Täyden spektrin LED-tekniikasta on tullut muotisana viime vuosina, varsinkin kun on kyse luonnollisen auringonvalon jäljittelemisestä ja valon laadun parantamisesta. Tässä artikkelissa sukeltaamme täyden spektrin LEDien maailmaan, miten ne syntyivät, miten ne valmistetaan ja missä niitä käytetään. Puhumme siitä, kuinka voit saavuttaa täyden spektrin LEDejä erilaisilla siru- ja fosforiyhdistelmillä, niiden valmistamisen haasteista ja siitä, miten ne näkyvät tuotteissa, kuten pöytälamppuissa, teollisuusvalaistusja jopa kasvien kasvuvaloja. Lopuksi vastaamme kysymykseen "Tarvitsetko todella täyden spektrin valaistuksen?" ja "Kuinka voi täyden spektrin valaistus hyödyttää sinua ympäristössäsi?"
"Täyden spektrin" LEDien määritelmä
Kun puhumme nykyään suosituista "täyden spektrin" LEDeistä, on tärkeää selventää, mitä "täysspektri" tarkoittaa. Todellinen "täysspektri" tarkoittaa valoa, joka lähtee lähteestä, joka kattaa koko spektrin ultraviolettisäteilystä (UV), näkyvästä valosta infrapunaan (IR), jäljittelee auringonvalon koko spektriä (kuten kuvassa 1).
Tämä on kattavin luonnossa löydetty "täysi spektri". Kuitenkin "täyden spektrin" LED, josta useimmat ihmiset puhuvat nykyään, on kapeampi määritelmä. LED-kontekstissa "täysspektri" tarkoittaa näkyvän valon alueella säteilevää valoa, joka muistuttaa läheisesti auringonvalon spektriä samalla alueella (kuten kuvassa 2).
Ultravioletti- ja infrapunaosat on jätetty pois, lähinnä siksi, että täyden spektrin LEDit olisivat soveltuvampia massatuotantoon. UV:n ja IR:n lisääminen vaikeuttaisi koko pakkausjärjestelmää ja sovellusta tehden laajamittaisen tuotannon ja käytännön käytön lähes mahdottomaksi. Vaikka vain näkyvä spektri olisi mukana, ei ole helppoa saavuttaa täyden spektrin LEDejä. Esimerkiksi saavuttaa korkea värintoistoindeksi (CRI) lähes 100, monet yritykset kamppailevat parantaakseen CRI:tä 96:sta 98:aan, puhumattakaan 99:n tai korkeammasta saavuttamisesta.
Kuva 1: Auringon valon koko spektri (280-4000 nm)
Kuva 2: Auringonvalon spektri näkyvällä alueella (380nm-780nm)
Kuinka saada täyden spektrin LEDit
Teoriassa on kaksi päätapaa saavuttaa täyden spektrin LEDejä: toinen on käyttää siruja ja toinen on käyttää loisteaineita. Sirun puolella on kaksi päätapaa: toinen on siru, joka herättää fosforia, ja toinen käyttää sirua yksin ilman fosforia. Loisteainepuolella sinun on yhdistettävä fosforit sirun kanssa ja sinun on valittava yhdistelmälle eri emissio- ja viritysaallonpituudet. Kaiken kaikkiaan on olemassa neljä päätapaa täyden spektrin LEDien saavuttamiseksi:
1. Yksikaistaiset Blue Chip jännittävät fosforit
Tämä menetelmä on samanlainen kuin tavallinen LED-pakkaus, mutta siihen lisätään useita loisteaineita (esim. vihreää, keltaista, punaista tai jopa oranssia, syaania, sinistä). Vaikka tämä voi tuottaa valoa lähes koko spektrin, on silti näkyvä sinisen valon huippu. Lisäksi syaanin ja sinisen kaltaisten loisteaineiden tehokkuus on suhteellisen alhainen, ja valoa 470-510 nm alueella saattaa puuttua.
2. Kaksikaistaiset tai kolmikaistaiset Blue Chip jännittävät fosforit
Tämä menetelmä parantaa yksikaistaista lähestymistapaa käyttämällä kaksikaistaista tai kolmikaistaista sinistä sirua loisteaineiden virittämiseen eri aallonpituuksilla. Kaksikaistaiset sirut käyttävät tyypillisesti kahta aluetta: 430-450 nm ja 460-480 nm, kun taas kolmikaistaiset sirut käyttävät kolmea: 430-440 nm, 440-460 nm ja 460-480 nm. Tämä mahdollistaa enemmän joustavuutta sirujen ja loisteaineiden yhdistämisessä, jotta ne sopivat paremmin auringonvalon spektriin (kuten kuvassa 3). Tällä lähestymistavalla CRI voi ylittää 98. Tämä menetelmä vaatii kuitenkin laajan valikoiman loisteaineita, mikä vaikeuttaa yhtenäisyyden ja vakauden varmistamista massatuotannon aikana.
Kuva 3: Kaksikaistaisten ja kolmikaistaisten sinisen valon koko spektrin LED-valot (viite)
3. UV-siru jännittävät fosforit
Tällä menetelmällä on alhaisempi valotehokkuus. Suurin syy on se, että useimmat kaupallisesti saatavilla olevat loisteaineet on suunniteltu toimimaan blue chipien, ei UV-sirujen kanssa, joten niiden viritystehokkuus on paljon alhaisempi UV-alueella. Lisäksi UV-sirut vaihtelevat tyypillisesti välillä 385-405 nm, joilla on myös alhaisempi hyötysuhde. Vaikka UV-sirut voivat jäljitellä tarkemmin auringonvalon spektriä ja välttää lyhytaaltoisen sinisen valon läsnäolon (kuten kuvassa 4), tällä menetelmällä on haittoja. Esimerkiksi UV-sirut aiheuttavat fosforien merkittävämpää hajoamista ajan myötä, mikä johtaa värisiirtymiin ja värilämpötilaongelmiin. UV-valo vahingoittaa myös orgaanisia materiaaleja, kuten kapselointiaineita, mikä vähentää LEDin käyttöikä.
Kuva 4: Täysspektrin UV-LED-spektri (viite)
4. Monisirujen yhdistelmämenetelmä
Tämä menetelmä yhdistää siruja, jotka säteilevät sinistä, syaania, vihreää, keltaista ja punaista valoa täyden spektrin saavuttamiseksi. Vaikka tämä voi toimia teoriassa, sitä käytetään harvemmin useiden haasteiden vuoksi. Ensinnäkin sirut lähettävät valoa kapealla kaistanleveydellä, mikä vaikeuttaa fosforien tarjoaman laajemman spektrin saavuttamista. Lisäksi eriväristen sirujen tehokkuus vaihtelee suuresti, mikä tekee valotehon tasapainottamisesta haastavaa. Ajan myötä väri- ja lämpötilamuutoksia voi tapahtua myös lastujen erilaisista hajoamisnopeuksista johtuen.
Selkeämmän vertailun tarjoamiseksi seuraavassa taulukossa on yhteenveto neljästä menetelmästä täyden spektrin LEDien saavuttamiseksi:
| Menetelmä | Tehokkuus: | CRI | Hinta | Pakkauksen vaikeus | Yleinen suoritus | Menetelmän tyyppi |
| Yksikaistainen Blue Chip jännittävä fosfori | Korkea | Kohtalainen | Matala | Matala | hyvä | Siru kiihottaa fosforia |
| Kaksi-/kolmikaistaiset Blue Chip jännittävät fosforit | Korkea | Korkea | Kohtalainen | Kohtalainen | Erittäin hyvä | Siru kiihottaa fosforia |
| UV-siru Jännittävät fosforit | Matala | Korkea | Korkea | Matala | Huono | Siru kiihottaa fosforia |
| Monen sirun yhdistelmä | Matala | Korkea | Korkea | Matala | Huono | Siru (voi lisätä fosforia) |
Täyden spektrin LEDien sovellukset
Nyt kun olemme käsitelleet menetelmiä täyden spektrin LEDien saavuttamiseksi, kuinka voimme soveltaa niitä tehokkaasti? Yksi tärkeä näkökohta on värilämpötila. Auringonvalo vaihtelee pitkin päivää ja eri vuodenaikoina. Esimerkiksi, värilämpötila auringonnousussa on noin 2000K, keskipäivällä noin 5000K ja auringonlaskun aikaan noin 2300K. Siksi täyden spektrin LEDit on suunniteltava jäljittelemään vastaavaa auringonvalon spektriä eri värilämpötiloissa, mikä voidaan saavuttaa käyttämällä edellä kuvattuja menetelmiä.
Yllä olevan selityksen perusteella täyden spektrin LEDejä voidaan käyttää melkein missä tahansa vakiovalaisimissa, kuten kodin valaistuksessa, ulkovalaistus, teollisuusvalaistus, pöytälamput, täyden spektrin led-nauhat ja jopa kasvien valaistus. Erityissovellukset riippuvat suurelta osin hinnasta ja kuluttajien hyväksynnästä. Tällä hetkellä pöytälamput ovat yleisin käyttökohde, ja niitä markkinoidaan usein matalan sinisenä valona, silmiä suojaavina ja värilämpötilan säädettävinä. Nämä lamput ovat kalliimpia kuin tavalliset lamput. Vertailu Kiinan kansallisten standardien ja "täyden spektrin sertifioinnin" CRI-vaatimusten välillä on esitetty taulukossa 2. Kuten taulukosta näkyy, Kiinan kansallinen pöytälamppujen standardi voidaan täyttää helposti tavallisilla LED-valonlähteillä, kun taas koko spektri sertifiointi vaatii edistyneempää suorituskykyä.
Taulukko 2: Pöytälamppujen CRI-vertailu
| Standard | Täyden spektrin sertifiointi |
| Vakionumero ja nimi | GB/T 9473-2022 "Luku- ja kirjoituslamppujen suorituskykyvaatimukset" |
| CRI:n vaatimukset | Yleinen CRI: Ra ≥ 80 |
| Erityinen CRI: R9 > 0 |
Yhteenveto
Edellä olevan täyden spektrin LED-teknologian johdannon perusteella meidän alan ammattilaisten on pohdittava: Onko nykyinen "täysspektri" valonlähde jotain, jota ihmiset todella tarvitsevat? Ota rohkeasti viestiä minulle tai jätä kommentteja jatkokeskusteluja varten!
