Warum gibt es nur RGB- und RGBW-LEDs, aber keine mit mehr Chips in einem Gehäuse?

In einem anderen Thread tauchte die Frage auf, wo sich die LEDs mit 5 oder mehr Dies in verschiedenen Farben befinden. (Ein großes Lob an Brian Drummond) Der Hintergrund ist wie folgt:

RGB-LEDs sind sehr beliebt, um farbenfrohe Lichteffekte zu erzielen. Aufgrund der drei Rezeptortypen im menschlichen Auge kann praktisch jede Farbe, die wir wahrnehmen können, mit einer roten, einer grünen und einer blauen LED erzeugt werden, obwohl die LEDs nur einen sehr begrenzten Abschnitt des sichtbaren Spektrums erzeugen können. Mit drei Farben ist es sogar möglich, bei einem perfekten Mischungsverhältnis ein Licht zu erzeugen, das als reines Weiß wahrgenommen wird. Die menschliche Sicht kann keine unterschiedlichen Lichtquellen erkennen, wenn sie die drei Farbmesskegel im Auge auf gleicher Höhe anregen. Diesen Effekt nennt man Metamerie.

Der Mensch kann jedoch die Qualität von Lichtquellen sehr gut wahrnehmen, wenn Licht von farbigen Oberflächen oder Objekten reflektiert wird. Denn die Reflexion von Licht auf farbigen Oberflächen ist effektiv eine Multiplikation des Lichtspektrums mit dem Remissionsspektrum von Pigmenten. Das Remissionsspektrum ist für verschiedene Weißlichtquellen sehr unterschiedlich.

Um es kurz zu machen: Weißes Licht von RGB-LEDs ist ein Chaos. Wenn Sie versuchen, es für allgemeine Beleuchtungszwecke zu verwenden, werden die Farben von Kunstwerken auf eine graue Melange reduziert, und die menschliche Haut sieht aus, als würde sie eine Woche lang in einem Steinbruchteich über Wasser gehalten.

Weiße LED mit einem blauen Chip und einer Konversionsschicht erzeugen ein wesentlich besseres Licht für die Beleuchtung, können jedoch nicht so eingestellt werden, dass sie Licht mit unterschiedlichen Farbtemperaturen erzeugen, geschweige denn reine Farben.

Während es einige LEDs mit einem weißen Chip und drei Farbchips in einem Gehäuse gibt, tendieren diese normalerweise nicht dazu, eine bessere Farbwiedergabe zu erreichen, sondern weisen bei weißem Licht einen höheren Lichtstrom auf.

Die Frage mit einigen zusätzlichen Worten lautet also:

Warum gibt es keine Multichip-LEDs (5 oder mehr Chips) für die Erzeugung von Licht mit höherer Farbwiedergabe?

Eine Antwort auf diese Frage besteht aus zwei Teilen. Das erste ist eine Frage an sich.

Was bringt eine Multichip-LED in einem gemeinsamen Gehäuse?

Der Zweck des Einbaus von roten, grünen und blauen Chips in ein gemeinsames LED-Gehäuse besteht darin, eine Lichtquelle zu erzeugen, die aus scheinbar einem Pixel eine beliebige Farbe erzeugen kann. Dies ist in zwei Fällen notwendig:

1. Zum Erzeugen von Pixeln wie in LED-Streifen oder LED-Bildschirmen mit hohen Auflösungen.
2. Zur Herstellung einer abstimmbaren Lichtquelle für nicht abbildende Optiken.

Für den letzteren Zweck werden üblicherweise COB-Light-Engines hergestellt, da ein SMT-Gehäuse, wie es für die meisten RGB-LED verwendet wird, nur begrenzte Möglichkeiten zum Ableiten der Wärmeleistung besitzt.

Bei der Beleuchtung größerer Flächen ist eine stärkere Farbwiedergabe im Kontrast erforderlich. Nur wenn ein erheblicher Lichtstrom verwendet wird, um Objekte oder Oberflächen mit unterschiedlichen Farben mehr oder weniger homogen zu beleuchten. Verschiedene Farben, die weißes Licht reflektieren, erfordern eine Lichtquelle mit einem hohen Farbwiedergabeindex, wie Tageslicht oder Glühlicht.

Was wird benötigt, um weißes Licht mit erhöhter Farbwiedergabe zu erzeugen?

Um ein für die Allgemeinbeleuchtung brauchbares Licht zu erzeugen, ist ohnehin eine höhere Lichtstärke erforderlich, da man normalerweise eine homogene Beleuchtung ohne harte Schatten wünscht. Dh das Licht für GI muss ohnehin gemischt und gestreut werden, damit man auch Single-Chip-Gehäuse verwenden kann. Dies eröffnet einem OEM die Möglichkeit, die von ihm benötigten Chips individuell auszuwählen.

Aber warum ist es nicht möglich, die nützlichste Kombination von Chips zu finden, um sie in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen?

Der Freiheitsgrad wächst exponentiell mit zunehmender Anzahl von LEDs. Für jeden hinzugefügten Chip müssen Sie ein Binning mit einer dominanten Wellenlänge und ein Flux-Binning auswählen. Außerdem sind mit jedem Chip eine Reihe anderer Parameter verbunden, die für ein gemeinsames Gehäuse ausgewählt werden können, von denen viele temperaturabhängig sind.

Stellen wir uns nun vor, ein LED-produzierendes Unternehmen hat viel Zeit damit verbracht, ein 6-Chip-Gehäuse zu bauen, das bei 4000K ein weißes Licht mit allen R-Werten (1-14) über 90 erzeugen kann. Die erste Beschwerde wird der Hersteller hören lautet: "Warum kann ich nicht das gleiche φ für reines Rot erhalten wie für Weiß? Es ist nicht möglich, mit einem verwendbaren Flussmittel die gesamte Farbskala zu durchlaufen!" Die zweite lautet vielleicht: "Ich brauche nur Weiß bei 2700 K und einige der anderen Farben. Warum muss ich für einen zusätzlichen Deep Blue Chip bezahlen, den ich nicht wirklich brauche?"

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Was verwenden sie dann, um Licht mit höherer Farbwiedergabe zu erzeugen?

Ein wirtschaftlicher Weg, um Licht mit höherer Farbwiedergabe zu erhalten, ist die Verwendung eines weißen LED-Chips (im Wesentlichen eines mit Chemikalien beschichteten blauen oder ultravioletten LED-Chips, um blaues Licht in eine kontinuierliche Mischung aus grünem, gelbem und rotem Licht umzuwandeln). Aufgrund der geringen Menge an Phosphorsubstanzen, die zum Aufbau weißer LEDs benötigt werden, ist es wirtschaftlich möglich, hochwertige Substanzen zu verwenden, die von Anfang an weißes Licht mit einem CRI von 90 (R1-R8) erzeugen. Mit zwei Chips mit unterschiedlicher CCT (Correlated Color Temperature) können beliebige Farbtemperaturen für das sogenannte "Tunable White" erzeugt werden, wobei eine hohe Farbwiedergabe erhalten bleibt.

Um noch höhere Lichtqualitäten zu erreichen, würde man farbige LED-Chips hinzufügen, aber nicht die allgegenwärtigen roten, grünen und blauen, da ihr Spektrum bereits Teil des Spektrums der weißen ist. Um eine höhere Farbwiedergabe zu erreichen, müssen die Lücken im Spektrum geschlossen werden, die die weißen LEDs hinterlassen. Diese Lücken sind die blaugrüne Beule und die ferne rote Steigung. Um sie zu füllen, benötigen Sie Cyan-LEDs und rote LEDs. Während rote LEDs eine Vielzahl von Wellenlängen aufweisen, ist die Erfassung von Cyan-LEDs aufgrund von Epitaxieproblemen wesentlich schwieriger. Daher verwenden die meisten Lösungen mit hoher Farbwiedergabe eine Kombination aus einem energiearmen Blau und einem energiearmen Grün, um die Cyanlücke zu verkleinern.

Anscheinend ist es ziemlich schwierig, ein paar Matrizen für einen einzigen Zweck auszuwählen. Umso problematischer ist es, ein "universelles" 6- oder 7-Chip-Gehäuse zu konstruieren, ohne es für 70% aller möglichen Kunden unbrauchbar oder zu teuer zu machen.

Eine alternative Sichtweise - die in keiner Weise Arisers Antwort widerspricht - ist, dass die Grenzkosten gegenüber RGB oder RGBW oder einfach weißen LEDs auf Phosphorbasis hoch genug sind, dass der Massenmarkt günstigere Lösungen bevorzugt ... heute.

Der Spezialmarkt - vielleicht diejenigen, die einen CRI von 90 als ein Minimum betrachten oder darauf bestehen, Dinge im Freien zu sehen, um zu sehen, wie sie wirklich aussehen - kann, unabhängig von den Kosten, kundenspezifische Lösungen annehmen.

Wenn jedoch die Preise für Cyan-LEDs sinken (die blauen LEDs kosten nicht mehr 10 GBP) oder andere Technologien die Grenzkosten senken, kann dies einfach daran liegen, dass eine minderwertige Lösung keine Kosten spart.

RGBWA-Geräte existieren. Sie sind für LED-Bühnenbeleuchtung weit verbreitet, gerade weil sie das Problem des "warmen Weiß" lösen.

Die Tatsache, dass die Pakete weniger beliebt und teurer als RGB oder RGBW sind, bedeutet natürlich, dass Geräte, die diese verwenden, teurer sind. Wie bei den meisten Dingen zahlen Sie für Qualität! Trotzdem sind sie definitiv da draußen.