https://doi.org/10.15407/iopt.2023.58.016
Optoelectron. Semicond. Tech. 58, 16-20 (2023)
D.V. Pekur, V.M. Sorokin
STATE OF THE ART AND PROSPECTS FOR THE EVOLUTION OF
WHITE LEDS WITH NEAR NATURAL LIGHT EMISSION
Innovative technologies for the production of modern LEDs have allowed leading manufacturers (Seoul
Semiconductor, Samsung, Cree) to develop their own ways of producing highly efficient white LEDs characterised by
radiation parameters close to natural light. Modern LED light source development technologies have led to a sharp
decrease in the use of white light guides with a colour rendering index in the range of 70-75, while the new most
efficient LEDs have a colour rendering index of at least 80, and LEDs with a colour rendering index of more than 90 are
becoming more widely used. LEDs with a correlated colour temperature in the range of 3000-4500 K, which were not
as commonly used before due to their lower efficiency, have become more widespread. To create energy-efficient
lighting, it is now considered important to create LED lighting devices with a spectral composition of radiation close to
white natural light, as it is the most acceptable for improving the psycho-physiological state of a person and adequate
perception of the environment. The most comfortable and safe for humans is the value of the correlated colour
temperature of light close to 4000-4500 K and the colour rendering index of more than 90 units. Leading lighting
companies are successfully working on solving this problem. This paper analyses ways to improve the luminous
efficiency and colour rendering index of white LEDs used by leading manufacturers of modern LEDs. The most
efficient white LEDs with a colour rendering index in the range of 93-96 and a luminous efficiency of 105-200 lm/W
are considered. In the face of fierce competition, leading manufacturers are addressing the issue of improving the
quality of LED lighting equipment in their own ways, which ensures the continuous development of LED technologies.
The maximum theoretically determined spectral efficiencies of white LEDs are about 370 lm/W, which may indicate
possible significant achievements and significant prospects for the further development of LED lighting technology.
Keywords: kLED, correlated colour temperature, spectral composition of light, colour rendering index, LED
emission spectrum.
References
1. CIE13.3-1995. 1995. Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources. Vienna
(Austria): CIE.
2. Borbély K., Sámson R., & Schanda J. The concept of correlated colour temperature revisited. Color Research &
Application. 2001. 26, №6. R.450-457. https://doi.org/10.1002/col.1065.
https://doi.org/10.1002/col.1065
3. Lin YC., Karlsson M. & Bettinelli M. Inorganic Phosphor Materials for Lighting. Top Curr Chem (Z). 2016.
https://doi.org/10.1007/s41061-016-0023-5
374, №21.
https://doi.org/10.1007/s41061-016-0023-5
4. Chen L., Lin C.C., Yeh C.W. et al. Light converting inorganic phosphors for white light-emitting diodes.
Materials. 2010. 3. P. 2172-2195. https://doi.org/10.3390/ma3032172.
https://doi.org/10.3390/ma3032172
5. Samsung LEDs. URL: https://led.samsung.com/lighting/mid-power-leds/3030-leds/lm301b-evo/ (data
zvernennia: 10.09.23).
6. Seoul Semiconductor Company. URL:
http://www.seoulsemicon.com/en/product/spec/_91_SunLike_92_%20STW9C2SB-S/31 (data zvernennia:
10.09.23).
7. Samsung LEDs. URL: https://led.samsung.com/lighting/mid-power-leds/2835-leds/lm281ba-plus/ (data
zvernennia: 10.09.23).
8. Cree Inc. URL: https://downloads.cree-led.com/files/ds/j/JSeries-2835-Pro9.pdf (data zvernennia: 10.09.23).
9. Yao L., He S., Nie W. et al. Enhanced red emission from Mn4+ activated phosphor induced by fluoride to
oxyfluoride phase transformation. J. Lumin. 2021. 238. P. 118315.
http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118315.
10. Pekur D.V., Kolomzarov Yu.V., Sorokin V.M., Nikolaenko Yu.E. Super powerful LED luminaires with a high
color rendering index for lighting systems with combined electric power supply. SPQEO. 2022. 25, № 1. P.
https://doi.org/10.15407/spqeo25.01.097
97-107.
https://doi.org/10.15407/spqeo25.01.097
11. Murphy T. W. Maximum spectral luminous efficacy of white light. Journal of Applied Physics. 2012, May 15.
https://doi.org/10.1063/1.4721897
111, №10. https://doi.org/10.1063/1.4721897.
https://doi.org/10.1063/1.4721897
12. Zhang F., Xu H., & Wang Z. Optimizing spectral compositions of multichannel LED light sources by IES color
fidelity index and luminous efficacy of radiation. Applied Optics. 2017, February 28. 56, №7. R.1962-1971.
Д.В. Пекур, В.М. Сорокін
СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ БІЛИХ СВІТЛОДІОДІВ З
ВИПРОМІНЮВАННЯМ, НАБЛИЖЕНИМ ДО ПРИРОДНОГО
Інноваційні технології виробництва сучасних світлодіодів дозволили провідним компаніям -
виробникам (Seoul Semiconductor, Samsung, Сree) освоїти власні шляхи виробництва високоефективних білих
світлодіодів, що характеризуються параметрами випромінювання, наближеними до природного. Сучасні
технології розвитку світлодіодних джерел світла призвели до різкого зменшення використання білих
світловодів з індексом кольоропередачі в діапазоні 70-75, а нові найбільш ефективні світлодіоди відрізняються
індексом кольоропередачі не менше 80, все більшого впровадження набувають світлодіоди з індексом
кольоропередачі, більшим за 90. Значного розповсюдження набули світлодіоди з корельованою колірною
температурою в діапазоні 3000-4500 К, які раніше не так часто використовувались через більш низьку
ефективність. Для створення енергоефективного освітлення важливим сьогодні вважається створення
світлодіодних освітлювальних приладів із спектральним складом випромінювання, наближеним до білого
природного світла, як найбільш прийнятним для поліпшення психофізіологічного стану людини та адекватного
сприйняття нею оточуючого середовища. Найбільш комфортним та безпечним для людини є значення
корельованої колірної температури світла, яке близьке до 4000-4500 К та індексу кольоропередачі понад 90
одиниць. Саме над вирішенням цієї задачі успішно працюють провідні світові компанії. В роботі проведено
аналіз шляхів підвищення світлової ефективності та індексу кольоропередачі білих світлодіодів, які
застосовуються провідними виробниками сучасних світлодіодів. Розглядаються найбільш ефективні білі
світлодіоди з індексом кольоропередачі в діапазоні 93-96 та світловою ефективністю 105-200 лм/Вт. В умовах
жорсткої конкуренції провідні компанії - виробники вирішують питання підвищення якісних показників
світлодіодної освітлювальної техніки своїми шляхами, що забезпечує невпинний розвиток світлодіодних
технологій. Граничні теоретично визначені спектральні ефективності білих світлодіодів становлять близько
370 лм/Вт, що може свідчити про можливі суттєві досягнення і значні перспективи в подальшому розвитку
світлодіодної освітлювальної техніки.
Ключові слова: світлодіод, корельована колірна температура, спектральний склад світла, індекс
кольоропередачі, спектр випромінювання світлодіодів.