Perché ci sono solo LED RGB e RGBW, ma nessuno con più chip all'interno di un alloggiamento?

In un'altra discussione è emersa la domanda: dove si trovano i LED con 5 o più filiere di diversi colori. (Complimenti a Brian Drummond) Lo sfondo è il seguente:

I LED RGB sono molto popolari per creare effetti di luce colorati. In effetti, a causa dei tre tipi di recettori nell'occhio umano praticamente ogni possibile colore che possiamo percepire può essere prodotto con un LED rosso, uno verde e uno blu sebbene i LED possano produrre solo una sezione molto delimitata dello spettro visibile. Con tre colori è persino possibile, a condizione che il rapporto di miscelazione sia perfetto, per produrre una luce percepita come un bianco puro. La visione umana non è in grado di riconoscere diverse fonti di luce se eccitano i coni di rilevamento dei tre colori negli occhi agli stessi livelli. Questo effetto si chiama metamerismo.

Tuttavia, l'essere umano può benissimo percepire la qualità delle fonti luminose quando la luce viene riflessa da superfici o oggetti colorati. Perché il riflesso della luce sulle superfici colorate è effettivamente una moltiplicazione dello spettro luminoso con lo spettro di remissione dei pigmenti. Lo spettro rimesso differisce notevolmente per le diverse fonti di luce bianca.

Per farla breve: la luce bianca dei LED RGB è un casino. Se si tenta di utilizzarlo per scopi di illuminazione generale, i colori delle opere d'arte si riducono a un mélange grigiastro e la pelle umana sembra essere a galla in uno stagno di cava per una settimana.

I LED bianchi con un chip blu e uno strato di conversione producono una luce notevolmente migliore per l'illuminazione, ma non possono essere regolati per produrre luce con diverse temperature di colore e tanto meno colori puri.

Mentre ci sono alcuni LED con un chip bianco e tre chip di colore in un alloggiamento, quelli di solito tendono a non indirizzare una migliore resa cromatica ma ad avere un flusso luminoso più elevato alla luce bianca.

Quindi la domanda con alcune parole aggiuntive è:

Perché non ci sono LED multichip (5 o più chip) per la produzione di luce con una resa cromatica più elevata?

Una risposta a questa domanda è composta da due parti. La prima è una domanda in sé.

A cosa serve un LED multichip in un alloggiamento comune?

Lo scopo di incorporare i chip rosso, verde e blu in un comune alloggiamento LED è quello di generare una sorgente luminosa in grado di produrre qualsiasi colore da apparentemente un pixel. Ciò è necessario in due casi:

1. Per generare pixel come nelle strisce LED o negli schermi LED ad alta risoluzione.
2. Produrre una sorgente luminosa sintonizzabile per ottica non di imaging.

A quest'ultimo scopo, di solito vengono prodotti motori leggeri COB, poiché un alloggiamento SMT utilizzato per la maggior parte dei LED RGB ha solo capacità limitate di spalare la potenza termica.

È necessaria una resa cromatica più elevata quando si illumina una superficie più grande. Solo quando viene utilizzato un flusso significativo per illuminare più o meno in modo omogeneo oggetti o superfici con colori distinti e variabili. Diversi colori che riflettono la luce bianca richiedono la visualizzazione di una sorgente luminosa con un indice di resa cromatica elevato, come la luce del giorno o la luce a incandescenza.

Cosa è necessario per produrre luce bianca con una maggiore resa cromatica?

Per produrre una luce utilizzabile per l'illuminazione generale è comunque richiesto un etendue più elevato, perché di solito si desidera un'illuminazione omogenea senza ombre dure. Vale a dire che la luce per GI deve essere miscelata e diffusa comunque, quindi è possibile utilizzare anche alloggiamenti a chip singolo. Questo apre la possibilità per un OEM di selezionare i chip di cui ha bisogno individualmente.

Ma perché non è possibile trovare la combinazione più utile di chip per metterli in un alloggiamento comune?

Il grado di libertà cresce esponenzialmente con un numero crescente di LED. Per ogni chip che aggiungi devi selezionare un binning con una lunghezza d'onda dominante e un binning di flusso. Inoltre ci sono un sacco di altri parametri associati ad ogni matrice da selezionare per un alloggiamento comune molti dei quali sono dipendenti dalla temperatura.

Immaginiamo ora che un'azienda produttrice di LED abbia impiegato molto tempo a costruire un alloggiamento da 6 stampi in grado di produrre una luce bianca a 4000K con tutti i valori R (1-14) sopra 90. La prima lamentela che il produttore sentirà è: "Perché non riesco a ottenere lo stesso φ per il rosso puro come per il bianco? Non è possibile passare attraverso l'intera gamma con un flusso utilizzabile!" Il secondo è forse: "Ho solo bisogno di bianco a 2700 K e di alcuni altri colori. Perché devo pagare per un chip blu profondo aggiuntivo che non mi serve davvero?"

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Quindi cosa usano allora per produrre luce con una resa cromatica più elevata?

Un modo economico per ottenere luce con una resa cromatica più elevata consiste nell'utilizzare un chip LED bianco (essenzialmente un chip LED blu o ultravioletto rivestito con sostanze chimiche per convertire la luce blu in una miscela continua di luce verde, gialla e rossa). A causa della piccola quantità di sostanze fosforose necessarie per costruire LED bianchi, è economicamente possibile utilizzare sostanze di alta qualità che producono luce bianca con un CRI di 90 (R1-R8) dall'inizio. È possibile utilizzare due chip con CCT (temperatura di colore correlata) diversa per creare temperature di colore arbitrarie per il cosiddetto "bianco sintonizzabile" mantenendo al contempo un'elevata resa cromatica.

Per raggiungere qualità di luce ancora più elevate si aggiungerebbero chip LED colorati, ma non quelli onnipresenti di rosso, verde e blu, poiché il loro spettro fa già parte dello spettro di quelli bianchi. Per ottenere una resa cromatica più elevata è necessario colmare le lacune nello spettro lasciato dai LED bianchi. Queste lacune sono l'ammaccatura ciano e la pendenza molto rossa. Per riempirli, sono necessari LED ciano e LED di colore rosso intenso. Mentre i LED rossi molto lontani sono disponibili con una varietà di lunghezze d'onda, i LED ciano sono molto più difficili da acquisire a causa di problemi di epitassia. Pertanto, la maggior parte delle soluzioni con una resa cromatica elevata utilizza una combinazione di un blu a bassa energia e un verde ad alta energia per ridurre il gap ciano.

Apparentemente è piuttosto difficile selezionare un paio di matrici per un unico scopo. Il più problematico è la costruzione di un alloggiamento "universale" a 6 o 7 fili senza renderlo inutilizzabile o troppo costoso per il 70% di tutti i possibili clienti - per non parlare dei problemi termici che si incontrano nell'accumulo di così tanti componenti elettricamente indipendenti in un unico alloggiamento.

Una visione alternativa - che non contraddice in alcun modo la risposta di Ariser - è che i costi marginali rispetto a RGB o RGBW o semplicemente i LED bianchi a base di fosforo sono abbastanza alti che il mercato di massa preferisce soluzioni più economiche ... oggi.

Il mercato specializzato - forse quelli che considerano un CRI di 90 come un minimo indispensabile o insistono nel portare le cose all'aperto per vedere come sono realmente - possono adottare soluzioni personalizzate, qualunque sia il costo.

Ma se i prezzi dei LED ciano diminuiscono (il modo in cui i LED blu non costano più £ 10 ciascuno) o altre tecnologie riducono i costi marginali, ciò può accadere semplicemente perché non esiste un risparmio sui costi da una soluzione inferiore.

Esistono dispositivi RGBWA. Sono ampiamente disponibili per l'illuminazione da palcoscenico a LED, proprio perché risolve il problema di ottenere un "bianco caldo".

Naturalmente il fatto che i pacchetti siano meno popolari e più costosi da realizzare rispetto a RGB o RGBW significa che gli apparecchi che li utilizzano sono più costosi. Come per la maggior parte delle cose, paghi per la qualità! Comunque, sono sicuramente là fuori.