فناوری LED با طیف کامل در سالهای اخیر به یک کلمه کلیدی تبدیل شده است، به خصوص وقتی صحبت از تقلید از نور طبیعی خورشید و بهبود کیفیت نور میشود. در این مقاله، ما به دنیای LED های طیف کامل، نحوه پیدایش، نحوه ساخت و استفاده از آنها خواهیم پرداخت. ما در مورد چگونگی دستیابی به LED های طیف کامل با ترکیبات مختلف تراشه و فسفر، چالش های ساخت آنها و نحوه نمایش آنها در محصولاتی مانند لامپ های رومیزی صحبت خواهیم کرد. روشنایی صنعتی، و حتی چراغ های رشد گیاه. در نهایت، ما به این سوال پاسخ خواهیم داد: "آیا واقعاً به نور طیف کامل نیاز دارید؟" و «چگونه می توانم روشنایی تمام طیف برای شما در محیطتان مفید است؟»
تعریف ال ای دی های "فول طیف".
هنگامی که امروزه در مورد LED های پرطرفدار "تمام طیف" صحبت می کنیم، مهم است که توضیح دهیم "فول طیف" به چه معناست. "طیف کامل" واقعی به نور ساطع شده از منبعی اطلاق می شود که کل طیف از اشعه ماوراء بنفش (UV)، نور مرئی، تا مادون قرمز (IR) را پوشش می دهد، که طیف کامل نور خورشید را تقلید می کند (همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است).
این جامع ترین "طیف کامل" موجود در طبیعت است. با این حال، LED "تمام طیف" که اکثر مردم امروز در مورد آن صحبت می کنند، تعریف محدودتری است. در زمینه LED، "طیف کامل" به نور ساطع شده در محدوده نور مرئی اشاره دارد که شباهت زیادی به طیف نور خورشید در همان محدوده دارد (همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است).
بخشهای ماوراء بنفش و مادون قرمز عمدتاً برای امکان پذیرتر کردن LEDهای طیف کامل برای تولید انبوه مستثنی هستند. افزودن UV و IR کل سیستم بسته بندی و کاربرد را پیچیده می کند و تولید در مقیاس بزرگ و استفاده عملی را تقریبا غیرممکن می کند. حتی با وجود تنها طیف مرئی، دستیابی به LEDهای طیف کامل آسان نیست. به عنوان مثال، برای رسیدن به یک بالا شاخص رندر رنگ (CRI) نزدیک به 100، بسیاری از شرکت ها برای بهبود CRI از 96 به 98 تلاش می کنند، چه رسد به دستیابی به 99 یا بالاتر.
شکل 1: طیف کامل نور خورشید (280nm-4000nm)
شکل 2: طیف نور خورشید در محدوده مرئی (380nm-780nm)
نحوه دستیابی به ال ای دی های طیف کامل
در تئوری، دو راه اصلی برای دستیابی به LED های طیف کامل وجود دارد: یکی با استفاده از تراشه ها و دیگری با استفاده از فسفر. در سمت تراشه، دو راه اصلی وجود دارد: یکی اینکه تراشه فسفر را تحریک می کند، و دیگری استفاده از تراشه به تنهایی بدون فسفر. در سمت فسفر، شما باید فسفرها را با تراشه جفت کنید و باید طول موج های مختلف گسیل و تحریک را برای ترکیب انتخاب کنید. در مجموع، چهار راه اصلی برای دستیابی به LED های طیف کامل وجود دارد:
1. تک باند آبی تراشه هیجان انگیز فسفر
این روش مشابه بسته بندی های LED معمولی است، اما فسفرهای متعددی اضافه می شود (به عنوان مثال، سبز، زرد، قرمز، یا حتی نارنجی، فیروزه ای، آبی). اگرچه این می تواند نوری نزدیک به طیف کامل تولید کند، هنوز یک اوج نور آبی برجسته وجود دارد. علاوه بر این، راندمان فسفرهایی مانند فیروزه ای و آبی نسبتاً کم است و نور در محدوده 470-510 نانومتر ممکن است از بین رفته باشد.
2. فسفرهای هیجان انگیز تراشه آبی دو باند یا سه باند
این روش با استفاده از یک تراشه آبی دو باند یا سه باند برای برانگیختن فسفر در طول موج های مختلف، رویکرد تک باندی را بهبود می بخشد. تراشههای دو باند معمولاً از دو محدوده استفاده میکنند: 430-450 نانومتر و 460-480 نانومتر، در حالی که تراشههای سهبانده از سه باند: 430-440 نانومتر، 440-460 نانومتر و 460-480 نانومتر استفاده میکنند. این اجازه می دهد تا انعطاف پذیری بیشتری در جفت شدن تراشه ها با فسفر برای تطابق بهتر با طیف نور خورشید (همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است). با این رویکرد، CRI می تواند از 98 فراتر رود. با این حال، این روش به طیف گسترده ای از فسفرها نیاز دارد، که تضمین ثبات و پایداری در طول تولید انبوه را دشوارتر می کند.
شکل 3: طیف LEDهای طیف کامل نور آبی دو باند و سه باند (برای مرجع)
3. تراشه UV فسفرهای هیجان انگیز
این روش بازده نور کمتری دارد. دلیل اصلی این است که بیشتر فسفرهای موجود در بازار برای کار با تراشه های آبی طراحی شده اند، نه تراشه های UV، بنابراین راندمان تحریک آنها در محدوده UV بسیار کمتر است. علاوه بر این، تراشههای UV معمولاً از 385 تا 405 نانومتر متغیر هستند که راندمان پایینتری نیز دارند. اگرچه تراشه های UV می توانند طیف نور خورشید را با دقت بیشتری تقلید کنند و از حضور نور آبی با طول موج کوتاه اجتناب کنند (همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است)، این روش دارای اشکالاتی است. به عنوان مثال، تراشه های UV باعث تخریب قابل توجهی فسفر در طول زمان می شوند که منجر به تغییر رنگ و مشکلات دمای رنگ می شود. نور ماوراء بنفش همچنین به مواد آلی مانند کپسولان ها آسیب می رساند و باعث کاهش آن می شود طول عمر LED.
شکل 4: طیف LED های طیف کامل UV (برای مرجع)
4. روش ترکیب چند تراشه
این روش تراشههایی را که نور آبی، فیروزهای، سبز، زرد و قرمز ساطع میکنند ترکیب میکند تا به طیف کاملی دست یابد. در حالی که این می تواند در تئوری کار کند، به دلیل چندین چالش کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای نمونه، تراشهها نور با پهنای باند باریک ساطع میکنند که دستیابی به طیف وسیعتری را که فسفرها فراهم میکنند دشوار میسازد. علاوه بر این، راندمان تراشه های رنگی مختلف بسیار متفاوت است و تعادل نور خروجی را به چالش می کشد. با گذشت زمان، تغییر رنگ و تغییرات دما نیز ممکن است به دلیل نرخهای مختلف تخریب تراشهها رخ دهد.
برای ارائه یک مقایسه واضح تر، جدول زیر چهار روش دستیابی به LED های طیف کامل را خلاصه می کند:
| روش | بهره وری | CRI | هزینه | سختی بسته بندی | عملکرد کلی | نوع روش |
| تک باند آبی تراشه هیجان انگیز فسفر | زیاد | در حد متوسط | کم | کم | خوب | تراشه فسفر را تحریک می کند |
| فسفرهای هیجان انگیز تراشه آبی دو باندی | زیاد | زیاد | در حد متوسط | در حد متوسط | خیلی خوب | تراشه فسفر را تحریک می کند |
| تراشه UV فسفرهای هیجان انگیز | کم | زیاد | زیاد | کم | فقیر | تراشه فسفر را تحریک می کند |
| ترکیب چند تراشه | کم | زیاد | زیاد | کم | فقیر | تراشه (قابلیت افزودن فسفر) |
کاربردهای ال ای دی های طیف کامل
اکنون که روشهای دستیابی به الایدیهای تمامطیف را پوشش دادهایم، چگونه میتوانیم آنها را به طور مؤثر اعمال کنیم؟ یکی از نکات کلیدی دمای رنگ است. نور خورشید در طول روز و در طول فصول تغییر می کند. به عنوان مثال، دمای رنگ در طلوع خورشید حدود 2000K، در ظهر حدود 5000K و در غروب خورشید حدود 2300K است. بنابراین، LED های طیف کامل باید طوری طراحی شوند که طیف نور خورشید مربوطه را در دماهای رنگی مختلف تقلید کنند، که می توان با استفاده از روش هایی که در بالا توضیح داده شد به دست آورد.
بر اساس توضیحات بالا، LED های تمام طیف را می توان تقریباً در هر وسیله روشنایی استاندارد، مانند روشنایی خانگی، استفاده کرد. روشنایی بیرون ساختمان, روشنایی صنعتی, لامپ رومیزی, نوارهای led با طیف کامل و حتی نورپردازی گیاه. کاربردهای خاص تا حد زیادی به قیمت و پذیرش مصرف کننده بستگی دارد. در حال حاضر، لامپهای رومیزی رایجترین کاربرد هستند که اغلب به عنوان نور آبی کم، محافظ چشم و قابل تنظیم دمای رنگ به بازار عرضه میشوند. قیمت این لامپ ها بالاتر از لامپ های استاندارد است. مقایسه بین استانداردهای ملی چین و الزامات CRI "گواهی طیف کامل" در جدول 2 نشان داده شده است. همانطور که در جدول مشاهده می شود، استاندارد ملی چین برای لامپ های رومیزی می تواند به راحتی توسط منابع نور LED معمولی برآورده شود، در حالی که طیف کامل صدور گواهینامه نیاز به عملکرد پیشرفته تری دارد.
جدول 2: مقایسه CRI برای لامپ های رومیزی
| استاندارد | صدور گواهینامه طیف کامل |
| شماره و نام استاندارد | GB/T 9473-2022 "الزامات عملکرد برای لامپ های خواندن و نوشتن" |
| الزامات CRI | CRI عمومی: Ra ≥ 80 |
| CRI ویژه: R9 > 0 |
نتیجه
بر اساس مقدمه فوق برای فناوری LED تمام طیف، ما، به عنوان متخصصان صنعت، باید در مورد این فکر کنیم: آیا منبع نور "تمام طیف" فعلی چیزی است که مردم واقعاً به آن نیاز دارند؟ لطفاً برای بحث بیشتر به من پیام دهید یا نظرات خود را بنویسید!
