A teljes spektrumú LED-technológia divatos szóvá vált az elmúlt években, különösen, ha a természetes napfény emulálásáról és a fényminőség javításáról van szó. Ebben a cikkben belemerülünk a teljes spektrumú LED-ek világába, hogyan jöttek létre, hogyan készülnek és hol használják őket. Beszélni fogunk arról, hogyan lehet teljes spektrumú LED-eket elérni különböző chip- és foszforkombinációkkal, milyen kihívások állnak az előállításukban, és hogyan jelennek meg az olyan termékekben, mint az asztali lámpák, ipari világítás, sőt növénynövekedést jelző fények is. Végül megválaszoljuk a kérdést: „Valóban szüksége van teljes spektrumú világításra?” és „Hogyan lehet teljes spektrumú világítás hasznodra válik a környezetedben?”
A „teljes spektrumú” LED-ek meghatározása
Amikor manapság a népszerű „teljes spektrumú” LED-ekről beszélünk, fontos tisztázni, mit jelent a „teljes spektrumú”. A valódi „teljes spektrumú” egy olyan forrásból kibocsátott fényre utal, amely az ultraibolya (UV), a látható fénytől az infravörösig (IR) a teljes spektrumot lefedi, utánozva a napfény teljes spektrumát (az 1. ábra szerint).
Ez a természetben található legátfogóbb „teljes spektrum”. A „teljes spektrumú” LED azonban, amelyről ma a legtöbben beszélnek, szűkebb definíció. A LED-es kontextusban a „teljes spektrum” a látható fénytartományon belül kibocsátott fényre utal, amely nagyon hasonlít a napfény spektrumához ugyanabban a tartományban (a 2. ábrán látható módon).
Az ultraibolya és infravörös részek ki vannak zárva, főként azért, hogy a teljes spektrumú LED-eket megvalósíthatóbbá tegyék a tömeggyártásban. Az UV és IR hozzáadása az egész csomagolási rendszert és alkalmazást bonyolítaná, szinte lehetetlenné tenné a nagyüzemi gyártást és a gyakorlati felhasználást. Még ha csak a látható spektrumot is tartalmazza, nem könnyű teljes spektrumú LED-eket elérni. Például, hogy magas színvisszaadási index (CRI) közel 100, sok vállalat küzd azért, hogy a CRI-t 96-ról 98-ra javítsa, nem beszélve a 99-ről vagy magasabbról.
1. ábra: A napfény teljes spektruma (280-4000 nm)
2. ábra: A napfény spektruma a látható tartományon belül (380-780 nm)
Teljes spektrumú LED-ek elérése
Elméletileg két fő módja van a teljes spektrumú LED-ek elérésének: az egyik a chipek, a másik pedig a fényporok használata. A chip oldalon két fő módja van: az egyik a chip gerjeszti a foszfort, a másik pedig a chipet önmagában használja foszfor nélkül. A fénypor oldalon párosítania kell a fényporokat a chippel, és különböző emissziós és gerjesztési hullámhosszokat kell kiválasztania a kombinációhoz. Összességében négy fő módja van a teljes spektrumú LED-ek elérésének:
1. Egysávos Blue Chip izgalmas foszforok
Ez a módszer hasonló a hagyományos LED-es csomagoláshoz, de több foszfort adnak hozzá (pl. zöld, sárga, piros vagy akár narancs, cián, kék). Bár ez a teljes spektrumhoz közeli fényt tud előállítani, még mindig van egy kiemelkedő kék fénycsúcs. Ezenkívül az olyan fényporok hatékonysága, mint a cián és a kék, viszonylag alacsony, és a 470-510 nm-es tartományban hiányozhat a fény.
2. Kétsávos vagy háromsávos Blue Chip izgalmas foszforok
Ez a módszer javítja az egysávos megközelítést azáltal, hogy kétsávos vagy háromsávos kék chipet használ a fényporok gerjesztésére különböző hullámhosszokon. A kétsávos chipek általában két tartományt használnak: 430-450 nm és 460-480 nm, míg a háromsávos chipek hármat: 430-440 nm, 440-460 nm és 460-480 nm. Ez nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a chipek és a fényporok párosításában, hogy jobban illeszkedjenek a napfény spektrumához (amint az a 3. ábrán látható). Ezzel a megközelítéssel a CRI meghaladhatja a 98-at. Ez a módszer azonban sokféle foszfort igényel, ami megnehezíti a konzisztencia és a stabilitás biztosítását a tömeggyártás során.
3. ábra: Kétsávos és háromsávos kék fényű teljes spektrumú LED-ek spektruma (referenciaként)
3. UV Chip Izgalmas foszforok
Ennek a módszernek a fényhatásfoka alacsonyabb. A fő ok az, hogy a legtöbb kereskedelemben kapható foszfort úgy tervezték, hogy kék chipekkel működjenek, nem UV chipekkel, így a gerjesztési hatékonyságuk sokkal alacsonyabb az UV tartományban. Ezenkívül az UV-chipek általában 385 és 405 nm között vannak, amelyek szintén alacsonyabb hatásfokkal rendelkeznek. Bár az UV-chipek jobban utánozhatják a napfény spektrumát, és elkerülhetik a rövid hullámhosszú kék fény jelenlétét (ahogy a 4. ábrán látható), ennek a módszernek vannak hátrányai. Például az UV-chipek a fényporok jelentősebb lebomlását okozzák az idő múlásával, ami színeltolódást és színhőmérséklet-problémákat eredményez. Az UV fény károsítja a szerves anyagokat is, mint például a kapszulázókat, csökkentve a A LED élettartama.
4. ábra: A teljes spektrumú UV-LED-ek spektruma (referenciaként)
4. Több chipes kombinációs módszer
Ez a módszer kombinálja a kék, cián, zöld, sárga és piros fényt kibocsátó chipeket a teljes spektrum elérése érdekében. Bár ez elméletben működhet, számos kihívás miatt ritkábban használják. Egyrészt a chipek szűk sávszélességű fényt bocsátanak ki, ami megnehezíti a fényporok által biztosított szélesebb spektrum elérését. Ezenkívül a különböző színű chipek hatékonysága nagymértékben változik, ami kihívást jelent a fénykibocsátás kiegyensúlyozása. Idővel színeltolódások és hőmérséklet-változások is előfordulhatnak a forgácsok eltérő lebomlási sebessége miatt.
A világosabb összehasonlítás érdekében az alábbi táblázat összefoglalja a teljes spektrumú LED-ek elérésének négy módszerét:
| Módszer | Hatékonyság | CRI | Költség | Csomagolási nehézség | Összteljesítményét | Módszer típusa |
| Egysávos Blue Chip izgalmas foszforok | Magas | Mérsékelt | Alacsony | Alacsony | Jó | A chip gerjeszti a foszforokat |
| Két-/háromsávos Blue Chip izgalmas foszforok | Magas | Magas | Mérsékelt | Mérsékelt | nagyon jó | A chip gerjeszti a foszforokat |
| UV Chip Izgalmas foszforok | Alacsony | Magas | Magas | Alacsony | szegény | A chip gerjeszti a foszforokat |
| Több chipes kombináció | Alacsony | Magas | Magas | Alacsony | szegény | Chip (foszfort adhat hozzá) |
Teljes spektrumú LED-ek alkalmazásai
Most, hogy megvizsgáltuk a teljes spektrumú LED-ek elérésének módszereit, hogyan alkalmazhatjuk őket hatékonyan? Az egyik legfontosabb szempont a színhőmérséklet. A napfény egész nap és évszakonként változik. Például a színhőmérséklet napkeltekor 2000K, délben 5000K körül, napnyugtakor pedig 2300K körül van. Ezért a teljes spektrumú LED-eket úgy kell megtervezni, hogy különböző színhőmérsékleten utánozzák a megfelelő napfény-spektrumot, ami a fent leírt módszerekkel érhető el.
A fenti magyarázat alapján a teljes spektrumú LED-ek szinte bármilyen szabványos világítótestben használhatók, például háztartási világításban, kültéri világítás, ipari világítás, asztali lámpák, teljes spektrumú led csíkok és még növényvilágítás. A konkrét alkalmazások nagymértékben függnek az ártól és a fogyasztói elfogadottságtól. Jelenleg az asztali lámpák a legelterjedtebb alkalmazások, amelyeket gyakran alacsony kék fényű, szemvédő és állítható színhőmérsékletűként forgalmaznak. Ezeknek a lámpáknak az ára magasabb, mint a hagyományos lámpáké. A kínai nemzeti szabványok és a „teljes spektrumú tanúsítás” CRI követelményeinek összehasonlítása a 2. táblázatban látható. A táblázatból látható, hogy az asztali lámpákra vonatkozó kínai nemzeti szabvány könnyen teljesíthető hagyományos LED fényforrásokkal, míg a teljes spektrumú. a tanúsítás fejlettebb teljesítményt igényel.
2. táblázat: CRI-összehasonlítás az asztali lámpákhoz
| Standard | Teljes spektrumú tanúsítás |
| Szabványos szám és név | GB/T 9473-2022 „Az olvasó- és írólámpák teljesítménykövetelményei” |
| CRI követelmények | Általános CRI: Ra ≥ 80 |
| Speciális CRI: R9 > 0 |
Összegzés
A teljes spektrumú LED technológia fenti bevezetője alapján nekünk, iparági szakembereknek el kell gondolkodnunk: A jelenlegi „teljes spektrumú” fényforrásra valóban szüksége van az embereknek? Kérem, írjon nekem üzenetet, vagy írjon megjegyzéseket további megbeszélésekhez!
