La tecnologia LED d'espectre complet s'ha convertit en una paraula de moda en els darrers anys, sobretot quan es tracta d'emular la llum solar natural i millorar la qualitat de la llum. En aquest article, ens endinsarem en el món dels LED d'espectre complet, com van sorgir, com es fabriquen i on s'utilitzen. Parlarem de com podeu aconseguir LED d'espectre complet amb diferents combinacions de xips i fòsfors, els reptes de fabricar-los i com es mostren en productes com ara llums d'escriptori, il·luminació industrial, i fins i tot llums de creixement de plantes. Finalment, respondrem a la pregunta: "Realment necessiteu il·luminació d'espectre complet?" i “Com es pot il·luminació d'espectre complet et beneficien al teu entorn?"
La definició de LED d'"espectre complet".
Quan parlem dels populars LED d'"espectre complet" avui dia, és important aclarir què significa "espectre complet". El veritable "espectre complet" es refereix a la llum emesa des d'una font que cobreix tot l'espectre, des de la llum ultraviolada (UV), la llum visible fins a l'infrarojo (IR), imitant l'espectre complet de la llum solar (com es mostra a la figura 1).
Aquest és el "espectre complet" més complet que es troba a la natura. Tanmateix, el LED "d'espectre complet" del qual parla la majoria de la gent avui és una definició més estreta. En el context del LED, "espectre complet" es refereix a la llum emesa dins del rang de llum visible que s'assembla molt a l'espectre de la llum solar en aquest mateix rang (com es mostra a la figura 2).
S'exclouen les parts ultraviolada i infraroja, principalment per fer que els LED d'espectre complet siguin més factibles per a la producció en massa. L'addició d'UV i IR complicaria tot el sistema d'embalatge i l'aplicació, fent gairebé impossible la producció a gran escala i l'ús pràctic. Fins i tot amb només l'espectre visible inclòs, no és fàcil aconseguir LED d'espectre complet. Per exemple, per aconseguir un alt índex de reproducció del color (CRI) prop de 100, moltes empreses lluiten per millorar el CRI del 96 al 98, i molt menys per aconseguir el 99 o més.
Figura 1: espectre complet de la llum solar (280 nm-4000 nm)
Figura 2: espectre de la llum solar dins del rang visible (380nm-780nm)
Com aconseguir LED d'espectre complet
En teoria, hi ha dues maneres principals d'aconseguir LED d'espectre complet: una utilitzant xips i l'altra utilitzant fòsfors. Pel que fa al xip, hi ha dues maneres principals: una és que el xip excita el fòsfor i l'altra utilitza el xip sol sense fòsfor. Pel que fa als fòsfors, cal emparellar els fòsfors amb el xip i seleccionar diferents longituds d'ona d'emissió i excitació per a la combinació. En total, hi ha quatre maneres principals d'aconseguir LED d'espectre complet:
1. Fòsfors emocionants Blue Chip d'una sola banda
Aquest mètode és similar a l'embalatge LED normal, però s'afegeixen diversos fòsfors (per exemple, verd, groc, vermell o fins i tot taronja, cian, blau). Tot i que això pot produir llum propera a l'espectre complet, encara hi ha un pic de llum blava prominent. A més, l'eficiència de fòsfors com el cian i el blau és relativament baixa i pot faltar llum en el rang de 470-510 nm.
2. Fòsfors emocionants Blue Chip de banda dual o triple
Aquest mètode millora l'enfocament d'una sola banda utilitzant un xip blau de banda dual o triple per excitar fòsfors a diferents longituds d'ona. Els xips de banda dual solen utilitzar dos rangs: 430-450nm i 460-480nm, mentre que els xips de banda triple utilitzen tres: 430-440nm, 440-460nm i 460-480nm. Això permet més flexibilitat en combinar els xips amb fòsfors per adaptar-se millor a l'espectre de la llum solar (com es mostra a la figura 3). Amb aquest enfocament, el CRI pot superar els 98. No obstant això, aquest mètode requereix una gran varietat de fòsfors, cosa que fa que sigui més difícil garantir la consistència i l'estabilitat durant la producció en massa.
Figura 3: espectre de LEDs d'espectre complet de llum blava de banda dual i triple (per a referència)
3. Fòsfors excitants de xip UV
Aquest mètode té una eficiència lumínica menor. El motiu principal és que la majoria de fòsfors disponibles comercialment estan dissenyats per funcionar amb xips blaus, no amb xips UV, de manera que la seva eficiència d'excitació és molt més baixa en el rang UV. A més, els xips UV solen oscil·lar entre 385 i 405 nm, que també tenen una eficiència més baixa. Tot i que els xips UV poden imitar més de prop l'espectre de la llum solar i evitar la presència de llum blava de longitud d'ona curta (com es mostra a la figura 4), aquest mètode té inconvenients. Per exemple, els xips UV provoquen una degradació més important dels fòsfors amb el pas del temps, donant lloc a canvis de color i problemes de temperatura del color. La llum UV també danya els materials orgànics com els encapsulants, reduint la Vida útil del LED.
Figura 4: espectre de LED d'espectre complet UV (per a referència)
4. Mètode de combinació multixip
Aquest mètode combina xips que emeten llum blava, cian, verda, groga i vermella per aconseguir un espectre complet. Tot i que això pot funcionar en teoria, s'utilitza amb menys freqüència a causa de diversos reptes. D'una banda, els xips emeten llum amb amplades de banda estretes, cosa que dificulta aconseguir l'espectre més ampli que proporcionen els fòsfors. A més, l'eficiència de diferents xips de colors varia molt, cosa que fa que sigui difícil equilibrar la sortida de llum. Amb el pas del temps, també es poden produir canvis de color i canvis de temperatura a causa de les diferents taxes de degradació dels xips.
Per oferir una comparació més clara, la taula següent resumeix els quatre mètodes per aconseguir LED d'espectre complet:
| Mètode | Eficiència | CRI | Cost | Dificultat d'embalatge | Rendiment global | Tipus de mètode |
| Fòsfors emocionants Blue Chip d'una sola banda | alt | Moderat | Sota | Sota | Bé | El xip excita els fòsfors |
| Fòsfors emocionants Blue Chip de doble/triple banda | alt | alt | Moderat | Moderat | Molt bo | El xip excita els fòsfors |
| Fòsfors excitants de xip UV | Sota | alt | alt | Sota | Pobre | El xip excita els fòsfors |
| Combinació multixip | Sota | alt | alt | Sota | Pobre | Xip (pot afegir fòsfors) |
Aplicacions dels LED d'espectre complet
Ara que hem cobert els mètodes per aconseguir LED d'espectre complet, com podem aplicar-los de manera efectiva? Una consideració clau és la temperatura del color. La llum solar canvia al llarg del dia i de les estacions. Per exemple, el temperatura del color a la sortida del sol són al voltant dels 2000K, al migdia són al voltant dels 5000K, i al capvespre són uns 2300K. Per tant, els LED d'espectre complet s'han de dissenyar per imitar l'espectre de la llum solar corresponent a diferents temperatures de color, cosa que es pot aconseguir mitjançant els mètodes descrits anteriorment.
Segons l'explicació anterior, els LED d'espectre complet es poden utilitzar en gairebé qualsevol aparell d'il·luminació estàndard, com ara la il·luminació domèstica, il·luminació exterior, il·luminació industrial, llums d'escriptori, tires led d'espectre complet i fins i tot il·luminació de les plantes. Les aplicacions específiques depenen en gran mesura del preu i l'acceptació del consumidor. Actualment, els llums d'escriptori són l'aplicació més habitual, sovint es comercialitzen com a llum blava baixa, protecció ocular i temperatura de color ajustable. Aquests llums tenen un preu més alt que els llums estàndard. La comparació entre els estàndards nacionals xinesos i els requisits CRI de "certificació d'espectre complet" es mostra a la taula 2. Com es veu a la taula, l'estàndard nacional xinès per a llums d'escriptori es pot complir fàcilment amb fonts de llum LED ordinàries, mentre que l'espectre complet la certificació requereix un rendiment més avançat.
Taula 2: Comparació de CRI per a llums d'escriptori
| Estàndard | Certificació d'espectre complet |
| Nombre i nom estàndard | GB/T 9473-2022 "Requisits de rendiment per a llums de lectura i escriptura" |
| Requisits CRI | CRI general: Ra ≥ 80 |
| CRI especial: R9 > 0 |
Conclusió
Basant-nos en la introducció anterior a la tecnologia LED d'espectre complet, nosaltres, com a professionals de la indústria, hem de pensar: és la font de llum actual "d'espectre complet" una cosa que realment necessita la gent? Si us plau, no dubteu a enviar-me un missatge o deixar comentaris per a més discussió!
