Pilna spektra LED tehnoloģija pēdējos gados ir kļuvusi par modes vārdu, it īpaši, ja runa ir par dabiskās saules gaismas atdarināšanu un gaismas kvalitātes uzlabošanu. Šajā rakstā mēs iedziļināsimies pilna spektra gaismas diožu pasaulē, kā tās radās, kā tās tiek izgatavotas un kur tās tiek izmantotas. Mēs runāsim par to, kā jūs varat izveidot pilna spektra gaismas diodes ar dažādām mikroshēmu un fosfora kombinācijām, to izgatavošanas izaicinājumiem un to, kā tās parādās tādos produktos kā galda lampas, rūpnieciskais apgaismojums, un pat augu augšanas gaismas. Visbeidzot, mēs atbildēsim uz jautājumu: "Vai jums tiešām ir nepieciešams pilna spektra apgaismojums?" un “Kā var pilna spektra apgaismojums labumu jums savā vidē?
“Pilna spektra” gaismas diožu definīcija
Kad mēs šodien runājam par populārajām “pilna spektra” gaismas diodēm, ir svarīgi precizēt, ko nozīmē “pilna spektra”. Patiess “pilns spektrs” attiecas uz gaismu, ko izstaro no avota, kas aptver visu spektru no ultravioletās (UV), redzamās gaismas līdz infrasarkanajam (IR), imitējot visu saules gaismas spektru (kā parādīts 1. attēlā).
Šis ir visplašākais “pilns spektrs”, kas atrodams dabā. Tomēr “pilna spektra” gaismas diode, par kuru mūsdienās runā lielākā daļa, ir šaurāka definīcija. LED kontekstā “pilns spektrs” attiecas uz gaismu, kas izstaro redzamās gaismas diapazonā, kas ļoti līdzinās saules gaismas spektram tajā pašā diapazonā (kā parādīts 2. attēlā).
Ultravioletās un infrasarkanās daļas ir izslēgtas, galvenokārt, lai pilna spektra gaismas diodes būtu piemērotākas masveida ražošanai. UV un IR pievienošana sarežģītu visu iepakošanas sistēmu un pielietojumu, padarot liela mēroga ražošanu un praktisku izmantošanu gandrīz neiespējamu. Pat ja ir iekļauts tikai redzamais spektrs, nav viegli iegūt pilna spektra gaismas diodes. Piemēram, lai sasniegtu augstu krāsu renderēšanas indekss (CRI) tuvu 100, daudzi uzņēmumi cīnās, lai uzlabotu CRI no 96 līdz 98, nemaz nerunājot par 99 vai augstāku.
1. attēls: pilns saules gaismas spektrs (280–4000 nm)
2. attēls. Saules gaismas spektrs redzamajā diapazonā (380–780 nm)
Kā iegūt pilna spektra gaismas diodes
Teorētiski ir divi galvenie veidi, kā iegūt pilna spektra gaismas diodes: viens ir izmantot mikroshēmas un otrs ir izmantot fosforu. Mikroshēmas pusē ir divi galvenie veidi: viens ir mikroshēma, kas ierosina fosforu, un otrs izmanto mikroshēmu atsevišķi bez fosfora. Fosfora pusē fosfori ir jāsavieno pārī ar mikroshēmu, un kombinācijai ir jāizvēlas dažādi emisijas un ierosmes viļņu garumi. Kopumā ir četri galvenie veidi, kā iegūt pilna spektra gaismas diodes:
1. Vienas joslas Blue Chip aizraujoši fosfori
Šī metode ir līdzīga parastajam LED iepakojumam, taču tiek pievienoti vairāki fosfori (piemēram, zaļa, dzeltena, sarkana vai pat oranža, ciāna, zila). Lai gan tas var radīt gaismu tuvu pilnam spektram, joprojām ir redzams zilās gaismas maksimums. Turklāt fosfora, piemēram, ciāna un zilā, efektivitāte ir salīdzinoši zema, un 470–510 nm diapazonā var nebūt gaismas.
2. Divjoslu vai trīsjoslu Blue Chip aizraujoši fosfori
Šī metode uzlabo vienas joslas pieeju, izmantojot divjoslu vai trīsjoslu zilo mikroshēmu, lai ierosinātu fosforu dažādos viļņu garumos. Divjoslu mikroshēmas parasti izmanto divus diapazonus: 430–450 nm un 460–480 nm, savukārt trīsjoslu mikroshēmas izmanto trīs: 430–440 nm, 440–460 nm un 460–480 nm. Tas nodrošina lielāku elastību, savienojot mikroshēmas pārī ar fosforiem, lai labāk atbilstu saules gaismas spektram (kā parādīts 3. attēlā). Izmantojot šo pieeju, CRI var pārsniegt 98. Tomēr šai metodei ir nepieciešami dažādi fosfori, kas apgrūtina konsekvences un stabilitātes nodrošināšanu masveida ražošanas laikā.
3. attēls. Divjoslu un trīsjoslu zilās gaismas pilna spektra gaismas diožu spektrs (uzziņai)
3. UV mikroshēma aizraujoši fosfori
Šai metodei ir zemāka gaismas efektivitāte. Galvenais iemesls ir tas, ka lielākā daļa komerciāli pieejamo fosforu ir paredzēti darbam ar zilajām mikroshēmām, nevis UV mikroshēmām, tāpēc to ierosmes efektivitāte ir daudz zemāka UV diapazonā. Turklāt UV mikroshēmas parasti svārstās no 385 līdz 405 nm, kurām arī ir zemāka efektivitāte. Lai gan UV mikroshēmas var vairāk atdarināt saules gaismas spektru un izvairīties no īsviļņu zilās gaismas klātbūtnes (kā parādīts 4. attēlā), šai metodei ir trūkumi. Piemēram, UV mikroshēmas laika gaitā izraisa ievērojamāku fosfora degradāciju, izraisot krāsu nobīdes un krāsas temperatūras problēmas. UV gaisma bojā arī organiskos materiālus, piemēram, iekapsulētājus, samazinot LED kalpošanas laiks.
4. attēls: UV pilna spektra gaismas diožu spektrs (uzziņai)
4. Vairāku mikroshēmu kombinācijas metode
Šī metode apvieno mikroshēmas, kas izstaro zilu, ciānu, zaļu, dzeltenu un sarkanu gaismu, lai sasniegtu pilnu spektru. Lai gan teorētiski tas var darboties, vairāku problēmu dēļ to izmanto retāk. Pirmkārt, mikroshēmas izstaro gaismu ar šauru joslas platumu, apgrūtinot plašāka spektra sasniegšanu, ko nodrošina fosfors. Turklāt dažādu krāsu mikroshēmu efektivitāte ir ļoti atšķirīga, tāpēc ir sarežģīti līdzsvarot gaismas jaudu. Laika gaitā var rasties arī krāsu un temperatūras maiņas, jo skaidas ir atšķirīgas noārdīšanās pakāpes.
Lai nodrošinātu skaidrāku salīdzinājumu, šajā tabulā ir apkopotas četras pilna spektra gaismas diožu iegūšanas metodes:
| Piegāde | Efektivitāte | CRI | Izmaksas | Iepakošanas grūtības | Kopējais sniegums | Metodes veids |
| Vienas joslas Blue Chip aizraujoši fosfori | augsts | mērens | Zems | Zems | labs | Mikroshēma uzbudina fosforu |
| Divu/trīs joslu Blue Chip aizraujoši fosfori | augsts | augsts | mērens | mērens | ļoti labs | Mikroshēma uzbudina fosforu |
| UV mikroshēma aizraujoši fosfori | Zems | augsts | augsts | Zems | slikts | Mikroshēma uzbudina fosforu |
| Vairāku mikroshēmu kombinācija | Zems | augsts | augsts | Zems | slikts | Mikroshēma (var pievienot fosforu) |
Pilna spektra gaismas diožu pielietojumi
Tagad, kad esam apskatījuši metodes pilna spektra gaismas diožu iegūšanai, kā mēs varam tās efektīvi pielietot? Viens no galvenajiem apsvērumiem ir krāsu temperatūra. Saules gaisma mainās visu dienu un dažādos gadalaikos. Piemēram, krāsu temperatūra saullēktā ir ap 2000K, pusdienlaikā ap 5000K un saulrietā ap 2300K. Tāpēc pilna spektra gaismas diodes ir jāprojektē tā, lai atdarinātu atbilstošo saules gaismas spektru dažādās krāsu temperatūrās, ko var panākt, izmantojot iepriekš aprakstītās metodes.
Pamatojoties uz iepriekš minēto skaidrojumu, pilna spektra gaismas diodes var izmantot gandrīz jebkurā standarta apgaismes ķermeņos, piemēram, mājsaimniecības apgaismojumā, āra apgaismojums, rūpnieciskais apgaismojums, galda lampas, pilna spektra LED sloksnes un pat augu apgaismojums. Konkrēti pielietojumi lielā mērā ir atkarīgi no cenas un patērētāju piekrišanas. Pašlaik visizplatītākais lietojums ir galda lampas, kuras bieži tiek pārdotas kā vāji zilas gaismas, acu aizsargājošas un regulējamas krāsas temperatūras. Šo lampu cena ir augstāka nekā standarta lampām. Ķīnas nacionālo standartu un “pilna spektra sertifikācijas” CRI prasību salīdzinājums ir parādīts 2. tabulā. Kā redzams tabulā, Ķīnas valsts standartu galda lampām var viegli izpildīt ar parastajiem LED gaismas avotiem, savukārt pilna spektra gaismas avotus. sertifikācijai nepieciešama uzlabota veiktspēja.
2. tabula. CRI salīdzinājums galda lampām
| Standarta | Pilna spektra sertifikācija |
| Standarta numurs un nosaukums | GB/T 9473-2022 “Lasīšanas un rakstīšanas lampu veiktspējas prasības” |
| CRI prasības | Vispārējais CRI: Ra ≥ 80 |
| Īpašs CRI: R9 > 0 |
Secinājumi
Pamatojoties uz iepriekš sniegto ievadu par pilna spektra LED tehnoloģiju, mums kā nozares profesionāļiem ir jādomā par: vai pašreizējais “pilna spektra” gaismas avots ir kaut kas tāds, kas cilvēkiem patiešām ir vajadzīgs? Lūdzu, rakstiet man vai atstājiet komentārus turpmākai diskusijai!
