Công nghệ LED toàn phổ đã trở thành một từ thông dụng trong những năm gần đây, đặc biệt là khi nói đến việc mô phỏng ánh sáng mặt trời tự nhiên và cải thiện chất lượng ánh sáng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào thế giới của đèn LED toàn phổ, cách chúng ra đời, cách chúng được tạo ra và nơi chúng được sử dụng. Chúng ta sẽ nói về cách bạn có thể đạt được đèn LED toàn phổ với các kết hợp chip và phốt pho khác nhau, những thách thức khi tạo ra chúng và cách chúng xuất hiện trong các sản phẩm như đèn bàn, chiếu sáng công nghiệpvà thậm chí cả đèn tăng trưởng thực vật. Cuối cùng, chúng tôi sẽ trả lời câu hỏi, "Bạn có thực sự cần đèn chiếu sáng toàn phổ không?" và "Làm thế nào có thể chiếu sáng toàn phổ có lợi cho bạn trong môi trường của bạn không?”
Định nghĩa của đèn LED “Toàn phổ”
Khi chúng ta nói về đèn LED "toàn phổ" phổ biến hiện nay, điều quan trọng là phải làm rõ "toàn phổ" có nghĩa là gì. "Toàn phổ" thực sự đề cập đến ánh sáng phát ra từ một nguồn bao phủ toàn bộ quang phổ từ tia cực tím (UV), ánh sáng khả kiến, đến hồng ngoại (IR), mô phỏng toàn bộ quang phổ của ánh sáng mặt trời (như thể hiện trong Hình 1).
Đây là “phổ đầy đủ” toàn diện nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Tuy nhiên, đèn LED “phổ đầy đủ” mà hầu hết mọi người nói đến ngày nay là một định nghĩa hẹp hơn. Trong bối cảnh đèn LED, “phổ đầy đủ” đề cập đến ánh sáng phát ra trong phạm vi ánh sáng khả kiến gần giống với quang phổ của ánh sáng mặt trời trong cùng phạm vi đó (như thể hiện trong Hình 2).
Các bộ phận tia cực tím và hồng ngoại bị loại trừ, chủ yếu là để làm cho đèn LED toàn phổ khả thi hơn cho sản xuất hàng loạt. Việc thêm tia UV và IR sẽ làm phức tạp toàn bộ hệ thống đóng gói và ứng dụng, khiến việc sản xuất quy mô lớn và sử dụng thực tế gần như không thể. Ngay cả khi chỉ bao gồm quang phổ khả kiến, cũng không dễ để đạt được đèn LED toàn phổ. Ví dụ, để đạt được chỉ số hoàn màu (CRI) Gần 100, nhiều công ty đang phải vật lộn để cải thiện CRI từ 96 lên 98, chứ chưa nói đến việc đạt được 99 hoặc cao hơn.
Hình 1: Toàn bộ quang phổ của ánh sáng mặt trời (280nm-4000nm)
Hình 2: Phổ ánh sáng mặt trời trong phạm vi khả kiến (380nm-780nm)
Làm thế nào để đạt được đèn LED toàn phổ
Về mặt lý thuyết, có hai cách chính để đạt được đèn LED toàn phổ: một là sử dụng chip và cách còn lại là sử dụng phốt pho. Về mặt chip, có hai cách chính: một là chip kích thích phốt pho và cách còn lại là sử dụng riêng chip mà không có phốt pho. Về mặt phốt pho, bạn cần ghép nối phốt pho với chip và bạn cần chọn các bước sóng phát xạ và kích thích khác nhau cho sự kết hợp. Tổng cộng, có bốn cách chính để đạt được đèn LED toàn phổ:
1. Phốt pho kích thích Blue Chip dải đơn
Phương pháp này tương tự như đóng gói LED thông thường, nhưng nhiều loại phốt pho được thêm vào (ví dụ: xanh lá cây, vàng, đỏ hoặc thậm chí là cam, lục lam, xanh lam). Mặc dù phương pháp này có thể tạo ra ánh sáng gần với toàn phổ, nhưng vẫn có một đỉnh ánh sáng xanh lam nổi bật. Hơn nữa, hiệu suất của các loại phốt pho như lục lam và xanh lam tương đối thấp và ánh sáng trong phạm vi 470-510nm có thể bị thiếu.
2. Chip Blue Chip kích thích phốt pho băng tần kép hoặc băng tần ba
Phương pháp này cải thiện phương pháp tiếp cận băng tần đơn bằng cách sử dụng chip xanh băng tần kép hoặc băng tần ba để kích thích các photpho trên các bước sóng khác nhau. Các chip băng tần kép thường sử dụng hai dải: 430-450nm và 460-480nm, trong khi các chip băng tần ba sử dụng ba dải: 430-440nm, 440-460nm và 460-480nm. Điều này cho phép linh hoạt hơn trong việc ghép nối các chip với photpho để phù hợp hơn với quang phổ ánh sáng mặt trời (như thể hiện trong Hình 3). Với phương pháp này, CRI có thể vượt quá 98. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu nhiều loại photpho khác nhau, khiến việc đảm bảo tính nhất quán và ổn định trong quá trình sản xuất hàng loạt trở nên khó khăn hơn.
Hình 3: Phổ của đèn LED toàn phổ ánh sáng xanh băng tần kép và băng tần ba (để tham khảo)
3. Chip UV kích thích phốt pho
Phương pháp này có hiệu suất ánh sáng thấp hơn. Lý do chính là hầu hết các loại phốt pho có bán trên thị trường đều được thiết kế để hoạt động với chip xanh, không phải chip UV, do đó hiệu suất kích thích của chúng thấp hơn nhiều trong phạm vi UV. Ngoài ra, chip UV thường có phạm vi từ 385-405nm, cũng có hiệu suất thấp hơn. Mặc dù chip UV có thể mô phỏng gần hơn quang phổ ánh sáng mặt trời và tránh sự hiện diện của ánh sáng xanh bước sóng ngắn (như thể hiện trong Hình 4), nhưng phương pháp này có nhược điểm. Ví dụ, chip UV gây ra sự phân hủy đáng kể hơn của phốt pho theo thời gian, dẫn đến sự thay đổi màu sắc và các vấn đề về nhiệt độ màu. Ánh sáng UV cũng làm hỏng các vật liệu hữu cơ như chất đóng gói, làm giảm Tuổi thọ của đèn LED.
Hình 4: Phổ của đèn LED toàn phổ UV (để tham khảo)
4. Phương pháp kết hợp nhiều chip
Phương pháp này kết hợp các chip phát ra ánh sáng xanh lam, lục lam, xanh lục, vàng và đỏ để đạt được quang phổ đầy đủ. Mặc dù về mặt lý thuyết, phương pháp này có thể hiệu quả, nhưng ít được sử dụng do một số thách thức. Thứ nhất, chip phát ra ánh sáng với băng thông hẹp, khiến việc đạt được quang phổ rộng hơn mà phốt pho cung cấp trở nên khó khăn. Ngoài ra, hiệu suất của các chip màu khác nhau thay đổi rất nhiều, khiến việc cân bằng đầu ra ánh sáng trở nên khó khăn. Theo thời gian, sự thay đổi màu sắc và nhiệt độ cũng có thể xảy ra do tốc độ suy thoái khác nhau của chip.
Để cung cấp sự so sánh rõ ràng hơn, bảng sau đây tóm tắt bốn phương pháp đạt được đèn LED toàn phổ:
| Phương pháp | Hiệu quả | CRI | Chi phí | Khó khăn trong đóng gói | Tổng hiệu suất | Loại phương pháp |
| Phốt pho Blue Chip đơn băng kích thích | Cao | Trung bình | Thấp | Thấp | tốt | Chip kích thích phốt pho |
| Chip xanh kích thích phốt pho băng tần kép/ba | Cao | Cao | Trung bình | Trung bình | Rất tốt | Chip kích thích phốt pho |
| Chip UV kích thích phốt pho | Thấp | Cao | Cao | Thấp | Tệ | Chip kích thích phốt pho |
| Kết hợp nhiều chip | Thấp | Cao | Cao | Thấp | Tệ | Chip (Có thể thêm phốt pho) |
Ứng dụng của đèn LED toàn phổ
Bây giờ chúng ta đã đề cập đến các phương pháp để đạt được đèn LED toàn phổ, làm thế nào chúng ta có thể áp dụng chúng một cách hiệu quả? Một cân nhắc chính là nhiệt độ màu. Ánh sáng mặt trời thay đổi trong suốt cả ngày và theo mùa. Ví dụ, nhiệt độ màu lúc mặt trời mọc là khoảng 2000K, vào buổi trưa là khoảng 5000K và lúc hoàng hôn là khoảng 2300K. Do đó, đèn LED toàn phổ cần được thiết kế để mô phỏng quang phổ ánh sáng mặt trời tương ứng ở các nhiệt độ màu khác nhau, có thể đạt được bằng các phương pháp được mô tả ở trên.
Dựa trên lời giải thích ở trên, đèn LED toàn phổ có thể được sử dụng trong hầu hết mọi thiết bị chiếu sáng tiêu chuẩn, chẳng hạn như đèn chiếu sáng gia dụng, đèn ngoài trời, đèn công nghiệp, đèn bàn, dải đèn led toàn phổ và thậm chí cả cây chiếu sáng. Các ứng dụng cụ thể phụ thuộc phần lớn vào giá cả và sự chấp nhận của người tiêu dùng. Hiện nay, đèn bàn là ứng dụng phổ biến nhất, thường được tiếp thị là ánh sáng xanh thấp, bảo vệ mắt và có thể điều chỉnh nhiệt độ màu. Những loại đèn này có giá cao hơn đèn tiêu chuẩn. Bảng 2 cho thấy sự so sánh giữa các tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc và các yêu cầu CRI của “chứng nhận toàn phổ”. Như đã thấy trong bảng, tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc đối với đèn bàn có thể dễ dàng đáp ứng được bằng các nguồn sáng LED thông thường, trong khi chứng nhận toàn phổ đòi hỏi hiệu suất tiên tiến hơn.
Bảng 2: So sánh CRI cho đèn bàn
| Tiêu chuẩn | Chứng nhận toàn phổ |
| Số hiệu và tên chuẩn | GB/T 9473-2022 “Yêu cầu về hiệu suất đối với đèn đọc và viết” |
| Yêu cầu của CRI | CRI chung: Ra ≥ 80 |
| CRI đặc biệt: R9 > 0 |
Kết luận
Dựa trên phần giới thiệu về công nghệ LED toàn phổ ở trên, chúng ta, với tư cách là những chuyên gia trong ngành, cần suy nghĩ về: Nguồn sáng “toàn phổ” hiện tại có phải là thứ mà mọi người thực sự cần không? Vui lòng nhắn tin cho tôi hoặc để lại bình luận để thảo luận thêm!
