Dansul complex: Disecarea conexiunii dintre indicele de redare a culorii și temperatura corelată a culorii
Abstracția
Doi parametri fotometrici importanți-Temperatura corelată a culorii (CCT) și Indicele de redare a culorii (R an sau CRI)-sunt din ce în ce mai folosiți pentru a influența selecția surselor de lumină artificială. Deși sunt discutate în mod obișnuit în mod independent, există o legătură complexă și adesea observată între ele: la CCT mai mici, este mult mai greu să se obțină un CRI ridicat. Bazele tehnologice și fizice ale acestei relații sunt examinate în acest eseu. Acesta descrie modul în care limitările tehnologiei LED cu fosfor-convertit, elementele fundamentale ale radiației corpului negru și cerințele specifice ale metodologiei de calcul CRI se reunesc pentru a constitui un obstacol ingineresc semnificativ pentru crearea unei lumini calde, de înaltă{6}}fidelitate.
Prezentare generală
Aprindeeste riguros evaluat pe baza calității sale, mai degrabă decât doar a cantității sale (lumeni) în domeniul proiectării și tehnologiei iluminatului. În fruntea acestei evaluări calitative se află două metrici: Indicele de redare a culorii (CRI) și Temperatura de culoare corelată (CCT). Ca măsură a căldurii optice sau răcelii luminii, CCT este exprimată în Kelvins (K), unde valorile mai mici (cum ar fi 2700K) apar „alb cald”, iar valorile mai mari (cum ar fi 5000K) apar „alb rece”. În schimb, indicele de redare a culorilor (CRI) cuantifică cât de bine o sursă de lumină poate reprezenta culoarea reală a unui obiect în comparație cu o sursă de referință care este ideală sau naturală. Fidelitatea perfectă a culorii este reprezentată de un CRI de 100.
Producerea de surse de lumină-CCT scăzute cu un foarteCRI ridicat(de obicei peste 95) este o provocare comună, deși nu de netrecut, în industria de iluminat. Acest articol explorează cauzele acestei apariții analizând modul în care interacționează cadrul metricilor noastre de percepție a culorilor, chimia fosforilor și fizica luminii.
1. Fizica fundamentală: CCT și radiatorul de corp negru
Modelul teoretic al unui radiator cu corp negru este indisolubil legat de ideea CCT. Un corp negru strălucește atunci când este încălzit, eliberând un spectru constant de lumină care variază cu temperatura într-un mod previzibil. Emisia este concentrată în principal pe porțiunile cu lungime de undă lungă, roșii și portocalii ale spectrului vizibil la temperaturi scăzute (aproximativ 2000K–3000K), cu foarte puțină energie în regiunile albastre și violete. O lumină mai rece și mai albă este produsă pe măsură ce temperatura crește, deoarece vârful spectrului de emisie se deplasează spre lungimi de undă mai scurte, completând regiunile albastre și violete.
Temperatura radiatorului cu corp negru a cărui percepție a culorii seamănă cel mai mult cu cea a sursei de lumină este cunoscută sub numele de CCT. Important este că CCT și spectrul sunt aceleași pentru un bec cu incandescență, care este în esență un corp negru aproape-perfect. Aceasta explică de ce becurile incandescente generează un spectru neted și continuu la aCCT scăzutde aproximativ 2700K și un CRI de 100. Iluminatul modern în stare solidă-prezintă o problemă, deoarece nu folosește radiația termică pentru a produce lumină, în special lumina albă-convertită cu fosfor-diode emițătoare (LED-uri pc-).
2. Provocarea fosforului și structura unui LED alb contemporan
LED-ul-PC este în prezent cea mai populară tehnologie generală de iluminat. Un cip semiconductor albastru (de obicei bazat pe nitrură de indiu galiu sau InGaN) acoperit cu un fosfor galben-, cel mai frecvent ceriu-granat ytriu aluminiu dopat (YAG:Ce), este componenta de bază a unui LED alb convențional. Fosforul este excitat de lumina albastră a cipului și transformă parțial această energie în lumină galbenă. Lumina albă este percepută ca urmare a emisiei galbene ample și a luminii albastre reziduale.
Raportul dintre lumina albastră și galbenă determină CCT-ul acestei lumini albe. Un CCT scăzut (alb cald) necesită îmbunătățirea emisiei galben/roșu și suprimarea semnificativă a luminii albastre ale pompei. De obicei, acest lucru se face prin: absorbția mai multă lumină albastră prin aplicarea unui strat mai mare de fosfor, adăugarea mai multor fosfori care emit lumină roșie (cum ar fi fosfori pe bază de fluor sau nitrură.
Acesta este primul obstacol semnificativ. Deși emisia de fosfor YAG:Ce original este largă, lipsește în regiunea roșu intens a spectrului. Inginerii trebuie să adauge un fosfor roșu pentru a compensa acest deficit roșu și pentru a reduce CCT. Cu toate acestea, banda de emisie a multor fosfori roșii eficienți este îngustă. Acest lucru reduce efectiv CCT, dar face acest lucru prin introducerea unei explozii bruște de lumină roșie în loc de o distribuție constantă și uniformă a lungimilor de undă roșii. Acest lucru are ca rezultat o distribuție spectrală a puterii (SPD) discontinuă și „aglomerată”.
3. Calculul CRI: Semnificația unui spectru neted
Arbitrul final al acestei neteziri spectrale este testul CRI. Comisia Internațională pentru Iluminare (CIE) a definit metoda în CIE 13.3-1995. Aceasta implică determinarea modificării aspectului a opt eșantioane standard de culoare pastel (R1-R8) sub iluminarea sursei de testare în comparație cu o sursă de referință a aceluiași CCT.
Un radiator cu corp negru impecabil servește drept referință pentru o sursă de testare sub 5000K. Ideea de bază este simplă, dar calculul este complicat: CRI crește și schimbările de culoare scad atunci când SPD-ul sursei de testare se apropie de curba planckiană netedă și continuă a corpului negru.
Un SPD cu goluri mari este produs de un LED-CCT scăzut, care depinde de o pompă albastră și de o combinație de fosfor cu emisii poate înguste, în special în regiunile cyan (490-520 nm) și roșu intens (650-680 nm). Acest spectru „gappy” are ca rezultat modificări notabile și neobișnuite de culoare atunci când se reflectă în culorile testului CRI. De exemplu:
Albastrul și verdele-albastrul vor apărea monotone și desaturate dacă există o lipsă de cyan.
Obiectele roșii pot apărea suprasaturate și „-asemănătoare neonului”, cu o emisie roșie îngustă și tepoasă, care nu poate descrie cu fidelitate mici diferențe de nuanțe de roșu.
Indicii specifici pentru roșu saturat (R9) și alte nuanțe sunt adesea destul de săraci în astfel de modele, chiar dacă media primilor opt indici (R a) este bună. Astfel, problema de bază este că spectrul ideal, continuu, necesar pentru un CRI ridicat este adesea forțat să fie abandonat din cauza necesității tehnologice de a produce o lumină caldă (CCT scăzut).
4. Gâtul de sticlă în știința materialelor: căutarea fosforului roșu ideal
Prin urmare, dificultatea de inginerie devine o problemă de știința materialelor: căutarea unui fosfor roșu cu un spectru de emisie larg, continuu și eficiență ridicată. Emisia în bandă-îngustă este un dezavantaj al multor fosfori roșii de succes comercial, în special cei din familiile de nitruri și oxinitruri, care sunt apreciați pentru eficiența și stabilitatea lor cuantică ridicată.
Crearea unui fosfor roșu de bandă largă care este economic,-de lungă durată și eficient este încă o provocare majoră. Fosforii fluorurati, cum ar fi K2SiF6:Mn4+, sunt eficienți și oferă o linie roșie foarte îngustă, totuși ei agravează problema decalajului spectral. În plus, echilibrarea mai multor fosfori într-un singur strat poate reduce eficacitatea luminoasă globală (lumeni per watt) și poate adăuga complicații în ceea ce privește uniformitatea culorii în timp și temperatură. Eficiența și costurile sunt adesea sacrificate în căutarea unuiCRI ridicatla un CCT scăzut.
5. Depășirea CRI și perspective convenționale
Este esențial să ne amintim că există probleme cu măsurarea CRI (R a) în sine. Incapacitatea sa de a prevedea reprezentarea culorilor intense, a nuanțelor pielii și a frunzișului natural i-a determinat pe unii să pună la îndoială dependența sa de doar opt culori pastelate. Ca rezultat, au fost dezvoltate valori mai noi și mai amănunțite, cum ar fi abordarea TM-30-20, care evaluează fidelitatea culorii (R f) și gama de culori (R g) folosind 99 de mostre de culoare.
Aceste măsurători mai recente fac deseori mai evidente defectele surselor-CCT scăzute,-CRI ridicate (după cum este determinat de R a). O sursă cu un vârf de fosfor roșu poate avea un scor R9 ridicat, dar o gamă de culori scăzută sau un scor de distorsiune. Industria se îndreaptă în prezent către soluții care oferă nu doar o mare fidelitate, ci și o experiență de culoare echilibrată și naturală, datorită cererii de iluminare de-înaltă calitate. Pentru a oferi un spectru mai cuprinzător și mai continuu, care este comparabil cu cel al becurilor cu incandescență, chiar și la CCT scăzute, acest lucru necesită sisteme de fosfor sofisticate care au trei sau mai mulți fosfori aleși cu grijă, sau chiar tehnici inovatoare precum LED-urile violet-pompă, care stimulează simultan fosforul roșu, verde și albastru.
În concluzie
Provocarea percepută de a obține un CRI ridicat la un CCT scăzut este o limitare tehnologică puternică care provine din paradigma existentă a fabricării LED-urilor, mai degrabă decât o restricție fizică. Radiatorul cu corp negru, standardul industrial pentru lumina-CCT scăzută, are un spectru continuu, neted, care este ideal pentru redarea culorilor prin natura lor. Cu toate acestea, pentru a-și crea lumina albă,LED-uri{0}}moderne pentru PCtrebuie să combine benzi de emisie distincte de la un chip albastru cu fosfori diferiți. Fără utilizarea unui fosfor roșu larg, eficient și durabil, procesul de mutare a echilibrului spectral spre roșu pentru a produce un CCT cald produce frecvent un spectru discontinuu. Conform testului IRC-dependent de spectru, această distribuție spectrală a puterii nu descrie în mod adecvat culorile. Acest-compromis-de lungă durată este abordat din ce în ce mai mult pe măsură ce știința materialelor se dezvoltă, iar noile măsurători ne ajută să înțelegem calitatea culorii, deschizând ușa către surse de lumină care sunt atât de adevărate spectaculos, cât și de primitoare.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil(+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
