از آنجا که هدف یک LED تولید نور است ، طیف نوری آن یکی از پارامترهای اصلی عملکرد آن است. بیایید نگاهی به یک منحنی طیفی معمولی برای یک LED سفید گرم بیندازیم ، که در شکل 1 نشان داده شده است. در امتداد محور x طول موج در نانومتر و در امتداد محور y قدرت طیفی نسبی قرار دارد. توجه داشته باشید که سازنده واحدها را بر روی محور y برچسب گذاری نمی کند: ولی این کاملا قابل درک است که “خروجی با 675 نانومتر خروجی با 600 نانومتر است.”
شکل 1 : خروجی نور به عنوان تابعی از طول موج
چند چیز مشهود است. در حالی که قسمت عمده منحنی، شبیه منحنی پاسخ چشم انسان است ، اما قسمتی از آن کاملاً متفاوت است. یک جهش بزرگ در منطقه آبی وجود دارد و منشا آن واضح است. این همان انتشار ذاتی چیپ ال ای دی است و جهش بخشی از این انتشار را نشان می دهد که توسط فسفرها تبدیل نمی شود. این در واقع به رنگ LED صدمه ای نمی زند ، زیرا انسان رنگ آبی را بسیار ضعیف می بیند. اما این یکی از مناطقی است که می تواند عملکرد LED را بهبود بخشد. تبدیل تمام نور آبی به قسمت مفیدتر طیف باعث افزایش کارآیی می شود.
نکته قابل توجه دیگر در مورد منحنی این است که با چه سرعتی در قرمز پایین می آید. کمی به سوی قرمزتر روید ، تفاوت بین CCT 2800 و 3500 وجود دارد. از همه مهمتر ، تفاوت بین قهوه ای به نظر رسیدن اجسام قرمز به جای قرمز به نظر رسیدن است. بنابراین این قسمت از منحنی ایده ای در مورد چگونگی به نظر رسیدن اجسام قرمز ارائه می دهد. متاسفانه ، در حال حاضر ساختن فسفرهای قرمز عمیق چالش برانگیزترین کار برای تولیدکنندگان LED است. به همین دلیل است که بسیاری از LED های سفید امروزی CRI ضعیفی دارند. آنها با رنگ قرمز آزاد می شوند (به خصوص R9 ؛ مطابق شکل 2).
شکل 2 : شاخص نمود رنگ طیفی (بسیاری از LED ها دارای R9 ضعیف هستند)
طیف نوری LED همه چیز را در مورد نور آن به شما می گوید. اما هیچ راهی عملی برای بررسی طیف و تصمیم گیری در مورد اینکه آیا نور برای یک کاربرد خاص نور مناسب است ، وجود ندارد. بنابراین آنچه مردم انجام داده اند ساختن مجموعه ای از اعداد است که ویژگی های مهم طیف را مشخص می کند. اینها اعدادی مانند CCT ، CRI و (x، y) هستند. همانطور که بحث شد ، اینها دارای مشخصه های مثبت و منفی هستند. CCT ایده “سرد” یا “گرم” بودن نور ، حداقل برای نور سفید را ارائه می دهد. CRI ایده ای از چگونگی تولید خوب رنگ توسط نور می دهد. اعداد مختلف توصیف کننده های مفیدی هستند زیرا در مورد شکل ظاهری نور ایده می دهند. اما دلیل واقعی مفید بودن آنها این است که همان چیزی است که تولیدکنندگان LED می توانند توصیف کنند. در نهایت ، هیچ جایگزینی برای ایجاد طرح شما با LED های واقعی و آزمایش آنها وجود ندارد.
با وجود محدودیت های اعداد مشخص ، می توانیم در مورد چگونگی متفاوت بودن آنها بحث کنیم. تنوع نباید تعجب آور باشد. اگر جریان زیادی را به یک LED سفید اعمال کنید ، آبی می شود. فسفر اشباع شده و نور آبی LED بدون تبدیل شدن از آن عبور می کند. به طور کلی ، فسفرها مولکول های پیچیده ای هستند و مقدار و میزان کارآیی نور آبی را جذب و تبدیل می کنند تا حدی باید به مواردی مانند جریان درایو بستگی داشته باشد. LED های RGB حتی بیشتر در معرض تغییر با جریان هستند ، زیرا کارایی آنها با جریان متفاوت است.
مختصات رنگ LED های سفید با جریان درایو متفاوت است. به شکل 3 که از دیتا شیت Intematix برداشته شده است نگاه کنید. با افزایش جریان درایو ، x و y افزایش می یابد (400 میلی آمپر حداکثر جریان درایو دارای امتیاز برای این دستگاه است). این تنوع گرچه زیاد نیست اما برای تغییر شکل ظاهری LED ها کافی است. و حتی با این اطلاعات ، ما مدام یادآوری می کنیم که مختصات x و y برای تعیین شکل ظاهری کافی نیستند. اکثر تولیدکنندگان حتی این مقدار از اطلاعات را مشخص نمی کنند ، بنابراین اگر قصد دارید LED ها را در چیزی غیر از جریان اسمی آنها اجرا کنید ، باید سیستم را بسازید و اندازه بگیرید تا بفهمید نور به چه صورت به نظر می رسد.
شکل 3 : (x,y) بعنوان تابعی از جریان
یکی دیگر از مشخصات نوری که باید در نظر گرفت زاویه انتشار است. چراغ از پشت LED خارج نمی شود ، زیرا آنجا پک شده است. در بعضی از LED ها ، نور همانطور که انتظار دارید از جلوی قالب ساطع می شود. اما نورهای دیگر عمود بر چیپ ال ای دی ساطع می شوند. بعلاوه ، نور ساطع شده از LED معمولاً از طریق اپتیکهای موجود در بسته عبور می کند ، که توزیع نور را بیشتر اصلاح می کند. نتیجه این است که خروجی نور در تمام زوایا شدت یکسانی ندارد. در بعضی جهات نور بیشتری نسبت به جهات دیگر وجود دارد.
برای LED ها سه توزیع تابش نور وجود دارد: Lambertian ، batwing (بال خفاشی) و side emitting (ساطع کناری) . Lambertian رایج ترین است. با نگاهی به شکل 4 ، تفاوت اساسی واضح است. لمبرتیان در درجه اول نوری است که به جلو هدایت می شود. باتوینگ نیز به جلو هدایت می شود ، اما دارای یک حلقه نور است ، و یک فرو رفتن در وسط قرار دارد (به یاد داشته باشید که نمودارها باید از صفحه کاغذ چرخانده شوند). سرانجام ، همانطور که از نام آن مشخص است ، LED های side emitting بیشتر نور را از کناره ها ساطع می کنند و مقدار بسیار کمی نیز به جلو هدایت می شود.
شکل 4 : انواع توزیع های تابش نور خروجی در دسترس است
اکثر تولیدکنندگان الگوی تابش را مشخص می کنند ، بدون اینکه دقیقاً به معنای دقیق آن پی برده باشند. اما حداقل دو اندازه گیری مهم برای انتشار نور زاویه ای وجود دارد. Lumileds هر دو زاویه دید و زاویه مشمول را مشخص می کند. زاویه مشمول مهمتر است و احتمالاً منظور تولیدکنندگان از زاویه انتشار همین است. زاویه مشمول زاویه (دایره ای) است که 90٪ نور در آن ساطع می شود. عملاً این بدان معنی است 90٪ از نور LED که از دستگاه خارج می شود، در آن زاویه تابیده می شود. Lumileds این را “زاویه کل” تعریف می کند ، به طوری که مشخصات 160 درجه آنها با ± 80 درجه مطابقت دارد. برای سایر تولیدکنندگان 120 درجه معمولتر است.
زاویه دید در اینجا زاویه ای است که در آن میزان روشنایی نصف حداکثر میزان روشنایی است. این همان چیزی است که “زاویه تابش” نامیده می شود. برای بیشتر کاربردها ، این عدد از اهمیت کمتری برخوردار است. به تفاوت اساسی بین دو زاویه توجه کنید. زاویه دید همان اطلاعات منحنی انتشار را به شما می دهد ، زاویه ای که شدت نسبی در آن نصف است. زاویه مشمول مقدار منحنی کل است – انتگرال سطح زیر منحنی. اگر زاویه ای که از آن نور استخراج می کنید کوچکتر از زاویه مشمول است ، باید به منحنی انتشار نگاه کنید تا بفهمید چه میزان نور را استخراج می کنید. اگر بزرگتر باشد ، پس می دانید که بیش از 90٪ می گیرید.
