Weißes Leuchtstoffdiode

Definition des weißen LEDs

Eine weiße LED ist definiert als eine Beleuchtungstechnologie, die verschiedene Methoden verwendet, um weißes Licht aus LEDs zu erzeugen und wird nun in zahlreichen Beleuchtungsanwendungen eingesetzt.

Weiße Leuchtdioden (LEDs) haben die Beleuchtung revolutioniert. Anfänglich waren LEDs auf Indikatoren, Anzeigen und Notbeleuchtung beschränkt. Heute werden weiße LEDs in fast allen Beleuchtungsanwendungen eingesetzt, von Innenbeleuchtung bis hin zu Straßen- und Flutlicht, was sie allgegenwärtig macht.

LEDs können kein weißes Licht natürlich erzeugen, aber spezifische Technologien ermöglichen dies. Die Hauptmethoden zur Erzeugung von weißem Licht in LEDs sind Wellenlängenumwandlung, Farbmischung und Homo-epitaxiale ZnSe-Technologie.

Wellenlängenumwandlung

Die Wellenlängenumwandlung konvertiert die Strahlung einer LED in weißes Licht. Methoden hierzu umfassen den Einsatz einer blauen LED mit gelbem Phosphor, mehreren Phosphoren, einer ultravioletten LED mit RGB-Phosphoren oder einer blauen LED mit Quantenpunkten.

Blaue LED und gelber Phosphor

Bei dieser Methode der Wellenlängenumwandlung wird eine LED verwendet, die blaue Strahlung emittiert, um einen gelben Phosphor (Yttrium-Aluminium-Garnet) anzuregen. Dies führt zur Emission von gelbem und blauem Licht, und diese Mischung von blauem und gelbem Licht erscheint als weißes Licht. Diese Methode ist die kostengünstigste Methode zur Erzeugung von weißem Licht.

Blaue LED und mehrere Phosphore

Diese Methode der Wellenlängenumwandlung beinhaltet den Einsatz mehrerer Phosphore mit einer blauen LED. Jeder der verwendeten Phosphore emittiert ein anderes Farblicht, wenn die von der blauen LED emittierte Strahlung darauf fällt. Diese verschiedenen Farben des Lichts kombinieren sich mit dem ursprünglichen blauen Licht, um weißes Licht zu erzeugen. Der Einsatz mehrerer Phosphore anstelle von gelbem Phosphor produziert weißes Licht, das ein breiteres Wellenlängenspektrum und eine bessere Farbqualität hinsichtlich CRI und CCT hat. Allerdings ist dieser Prozess im Vergleich zum Verfahren mit nur gelbem (YAG) Phosphor teurer.

Ultraviolette LED mit RGB-Phosphoren

Eine dritte Methode der Wellenlängenumwandlung umfasst den Einsatz einer ultravioletten Strahlung emittierenden LED in Kombination mit roten, grünen und blauen (RGB) Phosphoren. Die LED emittiert ultraviolette Strahlung, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, die auf die roten, grünen und blauen Phosphore fällt und sie anregt. Wenn diese RGB-Phosphore angeregt werden, emittieren sie Strahlungen, die miteinander gemischt werden, um weißes Licht zu erzeugen. Dieses weiße Licht hat ein noch breiteres Wellenlängenspektrum als die zuvor diskutierten Technologien.

Blaue LED und Quantenpunkte

In dieser Methode wird eine blaue LED verwendet, um Quantenpunkte zu aktivieren. Quantenpunkte sind extrem kleine Halbleiterkristalle zwischen 2 und 10 nm. Sie entsprechen 10–50 Atomen im Durchmesser. Wenn Quantenpunkte mit einer blauen LED verwendet werden, bilden sie eine dünne Schicht von Nanokristallpartikeln, die 33 oder 34 Paare von Cadmium oder Selen enthalten, die auf der LED aufgetragen sind. Das von der LED emittierte blaue Licht regt die Quantenpunkte an. Diese Anregung führt zur Erzeugung eines weißen Lichts, das ein Wellenlängenspektrum hat, das dem des durch ultraviolette LED und RGB-Phosphore erzeugten weißen Lichts sehr ähnlich ist.

Farbmischung

Mehrere LEDs (normalerweise emittieren die Primärfarben rot, blau und grün) werden in einer Lampe eingebaut, und die Intensität jeder LED wird entsprechend eingestellt, um weißes Licht zu erhalten. Dies ist die grundlegende Idee der Farbmischungstechnik. Die Farbmischungstechnik erfordert mindestens zwei LEDs, die blau und gelb leuchten, deren Intensitäten variiert werden, um weißes Licht zu erzeugen. Farbmischung kann auch mit vier LEDs durchgeführt werden, bei denen ROT, BLAU, GRÜN und GELB nebeneinander verwendet werden. Da bei der Farbmischung keine Phosphore verwendet werden, gibt es keinen Energieverlust während des Umwandlungsprozesses, und daher ist die Farbmischungstechnik effizienter als die Wellenlängenumwandlungstechniken.

Homo-epitaktisches ZnSe

Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, Japan, schloss sich mit Procomp Informatics, Ltd., Taipei, Taiwan, in einem Joint Venture zusammen, das Supra Opto, Inc. genannt wurde, um eine neue Technologie zur Erzeugung von weißem Licht aus LEDs zu entwickeln und kommerzialisieren. Diese neue Technologie wird als homo-epitaktische ZnSe-Technologie zur Erzeugung von weißem Licht bezeichnet.

In dieser Technologie wird weißes Licht erzeugt, indem eine epitaktische blaue LED-Schicht auf einem Zink-Selenid (ZnSe)-Substrat gewachsen wird. Dies führt zur gleichzeitigen Emission von blauem Licht aus der aktiven Zone und gelbem Licht aus dem Substrat. Die epitaktische Schicht der LED emittiert ein grünliches blaues Licht bei 483 nm, während das ZnSe-Substrat gleichzeitig ein orangefarbenes Licht bei 595 nm emittiert. Die Kombination dieses grünlichen blauen Lichts mit einer Wellenlänge von 483 nm und orangefarbenen Lichts mit einer Wellenlänge von 595 nm erzeugt weißes Licht, und wir erhalten eine weiße LED, deren korrelierte Farbtemperatur (CCT) im Bereich von 3000 K und darüber liegt. Die mittlere Lebensdauer dieser weißen LED beträgt etwa 8000 Stunden.

Derzeit wird diese LED in Anwendungen wie Beleuchtung, Indikatoren und Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristalldisplays eingesetzt. Mit der Steigerung ihrer mittleren Lebensdauer wird diese weiße LED jedoch für weitere Beleuchtungsanwendungen geeignet sein.