La mayoría del estándar de iluminación de hoy “blanco” Luces LED Plant Aquarium Utilice los semiconductores de Ingan para emitir luz en la parte azul del espectro, Combinado con granate de aluminio de Ytrio (Yag) fósforo (dopado con cerio). Los fotones azules de la mayoría de los LED son absorbidos por el fósforo y se vuelven a emitir en la parte amarilla del espectro.. La mezcla de los fotones azules restantes e iluminación amarilla proporciona una buena aproximación de la luz blanca al ojo..
Esta combinación de LED y fosfor es una tecnología probada con buen rendimiento, pero no perfecta.. Una desventaja obvia de este LED es la falta de componentes de luz de color relacionados con el rojo. La temperatura del color (CCT) de la luz emitida por este LED es relativamente pobre y el índice de representación de color (IRC) es relativamente bajo. La combinación de fósforos de YAG con otros materiales aumentará la luminiscencia roja, conduciendo a la disponibilidad de “cálido” Luz de planta LED blanca, Pero a costa de la eficacia con fuerza.
Este artículo analiza cómo hacer que el fósforo funcione para la iluminación de acuarios vegetales LED para enfrentar los desafíos, y luego considera cómo la investigación de fósforo impacta en la eficiencia de la iluminación de estado sólido, CCT y CRI.
¿Qué es el fósforo de Yag?
YAG es un material químico profesional con alto fósforo y puede aumentar el brillo del LED. El material contiene un elemento de tierra rara cerium (etiquetado científicamente Y3Al5O12: CE3 +). Fue sintetizado por primera vez en 1967. El método de síntesis se obtuvo mejorando el proceso de material de fósforo CRT.
Principio de trabajo del fósforo YAG
El principio específico es que los fotones azules emitidos por el LED azul son absorbidos por los electrones externos de las moléculas o átomos constituyentes en el fósforo YAG. Los electrones que absorben la energía del fotón contienen mayor energía y más rápido, y la transición a la región de mayor energía. Este proceso se llama transición de electrones. La energía se liberará en el proceso de transición de electrones a un nuevo estado estable, Fotones con longitudes de onda más largas que los fotones absorbidos (ligeramente rojo, un poco verde y una gran cantidad de amarillo), Otras partes de la energía se irradiarán como energía térmica, y los electrones cambiarán de un estado activo a un estado estable.
Principio de generación de luz blanca de la luz del acuario de plantas LED
La principal luminiscencia amarilla del fósforo YAG y la radiación azul directamente de la luz de la planta LED se combinan a través del YAG:Revestimiento “fuga”, que puede ser una buena aproximación de la luz blanca, que convierte la luz azul en “luz blanca” a través de la absorción y reemisión del fósforo. El fenómeno se llama Stokes Shift, llamado así por el físico irlandés George G. Stokes, quien describió este efecto en un artículo en 1852. La figura anterior muestra cómo se produce el cambio de Stokes a través de las curvas de absorción y emisión de fósforos de YAG.
Ventajas del fósforo de YAG
La figura arriba muestra la curva de emisión espectral relativa de la luz moderna de la planta LED blanca utilizando fósforos YAG (en este caso, OSRAM Support SSL 150 LED produce 136 yo (corriente de reenvío 350 mamá, voltaje hacia adelante 3.1 V), con una eficiencia de 125 LM /W. La línea discontinua es una función de la sensibilidad del ojo, indicando cómo el ojo responde a la luz de diferentes longitudes de onda. Aunque el primer pico (correspondiente al fotón azul directamente desde el LED) es más grande, es menos obvio porque el ojo es sensible a la luz. Insensible en contraste, Los fotones emitidos por el fósforo se centran en 560 nm-el punto donde el ojo mejor siente luz luz.
Dado que es una tecnología probada que produce resultados aceptables, Las características de YAG representan el punto de referencia para otros fósforos LED. El fosfor YAG no solo puede absorber eficientemente los fotones azules, pero también libera rápidamente la energía. Después de que los electrones atómicos del fósforo YAG absorben la energía de los fotones azules, Rápidamente liberarán fotones amarillos y energía, lo que reduce efectivamente el fenómeno del enfriamiento de la saturación. Este es un proceso en el que los fotones emitidos son generalmente “sumergido” y evitar que el flujo de fotones alto en la matriz de fósforo escape.
Los fósforos de YAG tienen muchas ventajas para otras aplicaciones LED. Primero de todos, El fosfor YAG tiene una alta tasa de conversión de fotones. Bajo la irradiación de la luz azul, El fósforo YAG puede convertir 80% de la energía azul absorbida en una luz de longitud de onda más larga. En segundo lugar, El fósforo YAG tiene buena estabilidad, Incluso si está excitado por Blue LED durante mucho tiempo o está expuesto al aire durante mucho tiempo, rara vez se degradará. Finalmente, La síntesis de los fósforos YAG es relativamente simple y el costo es relativamente bajo. La mayoría de los materiales utilizados son materiales utilizados para sintetizar Fosfor CRT tradicional, incluyendo materias primas químicas de alta pureza Y2O3, AL2O3, CEO2, etc..
Desventajas del fósforo YAG
A pesar del rendimiento probado de los LED, Los fósforos YAG no son perfectos. Dos problemas prácticos son “apagado de temperatura” y estabilidad química relativamente baja. La razón del enfriamiento de la temperatura es difícil de comprender, Pero en términos de laicos, El aumento de la temperatura hará que los electrones generalmente absorban los fotones azules (y luego emitir amarillo) “desaparecido” (en otras palabras, Los átomos se ionizan). El fósforo de YAG se verá afectado por el enfriamiento de la temperatura a aproximadamente 200 ° C, y el LED no experimentará una temperatura anormalmente alta durante el funcionamiento normal. Además, La baja estabilidad química del material limita la vida útil del LED (definido como el punto en el que disminuye la luminosidad del dispositivo), que reduce el rendimiento por 70% Cuando es nuevo. El fabricante refuta este argumento señalando que la luz de la planta LED blanca moderna puede funcionar para 30,000 horas o más, Pero los investigadores dicen que esto se mide en “ideal” condiciones de funcionamiento, y la inestabilidad química puede afectar los entornos hostiles. El rendimiento del equipo utilizado.
Sin embargo, Quizás el mayor desafío que enfrenta los fósforos de YAG es el desafío estético. Los fabricantes de iluminación de estado sólido están ansiosos por que los consumidores acepten esta tecnología, Pero una queja común es que la “deslumbrante” La luz producida por la luz de las plantas LED blancas casi no tiene “calor” Traído por iluminación incandescente tradicional. Este sentimiento se debe al hecho de que el fósforo YAG produce “azul” luz blanca con poco contenido de luz roja. El resultado es ligero con alto CCT (5000 a 8300K). La falta de una longitud de onda roja significativa introduce otro problema para los dispositivos de fósforo YAG: pobre cri. CRI es una medida del grado en que una fuente de luz iluminadora reproduce el color de un objeto en comparación con la luz solar (Cri es 100). A pesar de las obvias deficiencias, El cri de una bombilla incandescente se trata de 95. En contraste, La luz de la planta LED blanca fría generalmente tiene un cri de 70 a 80.
Generación de luz roja en la luz del acuario de plantas LED
Fabricantes de LED han resuelto los desafíos de CCT y CRI hasta cierto punto, Mezclar el fósforo YAG con otro fósforo con longitud de onda roja agregada para extender CCT a áreas más cálidas y mejorar CRI. Reemplazar los LED UV con LED azules puede mejorar aún más CCT y CRI. Los fabricantes LED proporcionan comerciales Productos UV Para este propósito. Por ejemplo, Philips Lumileds ofrece una versión ultravioleta de su LED Luxeon. El dispositivo emite una longitud de onda entre 395 y 400 Nuevo Méjico, y la intensidad de radiación mínima en 500 MA es 525 MW/SR. (Debido a la incapacidad del ojo para ver la luz ultravioleta, la intensidad radiante (Wats / Steradian) de LED UV se evalúa en lugar de la eficiencia más familiar (lm/W) Datos citados por LED blancos.)
La principal desventaja de agregar “rojo” Los fósforos son la eficiencia LED reducida. Para empeorar las cosas, El umbral de enfriamiento de temperatura del fósforo rojo es aún más bajo que el del fósforo YAG, reduciendo aún más la eficiencia de la temperatura de funcionamiento LED típica.
Mokolight White LED LED Aquarium Light tiene un voltaje de trabajo de 350 ma y 2.85 V, Pero el blanco fresco (5000 K) la versión tiene luminosidad de 135 lm y una eficacia de 135 lm/W, Mientras que el brillo del blanco cálido (2700 K) es respectivamente es 97 LM y 97 lm/W. En comparación con los dispositivos blancos fríos, Los productos blancos cálidos de otros fabricantes muestran una baja eficiencia similar. La figura anterior muestra la diferencia entre el CCT y el CRI del LED azul y el fósforo YAG, y la mezcla de fósforo LED y YAG de UV y fósforo rojo.
Esfuerzos para mejorar la eficiencia del fósforo
En los últimos quince años, La búsqueda de la eficiencia LED ha sido un factor impulsor clave en el desarrollo de componentes de iluminación de estado sólido para los principales fabricantes. Se han realizado un progreso significativo en la generación inicial de fotones y la extracción de fotones del molde. Lo último que quieren los fabricantes es la eficiencia de conversión relativamente baja de los fósforos rojos., que afecta la luminosidad de sus cálidos led blanco.
Los fabricantes invierten más tiempo y experiencia en la investigación de nuevos materiales de fósforo, Esperando obtener fósforos con mayor tasa de conversión óptica, y los fósforos pueden emitir más luz de color y tener una mejor representación de color. Los productos candidatos más prometedores son los nitruros y los materiales de oxinitruro., que usan otro elemento raro Metal Europium (UE) Para reemplazar las propiedades de electroluminiscencia del cerio. Muchos de estos nuevos fósforos se pueden excitar con LED morados o azules y coincidir con la habitación con la eficiencia cuántica de alta temperatura de YAG: Fósforos CE. Además, El fósforo de nitruro no se degradará en condiciones de alta temperatura/alta humedad, Por lo tanto, es adecuado para la iluminación LED en entornos hostiles.
Una serie de fósforos de óxido de nitrógeno de alta eficiencia son MSI2O2N2: UE 2 + (donde m = ca 2 +, Sr 2 +, Licenciado en Letras 2 +) composición, con un rango de emisiones de 575 a 675 Nuevo Méjico, A temperaturas superiores a 200 ° C , La eficiencia cuántica es mayor que 85% (Figurar arriba). el amarillo, EE naranja y roja 2 + La luz de color transformada por estos nitruro de fósforo se combina con la luz verde generada por YAG. La luz blanca sintetizada tiene una mejor temperatura de color y una mayor representación de color que la luz blanca sintetizada previamente. Actualmente, La cálida luz blanca del mercado está hecha básicamente de la mezcla fosforescente de Caalsin3: UE 2 + y yag: CE combinado con LED azul.
Una desventaja es que aunque estos nuevos materiales tienen un gran potencial, Sintetizarlos es mucho más difícil que los fósforos tradicionales. Sin embargo, Esto no ha impedido que algunos fabricantes emprendedores comercialicen fósforos de nitruro. Intematix agregó materiales de nitruro rojo a su línea de productos de fósforo en 2011. Los fósforos de la compañía se utilizan en LED blancos cálidos de alta eficiencia para iluminación general, Proporcionar a los clientes incentivos adicionales para protegerlos de ciertos problemas de licencia de patentes.
La compañía afirma que el nuevo fósforo permitirá que el mercado de iluminación cree aplicaciones blancas cálidas con mayor eficiencia y mayor CRI (arriba a 98) que las soluciones tradicionales de fosfor YAG. Se dice que el uso de este nuevo tipo de fósforo permite a los clientes (legalmente) Sudir ciertas patentes relacionadas con la aplicación de fósforos YAG, de lo contrario, incurrirá en tarifas de licencia.
Perspectiva de desarrollo de la luz de acuario de plantas LED fluorescentes
Luz de planta LED blanca cálida de alta eficiencia están a punto de ser lanzados. A medida que los fabricantes intentan convencer a los consumidores de que la iluminación de estado sólido es una alternativa práctica a la iluminación tradicional, La eficacia de los LED ha mejorado enormemente. Sin embargo, El crecimiento adicional en la producción de fotones y la extracción de luz es difícil de encontrar, Por lo tanto, los fabricantes LED están dirigiendo cada vez más su atención a otros aspectos de las características de los chips para un mejor rendimiento.
Un aspecto son los fósforos, Especialmente aquellos que se usan para agregar longitudes de onda rojas a la salida de la luz de la planta LED blanca para que el dispositivo parezca más cálido. Las soluciones tradicionales han ampliado el CCT y el CRI del producto para conocer a los consumidores’ necesidades de varias opciones de temperatura y reproducción de color fiel, pero niegue algunos de los efectos ganados con fuerza obtenidos de la introducción de otras tecnologías. Se espera que los fósforos basados en nitruros y oxinitridos dopados con europio produzcan nuevos materiales con buen CCT y CRI, pero con una eficiencia cuántica comparable (o mejor) a los fósforos de YAG puros utilizados en la luz de la planta LED blanca fría de alta eficiencia moderna. Ahora se introducen algunos materiales en el mercado, Y los ingenieros deben esperar que una nueva generación de luz de planta LED blanca cálida más eficiente se lance pronto.
