Složeni ples: seciranje veze između indeksa prikazivanja boja i korelirane temperature boje
Apstrakcija
Dva važna fotometrijska parametra-Korelirana temperatura boje (CCT) i indeks prikazivanja boja (Ran ili CRI)-se sve više koriste da utiču na odabir izvora umjetnog svjetla. Iako se o njima obično raspravlja nezavisno, postoji složena i često uočena veza između njih: na nižim CCT-ima mnogo je teže postići visok CRI. Tehnološke i fizičke osnove ovog odnosa ispituju se u ovom eseju. Opisuje kako se ograničenja LED tehnologije-konvertovane na fosfor, osnove zračenja crnog tijela i posebni zahtjevi metodologije izračunavanja CRI-a spajaju da predstavljaju značajnu inženjersku prepreku za stvaranje toplog,{6}}tople svjetlosti visoke vjernosti.
Pregled
Lightse rigorozno procjenjuje na osnovu njegovog kvaliteta, a ne samo njegove količine (lumena) u području dizajna i tehnologije rasvjete. Na čelu ove kvalitativne evaluacije nalaze se dvije metrike: indeks prikazivanja boja (CRI) i korelirana temperatura boje (CCT). Kao mjera optičke topline ili hladnoće svjetlosti, CCT se izražava u Kelvinima (K), gdje se niže vrijednosti (poput 2700K) pojavljuju kao "topla bela", a više vrednosti (kao 5000K) izgledaju kao "hladno bele". Nasuprot tome, indeks prikazivanja boja (CRI) kvantificira koliko dobro izvor svjetlosti može prikazati stvarnu boju objekta u poređenju sa referentnim izvorom koji je idealan ili prirodan. Savršena vjernost boja predstavljena je CRI od 100.
Proizvodnja niskih-CCT izvora svjetlosti sa vrlovisok CRI(obično iznad 95) je uobičajen, ali ne i nepremostiv izazov u poslu rasvjete. Ovaj članak istražuje uzroke ove pojave gledajući kako okvir naše metrike percepcije boja, kemija fosfora i fizika svjetlosti međusobno djeluju.
1. Fundamentalna fizika: CCT i radijator Blackbody
Teorijski model radijatora crnog tijela neraskidivo je vezan za ideju CCT-a. Crno tijelo svijetli kada se zagrije, oslobađajući konstantan spektar svjetlosti koji varira s temperaturom na predvidljiv način. Emisija je uglavnom fokusirana na duge-talasne, crvene i narandžaste dijelove vidljivog spektra na niskim temperaturama (oko 2000K–3000K), sa vrlo malo energije u plavim i ljubičastim područjima. Hladnije, bjelje svjetlo nastaje kako temperatura raste jer se vrh emisionog spektra pomiče prema kraćim talasnim dužinama, ispunjavajući plave i ljubičaste regije.
Temperatura radijatora crnog tijela čija percepcija boja najviše liči na temperaturu izvora svjetlosti poznata je kao CCT. Važno je da su CCT i spektar isti za sijalicu sa žarnom niti, koja je u suštini skoro{1}}savršeno crno tijelo. Ovo objašnjava zašto sijalice sa žarnom niti stvaraju gladak, kontinuirani spektar pri alow CCTod oko 2700K i CRI od 100. Moderna čvrsta-rasvjeta predstavlja problem jer ne koristi toplotno zračenje za proizvodnju svjetlosti, posebno fosfor-konvertovane bijele svjetlosne-diode koje emituju (pc-LED).
2. Fosfor izazov i struktura suvremene bijele LED diode
PC-LED je trenutno najpopularnija tehnologija općeg osvjetljenja. Plavi poluprovodnički čip (obično baziran na Indium Gallium Nitride, ili InGaN) prekriven žutim-emitujućim fosforom, najčešće cerijumom-dopiranim Itrijum-aluminijumskim granatom (YAG:Ce), osnovna je komponenta konvencionalne bijele LED diode. Fosfor se pobuđuje plavom svetlošću čipa i delimično transformiše ovu energiju u žutu svetlost. Bijela svjetlost se percipira kao rezultat široke žute emisije i preostale plave svjetlosti.
Odnos plave i žute svjetlosti određuje CCT ovog bijelog svjetla. Nizak CCT (topla bela) zahteva pojačanje žute/crvene emisije i značajno suzbijanje plavog svetla pumpe. Obično se to postiže: apsorbiranjem više plave svjetlosti nanošenjem većeg sloja fosfora, dodavanjem više fosfora koji emituju crvenu svjetlost (kao što su fosfori na bazi fluorida ili nitrida.
Ovo je prva značajna prepreka. Iako je emisija originalnog YAG:Ce fosfora široka, nedostaje joj u tamnocrvenom području spektra. Inženjeri moraju dodati crveni fosfor kako bi nadoknadili ovaj nedostatak crvene boje i smanjili CCT. Ipak, opseg emisije mnogih efektivnih crvenih fosfora je uzak. Ovo efektivno smanjuje CCT, ali to čini uvođenjem iznenadnog praska crvenog svjetla umjesto stabilne, ravnomjerne distribucije crvenih valnih dužina. Ovo rezultira diskontinuiranom i "grudastom" spektralnom raspodjelom snage (SPD).
3. CRI proračun: značaj glatkog spektra
Konačni arbitar ove spektralne glatkoće je CRI test. Međunarodna komisija za rasvjetu (CIE) je definisala metodu u CIE 13.3-1995. To podrazumijeva određivanje promjene izgleda osam standardnih testnih uzoraka pastelnih boja (R1-R8) pod osvjetljenjem izvora ispitivanja u poređenju sa referentnim izvorom istog CCT-a.
Besprijekoran crni radijator služi kao referenca za testni izvor ispod 5000K. Osnovna ideja je jednostavna, ali računanje je zamršeno: CRI se povećava, a pomaci boja smanjuju kada se SPD testnog izvora približi glatkoj, kontinuiranoj Plankovskoj krivulji crnog tijela.
SPD sa velikim prazninama proizvodi niska-CCT LED, koja zavisi od plave pumpe i kombinacije fosfora sa možda uskim emisijama, posebno u cijan (490-520 nm) i tamnocrvenim (650-680 nm) regijama. Ovaj "gappy" spektar rezultira značajnim i neuobičajenim promjenama boja kada se reflektira od boja CRI testa. na primjer:
Plavo i plavo{0}}zeleno će izgledati sivo i nezasićeno ako postoji nedostatak cijan.
Crveni objekti mogu izgledati prezasićeni i "nalik-neonu", s uskom, šiljastom crvenom emisijom koja nije u stanju vjerno prikazati male razlike u crvenim nijansama.
Specifični indeksi za zasićenu crvenu (R9) i druge nijanse su često prilično loši u takvim dizajnima, čak i ako je prosjek prvih osam indeksa (R a) dobar. Dakle, osnovni problem je u tome što je idealan, kontinuirani spektar potreban za visok CRI često primoran da se napusti zbog tehnološke potrebe da se proizvede toplo svjetlo (niski CCT).
4. Usko grlo u nauci o materijalima: potraga za idealnim crvenim fosforom
Stoga, inženjerska poteškoća postaje problem nauke o materijalima: potraga za crvenim fosforom sa širokim, kontinuiranim spektrom emisije i visokom efikasnošću. Uskopojasna emisija je nedostatak mnogih komercijalno uspješnih crvenih fosfora, posebno onih iz familija nitrida i oksinitrida, koji su cijenjeni zbog svoje visoke kvantne efikasnosti i stabilnosti.
Stvaranje širokopojasnog crvenog fosfora koji je ekonomičan,-trajan i efikasan još uvijek je veliki izazov. Fluoridni fosfori, kao što je K2SiF6:Mn4+, su efikasni i daju veoma usku crvenu liniju, međutim oni pogoršavaju problem spektralnog jaza. Dodatno, balansiranje nekoliko fosfora u jednom premazu može smanjiti ukupnu svjetlosnu efikasnost (lumena po vatu) i dodati komplikacije u pogledu ujednačenosti boje tokom vremena i temperature. Efikasnost i trošak se često žrtvuju u potrazi za avisok CRIna niskom CCT.
5. Ići dalje od konvencionalnih CRI i perspektive
Ključno je zapamtiti da postoje problemi sa samom CRI (R a) metrikom. Njegova nesposobnost da predvidi prikaz intenzivnih boja, nijansi kože i prirodnog lišća navela je neke da dovode u pitanje njegovo oslanjanje na samo osam pastelnih boja. Kao rezultat toga, razvijene su novije, temeljitije metrike, kao što je pristup TM-30-20, koji procjenjuje vjernost boja (R f) i raspon boja (R g) koristeći 99 uzoraka boja.
Ova novija mjerenja često čine očiglednijim nedostatke izvora niskog-CCT, visokog-CRI-a (kako je određeno R a). Izvor sa crvenim fosfornim šiljkom može imati visok R9 rezultat, ali nizak raspon boja ili rezultat izobličenja. Industrija se trenutno kreće prema rješenjima koja nude ne samo veliku vjernost, već i uravnoteženo i prirodno iskustvo boja zbog potražnje za visoko-kvalitetnom rasvjetom. Kako bi se pružio sveobuhvatniji i kontinuirani spektar koji je uporediv sa spektrom žarulja sa žarnom niti, čak i pri niskim CCT-ima, ovo zahtijeva sofisticirane fosforne sisteme koji imaju tri ili više pažljivo odabranih fosfora, ili čak inovativne tehnike poput ljubičaste{7}} LED diode s pumpom, koje stimuliraju simultano crvenu, zelenu i plavu.
U zaključku
Uočeni izazov postizanja visokog CRI-a pri niskom CCT-u je snažno tehnološko ograničenje koje potiče iz postojeće paradigme proizvodnje LED-a, a ne iz fizičkog ograničenja. Radijator crnog tijela, industrijski standard za nisko-CCT svjetlo, ima kontinuirani, glatki spektar koji je idealan za prikaz boja po prirodi. Međutim, da bi stvorio svoju bijelu svjetlost,moderne PC{0}}LED diodemoraju kombinovati različite emisione trake iz plavog čipa sa različitim fosforima. Bez upotrebe širokog, efikasnog i izdržljivog crvenog fosfora, proces pomeranja spektralne ravnoteže prema crvenom da bi se proizveo topli CCT često proizvodi diskontinuirani spektar. Prema zahtjevnom CRI testu ovisnom o spektru-, ova spektralna raspodjela snage ne prikazuje boje na adekvatan način. Ovaj dugogodišnji-tradeći kompromis-sve više se rješava kako se nauka o materijalima razvija i nova mjerenja nam pomažu da shvatimo kvalitet boja, otvarajući vrata izvorima svjetlosti koji su istovremeno spektakularno istiniti i toplo pozivajući.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobilni (+86)18673599565
Whatsapp :19113306783
Email:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
