Світлодіодна технологія повного спектру стала модним словом в останні роки, особливо коли йдеться про імітацію природного сонячного світла та покращення якості світла. У цій статті ми зануримося у світ світлодіодів повного спектру, як вони з’явилися, як виготовляються та де використовуються. Ми поговоримо про те, як отримати світлодіоди повного спектру за допомогою різних комбінацій чіпів і люмінофорів, про труднощі їх створення та про те, як вони з’являються в таких продуктах, як настільні лампи, промислове освітленняі навіть світильники для росту рослин. Нарешті, ми відповімо на запитання: «Чи справді вам потрібне освітлення повного спектру?» і «Як можна освітлення повного спектру принести користь у вашому середовищі?»
Визначення світлодіодів «повного спектру».
Коли ми говоримо про популярні світлодіоди «повного спектру» сьогодні, важливо пояснити, що означає «повний спектр». Справжній «повний спектр» означає світло, випромінюване джерелом, яке охоплює весь спектр від ультрафіолетового (УФ), видимого світла до інфрачервоного (ІЧ), імітуючи повний спектр сонячного світла (як показано на малюнку 1).
Це найповніший «повний спектр», знайдений у природі. Однак світлодіод «повного спектру», про який сьогодні говорять більшість людей, є вужчим визначенням. У контексті світлодіодів «повний спектр» стосується світла, випромінюваного в діапазоні видимого світла, що дуже нагадує спектр сонячного світла в цьому ж діапазоні (як показано на малюнку 2).
Ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання виключено, головним чином, щоб зробити світлодіоди з повним спектром більш придатними для масового виробництва. Додавання ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювання ускладнить всю систему пакування та застосування, зробивши масштабне виробництво та практичне використання майже неможливим. Навіть якщо включити лише видимий спектр, нелегко отримати світлодіоди з повним спектром. Наприклад, досягти високого індекс передачі кольору (CRI) близько 100, багато компаній намагаються підвищити CRI з 96 до 98, не кажучи вже про досягнення 99 або вище.
Рисунок 1: Повний спектр сонячного світла (280-4000 нм)
Рисунок 2: Спектр сонячного світла у видимому діапазоні (380-780 нм)
Як отримати світлодіоди з повним спектром
Теоретично існує два основних способи створення світлодіодів із повним спектром: один — за допомогою мікросхем, а інший — за допомогою люмінофорів. З боку чіпа існує два основних способи: перший полягає в тому, що чіп збуджує люмінофор, а інший використовує чіп окремо без люмінофора. З боку люмінофора вам потрібно поєднати люмінофори з мікросхемою, і вам потрібно вибрати різні довжини хвиль випромінювання та збудження для комбінації. Всього існує чотири основних способи отримання світлодіодів повного спектру:
1. Односмугові люмінофори Blue Chip Exciting Phosphors
Цей метод схожий на звичайну світлодіодну упаковку, але додається кілька люмінофорів (наприклад, зелений, жовтий, червоний або навіть оранжевий, блакитний, синій). Незважаючи на те, що це може виробляти світло, близьке до повного спектру, все ще є помітний пік синього світла. Крім того, ефективність люмінофорів, таких як блакитний і синій, відносно низька, і світло в діапазоні 470-510 нм може бути відсутнім.
2. Двох- або тридіапазонний Blue Chip Exciting Phosphors
Цей метод удосконалює односмуговий підхід, використовуючи двосмуговий або трисмуговий синій чіп для збудження люмінофорів на різних довжинах хвиль. Дводіапазонні чіпи зазвичай використовують два діапазони: 430-450 нм і 460-480 нм, тоді як тридіапазонні чіпи використовують три: 430-440 нм, 440-460 нм і 460-480 нм. Це забезпечує більшу гнучкість у сполученні мікросхем із люмінофорами для кращого узгодження спектру сонячного світла (як показано на малюнку 3). За такого підходу CRI може перевищувати 98. Однак цей метод вимагає широкого спектру люмінофорів, що ускладнює забезпечення послідовності та стабільності під час масового виробництва.
Малюнок 3: Спектр дводіапазонного та тридіапазонного синього світлодіодів із повним спектром (для довідки)
3. Люмінофори, що викликають вплив УФ-чіпів
Цей метод має меншу світлову ефективність. Основна причина полягає в тому, що більшість комерційно доступних люмінофорів розроблені для роботи з блакитними мікросхемами, а не з УФ-чіпами, тому їх ефективність збудження набагато нижча в УФ-діапазоні. Крім того, УФ-чіпи зазвичай мають діапазон 385-405 нм, що також має нижчу ефективність. Хоча УФ-чіпи можуть більш точно імітувати спектр сонячного світла та уникнути присутності короткохвильового синього світла (як показано на малюнку 4), цей метод має недоліки. Наприклад, ультрафіолетові мікросхеми з часом спричиняють більш значне погіршення якості люмінофорів, що призводить до зміни кольору та проблеми з температурою кольору. Ультрафіолетове світло також пошкоджує органічні матеріали, такі як інкапсулятори, зменшуючи Термін служби світлодіодів.
Рисунок 4: Спектр УФ-світлодіодів із повним спектром (для довідки)
4. Метод багатокристальної комбінації
Цей метод поєднує мікросхеми, що випромінюють синє, блакитне, зелене, жовте та червоне світло, щоб отримати повний спектр. Хоча теоретично це може працювати, воно використовується рідше через кілька проблем. По-перше, мікросхеми випромінюють світло з вузькою смугою пропускання, що ускладнює досягнення ширшого спектру, який забезпечують люмінофори. Крім того, ефективність різнокольорових чіпів сильно відрізняється, що ускладнює балансування світлового потоку. З часом також можуть відбуватися зміни кольору та температури через різну швидкість деградації мікросхем.
Для більш чіткого порівняння в наступній таблиці підсумовано чотири методи отримання світлодіодів із повним спектром:
| Метод | Ефективність | CRI | Коштувати | Складність упаковки | Загальна продуктивність | Тип методу |
| Односмугові люмінофори Blue Chip | Високий | Помірна | низький | низький | добре | Чіп збуджує фосфор |
| Двох/тридіапазонний Blue Chip захоплюючий люмінофор | Високий | Високий | Помірна | Помірна | дуже хороший | Чіп збуджує фосфор |
| УФ-чіп збудливий люмінофор | низький | Високий | Високий | низький | бідних | Чіп збуджує фосфор |
| Багаточіпова комбінація | низький | Високий | Високий | низький | бідних | Чіп (можна додавати люмінофор) |
Застосування світлодіодів повного спектру
Тепер, коли ми розглянули методи отримання світлодіодів із повним спектром, як ми можемо їх ефективно застосувати? Одним із ключових факторів є колірна температура. Сонячне світло змінюється протягом дня та в різні пори року. Наприклад, колірна температура на сході сонця близько 2000K, опівдні близько 5000K, а на заході близько 2300K. Тому світлодіоди з повним спектром повинні бути розроблені так, щоб імітувати відповідний спектр сонячного світла при різних колірних температурах, чого можна досягти за допомогою методів, описаних вище.
Виходячи з наведеного вище пояснення, світлодіоди з повним спектром можна використовувати майже в будь-якому стандартному освітлювальному приладі, наприклад, домашньому освітленні, зовнішнє освітлення, промислове освітлення, настільні лампи, світлодіодні стрічки повного спектру і навіть рослинне освітлення. Конкретне застосування значною мірою залежить від ціни та сприйняття споживачами. В даний час настільні лампи є найпоширенішим застосуванням, часто продаються як слабке блакитне світло, захищають очі та регулюють колірну температуру. Такі лампи коштують дорожче стандартних ламп. Порівняння між національними стандартами Китаю та вимогами CRI «сертифікації повного спектру» наведено в таблиці 2. Як видно з таблиці, національний стандарт Китаю для настільних ламп можна легко виконати звичайними світлодіодними джерелами світла, тоді як джерела світла повного спектру сертифікація вимагає більш розширеної продуктивності.
Таблиця 2: Порівняння CRI для настільних ламп
| Standard | Сертифікація повного спектру |
| Стандартний номер і назва | GB/T 9473-2022 «Вимоги до роботи ламп для читання та письма» |
| Вимоги CRI | Загальний CRI: Ra ≥ 80 |
| Спеціальний CRI: R9 > 0 |
Висновок
Виходячи з наведеного вище вступу до світлодіодної технології повного спектру, ми, як професіонали галузі, повинні подумати про те, чи справді людям потрібне поточне джерело світла «повного спектру»? Будь ласка, не соромтеся надсилати мені повідомлення або залишати коментарі для подальшого обговорення!
