Tehnologija LED polnega spektra je v zadnjih letih postala modna beseda, zlasti ko gre za posnemanje naravne sončne svetlobe in izboljšanje kakovosti svetlobe. V tem članku se bomo potopili v svet LED polnega spektra, kako so nastali, kako so izdelani in kje se uporabljajo. Govorili bomo o tem, kako lahko dosežete LED polnega spektra z različnimi kombinacijami čipov in fosforja, o izzivih njihove izdelave in o tem, kako se pojavljajo v izdelkih, kot so namizne svetilke, industrijska razsvetljava, in celo lučke za rast rastlin. Nazadnje bomo odgovorili na vprašanje: "Ali res potrebujete osvetlitev polnega spektra?" in »Kako lahko osvetlitev polnega spektra vam koristi v vašem okolju?"
Opredelitev LED diod »polnega spektra«.
Ko danes govorimo o priljubljenih LED-sijalkah »polnega spektra«, je pomembno razjasniti, kaj pomeni »poln spekter«. Pravi "poln spekter" se nanaša na svetlobo, ki jo oddaja vir, ki pokriva celoten spekter od ultravijolične (UV), vidne svetlobe do infrardeče (IR), ki posnema celoten spekter sončne svetlobe (kot je prikazano na sliki 1).
To je najobsežnejši "poln spekter", ki ga najdemo v naravi. Vendar pa je LED "polnega spektra", o katerem večina ljudi danes govori, ožja definicija. V kontekstu LED se »poln spekter« nanaša na svetlobo, oddano v območju vidne svetlobe, ki je zelo podobna spektru sončne svetlobe v istem območju (kot je prikazano na sliki 2).
Ultravijolični in infrardeči deli so izključeni, predvsem zato, da bi bile LED polnega spektra bolj izvedljive za množično proizvodnjo. Dodajanje UV in IR bi zapletlo celoten sistem pakiranja in uporabo, zaradi česar bi bila proizvodnja v velikem obsegu in praktična uporaba skoraj nemogoča. Tudi z vključenim samo vidnim spektrom ni lahko doseči LED polnega spektra. Na primer, da bi dosegli visoko indeks barvne reprodukcije (CRI) blizu 100, se številna podjetja trudijo izboljšati CRI s 96 na 98, kaj šele doseči 99 ali več.
Slika 1: Celoten spekter sončne svetlobe (280nm–4000nm)
Slika 2: Spekter sončne svetlobe v vidnem območju (380nm–780nm)
Kako doseči LED polnega spektra
V teoriji obstajata dva glavna načina za doseganje LED polnega spektra: eden je z uporabo čipov, drugi pa z uporabo fosforja. Na strani čipa obstajata dva glavna načina: prvi je, da čip vzbuja fosfor, drugi pa je uporaba samega čipa brez fosforja. Na strani fosforja morate fosfor združiti s čipom in za kombinacijo morate izbrati različne valovne dolžine emisije in vzbujanja. Skupaj obstajajo štirje glavni načini za doseganje LED polnega spektra:
1. Enopasovni Blue Chip vznemirljivi fosforji
Ta metoda je podobna navadni LED embalaži, vendar je dodanih več fosforjev (npr. zelen, rumen, rdeč ali celo oranžen, cian, moder). Čeprav lahko to proizvede svetlobo blizu celotnega spektra, še vedno obstaja izrazit vrh modre svetlobe. Poleg tega je učinkovitost fosforjev, kot sta cian in modra, razmeroma nizka in lahko manjka svetloba v območju 470–510 nm.
2. Dvopasovni ali tropasovni Blue Chip vznemirljivi fosforji
Ta metoda izboljšuje enopasovni pristop z uporabo dvopasovnega ali tropasovnega modrega čipa za vzbujanje fosforjev na različnih valovnih dolžinah. Dvopasovni čipi običajno uporabljajo dva razpona: 430–450 nm in 460–480 nm, medtem ko tripasovni čipi uporabljajo tri: 430–440 nm, 440–460 nm in 460–480 nm. To omogoča večjo prilagodljivost pri povezovanju čipov s fosforji za boljše ujemanje s spektrom sončne svetlobe (kot je prikazano na sliki 3). S tem pristopom lahko CRI preseže 98. Vendar ta metoda zahteva široko paleto fosforjev, zaradi česar je težje zagotoviti doslednost in stabilnost med množično proizvodnjo.
Slika 3: Spekter dvopasovnih in tropasovnih modrih LED s polnim spektrom (za referenco)
3. Vzbujajoči fosforji z UV čipom
Ta metoda ima nižjo svetlobno učinkovitost. Glavni razlog je, da je večina komercialno dostopnih fosforjev zasnovanih za delo z modrimi čipi, ne z UV čipi, zato je njihova učinkovitost vzbujanja veliko nižja v UV območju. Poleg tega se UV-čipi običajno gibljejo med 385–405 n, ki imajo tudi manjšo učinkovitost. Čeprav lahko UV-čipi bolj posnemajo spekter sončne svetlobe in se izognejo prisotnosti kratkovalovne modre svetlobe (kot je prikazano na sliki 4), ima ta metoda pomanjkljivosti. Na primer, UV-čipi sčasoma povzročijo večjo degradacijo fosforjev, kar povzroči barvne premike in težave z barvno temperaturo. UV-svetloba poškoduje tudi organske materiale, kot so enkapsulanti, in zmanjša Življenjska doba LED.
Slika 4: Spekter UV-LED s polnim spektrom (za referenco)
4. Metoda kombiniranja več čipov
Ta metoda združuje čipe, ki oddajajo modro, cian, zeleno, rumeno in rdečo svetlobo, da dosežejo celoten spekter. Čeprav to v teoriji lahko deluje, se manj pogosto uporablja zaradi številnih izzivov. Prvič, čipi oddajajo svetlobo z ozkimi pasovnimi širinami, zaradi česar je težko doseči širši spekter, ki ga zagotavljajo fosforji. Poleg tega se učinkovitost različnih barvnih čipov zelo razlikuje, zaradi česar je težko uravnotežiti svetlobno moč. Sčasoma lahko pride tudi do sprememb barve in temperature zaradi različnih stopenj razgradnje čipov.
Za jasnejšo primerjavo naslednja tabela povzema štiri metode za doseganje LED polnega spektra:
| Metoda | Učinkovitost | CRI | Strošek | Težave pri pakiranju | Splošna uspešnost | Vrsta metode |
| Enopasovni Blue Chip vznemirljivi fosforji | visoka | Zmerno | nizka | nizka | dobro | Čip vzbuja fosforje |
| Dvo/tropasovni Blue Chip vznemirljivi fosforji | visoka | visoka | Zmerno | Zmerno | zelo dobro | Čip vzbuja fosforje |
| Navdušujoči fosforji z UV čipom | nizka | visoka | visoka | nizka | slaba | Čip vzbuja fosforje |
| Kombinacija z več čipi | nizka | visoka | visoka | nizka | slaba | Čip (lahko doda fosforje) |
Uporaba LED polnega spektra
Zdaj, ko smo obravnavali metode za doseganje LED polnega spektra, kako jih lahko učinkovito uporabimo? Eden ključnih dejavnikov je barvna temperatura. Sončna svetloba se spreminja čez dan in med letnimi časi. Na primer, barvna temperatura ob sončnem vzhodu je okoli 2000K, opoldne okoli 5000K, ob sončnem zahodu pa približno 2300K. Zato morajo biti LED diode polnega spektra zasnovane tako, da posnemajo ustrezen spekter sončne svetlobe pri različnih barvnih temperaturah, kar je mogoče doseči z zgoraj opisanimi metodami.
Na podlagi zgornje razlage se LED diode s polnim spektrom lahko uporabljajo v skoraj vseh standardnih svetilkah, kot je gospodinjska razsvetljava, zunanja razsvetljava, industrijska razsvetljava, namizne svetilke, led trakovi polnega spektra in celo osvetlitev rastlin. Posebne aplikacije so v veliki meri odvisne od cene in sprejemanja potrošnikov. Trenutno so namizne svetilke najpogostejša uporaba, ki se pogosto tržijo kot svetilke z nizko modro svetlobo, za zaščito oči in nastavljivo barvno temperaturo. Cene teh svetilk so višje od standardnih. Primerjava med kitajskimi nacionalnimi standardi in zahtevami CRI za "certificiranje celotnega spektra" je prikazana v tabeli 2. Kot je razvidno iz tabele, lahko kitajski nacionalni standard za namizne svetilke zlahka izpolnijo navadni svetlobni viri LED, medtem ko svetlobni viri polnega spektra certificiranje zahteva naprednejšo zmogljivost.
Tabela 2: Primerjava CRI za namizne svetilke
| Standardna | Certificiranje celotnega spektra |
| Standardna številka in ime | GB/T 9473-2022 “Zahteve glede delovanja za svetilke za branje in pisanje” |
| Zahteve CRI | Splošni CRI: Ra ≥ 80 |
| Posebni CRI: R9 > 0 |
zaključek
Na podlagi zgornjega uvoda v tehnologijo LED polnega spektra moramo kot strokovnjaki v industriji razmisliti o tem, ali je trenutni svetlobni vir "polnega spektra" nekaj, kar ljudje res potrebujejo? Prosimo, pošljite mi sporočilo ali pustite komentarje za nadaljnjo razpravo!
