เทคโนโลยี LED แบบฟูลสเปกตรัมกลายเป็นคำฮิตในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องเลียนแบบแสงแดดธรรมชาติและปรับปรุงคุณภาพของแสง ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกโลกของ LED แบบฟูลสเปกตรัม ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร ผลิตอย่างไร และนำไปใช้ที่ไหน เราจะพูดถึงวิธีการสร้าง LED แบบฟูลสเปกตรัมด้วยชิปและฟอสเฟอร์ที่ผสมกัน ความท้าทายในการผลิต และลักษณะการใช้งานในผลิตภัณฑ์ เช่น โคมไฟตั้งโต๊ะ แสงอุตสาหกรรมและแม้แต่ไฟสำหรับการเจริญเติบโตของพืช ในที่สุด เราจะตอบคำถามที่ว่า “คุณต้องการแสงแบบฟูลสเปกตรัมจริงหรือไม่” และ “จะ... แสงสว่างเต็มสเปกตรัม เป็นประโยชน์ต่อคุณในสภาพแวดล้อมของคุณหรือไม่?
คำจำกัดความของ LED “ฟูลสเปกตรัม”
เมื่อเราพูดถึง LED แบบ “เต็มสเปกตรัม” ยอดนิยมในปัจจุบัน สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงให้ชัดเจนว่า “เต็มสเปกตรัม” หมายถึงอะไร “เต็มสเปกตรัม” ที่แท้จริงหมายถึงแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงที่ครอบคลุมสเปกตรัมทั้งหมดตั้งแต่แสงอัลตราไวโอเลต (UV) แสงที่มองเห็นได้ ไปจนถึงอินฟราเรด (IR) ซึ่งเลียนแบบสเปกตรัมทั้งหมดของแสงแดด (ดังที่แสดงในรูปที่ 1)
นี่คือ "สเปกตรัมเต็ม" ที่ครอบคลุมที่สุดที่พบในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม LED "สเปกตรัมเต็ม" ที่คนส่วนใหญ่พูดถึงในปัจจุบันมีคำจำกัดความที่แคบกว่า ในบริบทของ LED "สเปกตรัมเต็ม" หมายถึงแสงที่ปล่อยออกมาในช่วงแสงที่มองเห็นได้ซึ่งใกล้เคียงกับสเปกตรัมของแสงแดดในช่วงเดียวกัน (ดังที่แสดงในรูปที่ 2)
ไม่รวมชิ้นส่วนอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด เพื่อให้ LED แบบเต็มสเปกตรัมสามารถผลิตจำนวนมากได้อย่างเหมาะสมมากขึ้น การเพิ่ม UV และ IR จะทำให้ระบบบรรจุภัณฑ์และการใช้งานทั้งหมดมีความซับซ้อน ทำให้การผลิตในปริมาณมากและการใช้งานจริงแทบจะเป็นไปไม่ได้ แม้ว่าจะมีเพียงสเปกตรัมที่มองเห็นได้เท่านั้น ก็ไม่ง่ายที่จะผลิต LED แบบเต็มสเปกตรัม ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้สเปกตรัมสูง ดัชนีการแสดงผลสี (CRI) เมื่อใกล้ถึงระดับ 100 บริษัทต่างๆ จำนวนมากต่างก็ต้องดิ้นรนเพื่อปรับปรุงค่า CRI จาก 96 ให้เป็น 98 และยิ่งไปกว่านั้นยังต้องพยายามให้ถึง 99 หรือสูงกว่านั้นด้วยซ้ำ
รูปที่ 1: สเปกตรัมแสงแดดเต็ม (280nm-4000nm)
รูปที่ 2: สเปกตรัมแสงอาทิตย์ในช่วงที่มองเห็นได้ (380nm-780nm)
วิธีการสร้างไฟ LED แบบฟูลสเปกตรัม
ในทางทฤษฎี มีสองวิธีหลักในการสร้าง LED แบบเต็มสเปกตรัม วิธีหนึ่งคือใช้ชิปและอีกวิธีหนึ่งคือใช้ฟอสเฟอร์ ในด้านชิป มีสองวิธีหลัก วิธีหนึ่งคือให้ชิปกระตุ้นฟอสเฟอร์ และอีกวิธีหนึ่งคือใช้ชิปเพียงอย่างเดียวโดยไม่ใช้ฟอสเฟอร์ ในด้านฟอสเฟอร์ คุณต้องจับคู่ฟอสเฟอร์กับชิป และคุณต้องเลือกความยาวคลื่นการปล่อยและการกระตุ้นที่แตกต่างกันสำหรับการผสมผสาน โดยรวมแล้ว มีสี่วิธีหลักในการสร้าง LED แบบเต็มสเปกตรัม:
1. ฟอสเฟอร์เรซิสต์บลูชิปแบนด์เดี่ยว
วิธีการนี้คล้ายกับบรรจุภัณฑ์ LED ทั่วไป แต่เพิ่มสารเรืองแสงหลายชนิด (เช่น สีเขียว สีเหลือง สีแดง หรือแม้แต่สีส้ม สีฟ้าอมเขียว สีน้ำเงิน) แม้ว่าวิธีนี้จะสามารถสร้างแสงได้ใกล้เคียงกับสเปกตรัมเต็ม แต่ก็ยังมีแสงสีน้ำเงินที่โดดเด่นเป็นจุดเด่น นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของสารเรืองแสง เช่น สีฟ้าอมเขียวและสีน้ำเงินยังค่อนข้างต่ำ และอาจขาดแสงในช่วง 470-510 นาโนเมตร
2. ฟอสเฟอร์ Blue Chip ที่สร้างความตื่นเต้นแบบดูอัลแบนด์หรือสามแบนด์
วิธีนี้ปรับปรุงแนวทางแถบเดียวโดยใช้ชิปบลูแบนด์ดูอัลแบนด์หรือสามแถบเพื่อกระตุ้นฟอสเฟอร์ในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ชิปดูอัลแบนด์มักใช้สองช่วง: 430-450 นาโนเมตรและ 460-480 นาโนเมตร ในขณะที่ชิปสามแถบใช้สามช่วง: 430-440 นาโนเมตร 440-460 นาโนเมตร และ 460-480 นาโนเมตร วิธีนี้ช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการจับคู่ชิปกับฟอสเฟอร์เพื่อให้ตรงกับสเปกตรัมแสงแดดมากขึ้น (ดังที่แสดงในรูปที่ 3) ด้วยวิธีการนี้ CRI สามารถเกิน 98 ได้ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ต้องใช้ฟอสเฟอร์หลากหลายชนิด ทำให้ยากต่อการรับประกันความสม่ำเสมอและความเสถียรระหว่างการผลิตจำนวนมาก
รูปที่ 3: สเปกตรัมของไฟ LED สีฟ้าแบบเต็มสเปกตรัมแบบดูอัลแบนด์และสามแบนด์ (เพื่อใช้อ้างอิง)
3. ชิป UV กระตุ้นสารเรืองแสง
วิธีนี้มีประสิทธิภาพแสงต่ำกว่า เหตุผลหลักคือฟอสเฟอร์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานกับชิปสีน้ำเงิน ไม่ใช่ชิป UV ดังนั้นประสิทธิภาพในการกระตุ้นจึงต่ำกว่ามากในช่วง UV นอกจากนี้ ชิป UV มักอยู่ในช่วง 385-405 นาโนเมตร ซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำกว่าเช่นกัน แม้ว่าชิป UV จะเลียนแบบสเปกตรัมแสงแดดได้ใกล้เคียงกว่าและหลีกเลี่ยงการมีแสงสีน้ำเงินที่มีความยาวคลื่นสั้นได้ (ดังที่แสดงในรูปที่ 4) แต่วิธีนี้ก็มีข้อเสีย ตัวอย่างเช่น ชิป UV ทำให้ฟอสเฟอร์เสื่อมสภาพลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเวลาผ่านไป ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนสีและปัญหาอุณหภูมิสี แสง UV ยังทำลายวัสดุอินทรีย์ เช่น สารห่อหุ้ม ทำให้สีลดลง อายุการใช้งานของ LED.
รูปที่ 4: สเปกตรัมของหลอดไฟ LED UV เต็มสเปกตรัม (สำหรับการอ้างอิง)
4. วิธีการรวมชิปหลายตัว
วิธีการนี้ใช้ชิปที่เปล่งแสงสีน้ำเงิน น้ำเงินอมเขียว เขียว เหลือง และแดง เพื่อให้ได้สเปกตรัมเต็ม แม้ว่าวิธีนี้จะได้ผลในทางทฤษฎี แต่ไม่ค่อยมีใครใช้กันเนื่องจากมีปัญหาหลายประการ ประการหนึ่ง ชิปเปล่งแสงที่มีแบนด์วิดท์แคบ ทำให้ยากต่อการให้สเปกตรัมกว้างกว่าที่ฟอสเฟอร์ให้มา นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของชิปที่มีสีต่างกันจะแตกต่างกันมาก ทำให้การปรับสมดุลของเอาต์พุตแสงเป็นเรื่องท้าทาย เมื่อเวลาผ่านไป สีและอุณหภูมิอาจเปลี่ยนแปลงได้เนื่องมาจากอัตราการเสื่อมสภาพของชิปที่แตกต่างกัน
เพื่อให้การเปรียบเทียบชัดเจนยิ่งขึ้น ตารางต่อไปนี้จะสรุปวิธีการทั้งสี่วิธีในการสร้าง LED แบบเต็มสเปกตรัม:
| วิธี | อย่างมีประสิทธิภาพ | สถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ | ราคา | ความยากง่ายในการบรรจุภัณฑ์ | ประสิทธิภาพโดยรวม | วิธีการ Type |
| ฟอสเฟอร์ที่น่าตื่นเต้นบลูชิปแบนด์เดียว | จุดสูง | ปานกลาง | ต่ำ | ต่ำ | ดี | ชิปกระตุ้นฟอสเฟอร์ |
| ฟอสเฟอร์ที่น่าตื่นเต้นของชิปบลูแบนด์คู่/สามแบนด์ | จุดสูง | จุดสูง | ปานกลาง | ปานกลาง | ดีมาก | ชิปกระตุ้นฟอสเฟอร์ |
| ชิป UV กระตุ้นฟอสเฟอร์ | ต่ำ | จุดสูง | จุดสูง | ต่ำ | แย่ที่สุด | ชิปกระตุ้นฟอสเฟอร์ |
| การผสมผสานชิปหลายตัว | ต่ำ | จุดสูง | จุดสูง | ต่ำ | แย่ที่สุด | ชิป (สามารถเพิ่มสารฟอสเฟอร์ได้) |
การประยุกต์ใช้งานของ LED แบบเต็มสเปกตรัม
ตอนนี้เราได้กล่าวถึงวิธีการต่างๆ ในการสร้าง LED แบบเต็มสเปกตรัมแล้ว เราจะนำวิธีการเหล่านี้ไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไร ข้อควรพิจารณาที่สำคัญประการหนึ่งคืออุณหภูมิสี แสงแดดจะเปลี่ยนแปลงตลอดทั้งวันและในแต่ละฤดูกาล ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิสี พระอาทิตย์ขึ้นจะมีอุณหภูมิประมาณ 2000K ตอนเที่ยงจะมีอุณหภูมิประมาณ 5000K และตอนพระอาทิตย์ตกจะมีอุณหภูมิประมาณ 2300K ดังนั้นจึงต้องออกแบบ LED แบบเต็มสเปกตรัมให้เลียนแบบสเปกตรัมแสงแดดที่สอดคล้องกันในอุณหภูมิสีต่างๆ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้กรรมวิธีที่อธิบายไว้ข้างต้น
จากคำอธิบายข้างต้น LED แบบเต็มสเปกตรัมสามารถใช้กับโคมไฟมาตรฐานเกือบทุกประเภท เช่น โคมไฟภายในบ้าน แสงกลางแจ้ง, โคมไฟอุตสาหกรรม, โคมไฟตั้งโต๊ะ, แถบ LED เต็มสเปกตรัม และแม้กระทั่ง แสงสว่างของพืชการใช้งานเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับราคาและการยอมรับของผู้บริโภคเป็นส่วนใหญ่ ปัจจุบันโคมไฟตั้งโต๊ะเป็นการใช้งานที่พบเห็นได้ทั่วไป โดยมักทำการตลาดในชื่อหลอดไฟที่ให้แสงสีฟ้าต่ำ ปกป้องดวงตา และปรับอุณหภูมิสีได้ หลอดไฟเหล่านี้มีราคาสูงกว่าหลอดไฟมาตรฐาน ตารางที่ 2 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างมาตรฐานแห่งชาติของจีนกับข้อกำหนด CRI ของ “การรับรองสเปกตรัมเต็ม” ดังที่เห็นในตาราง มาตรฐานแห่งชาติของจีนสำหรับโคมไฟตั้งโต๊ะนั้นสามารถปฏิบัติตามได้อย่างง่ายดายด้วยแหล่งกำเนิดแสง LED ทั่วไป ในขณะที่การรับรองสเปกตรัมเต็มนั้นต้องใช้ประสิทธิภาพขั้นสูงกว่า
ตารางที่ 2: การเปรียบเทียบค่า CRI สำหรับโคมไฟตั้งโต๊ะ
| Standard | การรับรองแบบฟูลสเปกตรัม |
| หมายเลขมาตรฐานและชื่อ | GB/T 9473-2022 “ข้อกำหนดประสิทธิภาพสำหรับโคมไฟอ่านและเขียน” |
| ข้อกำหนด CRI | CRI ทั่วไป: Ra ≥ 80 |
| CRI พิเศษ: R9 > 0 |
สรุป
จากการแนะนำเทคโนโลยี LED แบบฟูลสเปกตรัมข้างต้น เราในฐานะผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมจำเป็นต้องพิจารณาว่า: แหล่งกำเนิดแสงแบบฟูลสเปกตรัมในปัจจุบันเป็นสิ่งที่ผู้คนต้องการจริงๆ หรือไม่ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความถึงฉันหรือแสดงความคิดเห็นเพื่อหารือเพิ่มเติม!
