Tudo o que você precisa saber sobre a tecnologia LED de “espectro total”

A tecnologia LED de espectro total se tornou uma palavra da moda nos últimos anos, especialmente quando se trata de emular a luz solar natural e melhorar a qualidade da luz. Neste artigo, vamos mergulhar no mundo dos LEDs de espectro total, como eles surgiram, como são feitos e onde são usados. Falaremos sobre como você pode obter LEDs de espectro total com diferentes combinações de chip e fósforo, os desafios de fazê-los e como eles estão aparecendo em produtos como luminárias de mesa, iluminação industrial, e até mesmo luzes de crescimento de plantas. Por fim, responderemos à pergunta: “Você realmente precisa de iluminação de espectro total?” e “Como pode iluminação de espectro total beneficia você em seu ambiente?”

A definição de LEDs de “espectro total”

Quando falamos sobre os populares LEDs de “espectro total” hoje em dia, é importante esclarecer o que “espectro total” significa. O verdadeiro “espectro total” se refere à luz emitida por uma fonte que cobre todo o espectro, desde ultravioleta (UV), luz visível, até infravermelho (IR), imitando o espectro total da luz solar (conforme mostrado na Figura 1).

Este é o “espectro completo” mais abrangente encontrado na natureza. No entanto, o LED de “espectro completo” sobre o qual a maioria das pessoas fala hoje é uma definição mais restrita. No contexto do LED, “espectro completo” se refere à luz emitida dentro da faixa de luz visível que se assemelha muito ao espectro da luz solar nessa mesma faixa (conforme mostrado na Figura 2).

As partes ultravioleta e infravermelha são excluídas, principalmente para tornar os LEDs de espectro total mais viáveis ​​para produção em massa. Adicionar UV e IR complicaria todo o sistema de embalagem e aplicação, tornando a produção em larga escala e o uso prático quase impossíveis. Mesmo com apenas o espectro visível incluído, não é fácil obter LEDs de espectro total. Por exemplo, para obter uma alta índice de renderização de cores (CRI) perto de 100, muitas empresas lutam para melhorar o IRC de 96 para 98, muito menos para atingir 99 ou mais.

espectro total de luz solar

Figura 1: Espectro total da luz solar (280 nm-4000 nm)

espectro de luz solar dentro da faixa visível

Figura 2: Espectro da luz solar na faixa visível (380 nm-780 nm)

Como obter LEDs de espectro total

Em teoria, há duas maneiras principais de obter LEDs de espectro total: uma é usando chips e a outra é usando fósforos. No lado do chip, há duas maneiras principais: uma é o chip excitando o fósforo, e a outra é usando o chip sozinho sem fósforo. No lado do fósforo, você precisa parear os fósforos com o chip, e precisa selecionar diferentes comprimentos de onda de emissão e excitação para a combinação. No total, há quatro maneiras principais de obter LEDs de espectro total:

como obter leds de espectro total

1. Fósforos excitantes Blue Chip de banda única

Este método é semelhante ao empacotamento de LED comum, mas vários fósforos são adicionados (por exemplo, verde, amarelo, vermelho ou mesmo laranja, ciano, azul). Embora isso possa produzir luz próxima ao espectro total, ainda há um pico de luz azul proeminente. Além disso, a eficiência de fósforos como ciano e azul é relativamente baixa, e pode faltar luz na faixa de 470-510 nm.

2. Fósforos excitantes Blue Chip de banda dupla ou tripla

Este método melhora a abordagem de banda única usando um chip azul de banda dupla ou tripla para excitar fósforos em diferentes comprimentos de onda. Os chips de banda dupla normalmente usam duas faixas: 430-450 nm e 460-480 nm, enquanto os chips de banda tripla usam três: 430-440 nm, 440-460 nm e 460-480 nm. Isso permite mais flexibilidade no pareamento dos chips com fósforos para melhor corresponder ao espectro da luz solar (conforme mostrado na Figura 3). Com essa abordagem, o CRI pode exceder 98. No entanto, esse método requer uma ampla variedade de fósforos, tornando mais difícil garantir consistência e estabilidade durante a produção em massa.

espectro de leds de espectro total de luz azul de banda dupla e banda tripla

Figura 3: Espectro de LEDs de espectro total de luz azul de banda dupla e banda tripla (para referência)

3. Chip UV Fósforos Excitantes

Este método tem menor eficiência luminosa. O principal motivo é que a maioria dos fósforos disponíveis comercialmente são projetados para trabalhar com chips azuis, não chips UV, então sua eficiência de excitação é muito menor na faixa UV. Além disso, os chips UV normalmente variam de 385-405 nm, que também têm menor eficiência. Embora os chips UV possam imitar mais de perto o espectro da luz solar e evitar a presença de luz azul de comprimento de onda curto (como mostrado na Figura 4), este método tem desvantagens. Por exemplo, os chips UV causam degradação mais significativa dos fósforos ao longo do tempo, resultando em mudanças de cor e problemas de temperatura de cor. A luz UV também danifica materiais orgânicos como encapsulantes, reduzindo a Vida útil do LED.

espectro de leds de espectro total uv

Figura 4: Espectro de LEDs UV de espectro total (para referência)

4. Método de combinação de vários chips

Este método combina chips que emitem luz azul, ciano, verde, amarela e vermelha para atingir um espectro completo. Embora isso possa funcionar em teoria, é menos comumente usado devido a vários desafios. Por um lado, os chips emitem luz com larguras de banda estreitas, dificultando a obtenção do espectro mais amplo que os fósforos fornecem. Além disso, a eficiência de chips de cores diferentes varia muito, tornando desafiador equilibrar a saída de luz. Com o tempo, mudanças de cor e mudanças de temperatura também podem ocorrer devido às diferentes taxas de degradação dos chips.

Para fornecer uma comparação mais clara, a tabela a seguir resume os quatro métodos para obter LEDs de espectro total:

FormaEficiênciaCRICustoDificuldade de embalagemDesempenho geralTipo de Método
Fósforos excitantes de chip azul de banda únicaAltaModeradoBaixoBaixoBomChip excita fósforos
Fósforos emocionantes Blue Chip de banda dupla/triplaAltaAltaModeradoModeradoMuito BomChip excita fósforos
Chip UV Fósforos ExcitantesBaixoAltaAltaBaixoPobreChip excita fósforos
Combinação multi-chipBaixoAltaAltaBaixoPobreChip (pode adicionar fósforos)

Aplicações de LEDs de espectro total

Agora que cobrimos os métodos para obter LEDs de espectro total, como podemos aplicá-los efetivamente? Uma consideração importante é a temperatura da cor. A luz solar muda ao longo do dia e entre as estações. Por exemplo, a temperatura de cor ao nascer do sol é em torno de 2000K, ao meio-dia é em torno de 5000K e ao pôr do sol é em torno de 2300K. Portanto, LEDs de espectro total precisam ser projetados para imitar o espectro de luz solar correspondente em diferentes temperaturas de cor, o que pode ser alcançado usando os métodos descritos acima.

aplicações de leds de espectro total

Com base na explicação acima, os LEDs de espectro total podem ser usados ​​em quase todos os equipamentos de iluminação padrão, como iluminação doméstica, iluminação externa, iluminação industrial, luminárias de mesa, tiras de led de espectro total e até mesmo iluminação de plantas. Aplicações específicas dependem amplamente do preço e da aceitação do consumidor. Atualmente, as luminárias de mesa são a aplicação mais comum, frequentemente comercializadas como luz azul baixa, proteção para os olhos e temperatura de cor ajustável. Essas lâmpadas têm preços mais altos do que as lâmpadas padrão. A comparação entre os padrões nacionais chineses e os requisitos de “certificação de espectro total” do CRI é mostrada na Tabela 2. Como visto na tabela, o padrão nacional chinês para luminárias de mesa pode ser facilmente atendido por fontes de luz LED comuns, enquanto a certificação de espectro total requer desempenho mais avançado.

Tabela 2: Comparação de CRI para lâmpadas de mesa

StandardCertificação de espectro total
Número e nome padrãoGB/T 9473-2022 “Requisitos de desempenho para lâmpadas de leitura e escrita”
Requisitos do CRICRI geral: Ra ≥ 80
CRI especial: R9 > 0

Conclusão

Com base na introdução acima à tecnologia LED de espectro total, nós, como profissionais da indústria, precisamos pensar sobre: ​​A atual fonte de luz de “espectro total” é algo que as pessoas realmente precisam? Sinta-se à vontade para me enviar uma mensagem ou deixar comentários para uma discussão mais aprofundada!

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