La tecnologia LED a spettro completo è diventata una parola d'ordine negli ultimi anni, soprattutto quando si tratta di emulare la luce solare naturale e migliorare la qualità della luce. In questo articolo, ci immergeremo nel mondo dei LED a spettro completo, come sono nati, come sono realizzati e dove vengono utilizzati. Parleremo di come è possibile ottenere LED a spettro completo con diverse combinazioni di chip e fosfori, le sfide della loro realizzazione e come si stanno manifestando in prodotti come lampade da scrivania, illuminazione industrialee persino luci per la crescita delle piante. Infine, risponderemo alla domanda "Hai davvero bisogno di illuminazione a spettro completo?" e "Come posso illuminazione a spettro completo ti è utile nel tuo ambiente?"
Definizione di LED “a spettro completo”
Quando parliamo dei popolari LED "full-spectrum" oggi, è importante chiarire cosa significa "full-spectrum". Il vero "full-spectrum" si riferisce alla luce emessa da una sorgente che copre l'intero spettro dall'ultravioletto (UV), luce visibile, all'infrarosso (IR), imitando l'intero spettro della luce solare (come mostrato nella Figura 1).
Questo è il più completo "full-spettro" trovato in natura. Tuttavia, il LED "full-spettro" di cui la maggior parte delle persone parla oggi è una definizione più ristretta. Nel contesto dei LED, "full-spettro" si riferisce alla luce emessa all'interno della gamma di luce visibile che assomiglia molto allo spettro della luce solare in quella stessa gamma (come mostrato nella Figura 2).
Le parti ultraviolette e infrarosse sono escluse, principalmente per rendere i LED a spettro completo più fattibili per la produzione di massa. Aggiungere UV e IR complicherebbe l'intero sistema di confezionamento e l'applicazione, rendendo quasi impossibile la produzione su larga scala e l'uso pratico. Anche includendo solo lo spettro visibile, non è facile ottenere LED a spettro completo. Ad esempio, per ottenere un elevato indice di resa cromatica (CRI) prossimo a 100, molte aziende hanno difficoltà a migliorare il CRI da 96 a 98, per non parlare del raggiungimento di 99 o più.
Figura 1: Spettro completo della luce solare (280nm-4000nm)
Figura 2: Spettro della luce solare nell'intervallo visibile (380nm-780nm)
Come ottenere LED a spettro completo
In teoria, ci sono due modi principali per ottenere LED a spettro completo: uno è usare chip e l'altro è usare fosfori. Dal lato chip, ci sono due modi principali: uno è il chip che eccita il fosforo e l'altro è usare il chip da solo senza fosforo. Dal lato fosforo, devi abbinare i fosfori al chip e devi selezionare diverse lunghezze d'onda di emissione ed eccitazione per la combinazione. In totale, ci sono quattro modi principali per ottenere LED a spettro completo:
1. Fosfori eccitanti Blue Chip a banda singola
Questo metodo è simile al normale packaging LED, ma vengono aggiunti più fosfori (ad esempio, verde, giallo, rosso o persino arancione, ciano, blu). Sebbene questo possa produrre luce vicina allo spettro completo, c'è ancora un picco di luce blu prominente. Inoltre, l'efficienza di fosfori come ciano e blu è relativamente bassa e la luce nell'intervallo 470-510nm potrebbe mancare.
2. Fosfori Blue Chip a doppia o tripla banda
Questo metodo migliora l'approccio a banda singola utilizzando un chip blu a doppia o tripla banda per eccitare i fosfori su diverse lunghezze d'onda. I chip a doppia banda in genere utilizzano due intervalli: 430-450 nm e 460-480 nm, mentre i chip a tripla banda ne utilizzano tre: 430-440 nm, 440-460 nm e 460-480 nm. Ciò consente una maggiore flessibilità nell'abbinamento dei chip con i fosfori per adattarsi meglio allo spettro della luce solare (come mostrato nella Figura 3). Con questo approccio, il CRI può superare 98. Tuttavia, questo metodo richiede un'ampia varietà di fosfori, rendendo più difficile garantire coerenza e stabilità durante la produzione di massa.
Figura 3: Spettro dei LED a spettro completo a luce blu a doppia e tripla banda (per riferimento)
3. Fosfori eccitanti del chip UV
Questo metodo ha un'efficienza luminosa inferiore. Il motivo principale è che la maggior parte dei fosfori disponibili in commercio sono progettati per funzionare con chip blu, non con chip UV, quindi la loro efficienza di eccitazione è molto più bassa nell'intervallo UV. Inoltre, i chip UV in genere vanno da 385-405 nm, che hanno anche un'efficienza inferiore. Sebbene i chip UV possano imitare più da vicino lo spettro della luce solare ed evitare la presenza di luce blu a lunghezza d'onda corta (come mostrato nella Figura 4), questo metodo presenta degli svantaggi. Ad esempio, i chip UV causano una degradazione più significativa dei fosfori nel tempo, con conseguenti cambiamenti di colore e problemi di temperatura del colore. La luce UV danneggia anche i materiali organici come gli incapsulanti, riducendo la Durata di vita dei LED.
Figura 4: Spettro dei LED UV a spettro completo (per riferimento)
4. Metodo di combinazione multi-chip
Questo metodo combina chip che emettono luce blu, ciano, verde, gialla e rossa per ottenere uno spettro completo. Sebbene possa funzionare in teoria, è meno comunemente utilizzato a causa di diverse sfide. Per prima cosa, i chip emettono luce con larghezze di banda strette, rendendo difficile ottenere lo spettro più ampio fornito dai fosfori. Inoltre, l'efficienza dei diversi chip colorati varia notevolmente, rendendo difficile bilanciare l'emissione luminosa. Nel tempo, possono verificarsi anche cambiamenti di colore e di temperatura a causa delle diverse velocità di degradazione dei chip.
Per fornire un confronto più chiaro, la seguente tabella riassume i quattro metodi per ottenere LED a spettro completo:
| Metodo | EFFICIENZA | CRI | Costo | Difficoltà di imballaggio | Prestazioni complessive | Tipo di metodo |
| Fosfori Blue Chip a banda singola eccitanti | Alto | Moderato | Basso | Basso | Buone | Chip eccita i fosfori |
| Fosfori Blue Chip a doppia/tripla banda, eccitanti | Alto | Alto | Moderato | Moderato | Molto Buone | Chip eccita i fosfori |
| Chip UV Fosfori eccitanti | Basso | Alto | Alto | Basso | povero | Chip eccita i fosfori |
| Combinazione multi-chip | Basso | Alto | Alto | Basso | povero | Chip (può aggiungere fosfori) |
Applicazioni dei LED a spettro completo
Ora che abbiamo trattato i metodi per ottenere LED a spettro completo, come possiamo applicarli in modo efficace? Una considerazione fondamentale è la temperatura del colore. La luce solare cambia durante il giorno e durante le stagioni. Ad esempio, temperatura di colore all'alba è di circa 2000K, a mezzogiorno è di circa 5000K e al tramonto è di circa 2300K. Pertanto, i LED a spettro completo devono essere progettati per imitare lo spettro della luce solare corrispondente a diverse temperature di colore, il che può essere ottenuto utilizzando i metodi descritti sopra.
Sulla base della spiegazione di cui sopra, i LED a spettro completo possono essere utilizzati in quasi tutti gli apparecchi di illuminazione standard, come l'illuminazione domestica, illuminazione esterna, illuminazione industriale, lampade da scrivania, strisce led a spettro completo e persino illuminazione dell'impianto. Le applicazioni specifiche dipendono in larga misura dal prezzo e dall'accettazione da parte dei consumatori. Attualmente, le lampade da scrivania sono l'applicazione più comune, spesso commercializzate come lampade a bassa emissione di luce blu, protezione degli occhi e temperatura di colore regolabile. Queste lampade hanno un prezzo più alto rispetto alle lampade standard. Il confronto tra gli standard nazionali cinesi e i requisiti CRI della "certificazione a spettro completo" è mostrato nella Tabella 2. Come si vede nella tabella, lo standard nazionale cinese per le lampade da scrivania può essere facilmente soddisfatto da normali sorgenti luminose a LED, mentre la certificazione a spettro completo richiede prestazioni più avanzate.
Tabella 2: Confronto CRI per lampade da scrivania
| Standard | Certificazione Full-Spectrum |
| Numero e nome standard | GB/T 9473-2022 “Requisiti prestazionali per lampade da lettura e scrittura” |
| Requisiti CRI | CRI generale: Ra ≥ 80 |
| CRI speciale: R9 > 0 |
Conclusione
Sulla base dell'introduzione di cui sopra alla tecnologia LED a spettro completo, noi, in quanto professionisti del settore, dobbiamo riflettere su: l'attuale sorgente luminosa "a spettro completo" è qualcosa di cui le persone hanno realmente bisogno? Non esitate a contattarmi o lasciare commenti per ulteriori discussioni!
