Fuldspektret LED-teknologi er blevet et buzzword i de senere år, især når det kommer til at efterligne naturligt sollys og forbedre lysets kvalitet. I denne artikel vil vi dykke ned i verden af fuldspektrum LED'er, hvordan de opstod, hvordan de er lavet, og hvor de bruges. Vi vil tale om, hvordan du kan opnå fuldspektrede LED'er med forskellige chip- og fosforkombinationer, udfordringerne ved at lave dem, og hvordan de dukker op i produkter som skrivebordslamper, industriel belysning, og endda plantevækstlys. Til sidst vil vi besvare spørgsmålet: "Har du virkelig brug for fuldspektret belysning?" og "Hvordan kan fuldspektret belysning gavner dig i dit miljø?”
Definitionen af "Fuld-Spectrum" LED'er
Når vi taler om de populære "fuldspektrum" LED'er i dag, er det vigtigt at præcisere, hvad "fuldt spektrum" betyder. Ægte "fuldt spektrum" refererer til lys, der udsendes fra en kilde, der dækker hele spektret fra ultraviolet (UV), synligt lys, til infrarødt (IR), der efterligner hele spektret af sollys (som vist i figur 1).
Dette er det mest omfattende "fulde spektrum", der findes i naturen. Men den "fuldspektrede" LED, de fleste taler om i dag, er en snævrere definition. I LED-sammenhæng refererer "fuldt spektrum" til lys, der udsendes inden for det synlige lysområde, der ligner spektret af sollys i det samme område (som vist i figur 2).
De ultraviolette og infrarøde dele er udelukket, hovedsageligt for at gøre fuldspektrum LED'er mere gennemførlige til masseproduktion. Tilføjelse af UV og IR ville komplicere hele emballagesystemet og applikationen, hvilket gør storskalaproduktion og praktisk brug næsten umulig. Selv med kun det synlige spektrum inkluderet, er det ikke nemt at opnå fuldspektrede LED'er. For eksempel for at opnå en høj farvegengivelsesindeks (CRI) tæt på 100, kæmper mange virksomheder med at forbedre CRI fra 96 til 98, endsige med at opnå 99 eller højere.
Figur 1: Fuldt spektrum af sollys (280nm-4000nm)
Figur 2: Sollysspektrum inden for det synlige område (380nm-780nm)
Sådan opnår du fuld-spektrum LED'er
I teorien er der to hovedmåder til at opnå fuldspektrede LED'er: den ene er ved at bruge chips og den anden er ved at bruge fosfor. På chipsiden er der to hovedmåder: Den ene er chippen, der stimulerer fosforen, og den anden er at bruge chippen alene uden fosfor. På fosforsiden skal du parre fosforene med chippen, og du skal vælge forskellige emissions- og excitationsbølgelængder for kombinationen. I alt er der fire hovedmåder til at opnå fuldspektrede LED'er:
1. Single-band Blue Chip Spændende Phosphors
Denne metode ligner almindelig LED-emballage, men flere fosfor er tilføjet (f.eks. grøn, gul, rød eller endda orange, cyan, blå). Selvom dette kan producere lys tæt på fuldspektret, er der stadig en fremtrædende blå lysspids. Ydermere er effektiviteten af fosfor som cyan og blå relativt lav, og lys i området 470-510nm kan mangle.
2. Dual-band eller Triple-band Blue Chip Exciting Phosphors
Denne metode forbedrer enkeltbåndstilgangen ved at bruge en dual-band eller triple-band blue chip til at excitere fosfor på tværs af forskellige bølgelængder. Dual-band chipsene bruger typisk to områder: 430-450nm og 460-480nm, mens triple-band chipsene bruger tre: 430-440nm, 440-460nm og 460-480nm. Dette giver mere fleksibilitet til at parre chipsene med fosfor for bedre at matche sollysspektret (som vist i figur 3). Med denne tilgang kan CRI overstige 98. Denne metode kræver dog en bred vifte af fosfor, hvilket gør det sværere at sikre konsistens og stabilitet under masseproduktion.
Figur 3: Spektrum af dual-band og triple-band blåt lys fuldspektrum LED'er (til reference)
3. UV-chip spændende fosfor
Denne metode har lavere lyseffektivitet. Hovedårsagen er, at de fleste kommercielt tilgængelige fosfor er designet til at arbejde med blå chips, ikke UV-chips, så deres excitationseffektivitet er meget lavere i UV-området. Derudover spænder UV-chips typisk fra 385-405nm, som også har lavere effektivitet. Selvom UV-chips mere kan efterligne sollysspektret og undgå tilstedeværelsen af blåt lys med kort bølgelængde (som vist i figur 4), har denne metode ulemper. For eksempel forårsager UV-chips mere signifikant nedbrydning af fosfor over tid, hvilket resulterer i farveskift og farvetemperaturproblemer. UV-lys beskadiger også organiske materialer som indkapslingsmidler, hvilket reducerer LED's levetid.
Figur 4: Spektrum af UV fuldspektrum LED'er (til reference)
4. Multi-chip kombinationsmetode
Denne metode kombinerer chips, der udsender blåt, cyan, grønt, gult og rødt lys for at opnå et fuldt spektrum. Selvom dette kan fungere i teorien, er det mindre almindeligt brugt på grund af flere udfordringer. For det første udsender chips lys med smalle båndbredder, hvilket gør det vanskeligt at opnå det bredere spektrum, som fosfor giver. Derudover varierer effektiviteten af forskellige farvede chips meget, hvilket gør det udfordrende at balancere lysudbyttet. Over tid kan farveskift og temperaturændringer også forekomme på grund af de forskellige nedbrydningshastigheder af chips.
For at give en klarere sammenligning opsummerer følgende tabel de fire metoder til at opnå fuldspektrede LED'er:
| Metode | Effektivitet | CRI | Pris | Emballage vanskeligheder | Overordnet ydelse | Metodetype |
| Single-band Blue Chip Spændende Phosphors | Høj | Moderat | Lav | Lav | god | Chip exciterer fosfor |
| Dual/Triple-band Blue Chip Spændende Phosphors | Høj | Høj | Moderat | Moderat | meget god | Chip exciterer fosfor |
| UV-chip spændende fosfor | Lav | Høj | Høj | Lav | Dårlig | Chip exciterer fosfor |
| Multi-chip kombination | Lav | Høj | Høj | Lav | Dårlig | Chip (kan tilføje fosfor) |
Anvendelser af LED'er med fuld spektrum
Nu hvor vi har dækket metoderne til at opnå fuldspektrede LED'er, hvordan kan vi så effektivt anvende dem? En vigtig overvejelse er farvetemperaturen. Sollyset ændrer sig i løbet af dagen og på tværs af årstider. For eksempel farvetemperatur ved solopgang er det omkring 2000K, ved middagstid er det omkring 5000K, og ved solnedgang er det omkring 2300K. Derfor skal fuldspektrum-LED'er designes til at efterligne det tilsvarende sollysspektrum ved forskellige farvetemperaturer, hvilket kan opnås ved hjælp af metoderne beskrevet ovenfor.
Baseret på ovenstående forklaring kan fuldspektrum LED'er bruges i næsten alle standard belysningsarmaturer, såsom husholdningsbelysning, udendørs belysning, industriel belysning, skrivebordslamper, fuld spektrum led strips og endog plantebelysning. Specifikke applikationer afhænger i høj grad af pris og forbrugeraccept. I øjeblikket er skrivebordslamper den mest almindelige anvendelse, ofte markedsført som lav-blåt lys, øjenbeskyttende og farvetemperatur justerbar. Disse lamper er dyrere end standardlamper. Sammenligningen mellem kinesiske nationale standarder og "full-spectrum certification" CRI-kravene er vist i tabel 2. Som det ses i tabellen kan den kinesiske nationale standard for skrivebordslamper nemt opfyldes af almindelige LED-lyskilder, mens fuldspektret certificering kræver mere avanceret ydeevne.
Tabel 2: CRI-sammenligning for bordlamper
| Standard | Fuldspektrum certificering |
| Standardnummer og navn | GB/T 9473-2022 "Ydeevnekrav til læse- og skrivelamper" |
| CRI-krav | Generel CRI: Ra ≥ 80 |
| Speciel CRI: R9 > 0 |
Konklusion
Baseret på ovenstående introduktion til fuldspektrum LED-teknologi skal vi som branchefolk tænke over: Er den nuværende "fuldspektrede" lyskilde noget, folk virkelig har brug for? Du er velkommen til at sende mig en besked eller efterlade kommentarer for yderligere diskussion!
