单片氮化铟镓白色LED

行家说LED快讯 · 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。”

与基于发射单色光的单独芯片或带有滤光器的设备的RGB设计相比,使用这种单片芯片将减少材料,复杂性和封装成本。