Fullspektrum LED-teknik har blivit ett modeord de senaste åren, särskilt när det kommer till att emulera naturligt solljus och förbättra ljusets kvalitet. I den här artikeln kommer vi att dyka in i världen av fullspektrum-LED, hur de kom till, hur de tillverkas och var de används. Vi kommer att prata om hur du kan uppnå fullspektrum-LED med olika chip- och fosforkombinationer, utmaningarna med att tillverka dem och hur de dyker upp i produkter som skrivbordslampor, industriell belysning, och till och med växttillväxtlampor. Slutligen kommer vi att svara på frågan "Behöver du verkligen fullspektrumbelysning?" och "Hur kan fullspektrumbelysning gynna dig i din miljö?”
Definitionen av "Full-Spectrum" lysdioder
När vi pratar om de populära "full-spektrum" lysdioderna idag, är det viktigt att klargöra vad "full-spectrum" betyder. Sant "helspektrum" hänvisar till ljus som emitteras från en källa som täcker hela spektrumet från ultraviolett (UV), synligt ljus, till infrarött (IR), som efterliknar hela spektrumet av solljus (som visas i figur 1).
Detta är det mest omfattande "fullspektrum" som finns i naturen. Men den "full-spektrum" LED som de flesta pratar om idag är en snävare definition. I LED-sammanhang avser "helspektrum" ljus som emitteras inom det synliga ljusområdet som liknar spektrumet av solljus i samma område (som visas i figur 2).
De ultravioletta och infraröda delarna är uteslutna, främst för att göra fullspektrum-LED mer genomförbara för massproduktion. Att lägga till UV och IR skulle komplicera hela förpackningssystemet och applikationen, vilket gör storskalig produktion och praktisk användning nästan omöjlig. Även med endast det synliga spektrumet inkluderat är det inte lätt att uppnå fullspektrum-LED. Till exempel för att uppnå en hög färgåtergivningsindex (CRI) nära 100, många företag kämpar för att förbättra CRI från 96 till 98, för att inte tala om att uppnå 99 eller högre.
Figur 1: Fullt spektrum av solljus (280nm-4000nm)
Figur 2: Solljusspektrum inom det synliga området (380nm-780nm)
Hur man uppnår fullspektrum-lysdioder
I teorin finns det två huvudsakliga sätt att uppnå fullspektrum LED:er: ett är genom att använda chips och det andra är genom att använda fosfor. På chipsidan finns det två huvudsakliga sätt: det ena är att chippet exciterar fosforn och det andra är att använda chippet ensamt utan fosfor. På fosforsidan måste du para ihop fosforerna med chippet, och du måste välja olika emissions- och excitationsvåglängder för kombinationen. Totalt finns det fyra huvudsakliga sätt att uppnå fullspektrum-LED:er:
1. Enkelbands Blue Chip Exciting Phosphors
Denna metod liknar vanliga LED-förpackningar, men flera fosforer tillsätts (t.ex. grön, gul, röd eller till och med orange, cyan, blå). Även om detta kan producera ljus nära fullt spektrum, finns det fortfarande en framträdande blått ljustopp. Dessutom är effektiviteten hos fosforer som cyan och blått relativt låg, och ljus i intervallet 470-510nm kan saknas.
2. Dual-band eller Triple-band Blue Chip Exciting Phosphors
Denna metod förbättrar singelbandsmetoden genom att använda ett dubbelbands- eller trippelbandsblått chip för att excitera fosforer över olika våglängder. Dual-band chipsen använder vanligtvis två intervall: 430-450nm och 460-480nm, medan triple-band chipsen använder tre: 430-440nm, 440-460nm och 460-480nm. Detta ger mer flexibilitet när det gäller att para ihop chipsen med fosfor för att bättre matcha solljusspektrumet (som visas i figur 3). Med detta tillvägagångssätt kan CRI överstiga 98. Denna metod kräver dock en mängd olika fosfor, vilket gör det svårare att säkerställa konsistens och stabilitet under massproduktion.
Figur 3: Spektrum av dual-band och triple-band blått ljus fullspektrum-LED (för referens)
3. UV-chip spännande fosforer
Denna metod har lägre ljuseffektivitet. Det främsta skälet är att de flesta kommersiellt tillgängliga fosforer är designade för att fungera med blåa chips, inte UV-chips, så deras excitationseffektivitet är mycket lägre i UV-området. Dessutom sträcker sig UV-chips vanligtvis från 385-405nm, som också har lägre effektivitet. Även om UV-chips mer kan efterlikna solljusspektrumet och undvika närvaron av blått ljus med kort våglängd (som visas i figur 4), har denna metod nackdelar. Till exempel orsakar UV-chips mer betydande nedbrytning av fosfor över tiden, vilket resulterar i färgskiftningar och färgtemperaturproblem. UV-ljus skadar också organiska material som inkapslingsmedel, vilket minskar LED:s livslängd.
Figur 4: Spektrum av UV-lysdioder med full spektrum (för referens)
4. Kombinationsmetod för flera chip
Denna metod kombinerar chips som avger blått, cyan, grönt, gult och rött ljus för att uppnå ett fullt spektrum. Även om detta kan fungera i teorin, är det mindre vanligt på grund av flera utmaningar. För det första avger chips ljus med smala bandbredder, vilket gör det svårt att uppnå det bredare spektrum som fosfor ger. Dessutom varierar effektiviteten hos olika färgade chips mycket, vilket gör det svårt att balansera ljusutbytet. Med tiden kan färgskiftningar och temperaturförändringar också förekomma på grund av de olika nedbrytningshastigheterna för flis.
För att ge en tydligare jämförelse sammanfattar följande tabell de fyra metoderna för att uppnå fullspektrum-lysdioder:
| Metod | Effektivitet | CRI | Pris | Förpackningssvårigheter | Prestanda | Metodtyp |
| Enkelbands Blue Chip Spännande Phosphors | Hög | Moderate | Låg | Låg | bra | Chip exciterar fosfor |
| Dual/Triple-band Blue Chip Spännande Phosphors | Hög | Hög | Moderate | Moderate | mycket bra | Chip exciterar fosfor |
| UV-chip spännande fosforer | Låg | Hög | Hög | Låg | dålig | Chip exciterar fosfor |
| Multi-chip kombination | Låg | Hög | Hög | Låg | dålig | Chip (kan lägga till fosfor) |
Tillämpningar av fullspektrum lysdioder
Nu när vi har täckt metoderna för att uppnå fullspektrum lysdioder, hur kan vi tillämpa dem effektivt? En viktig faktor är färgtemperaturen. Solljuset förändras under dagen och över årstider. Till exempel färgtemperatur vid soluppgången är det cirka 2000K, vid middagstid är det runt 5000K, och vid solnedgången är det cirka 2300K. Därför måste fullspektrum-LED:er utformas för att efterlikna motsvarande solljusspektrum vid olika färgtemperaturer, vilket kan uppnås med metoderna som beskrivs ovan.
Baserat på ovanstående förklaring kan fullspektrum-LED användas i nästan vilken standardbelysningsarmatur som helst, såsom hushållsbelysning, utomhusbelysning, industriell belysning, skrivbordslampor, fullspektrum led-remsor och även växtbelysning. Specifika tillämpningar beror till stor del på pris och konsumentacceptans. För närvarande är skrivbordslampor den vanligaste applikationen, ofta marknadsförd som lågblått ljus, ögonskyddande och justerbara färgtemperaturer. Dessa lampor är prissatta högre än standardlampor. Jämförelsen mellan kinesiska nationella standarder och CRI-kraven för "fullspektrumcertifiering" visas i tabell 2. Som framgår av tabellen kan den kinesiska nationella standarden för skrivbordslampor enkelt uppfyllas av vanliga LED-ljuskällor, medan fullspektrumet certifiering kräver mer avancerad prestanda.
Tabell 2: CRI-jämförelse för skrivbordslampor
| Standard | Fullspektrumcertifiering |
| Standardnummer och namn | GB/T 9473-2022 "Prestandakrav för läs- och skrivlampor" |
| CRI-krav | Allmänt CRI: Ra ≥ 80 |
| Special CRI: R9 > 0 |
Slutsats
Baserat på ovanstående introduktion till fullspektrum LED-teknik, måste vi, som branschfolk, tänka på: Är den nuvarande "fullspektrum" ljuskällan något som människor verkligen behöver? Skicka gärna ett meddelande till mig eller lämna kommentarer för vidare diskussion!
