为什么只有 RGB 和 RGBW-LED,而一个外壳内没有更多芯片?

电器工程 引领
2022-01-13 19:47:29

另一个线程中出现了问题,具有 5 个或更多不同颜色的芯片的 LED 在哪里。(向 Brian Drummond 致敬) 背景如下:

RGB LED 非常受欢迎,可用于创造多彩的灯光效果。事实上,由于人眼中的三种受体类型,我们可以感知的几乎每种可能的颜色都可以用红色、绿色和蓝色 LED 产生,尽管 LED 只能产生可见光谱的非常有限的部分。使用三种颜色,如果提供完美的混合比,甚至可以产生一种感觉为纯白色的光。如果不同的光源以相同的水平激发人眼中的三个颜色传感锥,则人类视觉无法识别。这种效应称为同色异谱。

然而,当光被有色表面或物体反射时,人类可以很好地感知光源的质量。因为光在有色表面上的反射实际上是光谱与颜料反射光谱的乘积。对于不同的白光源,发射光谱差异很大。

长话短说:RGB-LED 发出的白光一团糟。如果您尝试将其用于一般照明目的,艺术品的颜色会减少为灰色混色,人类皮肤看起来就像在采石场池塘中漂浮一周的蜜蜂。

具有蓝色芯片和转换层的白色 LED 可产生明显更好的照明光,但无法调整以产生具有不同色温的光,更不用说纯色了。

虽然有一些 LED 在一个外壳中带有一个白色芯片和三个颜色芯片,但它们通常不会解决更好的显色性问题,而是在白光下具有更高的光通量。

因此,带有一些附加词的问题是:

为什么没有多芯片 LED(5 个或更多芯片)来生产具有更高显色性的光?

4个回答

这个问题的答案包括两部分。首先是一个问题本身。

多芯片 LED 在一个共同的外壳中有什么用?

将红色、绿色和蓝色芯片合并到一个普通的 LED 外壳中的目的是生成一个能够从一个像素上产生任何颜色的光源。这在两种情况下是必要的:

  1. 生成高分辨率的像素,如 LED 灯条或 LED 屏幕。
  2. 为非成像光学器件生产可调谐光源。

对于后一种用途,通常会生产 COB 光引擎,因为用于大多数 RGB LED 的 SMT 外壳仅具有有限的铲除热功率的能力。

当照亮更大的表面时,需要更高的显色性对比度。仅当使用显着通量以或多或少均匀地照亮具有不同颜色和变化颜色的物体或表面时。反射白光的不同颜色需要具有高显色指数的光源才能显示,例如日光或白炽灯。

产生具有增强显色性的白光需要什么?

为了产生可用于一般照明的光,无论如何都需要更高的集光率,因为人们通常需要没有硬阴影的均匀照明。即 GI 的光无论如何都必须混合和漫射,因此也可以使用单芯片外壳。这为 OEM 提供了单独选择他需要的芯片的可能性。

但是为什么找不到最有用的芯片组合将它们放入一个共同的外壳中呢?

自由度随着 LED 数量的增加呈指数增长。对于您添加的每个芯片,您必须选择具有主波长的分档和通量分档。此外,还有许多与每个芯片相关的其他参数可供选择用于共同外壳,其中许多参数与温度有关。

现在让我们假设一家 LED 生产公司花费了大量时间来构建一个 6 芯片外壳,该外壳可以产生 4000K 的白光,所有 R 值 (1-14) 均高于 90。制造商将听到的第一个投诉是:“为什么我不能得到与白色相同的 φ?不可能用可用的通量通过完整的色域!” 第二个可能是:“我只需要 2700 K 的白色和一些其他颜色。为什么我必须为我并不真正需要的额外深蓝色芯片付费?”

一个 LED 外壳可以容纳比产生独立三色刺激值更多的单色裸片,就像一把带有 \$8^n\$ 工具的瑞士军刀。但是您不会将这个 LED 放在口袋里,以便随时随地自由合成光谱。LED 将始终安装在 PCB 上以实现特定目的。你不会在厨房的抽屉里放一把瑞士军刀来切火腿。

那么他们用什么来产生具有更高显色性的光呢?

获得具有更高显色性的光的一种经济方法是使用白色 LED 芯片(本质上是涂有化学物质的蓝色或紫外线 LED 芯片,可将蓝光转换为绿光、黄光和红光的连续混合物)。由于构建白色 LED 所需的磷物质很少,因此从一开始就可以使用产生 CRI 为 90 (R1-R8) 的白光的高质量物质在经济上是可行的。具有不同 CCT(相关色温)的两个芯片可用于为所谓的“可调白色”创建任意色温,同时保持高显色性。

为了达到更高的光质量,可以添加彩色 LED 芯片,但不要添加无处不在的红色、绿色和蓝色芯片,因为它们的光谱已经是白色光谱的一部分。为了达到更高的显色性,必须缩小白色 LED 留下的光谱间隙。这些间隙是青色凹痕和远红色斜面。要填充它们,您需要青色 LED 和远红色 LED。虽然远红 LED 具有多种波长,但由于外延问题,青色 LED 更难获得。因此,大多数具有高显色性的解决方案都使用低能量蓝色和高能量绿色的组合来缩小青色差距。

显然,为一个目的选择几个模具是相当困难的。更大的问题是构建一个“通用”的 6 或 7 模外壳,而不会使其对所有可能的客户中的 70% 无法使用或过于昂贵 - 更不用说将如此多的电气独立组件累积到一个外壳中所遇到的热问题。

另一种观点——这绝不与 Ariser 的回答相矛盾——是 RGB 或 RGBW 或仅基于荧光粉的白色 LED 的边际成本足够高,以至于大众市场更喜欢更便宜的解决方案……今天。

专业市场——或许那些将 90 的 CRI 视为最低限度或坚持将事物带到户外看看它们真正的样子的人——可能会采用定制解决方案,无论成本如何。

但是,如果青色 LED 的价格下降(蓝色 LED 不再是 10 英镑)或其他技术降低了边际成本,这可能仅仅是因为劣质解决方案无法节省成本。

RGBWA 设备确实存在。它们广泛用于 LED 舞台照明,正是因为它解决了获得“暖白”的问题。

当然,与 RGB 或 RGBW 相比,这些封装不太受欢迎且制造成本更高,这意味着使用这些封装的灯具更昂贵。与大多数事情一样,您为质量付费!尽管如此,他们肯定就在那里。

该 LED 是 RGB 加上琥珀色、青色和石灰,用于将显色指数 (CRI) 提高到 90 以上(以下两张图片取自这里。

在此处输入图像描述

正如您在下面看到的,额外的石灰、青色和琥珀色很好地覆盖了光谱:

在此处输入图像描述

这个答案是从我的问题“什么是石灰绿 LED 用于?”中重新得出的。 并回答“在 7 管芯 LED 中产生 CRI > 90 的高质量光”