单片氮化铟镓白色LED

行家说Display · 2020-02-21

美国的Ostendo Technologies Inc已展示了其单片可调色LED在各种相关色温（CCT）范围内的显色指数（CRI）功能[Hussein S. El-Ghoroury等，光学Express，第28卷，第1206页，2020年]。

该器件由三组氮化铟镓（InGaN）量子阱（QW）组成，这些量子阱根据注入的电流以不同的波长（460-650nm）发射。不同的QW层被氮化铝镓（AlGaN）的载流子阻挡区域隔开。根据AlGaN的成分，厚度和掺杂剂浓度来定制势垒，以将载流子引导到目标QW中，并在给定偏置下产生特定的波长。

使用不同级别的电流注入脉冲产生白光，以提供各种光谱平衡。改变CCT的能力被认为有利于其对人类昼夜节律，情绪和健康的影响。4000-6000K范围内的“凉爽”明亮光更能使人保持清醒，而3000K的昏暗“温暖”光线更适合放松和准备睡眠。

图1：（a）基于InGaN的单片可调色结构的简化截面图，以及（b）从5mA至350mA注入电流的发射。

外延结构（图1）使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长-最顶部的p型镁掺杂层通过在反应室中进行原位退火而被激活。

在晶圆上对器件进行了测试，其触点是通过将铟球压在p-GaN表面和暴露暴露的n型材料的划刻区域上而形成的。研究人员评论说：“出于生产目的，必须将透明的p型触点（例如，退火的[镍/金] Ni / Au或[氧化铟锡] ITO用于p-GaN和[钛/铝] Ti / Al或Ti / Au应该用于n-GaN接触以提高接触电阻率。”

该驱动装置包括两步脉冲发生器，一个基于运算放大器的求和网络以及一个电压-电流转换器，它们又基于运算放大器和双极晶体管。该电路的目标是快速响应和大电流处理。

研究人员对脉冲电路进行了手动微调，因此很难在精确的颜色坐标下获得光谱。该团队认为，对于计算机控制的反馈系统而言，这将很容易。

在2700K至6500K的CCT范围内，LED产生的CRI值均高于80（图2）。在最高CCT时，CRI为87。研究小组认为，“额外的光谱发射峰可增加光谱混合物的范围和重叠度”可改善CCT。

图2：色温为（a）2700K，（b）3000K，（c）3500K，（d）4100K，（e）5000K和（a）的色温下脉冲颜色可调发射的光谱（顶部）和照片捕获（底部）。 f）6500K。

对具有四个发射峰并由三步脉冲设置驱动的结构的仿真表明，高于90（在4100K CCT时高达95.4）的CRI是可能的。额外的峰将来自从低额外红色发光（〜为625nm波长）和介质（〜 585nm）电流注射的，在长波长范围内增强的光谱覆盖范围。这两个红色峰是由较高的注入电流下的明显蓝移效应引起的。

研究小组评论说：“由于蓝色和绿色QW发射的蓝移极小，因此蓝色和绿色QW发射的光谱含量与两步脉冲设计中所示的相似。通过优化蓝色和绿色QW生长参数，可以增强短波长范围内的光谱覆盖范围，从而可以进一步改善CRI。”