسية لمصابيح LED البيضاء للإضاءة هي: ① مصابيح LED زرقاء من النوع الفوسفوري؛ ②نوع LED RGB③ نوع LED فوق بنفسجي + فوسفوري.

1. الضوء الأزرق – شريحة LED + نوع الفوسفور الأصفر والأخضر بما في ذلك مشتقات الفوسفور متعددة الألوان وأنواع أخرى.

تمتص طبقة الفوسفور الصفراء المخضرة جزءًا من الضوء الأزرق المنبعث من شريحة LED لإنتاج التألق الضوئي. أما الجزء المتبقي من الضوء الأزرق فينتقل عبر طبقة الفوسفور ويمتزج مع الضوء الأصفر المخضر المنبعث منها في نقاط مختلفة من الفضاء. تختلط الأضواء الحمراء والخضراء والزرقاء لتكوين الضوء الأبيض. في هذه الطريقة، لن تتجاوز أعلى قيمة نظرية لكفاءة تحويل التألق الضوئي للفوسفور، وهي إحدى الكفاءات الكمية الخارجية، 75%، ولن تتجاوز نسبة استخلاص الضوء القصوى من الشريحة 70%. لذلك، نظريًا، لن تتجاوز الكفاءة الضوئية القصوى لمصابيح LED ذات الضوء الأبيض الأزرق 340 لومن/واط. في السنوات القليلة الماضية، وصلت كفاءة CREE إلى 303 لومن/واط. إذا كانت نتائج الاختبار دقيقة، فسيكون ذلك إنجازًا يستحق الاحتفاء.

2. مزيج الألوان الأساسية الثلاثة: الأحمر والأخضر والأزرقأنواع مصابيح LED RGBيشملأنواع مصابيح LED RGBW، إلخ.

تتكون هذه التقنية من ثلاث ثنائيات باعثة للضوء: R-LED (أحمر)، G-LED (أخضر)، وB-LED (أزرق). تُخلط الألوان الأساسية الثلاثة، الأحمر والأخضر والأزرق، مباشرةً في الفضاء لتكوين الضوء الأبيض. ولإنتاج ضوء أبيض عالي الكفاءة بهذه الطريقة، يجب أولاً أن تكون الثنائيات الباعثة للضوء، وخاصةً الخضراء منها، مصادر ضوئية عالية الكفاءة. ويتضح ذلك من كون الضوء الأخضر يُمثل حوالي 69% من "الضوء الأبيض متساوي الطاقة". حاليًا، تتميز الثنائيات الباعثة للضوء الزرقاء والحمراء بكفاءة إضاءة عالية جدًا، حيث تتجاوز كفاءتها الكمية الداخلية 90% و95% على التوالي، بينما تتخلف كفاءة الثنائيات الباعثة للضوء الخضراء عنها كثيرًا. تُعرف هذه الظاهرة، المتمثلة في انخفاض كفاءة الضوء الأخضر في الثنائيات الباعثة للضوء القائمة على نيتريد الغاليوم، بـ"فجوة الضوء الأخضر". والسبب الرئيسي هو عدم وجود مواد مناسبة لنمو الثنائيات الباعثة للضوء الخضراء. تتميز مواد سلسلة نيتريد الفوسفور والزرنيخ الحالية بكفاءة منخفضة جدًا في نطاق الطيف الأصفر والأخضر. مع ذلك، فإن استخدام مواد إبيتاكسية حمراء أو زرقاء لصنع مصابيح LED خضراء سيؤدي إلى كفاءة إضاءة أعلى من مصابيح LED الخضراء ذات الضوء الأزرق والفوسفوري، وذلك في ظروف كثافة تيار منخفضة، نظرًا لعدم وجود فقد في تحويل الفوسفور. وقد ذُكر أن كفاءتها الضوئية تصل إلى 291 لومن/واط عند تيار 1 مللي أمبير. إلا أن كفاءة الإضاءة للضوء الأخضر تنخفض بشكل ملحوظ عند التيارات العالية بسبب تأثير الانحدار. فمع زيادة كثافة التيار، تنخفض الكفاءة الضوئية بسرعة. عند تيار 350 مللي أمبير، تبلغ الكفاءة الضوئية 108 لومن/واط، بينما تنخفض إلى 66 لومن/واط عند تيار 1 أمبير.

بالنسبة لفوسفيدات المجموعة الثالثة، أصبح انبعاث الضوء في النطاق الأخضر عائقًا أساسيًا أمام أنظمة المواد. إن تغيير تركيبة AlInGaP بحيث ينبعث منه ضوء أخضر بدلًا من الأحمر أو البرتقالي أو الأصفر يؤدي إلى عدم كفاية حصر حاملات الشحنة نظرًا لانخفاض فجوة الطاقة نسبيًا في نظام المادة، مما يحول دون إعادة التركيب الإشعاعي الفعال.

على النقيض، يُعدّ تحقيق كفاءة عالية باستخدام نتريدات المجموعة الثالثة أكثر صعوبة، لكن هذه الصعوبة ليست مستعصية. عند استخدام هذا النظام، وتوسيع نطاق الضوء إلى الطيف الأخضر، يبرز عاملان يؤديان إلى انخفاض الكفاءة: انخفاض الكفاءة الكمية الخارجية والكفاءة الكهربائية. ينشأ انخفاض الكفاءة الكمية الخارجية من حقيقة أنه على الرغم من انخفاض فجوة النطاق الأخضر، فإن مصابيح LED الخضراء تستخدم جهدًا أماميًا عاليًا لنيتريد الغاليوم، مما يؤدي إلى انخفاض معدل تحويل الطاقة. أما العيب الثاني، فهو انخفاض كفاءة مصابيح LED الخضراء مع زيادة كثافة تيار الحقن، حيث تتأثر بظاهرة الانحدار. تحدث ظاهرة الانحدار أيضًا في مصابيح LED الزرقاء، لكن تأثيرها أكبر في مصابيح LED الخضراء، مما ينتج عنه انخفاض في كفاءة تيار التشغيل التقليدية. مع ذلك، توجد العديد من التكهنات حول أسباب ظاهرة الانحدار، ولا تقتصر على إعادة التركيب أوجيه فقط، بل تشمل أيضًا الانخلاعات، وتدفق حاملات الشحنة الزائد، أو تسرب الإلكترونات. ويتفاقم الأخير بفعل مجال كهربائي داخلي عالي الجهد.

لذا، تتمثل طرق تحسين كفاءة إضاءة مصابيح LED الخضراء فيما يلي: أولًا، دراسة كيفية تقليل تأثير انخفاض الكفاءة في ظل ظروف المواد المترسبة الحالية لتحسين كفاءة الإضاءة؛ ثانيًا، استخدام تحويل التألق الضوئي لمصابيح LED الزرقاء والفوسفور الأخضر لإصدار ضوء أخضر. تتيح هذه الطريقة الحصول على ضوء أخضر عالي الكفاءة، والذي نظريًا يمكن أن يحقق كفاءة إضاءة أعلى من الضوء الأبيض الحالي. هذا الضوء الأخضر غير تلقائي، وانخفاض نقاء اللون الناتج عن اتساع نطاقه الطيفي غير مناسب لشاشات العرض، ولكنه غير مناسب للاستخدام المنزلي. لا توجد مشكلة في الإضاءة. من الممكن أن تتجاوز كفاءة الضوء الأخضر المُحَصَّل عليه بهذه الطريقة 340 لومن/واط، ولكنها لن تتجاوز 340 لومن/واط حتى بعد دمجه مع الضوء الأبيض. ثالثًا، مواصلة البحث عن مواد مترسبة خاصة. بهذه الطريقة فقط، يبقى بصيص أمل. من خلال الحصول على ضوء أخضر تزيد كفاءته عن 340 لومن/واط، يمكن أن يكون الضوء الأبيض الناتج عن دمج ثلاثة مصابيح LED للألوان الأساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) أعلى من الحد الأقصى لكفاءة الإضاءة البالغة 340 لومن/واط لمصابيح LED البيضاء من نوع الرقاقة الزرقاء.

3. مصباح LED فوق بنفسجيتُصدر رقاقة ضوئية وثلاثة فوسفورات بألوان أساسية الضوء.

يتمثل العيب الرئيسي المتأصل في النوعين المذكورين أعلاه من مصابيح LED البيضاء في التوزيع المكاني غير المتجانس للسطوع واللون. لا تستطيع العين البشرية إدراك الأشعة فوق البنفسجية. لذلك، بعد خروجها من الشريحة، تمتصها الفوسفورات الثلاثة ذات الألوان الأساسية في طبقة التغليف، ثم تتحول إلى ضوء أبيض بفعل خاصية التألق الضوئي للفوسفورات، ثم تُشع في الفضاء. هذه هي ميزتها الأكبر، فهي، مثل المصابيح الفلورية التقليدية، لا تعاني من عدم تجانس اللون المكاني. مع ذلك، لا يمكن أن تتجاوز الكفاءة الضوئية النظرية لمصابيح LED البيضاء ذات رقائق الأشعة فوق البنفسجية القيمة النظرية لمصابيح LED البيضاء ذات رقائق اللون الأزرق، ناهيك عن القيمة النظرية لمصابيح RGB البيضاء. ولكن، لا يمكننا الحصول على مصابيح LED بيضاء ذات كفاءة تقارب أو حتى تتجاوز كفاءة النوعين المذكورين أعلاه إلا من خلال تطوير فوسفورات عالية الكفاءة ذات ثلاثة ألوان أساسية مناسبة للإثارة بالأشعة فوق البنفسجية. وكلما اقتربت هذه المصابيح من مصابيح LED الزرقاء ذات الأشعة فوق البنفسجية، زادت احتمالية تحقيق ذلك. كلما زاد حجمها، أصبح من غير الممكن استخدام مصابيح LED البيضاء ذات الموجات المتوسطة والقصيرة للأشعة فوق البنفسجية.