Täisspektriga LED-tehnoloogia on viimastel aastatel muutunud moesõnaks, eriti kui tegemist on loomuliku päikesevalguse jäljendamise ja valguse kvaliteedi parandamisega. Selles artiklis sukeldume täisspektri LED-ide maailma, kuidas need tekkisid, kuidas neid valmistatakse ja kus neid kasutatakse. Räägime sellest, kuidas saate erinevate kiibi- ja fosforikombinatsioonidega saavutada täisspektri LED-e, millised on nende valmistamise väljakutsed ja kuidas need ilmnevad sellistes toodetes nagu laualambid, tööstuslik valgustusja isegi taimede kasvutuled. Lõpuks vastame küsimusele: "Kas teil on tõesti vaja täisspektriga valgustust?" ja „Kuidas saab täisspektriga valgustus kasu teile oma keskkonnas?"
Täisspektri LED-ide määratlus
Kui me räägime tänapäeval populaarsetest "täisspektriga" LED-idest, on oluline selgitada, mida tähendab "täisspekter". Tõeline "täisspekter" viitab valgusele, mis kiirgab allikast, mis katab kogu spektri ultraviolettkiirgusest (UV), nähtavast valgusest kuni infrapunani (IR), jäljendades päikesevalguse kogu spektrit (nagu on näidatud joonisel 1).
See on kõige põhjalikum "täisspekter", mida looduses leidub. Kuid "täisspektriga" LED, millest enamik inimesi tänapäeval räägib, on kitsam määratlus. LED-i kontekstis viitab "täisspekter" valgusele, mis kiirgab nähtava valguse vahemikus, mis sarnaneb väga päikesevalguse spektriga samas vahemikus (nagu on näidatud joonisel 2).
Ultraviolett- ja infrapunaosad on välja jäetud, peamiselt selleks, et muuta täisspektriga LED-id masstootmise jaoks teostatavamaks. UV- ja infrapunakiirguse lisamine muudaks kogu pakendamissüsteemi ja rakenduse keerukamaks, muutes suuremahulise tootmise ja praktilise kasutamise peaaegu võimatuks. Isegi kui kaasatakse ainult nähtav spekter, pole täisspektri LED-ide saavutamine lihtne. Näiteks selleks, et saavutada kõrge värviedastusindeks (CRI) 100 lähedal, näevad paljud ettevõtted vaeva, et parandada CRI-d 96-lt 98-le, rääkimata 99-st või kõrgemast.
Joonis 1: päikesevalguse täisspekter (280-4000 nm)
Joonis 2: Päikesevalguse spekter nähtavas piirkonnas (380 nm–780 nm)
Kuidas saavutada täisspektri LED-id
Teoreetiliselt on täisspektri LED-ide saavutamiseks kaks peamist viisi: üks on kiipide kasutamine ja teine luminofooride kasutamine. Kiibi poolel on kaks peamist viisi: üks on kiip, mis ergutab fosforit, ja teine kasutab kiipi üksi ilma fosforita. Fosfori poolel tuleb luminofoorid kiibiga siduda ning kombinatsiooni jaoks tuleb valida erinevad emissiooni- ja ergastuslainepikkused. Kokku on täisspektri LED-ide saavutamiseks neli peamist viisi:
1. Üheribalised Blue Chip põnevad fosforid
See meetod sarnaneb tavaliste LED-pakenditega, kuid lisatud on mitu fosforit (nt roheline, kollane, punane või isegi oranž, tsüaan, sinine). Kuigi see võib tekitada valgust, mis on peaaegu täisspekter, on siiski silmapaistev sinine valguse tipp. Lisaks on selliste fosforite, nagu tsüaan ja sinine, efektiivsus suhteliselt madal ning 470–510 nm vahemikus võib puududa valgus.
2. Kahe- või kolmeribalised sinise kiibi põnevad fosforid
See meetod täiustab üheribalist lähenemisviisi, kasutades kahe- või kolmeribalist sinist kiipi, et ergutada fosforit erinevatel lainepikkustel. Kaheribalised kiibid kasutavad tavaliselt kahte vahemikku: 430–450 nm ja 460–480 nm, samas kui kolmeribalised kiibid kasutavad kolme: 430–440 nm, 440–460 nm ja 460–480 nm. See võimaldab suuremat paindlikkust kiipide sidumisel fosforiga, et need sobiksid paremini päikesevalguse spektriga (nagu on näidatud joonisel 3). Selle lähenemisviisi korral võib CRI ületada 98. See meetod nõuab aga suurt hulka fosforit, mistõttu on masstootmise ajal järjepidevuse ja stabiilsuse tagamine raskem.
Joonis 3: kahe- ja kolmeribaliste sinise valguse täisspektri LED-ide spekter (viide)
3. UV-kiip põnevad fosforid
Sellel meetodil on madalam valgusefektiivsus. Peamine põhjus on see, et enamik kaubanduslikult saadaolevaid luminofooraineid on loodud töötama siniste kiipidega, mitte UV-kiipidega, mistõttu on nende ergastuse efektiivsus UV-vahemikus palju madalam. Lisaks on UV-kiibid tavaliselt vahemikus 385–405 nm, millel on ka madalam efektiivsus. Kuigi UV-kiibid suudavad paremini jäljendada päikesevalguse spektrit ja vältida lühikese lainepikkusega sinise valguse olemasolu (nagu on näidatud joonisel 4), on sellel meetodil puudusi. Näiteks UV-kiibid põhjustavad aja jooksul fosforite suuremat lagunemist, mille tulemuseks on värvinihked ja värvitemperatuuri probleemid. UV-valgus kahjustab ka orgaanilisi materjale, nagu kapseldajad, vähendades LED-i eluiga.
Joonis 4: UV täisspektri LED-ide spekter (viide)
4. Mitme kiibi kombineerimise meetod
See meetod ühendab sinist, tsüaani, rohelist, kollast ja punast valgust kiirgavaid kiipe, et saavutada täielik spekter. Kuigi see võib teoreetiliselt töötada, kasutatakse seda mitmete väljakutsete tõttu harvemini. Esiteks kiirgavad kiibid kitsa ribalaiusega valgust, mis muudab fosfori pakutava laiema spektri saavutamise keeruliseks. Lisaks on erinevat värvi kiipide efektiivsus väga erinev, muutes valgusvõimsuse tasakaalustamise keeruliseks. Aja jooksul võivad laastude erineva lagunemiskiiruse tõttu tekkida ka värvimuutused ja temperatuurimuutused.
Selgema võrdluse pakkumiseks võetakse järgmises tabelis kokku neli meetodit täisspektri LED-ide saavutamiseks:
| Meetod | Efektiivsus | CRI | Maksma | Pakendamisraskused | Üldine jõudlus | Meetodi tüüp |
| Üheribalised Blue Chip põnevad fosforid | Kõrge | Mõõdukas | Madal | Madal | hea | Kiip ergastab fosforit |
| Kahe-/kolmeribalised Blue Chip põnevad fosforid | Kõrge | Kõrge | Mõõdukas | Mõõdukas | väga hea | Kiip ergastab fosforit |
| UV-kiip Põnevad fosforid | Madal | Kõrge | Kõrge | Madal | vaene | Kiip ergastab fosforit |
| Mitme kiibi kombinatsioon | Madal | Kõrge | Kõrge | Madal | vaene | Kiip (saab lisada fosforit) |
Täisspektri LED-ide rakendused
Nüüd, kui oleme käsitlenud täisspektri LED-ide saavutamise meetodeid, kuidas saame neid tõhusalt rakendada? Üks peamisi kaalutlusi on värvitemperatuur. Päikesevalgus muutub päeva jooksul ja aastaaegade lõikes. Näiteks värvi temperatuur päikesetõusul on umbes 2000 K, keskpäeval on see umbes 5000 K ja päikeseloojangul umbes 2300 K. Seetõttu tuleb täisspektriga LED-id projekteerida nii, et nad jäljendavad vastavat päikesevalguse spektrit erinevatel värvitemperatuuridel, mida on võimalik saavutada ülalkirjeldatud meetoditega.
Ülaltoodud selgituse põhjal saab täisspektri LED-e kasutada peaaegu kõigis standardsetes valgustusseadmetes, näiteks koduvalgustites, väljas valgustus, tööstusvalgustid, laualambid, täisspektri LED-ribad ja isegi taime valgustus. Konkreetsed rakendused sõltuvad suuresti hinnast ja tarbijate aktsepteerimisest. Praegu on laualambid kõige levinumad rakendused, mida sageli turustatakse vähese sinise valgusega, silmi kaitsvate ja reguleeritava värvitemperatuuriga. Nende lampide hind on kõrgem kui tavalistel lampidel. Hiina riiklike standardite ja "täisspektri sertifitseerimise" CRI nõuete võrdlus on toodud tabelis 2. Nagu tabelist näha, on Hiina laualampide riikliku standardiga lihtne täita tavalisi LED-valgusallikaid, samas kui täisspektri valgusallikad sertifitseerimine nõuab täiustatud jõudlust.
Tabel 2: laualampide CRI võrdlus
| Standard | Täisspektri sertifikaat |
| Standardnumber ja nimi | GB/T 9473-2022 “Lugemis- ja kirjutuslampide jõudlusnõuded” |
| CRI nõuded | Üldine CRI: Ra ≥ 80 |
| Spetsiaalne CRI: R9 > 0 |
Järeldus
Ülaltoodud täisspektri LED-tehnoloogia sissejuhatuse põhjal peame meie kui tööstuse professionaalid mõtlema järgmisele: kas praegune "täisspektriga" valgusallikas on midagi, mida inimesed tõesti vajavad? Palun saatke mulle sõnum või jätke kommentaarid edasiseks aruteluks!
