Технология светодиодов полного спектра стала модным словом в последние годы, особенно когда речь идет об имитации естественного солнечного света и улучшении качества света. В этой статье мы погрузимся в мир светодиодов полного спектра, как они появились, как их производят и где они используются. Мы поговорим о том, как можно получить светодиоды полного спектра с различными комбинациями чипов и люминофоров, о трудностях их производства и о том, как они появляются в таких продуктах, как настольные лампы, промышленное освещение, и даже лампы для роста растений. Наконец, мы ответим на вопрос: «Действительно ли вам нужно полноспектральное освещение?» и «Как можно освещение полного спектра принести пользу вам в вашей среде?»
Определение светодиодов «полного спектра»
Когда мы говорим о популярных сегодня светодиодах «полного спектра», важно прояснить, что означает «полный спектр». Настоящий «полный спектр» относится к свету, излучаемому источником, который охватывает весь спектр от ультрафиолетового (УФ), видимого света до инфракрасного (ИК), имитируя полный спектр солнечного света (как показано на рисунке 1).
Это наиболее полный «полный спектр», встречающийся в природе. Однако светодиод «полного спектра», о котором большинство людей говорят сегодня, — это более узкое определение. В контексте светодиодов «полный спектр» относится к свету, излучаемому в видимом диапазоне света, который очень похож на спектр солнечного света в том же диапазоне (как показано на рисунке 2).
Ультрафиолетовая и инфракрасная части исключены, в основном, чтобы сделать светодиоды полного спектра более осуществимыми для массового производства. Добавление УФ и ИК усложнило бы всю систему упаковки и применения, сделав крупномасштабное производство и практическое использование практически невозможными. Даже если включить только видимый спектр, нелегко достичь светодиодов полного спектра. Например, для достижения высокого индекс цветопередачи (CRI) Многие компании, приближающиеся к показателю CRI 100, испытывают трудности с повышением показателя CRI с 96 до 98, не говоря уже о достижении 99 или выше.
Рисунок 1: Полный спектр солнечного света (280–4000 нм)
Рисунок 2: Спектр солнечного света в видимом диапазоне (380–780 нм)
Как добиться полного спектра светодиодов
Теоретически существует два основных способа получения светодиодов полного спектра: один — использование чипов, а другой — использование люминофоров. Со стороны чипа существует два основных способа: один — чип возбуждает люминофор, а другой — использование только чипа без люминофора. Со стороны люминофора необходимо соединить люминофоры с чипом, и необходимо выбрать разные длины волн излучения и возбуждения для этой комбинации. Всего существует четыре основных способа получения светодиодов полного спектра:
1. Однополосные возбуждающие люминофоры Blue Chip
Этот метод похож на обычную упаковку светодиодов, но добавляются несколько люминофоров (например, зеленый, желтый, красный или даже оранжевый, голубой, синий). Хотя это может производить свет, близкий к полному спектру, все еще есть заметный пик синего света. Кроме того, эффективность люминофоров, таких как голубой и синий, относительно низкая, и свет в диапазоне 470-510 нм может отсутствовать.
2. Двух- или трехполосные возбуждающие люминофоры Blue Chip
Этот метод улучшает однополосный подход, используя двухполосный или трехполосный синий чип для возбуждения люминофоров на разных длинах волн. Двухполосные чипы обычно используют два диапазона: 430-450 нм и 460-480 нм, в то время как трехполосные чипы используют три: 430-440 нм, 440-460 нм и 460-480 нм. Это обеспечивает большую гибкость в сопряжении чипов с люминофорами для лучшего соответствия спектру солнечного света (как показано на рисунке 3). При таком подходе CRI может превышать 98. Однако этот метод требует большого разнообразия люминофоров, что затрудняет обеспечение согласованности и стабильности во время массового производства.
Рисунок 3: Спектр двухполосных и трехполосных светодиодов синего света полного спектра (для справки)
3. Люминофоры, возбуждающие УФ-чип
Этот метод имеет более низкую световую эффективность. Основная причина в том, что большинство имеющихся в продаже люминофоров предназначены для работы с синими чипами, а не с УФ-чипами, поэтому их эффективность возбуждения намного ниже в УФ-диапазоне. Кроме того, УФ-чипы обычно имеют диапазон 385-405 нм, который также имеет более низкую эффективность. Хотя УФ-чипы могут более точно имитировать спектр солнечного света и избегать присутствия коротковолнового синего света (как показано на рисунке 4), этот метод имеет недостатки. Например, УФ-чипы вызывают более значительную деградацию люминофоров с течением времени, что приводит к изменению цвета и проблемам с цветовой температурой. УФ-свет также повреждает органические материалы, такие как инкапсулянты, снижая Срок службы светодиода.
Рисунок 4: Спектр УФ-светодиодов полного спектра (для справки)
4. Метод комбинирования нескольких чипов
Этот метод объединяет чипы, излучающие синий, голубой, зеленый, желтый и красный свет, для достижения полного спектра. Хотя это может работать в теории, он используется реже из-за нескольких проблем. Во-первых, чипы излучают свет с узкой полосой пропускания, что затрудняет достижение более широкого спектра, который обеспечивают люминофоры. Кроме того, эффективность чипов разного цвета сильно различается, что затрудняет балансировку светового потока. Со временем также могут происходить сдвиги цвета и изменения температуры из-за разной скорости деградации чипов.
Для более наглядного сравнения в следующей таблице обобщены четыре метода получения светодиодов полного спектра:
| Способ доставки | Эффективность | CRI | Стоимость | Сложность упаковки | Общая производительность | Тип метода |
| Однополосные возбуждающие люминофоры Blue Chip | Высокий | Средняя | Низкий | Низкий | Хорошо | Чип возбуждает люминофоры |
| Двух-/трехполосные возбуждающие люминофоры Blue Chip | Высокий | Высокий | Средняя | Средняя | Хорошо | Чип возбуждает люминофоры |
| Возбуждающие люминофоры УФ-чипа | Низкий | Высокий | Высокий | Низкий | Не очень | Чип возбуждает люминофоры |
| Комбинация из нескольких чипов | Низкий | Высокий | Высокий | Низкий | Не очень | Чип (можно добавить люминофоры) |
Применение светодиодов полного спектра
Теперь, когда мы рассмотрели методы достижения полного спектра светодиодов, как мы можем эффективно их применять? Одним из ключевых соображений является цветовая температура. Солнечный свет меняется в течение дня и в зависимости от сезона. Например, цветовая температура на восходе солнца составляет около 2000 К, в полдень — около 5000 К, а на закате — около 2300 К. Поэтому светодиоды полного спектра должны быть спроектированы так, чтобы имитировать соответствующий спектр солнечного света при различных цветовых температурах, чего можно добиться с помощью описанных выше методов.
Исходя из вышеизложенного, светодиоды полного спектра можно использовать практически в любых стандартных осветительных приборах, например, в бытовых светильниках, наружное освещение, промышленное освещение, настольные лампы, светодиодные ленты полного спектра и даже освещение растений. Конкретные области применения во многом зависят от цены и потребительского признания. В настоящее время наиболее распространенным применением являются настольные лампы, которые часто позиционируются как лампы с низким уровнем синего света, защищающие глаза и регулируемые по цветовой температуре. Эти лампы стоят дороже стандартных ламп. Сравнение между китайскими национальными стандартами и требованиями CRI «сертификации полного спектра» показано в Таблице 2. Как видно из таблицы, китайскому национальному стандарту для настольных ламп могут легко соответствовать обычные светодиодные источники света, в то время как сертификация полного спектра требует более продвинутых характеристик.
Таблица 2: Сравнение CRI для настольных ламп
| Стандарт | Сертификация полного спектра |
| Стандартный номер и название | GB/T 9473-2022 «Требования к эксплуатационным характеристикам ламп для чтения и письма» |
| Требования CRI | Общий индекс цветопередачи: Ra ≥ 80 |
| Специальный индекс цветопередачи: R9 > 0 |
Заключение
На основе вышеизложенного введения в полноспектральную светодиодную технологию, нам, как профессионалам отрасли, нужно подумать: действительно ли людям нужен текущий «полноспектральный» источник света? Не стесняйтесь писать мне или оставлять комментарии для дальнейшего обсуждения!
