Full-spectrum LED-technologie is de laatste jaren een modewoord geworden, vooral als het gaat om het nabootsen van natuurlijk zonlicht en het verbeteren van de lichtkwaliteit. In dit artikel duiken we in de wereld van full-spectrum LED's, hoe ze zijn ontstaan, hoe ze worden gemaakt en waar ze worden gebruikt. We praten over hoe je full-spectrum LED's kunt maken met verschillende chip- en fosforcombinaties, de uitdagingen bij het maken ervan en hoe ze verschijnen in producten zoals bureaulampen, industriële verlichting, en zelfs plantengroeilampen. Tot slot beantwoorden we de vraag: "Heb je echt full-spectrum verlichting nodig?" en "Hoe kan full-spectrum verlichting wat kan jou in jouw omgeving ten goede komen?”
De definitie van “Full-Spectrum” LED’s
Wanneer we het vandaag de dag hebben over de populaire "full-spectrum" LED's, is het belangrijk om te verduidelijken wat "full-spectrum" betekent. Echt "full-spectrum" verwijst naar licht dat wordt uitgezonden door een bron die het volledige spectrum bestrijkt van ultraviolet (UV), zichtbaar licht, tot infrarood (IR), en het volledige spectrum van zonlicht nabootst (zoals weergegeven in Afbeelding 1).
Dit is het meest uitgebreide "full-spectrum" dat in de natuur te vinden is. De "full-spectrum"-led waar de meeste mensen het tegenwoordig over hebben, is echter een nauwere definitie. In de led-context verwijst "full-spectrum" naar licht dat wordt uitgezonden binnen het zichtbare lichtbereik dat sterk lijkt op het spectrum van zonlicht in datzelfde bereik (zoals weergegeven in afbeelding 2).
De ultraviolette en infrarode delen zijn uitgesloten, voornamelijk om full-spectrum LED's geschikter te maken voor massaproductie. Het toevoegen van UV en IR zou het hele verpakkingssysteem en de toepassing ingewikkelder maken, waardoor grootschalige productie en praktisch gebruik bijna onmogelijk worden. Zelfs met alleen het zichtbare spectrum inbegrepen, is het niet eenvoudig om full-spectrum LED's te bereiken. Om bijvoorbeeld een hoge kleurweergave-index (CRI) Als de CRI bijna 100 is, hebben veel bedrijven moeite om de CRI van 96 naar 98 te verbeteren, laat staan om 99 of hoger te halen.
Figuur 1: Volledig spectrum van zonlicht (280nm-4000nm)
Figuur 2: Zonlichtspectrum binnen het zichtbare bereik (380nm-780nm)
Hoe u full-spectrum LED's kunt bereiken
In theorie zijn er twee hoofdmanieren om full-spectrum LED's te bereiken: de ene is door chips te gebruiken en de andere is door fosfor te gebruiken. Aan de chipzijde zijn er twee hoofdmanieren: de ene is door de chip de fosfor te laten exciteren en de andere is door de chip alleen te gebruiken zonder fosfor. Aan de fosforzijde moet u de fosfor koppelen aan de chip en moet u verschillende emissie- en excitatiegolflengten selecteren voor de combinatie. In totaal zijn er vier hoofdmanieren om full-spectrum LED's te bereiken:
1. Single-band Blue Chip Exciting Fosforen
Deze methode is vergelijkbaar met gewone LED-verpakkingen, maar er worden meerdere fosforen toegevoegd (bijvoorbeeld groen, geel, rood of zelfs oranje, cyaan, blauw). Hoewel dit licht kan produceren dat dicht bij het volledige spectrum ligt, is er nog steeds een prominente blauwe lichtpiek. Bovendien is de efficiëntie van fosforen zoals cyaan en blauw relatief laag en kan licht in het bereik van 470-510 nm ontbreken.
2. Dual-band of Triple-band Blue Chip Exciting Phosphors
Deze methode verbetert de single-band-benadering door een dual-band of triple-band blue chip te gebruiken om fosforen over verschillende golflengten te exciteren. De dual-band chips gebruiken doorgaans twee bereiken: 430-450 nm en 460-480 nm, terwijl de triple-band chips er drie gebruiken: 430-440 nm, 440-460 nm en 460-480 nm. Dit biedt meer flexibiliteit bij het koppelen van de chips met fosforen om beter aan te sluiten op het zonlichtspectrum (zoals weergegeven in Afbeelding 3). Met deze benadering kan de CRI 98 overschrijden. Deze methode vereist echter een grote verscheidenheid aan fosforen, waardoor het moeilijker wordt om consistentie en stabiliteit te garanderen tijdens massaproductie.
Figuur 3: Spectrum van dual-band en triple-band blauw licht full-spectrum LED's (ter referentie)
3. UV-chip-opwindende fosforen
Deze methode heeft een lagere lichtopbrengst. De belangrijkste reden is dat de meeste commercieel verkrijgbare fosforen zijn ontworpen om te werken met blauwe chips, niet met UV-chips, dus hun excitatie-efficiëntie is veel lager in het UV-bereik. Bovendien variëren UV-chips doorgaans van 385-405 nm, die ook een lagere efficiëntie hebben. Hoewel UV-chips het zonlichtspectrum nauwkeuriger kunnen nabootsen en de aanwezigheid van kortgolvig blauw licht kunnen vermijden (zoals weergegeven in Afbeelding 4), heeft deze methode nadelen. UV-chips veroorzaken bijvoorbeeld een significantere degradatie van fosforen in de loop van de tijd, wat resulteert in kleurverschuivingen en problemen met de kleurtemperatuur. UV-licht beschadigt ook organische materialen zoals encapsulanten, waardoor de Levensduur van LED's.
Figuur 4: Spectrum van UV-leds met volledig spectrum (ter referentie)
4. Multi-chip combinatiemethode
Deze methode combineert chips die blauw, cyaan, groen, geel en rood licht uitzenden om een volledig spectrum te bereiken. Hoewel dit in theorie kan werken, wordt het minder vaak gebruikt vanwege verschillende uitdagingen. Ten eerste zenden chips licht uit met smalle bandbreedtes, waardoor het moeilijk is om het bredere spectrum te bereiken dat fosfor biedt. Bovendien varieert de efficiëntie van verschillende gekleurde chips enorm, waardoor het een uitdaging is om de lichtopbrengst in evenwicht te brengen. Na verloop van tijd kunnen er ook kleurverschuivingen en temperatuurveranderingen optreden vanwege de verschillende degradatiesnelheden van chips.
Om een duidelijker vergelijking te maken, worden in de volgende tabel de vier methoden voor het verkrijgen van full-spectrum LED's samengevat:
| Methode | Efficiëntie | CRI | Kosten | Moeilijkheidsgraad van de verpakking | De performance over het geheel | Methodetype: |
| Single-band Blue Chip Exciting Fosforen | Hoog | Gemiddeld | Laag | Laag | Goed | Chip exciteert fosforen |
| Dual/Triple-band Blue Chip Exciting Fosforen | Hoog | Hoog | Gemiddeld | Gemiddeld | Very Good | Chip exciteert fosforen |
| UV-chip opwindende fosforen | Laag | Hoog | Hoog | Laag | arm | Chip exciteert fosforen |
| Multi-chipcombinatie | Laag | Hoog | Hoog | Laag | arm | Chip (kan fosfor toevoegen) |
Toepassingen van Full-Spectrum LED's
Nu we de methoden voor het bereiken van full-spectrum LED's hebben behandeld, hoe kunnen we ze effectief toepassen? Een belangrijke overweging is de kleurtemperatuur. Zonlicht verandert gedurende de dag en door de seizoenen heen. Bijvoorbeeld, de kleurtemperatuur bij zonsopgang is het ongeveer 2000K, 's middags is het ongeveer 5000K en bij zonsondergang is het ongeveer 2300K. Daarom moeten full-spectrum LED's worden ontworpen om het overeenkomstige zonlichtspectrum bij verschillende kleurtemperaturen na te bootsen, wat kan worden bereikt met behulp van de hierboven beschreven methoden.
Op basis van de bovenstaande uitleg kunnen full-spectrum LED's in bijna alle standaardverlichtingsarmaturen worden gebruikt, zoals huishoudelijke verlichting, buitenverlichting, industriële verlichting, bureaulampen, ledstrips met volledig spectrum en zelfs plantenverlichting. Specifieke toepassingen zijn grotendeels afhankelijk van de prijs en de acceptatie door de consument. Momenteel zijn bureaulampen de meest voorkomende toepassing, vaak op de markt gebracht als zwak blauw licht, oogbeschermend en instelbaar in kleurtemperatuur. Deze lampen zijn duurder dan standaardlampen. De vergelijking tussen Chinese nationale normen en de CRI-vereisten voor "full-spectrumcertificering" wordt weergegeven in Tabel 2. Zoals te zien is in de tabel, kan de Chinese nationale norm voor bureaulampen eenvoudig worden gehaald door gewone LED-lichtbronnen, terwijl de full-spectrumcertificering geavanceerdere prestaties vereist.
Tabel 2: CRI-vergelijking voor bureaulampen
| Standaard | Volledige spectrumcertificering |
| Standaardnummer en naam | GB/T 9473-2022 “Prestatievereisten voor lees- en schrijflampen” |
| CRI-vereisten | Algemene CRI: Ra ≥ 80 |
| Speciale CRI: R9 > 0 |
Conclusie
Gebaseerd op de bovenstaande introductie tot full-spectrum LED-technologie, moeten wij, als professionals in de industrie, nadenken over: Is de huidige "full-spectrum" lichtbron iets dat mensen echt nodig hebben? Stuur me gerust een bericht of laat een reactie achter voor verdere discussie!
