1. Puce LED bleue + phosphore jaune-vert, y compris les dérivés de phosphore multicolores.

 La couche de phosphore jaune-vert absorbe une partie delumière bleueUne partie de la lumière bleue émise par la puce LED est transmise hors de la couche de phosphore et se mélange à la lumière jaune-verte émise par le phosphore en divers points de l'espace. Les lumières rouge, verte et bleue se combinent ainsi pour former de la lumière blanche. De cette manière, le rendement de conversion de la photoluminescence du phosphore, qui correspond à l'efficacité quantique externe, ne dépasse pas 75 % en théorie. Le taux d'extraction de lumière de la puce n'atteint qu'environ 70 %. Par conséquent, en théorie, l'efficacité lumineuse maximale d'une LED blanche bleue ne dépasse pas 340 lm/W, tandis que CREE a atteint 303 lm/W ces dernières années. Si ces résultats sont exacts, ce sera une avancée significative.

2. La combinaison du rouge, du vert et du bleuLED RVBLe type inclut le type RGBW-LED, etc.

 Les trois diodes électroluminescentes (LED R, LED G et LED B) sont combinées et les trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu) sont mélangées directement pour former de la lumière blanche. Pour produire une lumière blanche à haut rendement de cette manière, il est indispensable que les LED de différentes couleurs, et notamment les LED vertes, soient des sources lumineuses à haut rendement. Ceci est illustré par la notion de « lumière blanche à énergie égale », dans laquelle la lumière verte représente environ 69 %. Actuellement, le rendement lumineux des LED bleues et rouges est très élevé, avec des rendements quantiques internes dépassant respectivement 90 % et 95 %. En revanche, le rendement quantique interne des LED vertes est nettement inférieur. Ce faible rendement des LED à base de GaN pour la lumière verte est appelé « lacune lumineuse verte ». La principale raison est l'absence de matériaux épitaxiaux spécifiques aux LED vertes. Les matériaux existants à base de nitrure d'arsenic et de phosphore présentent un faible rendement dans le spectre jaune-vert. Des matériaux épitaxiaux rouges ou bleus sont donc utilisés pour fabriquer des LED vertes. À faible densité de courant, en l'absence de pertes par conversion du phosphore, la LED verte présente une efficacité lumineuse supérieure à celle des LED vertes utilisant un phosphore bleu. Son efficacité lumineuse atteint 291 lm/W sous un courant de 1 mA. Cependant, la chute d'efficacité lumineuse due à l'effet de chute de tension (ou effet de droop) est significative sous un courant plus élevé. Lorsque la densité de courant augmente, l'efficacité lumineuse diminue rapidement. À 350 mA, elle est de 108 lm/W, et à 1 A, elle chute à 66 lm/W.

Pour les phosphines III, l'émission de lumière dans la bande verte constitue un obstacle majeur pour ce matériau. Modifier la composition de l'AlInGaP pour qu'il émette de la lumière verte plutôt que rouge, orange ou jaune – ce qui entraîne une limitation insuffisante du nombre de porteurs – est dû à la faible bande interdite du matériau, qui empêche une recombinaison radiative efficace.

Par conséquent, pour améliorer l'efficacité lumineuse des LED vertes, plusieurs pistes sont envisagées : premièrement, étudier comment réduire l'effet de chute de luminosité (ou « drop ») avec les matériaux épitaxiés existants ; deuxièmement, utiliser la conversion de photoluminescence des LED bleues et des phosphores verts pour émettre de la lumière verte. Cette méthode permet d'obtenir une lumière verte à haut rendement lumineux, théoriquement supérieur à celui de la lumière blanche actuelle. Il s'agit d'une lumière verte non spontanée, sans problème d'éclairage. L'efficacité lumineuse de la lumière verte ainsi obtenue pourrait dépasser 340 lm/W, mais ne dépassera pas ce seuil après combinaison avec de la lumière blanche ; troisièmement, poursuivre la recherche et développer un matériau épitaxié spécifique. Seule cette approche offre l'espoir qu'après avoir obtenu une lumière verte à rendement lumineux bien supérieur à 340 lm/W, la lumière blanche issue de la combinaison des trois couleurs primaires (rouge, vert et bleu) puisse dépasser la limite d'efficacité lumineuse de 340 lm/W des LED blanches à puce bleue.

3. LED ultravioletteLa puce et les trois phosphores de couleurs primaires émettent de la lumière 

Le principal défaut inhérent aux deux types de LED blanches mentionnés ci-dessus réside dans la distribution spatiale non uniforme de la luminosité et de la chromaticité. La lumière ultraviolette étant invisible à l'œil nu, elle est absorbée, après sa sortie de la puce, par les trois phosphores de couleur primaire de la couche d'encapsulation. Convertie en lumière blanche par photoluminescence, elle est ensuite diffusée dans l'espace. C'est là son principal avantage : à l'instar des lampes fluorescentes traditionnelles, elle ne présente aucune irrégularité spatiale de couleur. Cependant, l'efficacité lumineuse théorique d'une LED blanche à puce ultraviolette ne peut excéder celle d'une LED blanche à puce bleue, et encore moins celle d'une LED blanche de type RGB. Seul le développement de phosphores à trois couleurs primaires à haut rendement, adaptés à l'excitation par la lumière ultraviolette, permettra d'obtenir, à l'heure actuelle, des LED blanches ultraviolettes dont l'efficacité serait comparable, voire supérieure, à celle des deux types de LED blanches mentionnés précédemment. Plus l'efficacité lumineuse se rapproche de celle des LED à puce ultraviolette bleue, plus il est impossible d'obtenir des LED blanches à ondes moyennes et courtes d'une efficacité comparable.