Большинство современных стандартов освещения “белый” В светодиодных светильниках для аквариумов для растений используются полупроводники InGaN, излучающие свет в синей части спектра., в сочетании с иттрий-алюминиевым гранатом (ЯГ) люминофоры (легированный церием). Синие фотоны большинства светодиодов поглощаются люминофором и повторно излучаются в желтой части спектра.. Смесь оставшихся синих фотонов и желтого освещения обеспечивает хорошее приближение белого света для глаза..
Эта комбинация светодиодов и люминофора представляет собой проверенную технологию с хорошими характеристиками, но не идеальную.. Очевидным недостатком этого светодиода является отсутствие компонентов красного цвета.. Цветовая температура (ЦКТ) света, излучаемого этим светодиодом, относительно плохо, а индекс цветопередачи (ЦНИИ) относительно низкий. Сочетание YAG-люминофоров с другими материалами увеличит красную люминесценцию., что приводит к доступности “теплый” Белый светодиодный светильник для растений, но ценой с трудом завоеванной эффективности.
В этой статье обсуждается, как заставить люминофор работать для светодиодного освещения аквариума с растениями, чтобы справиться с проблемами., а затем рассматривает, как исследования люминофора влияют на эффективность твердотельного освещения., ЦКТ и ЦРИ.
Что такое YAG-люминофор
YAG — профессиональный химический материал с высоким содержанием люминофора, который может увеличить яркость светодиодов.. Материал содержит редкоземельный элемент церий. (научно маркированный Y3Al5O12: Се3 +). Впервые он был синтезирован в 1967. Метод синтеза получен путем усовершенствования процесса получения люминофорного материала ЭЛТ..
Принцип работы YAG-люминофора
Конкретный принцип заключается в том, что синие фотоны, излучаемые синим светодиодом, поглощаются внешними электронами составляющих молекул или атомов YAG-люминофора.. Электроны, поглощающие энергию фотонов, содержат более высокую энергию и быстрее, и перейдет в область более высоких энергий. Этот процесс называется электронный переход. Энергия выделится в процессе перехода электрона в новое стабильное состояние., Фотоны с большей длиной волны, чем поглощенные фотоны. (слегка красный, немного зеленого и большое количество желтого), другие части энергии будут излучаться в виде тепловой энергии., и электроны перейдут из активного состояния в стабильное состояние..
Принцип генерации белого света светодиодного освещения для аквариума с растениями
Основное желтое свечение YAG-люминофора и синее излучение непосредственно от светодиодного освещения растений объединяются посредством YAG.:Се покрытие “утечка”, что может быть хорошим приближением белого света, который преобразует синий свет в “белый свет” за счет поглощения и повторного излучения люминофора. Это явление называется сдвигом Стокса., назван в честь ирландского физика Джорджа Дж.. Стоукс, который описал этот эффект в статье в 1852. На рисунке выше показано, как происходит стоксов сдвиг на кривых поглощения и излучения YAG-люминофоров..
Преимущества YAG-люминофора
На рисунке выше показана относительная спектральная кривая излучения современного белого светодиодного освещения для растений с использованием люминофоров YAG. (в этом случае, OSRAM OSLON SSL 150 Светодиод производит 136 лм (прямой ток 350 мА, прямое напряжение 3.1 В), с эффективностью 125 лм/Вт. Пунктирная линия — функция чувствительности глаза., показывая, как глаз реагирует на свет разной длины волны. Хотя первая вершина (соответствующий синему фотону непосредственно из светодиода) больше, это менее очевидно, потому что глаз чувствителен к свету. Нечувствительный В отличие от, Фотоны, испускаемые люминофором, сосредоточены в 560 нм — точка, где глаз лучше всего воспринимает свет.
Поскольку это проверенная технология, дающая приемлемые результаты., характеристики YAG являются эталоном для других светодиодных люминофоров.. YAG-люминофор может не только эффективно поглощать синие фотоны, но и быстро высвободить энергию. После того, как атомные электроны YAG-люминофора поглощают энергию синих фотонов, они быстро выпустят желтые фотоны и энергию, что эффективно уменьшает явление тушения насыщением. Это процесс, при котором испускаемые фотоны обычно “погруженный в воду” и предотвратить выход высокого потока фотонов из матрицы люминофора..
Люминофоры YAG имеют много преимуществ для других применений светодиодов. Прежде всего, YAG-люминофор имеет высокую скорость преобразования фотонов.. Под воздействием синего света, YAG-люминофор может преобразовывать 80% поглощенной синей энергии в более длинноволновый свет. Во-вторых, YAG-люминофор обладает хорошей стабильностью., даже если он долгое время возбуждается синим светодиодом или долгое время подвергается воздействию воздуха, он редко будет ухудшаться. Окончательно, синтез YAG-люминофоров относительно прост, а стоимость относительно невелика.. Большинство используемых материалов представляют собой материалы, используемые для синтеза традиционных люминофорных ЭЛТ., в том числе высокочистое химическое сырье Y2O3, Al2O3, СеО2, и т. д..
Недостатки YAG-люминофора
Несмотря на доказанную эффективность светодиодов, YAG-люминофоры не идеальны.. Две практические проблемы “температурная закалка” и относительно низкая химическая стабильность. Причину температурного гашения трудно понять., но с точки зрения непрофессионала, повышенная температура приводит к тому, что электроны обычно поглощают синие фотоны (а затем излучать желтый) “отсутствующий” (другими словами, атомы ионизируются). YAG-люминофор подвержен воздействию температуры закалки около 200°C., и светодиод не будет подвергаться аномально высокой температуре во время нормальной работы.. Кроме того, низкая химическая стабильность материала ограничивает срок службы светодиода (определяется как точка, в которой яркость устройства уменьшается), что снижает урожайность на 70% когда он новый. Производитель опровергает этот аргумент, указывая на то, что современное белое светодиодное освещение для растений может работать 30,000 часы или больше, но исследователи говорят, что это измеряется под “идеальный” условия эксплуатации, и химическая нестабильность могут влиять на суровые условия эксплуатации. Производительность используемого оборудования.
Однако, возможно, самой большой проблемой, с которой сталкиваются YAG-люминофоры, является эстетическая проблема.. Производители твердотельного освещения стремятся убедить потребителей принять эту технологию., но распространенная жалоба заключается в том, что “ослепительный” свет, производимый белым светодиодным светом для растений, почти не имеет “тепло” благодаря традиционному освещению лампами накаливания. Это ощущение связано с тем, что ИАГ-люминофор производит “синий” белый свет с небольшим содержанием красного света. Результат – свет с высокой CCT. (5000 до 8300К). Отсутствие значительной красной длины волны создает еще одну проблему для устройств с YAG-люминофором.: плохой индекс цветопередачи. CRI — это мера степени, в которой источник освещения воспроизводит цвет объекта по сравнению с солнечным светом. (ЦНИИ 100). Несмотря на очевидные недостатки, CRI лампы накаливания составляет около 95. В отличие, Холодный белый светодиодный светильник для растений обычно имеет индекс цветопередачи 70 к 80.
Генерация красного света в светодиодном освещении аквариума для растений
производители светодиодов в определенной степени решили проблемы CCT и CRI, смешивание люминофора YAG с другим люминофором с добавленной красной длиной волны, чтобы распространить CCT на более теплые области и улучшить CRI. Замена УФ-светодиодов синими светодиодами может еще больше улучшить CCT и CRI.. Производители светодиодов предоставляют коммерческие УФ-продукты для этой цели. Например, Philips Lumileds предлагает ультрафиолетовую версию своего светодиода Luxeon LED. Устройство излучает длину волны между 395 и 400 нм, и минимальная интенсивность излучения при 500 мА это 525 мВт/ср. (Из-за неспособности глаза видеть ультрафиолетовый свет., интенсивность излучения (ватт/стерадиан) УФ-светодиодов оценивается вместо более привычной эффективности (лм/Вт) данные отображаются белыми светодиодами.)
Основной недостаток добавления “красный” люминофоры – это пониженная эффективность светодиодов. Что еще хуже, порог температурного гашения красного люминофора даже ниже, чем у YAG-люминофора, дальнейшее снижение эффективности типичной рабочей температуры светодиодов.
MOKOLight белый светодиодный светильник для аквариума с растениями имеет рабочее напряжение 350 мА и 2.85 В, но холодный белый (5000 К) версия имеет яркость 135 lm и эффективность 135 лм/Вт, в то время как яркость теплого белого (2700 К) соответственно, это 97 лм и 97 лм/Вт. По сравнению с холодными белыми устройствами, тепло-белые продукты других производителей демонстрируют аналогичную низкую эффективность. На рисунке выше показана разница между CCT и CRI синего светодиода и люминофора YAG., и смесь УФ-светодиода, YAG-люминофора и красного люминофора..
Усилия по повышению эффективности люминофора
За последние пятнадцать лет, стремление к повышению эффективности светодиодов стало ключевым движущим фактором в разработке компонентов полупроводникового освещения для крупных производителей.. Значительный прогресс был достигнут в первоначальной генерации фотонов и извлечении фотонов из формы.. Последнее, чего хотят производители, — это относительно низкая эффективность преобразования красных люминофоров., что влияет на яркость их теплых белых светодиодов.
Производители вкладывают больше времени и опыта в исследование новых люминофорных материалов., в надежде получить люминофоры с более высоким коэффициентом оптического преобразования., а люминофоры могут излучать больше цветного света и иметь лучшую цветопередачу.. Наиболее перспективными продуктами-кандидатами являются нитриды и оксинитридные материалы., в которых используется другой редкий элемент — металл европий. (Евросоюз) заменить электролюминесцентные свойства церия. Многие из этих новых люминофоров могут возбуждаться фиолетовыми или синими светодиодами и соответствовать комнате с помощью высокотемпературной квантовой эффективности YAG.: Се люминофоры. Кроме того, Нитридный люминофор не разрушается в условиях высокой температуры/высокой влажности., поэтому он подходит для светодиодного освещения в суровых условиях.
Серия высокоэффективных азотооксидных люминофоров MSi2O2N2.: Евросоюз 2 + (где М = Са 2 +, старший 2 +, Ба 2 +) композиция, с диапазоном выбросов 575 к 675 нм, при температуре выше 200°C , Квантовая эффективность больше, чем 85% (Рисунок выше). Желтый, оранжевый и красный ЕС 2 + цветной свет, преобразованный нитридом фосфора, сочетается с зеленым светом, генерируемым YAG.. Синтезированный белый свет имеет лучшую цветовую температуру и более высокую цветопередачу, чем ранее синтезированный белый свет.. В настоящий момент, Теплый белый свет, представленный на рынке, в основном состоит из фосфоресцирующей смеси каалсина3.: Евросоюз 2 + и ЯГ: CE в сочетании с синим светодиодом.
Одним из недостатков является то, что, хотя эти новые материалы имеют большой потенциал, синтезировать их гораздо сложнее, чем традиционные люминофоры. Однако, это не помешало некоторым предприимчивым производителям коммерциализировать нитрид-люминофоры.. Компания Intematix добавила красные нитридные материалы в свою линейку фосфорной продукции. 2011. Люминофоры компании используются в высокоэффективных светодиодах теплого белого цвета для общего освещения., предоставление клиентам дополнительных стимулов для защиты их от определенных проблем с лицензированием патентов.
Компания утверждает, что новый люминофор позволит рынку освещения создавать приложения с теплым белым светом с более высокой эффективностью и более высоким индексом цветопередачи. (до 98) чем традиционные решения люминофора YAG. Говорят, что использование этого нового типа люминофора позволяет клиентам (юридически) обойти некоторые патенты, связанные с применением YAG-люминофоров, в противном случае будут взиматься лицензионные сборы.
Перспективы развития люминесцентных светодиодных светильников для аквариумов для растений
Высокоэффективный теплый белый светодиодный светильник для растений скоро будут запущены. Производители пытаются убедить потребителей, что твердотельное освещение является практической альтернативой традиционному освещению., эффективность светодиодов была значительно улучшена. Однако, дальнейший рост производства фотонов и извлечения света трудно найти, поэтому производители светодиодов все чаще обращают свое внимание на другие аспекты характеристик чипов для повышения производительности..
Один из аспектов — люминофоры., особенно те, которые используются для добавления красных длин волн к выходному белому светодиодному свету растений, чтобы устройство выглядело теплее.. Традиционные решения расширили CCT и CRI продукта для удовлетворения потребностей потребителей.’ потребности в различных температурных режимах и точной цветопередаче, но свести на нет некоторые с трудом завоеванные эффекты, полученные от внедрения других технологий. Ожидается, что люминофоры на основе нитридов и оксинитридов, легированных европием, позволят получить новые материалы с хорошими CCT и CRI., но с квантовой эффективностью, сравнимой (или лучше) к чистым люминофорам YAG, используемым в современных высокоэффективных светодиодах холодного белого света для растений.. Некоторые материалы сейчас выводятся на рынок., и инженеры должны ожидать, что в ближайшее время будет выпущено новое поколение более эффективных светодиодных светильников для растений теплого белого цвета..
