Sarežģītā deja: saiknes sadalīšana starp krāsu atveides indeksu un korelēto krāsu temperatūru
Abstrakcija
Divi svarīgi fotometriskie parametri -korelētā krāsu temperatūra (CCT) un krāsu renderēšanas indekss (R an vai CRI){1}}tiek arvien biežāk izmantoti, lai ietekmētu mākslīgo gaismas avotu izvēli. Lai gan tos parasti apspriež neatkarīgi, starp tām pastāv sarežģīta un bieži novērota saikne: ar zemāku CCT ir daudz grūtāk sasniegt augstu CRI. Šajā esejā ir apskatīti šo attiecību tehnoloģiskie un fiziskie pamati. Tajā ir aprakstīts, kā fosfora-pārveidotās LED tehnoloģijas ierobežojumi, melnā ķermeņa starojuma pamati un īpašās CRI aprēķinu metodoloģijas prasības tiek apvienotas, veidojot nozīmīgu inženiertehnisko šķērsli siltas, augstas precizitātes gaismas radīšanai.
Pārskats
Gaismaapgaismojuma dizaina un tehnoloģiju jomā tiek stingri novērtēts, pamatojoties uz tā kvalitāti, nevis tikai kvantitāti (lūmeniem). Šī kvalitatīvā novērtējuma priekšgalā ir divi rādītāji: krāsu renderēšanas indekss (CRI) un korelētā krāsu temperatūra (CCT). Kā gaismas optiskā siltuma vai vēsuma mērauklu CCT izsaka Kelvinos (K), kur zemākas vērtības (piemēram, 2700K) šķiet “silts baltas” un augstākas vērtības (piemēram, 5000K) ir “vēsas baltas”. Turpretim krāsu renderēšanas indekss (CRI) nosaka, cik labi gaismas avots var attēlot objekta faktisko krāsu salīdzinājumā ar ideālu vai dabisku atsauces avotu. Ideālu krāsu precizitāti raksturo CRI 100.
Zema{0}}CCT gaismas avotu ražošana ar ļotiaugsts CRI(parasti virs 95) ir izplatīts, lai gan ne nepārvarams izaicinājums apgaismojuma biznesā. Šajā rakstā tiek pētīti šīs parādības cēloņi, aplūkojot mūsu krāsu uztveres metrikas, fosfora ķīmijas un gaismas fizikas mijiedarbību.
1. Fundamentālā fizika: CCT un melnā ķermeņa radiators
Melnā korpusa radiatora teorētiskais modelis ir nesaraujami saistīts ar CCT ideju. Melns ķermenis mirdz, kad tas tiek uzkarsēts, izdalot pastāvīgu gaismas spektru, kas paredzamā veidā mainās atkarībā no temperatūras. Emisija galvenokārt koncentrējas garajā -viļņa garumā, redzamā spektra sarkanajā un oranžajā daļā zemā temperatūrā (apmēram 2000–3000 K), bet zilajā un violetajā apgabalā ir ļoti maz enerģijas. Temperatūrai paaugstinoties, rodas vēsāka, baltāka gaisma, jo emisijas spektra maksimums virzās uz īsākiem viļņu garumiem, aizpildot zilo un violeto apgabalu.
Melnā korpusa radiatora temperatūra, kura krāsu uztvere visvairāk atgādina gaismas avota temperatūru, ir pazīstama kā CCT. Svarīgi ir tas, ka CCT un spektrs ir vienādi kvēlspuldzei, kas būtībā ir gandrīz{1}}ideāls melns korpuss. Tas izskaidro, kāpēc kvēlspuldzes rada vienmērīgu, nepārtrauktu spektru pie azems CCTaptuveni 2700K un CRI 100. Mūsdienu cietvielu{2}}apgaismojums rada problēmu, jo tas neizmanto termisko starojumu, lai radītu gaismu, jo īpaši fosfora-pārveidotās baltās gaismas-izstarojošās diodes (pc{5}}LED).
2. Fosfora izaicinājums un mūsdienu baltās gaismas diodes struktūra
PC{0}}LED pašlaik ir vispopulārākā vispārējā apgaismojuma tehnoloģija. Zila pusvadītāju mikroshēma (parasti uz indija gallija nitrīda jeb InGaN bāzes), kas pārklāta ar dzeltenu -izstarojošu fosforu, visbiežāk ar cēriju-leģētu itrija alumīnija granātu (YAG:Ce), ir parastās baltas gaismas diodes pamata sastāvdaļa. Fosforu ierosina mikroshēmas zilā gaisma un daļēji pārveido šo enerģiju dzeltenā gaismā. Baltā gaisma tiek uztverta plašās dzeltenās emisijas un atlikušās zilās gaismas rezultātā.
Zilās un dzeltenās gaismas attiecība nosaka šīs baltās gaismas CCT. Zemam CCT (silti baltajam) ir jāpastiprina dzeltenā/sarkanā emisija un ievērojami jānospiež zilā sūkņa indikators. Parasti to dara: absorbējot vairāk zilās gaismas, uzklājot lielāku fosfora slāni, pievienojot vairāk fosfora, kas izstaro sarkano gaismu (piemēram, fosforu uz fluora vai nitrīda bāzes.
Šis ir pirmais nozīmīgais šķērslis. Lai gan sākotnējā YAG:Ce fosfora emisija ir plaša, tās trūkst spektra dziļi sarkanajā apgabalā. Inženieriem ir jāpievieno sarkanais fosfors, lai kompensētu šo sarkano deficītu un samazinātu CCT. Tomēr daudzu efektīvo sarkano fosforu emisijas diapazons ir šaurs. Tas efektīvi samazina CCT, taču tas tiek darīts, ieviešot pēkšņu sarkanās gaismas uzliesmojumu, nevis vienmērīgu, vienmērīgu sarkano viļņu garumu sadalījumu. Tā rezultātā rodas nepārtraukts un "vienreizējs" spektrālās jaudas sadalījums (SPD).
3. CRI aprēķins: gluda spektra nozīme
Pēdējais šī spektrālā gluduma šķīrējtiesnesis ir CRI tests. Starptautiskā apgaismojuma komisija (CIE) definēja metodi CIE 13.3-1995. Tas ietver astoņu standarta pasteļkrāsu testa paraugu (R1-R8) izskata izmaiņu noteikšanu testa avota apgaismojumā, salīdzinot ar tā paša CCT atsauces avotu.
Nevainojams melnā korpusa radiators kalpo par atsauci testa avotam, kas ir zemāks par 5000 K. Pamatideja ir vienkārša, taču aprēķins ir sarežģīts: CRI palielinās un krāsu nobīdes samazinās, kad testa avota SPD tuvojas melnā ķermeņa gludajai, nepārtrauktajai Planka līknei.
SPD ar lielām atstarpēm rada zema-CCT gaismas diode, kas ir atkarīga no zila sūkņa un fosfora kombinācijas ar, iespējams, šauru emisiju, īpaši ciāna (490–520 nm) un tumši sarkanā (650–680 nm) reģionos. Šis "neskaidrais" spektrs rada ievērojamas un neparastas krāsu izmaiņas, kad tas atspoguļo CRI testa krāsas. Piemēram:
Zilie un zilie{0}}zaļie būs vienmuļi un piesātināti, ja trūkst ciānas.
Sarkanie objekti var izskatīties pārsātināti un "neona{0}}līdzīgi" ar šauru, spilgtām sarkanām krāsām, kas nespēj precīzi attēlot nelielas sarkano nokrāsu atšķirības.
Piesātinātās sarkanās krāsas (R9) un citu nokrāsu īpašie rādītāji šādos dizainparaugos bieži ir diezgan slikti, pat ja pirmo astoņu indeksu (Ra) vidējais rādītājs ir labs. Tādējādi pamatproblēma ir tāda, ka ideāls, nepārtraukts spektrs, kas nepieciešams augstam CRI, bieži ir spiests atteikties, jo tehnoloģiskā nepieciešamība ražot siltu gaismu (zems CCT).
4. Materiālzinātnes sašaurinājums: ideālā sarkanā fosfora meklēšana
Tāpēc inženiertehniskās grūtības kļūst par materiālu zinātnes problēmu: sarkanā fosfora meklēšana ar plašu, nepārtrauktu emisijas spektru un augstu efektivitāti. Šaurās joslas -emisija ir daudzu komerciāli veiksmīgu sarkano fosforu trūkums, jo īpaši tiem no nitrīdu un oksinitrīdu saimes, kas tiek novērtēti to augstās kvantu efektivitātes un stabilitātes dēļ.
Joprojām liels izaicinājums ir izveidot platjoslas sarkano luminoforu, kas ir ekonomisks,-noturīgs un efektīvs. Fluora luminofori, piemēram, K2SiF6:Mn4+, ir efektīvi un nodrošina ļoti šauru sarkano līniju, tomēr tie pasliktina spektrālās atstarpes problēmu. Turklāt vairāku fosforu balansēšana vienā pārklājumā var samazināt kopējo gaismas efektivitāti (lūmenus uz vatu) un radīt sarežģījumus attiecībā uz krāsas vienmērīgumu laika un temperatūras gaitā. Efektivitāte un izmaksas bieži tiek upurētas, meklējot aaugsts CRIar zemu CCT.
5. Iet tālāk par ierasto CRI un perspektīvām
Ir svarīgi atcerēties, ka ir problēmas ar pašu CRI (R a) metriku. Tā nespēja prognozēt intensīvu krāsu, ādas toņu un dabisko lapotņu attēlojumu ir likusi dažiem apšaubīt tā paļaušanos tikai uz astoņām pasteļkrāsām. Rezultātā ir izstrādāti jaunāki, rūpīgāki rādītāji, piemēram, TM-30-20 pieeja, kas novērtē krāsu precizitāti (R f) un krāsu gammu (R g), izmantojot 99 krāsu paraugus.
Šie jaunākie mērījumi bieži padara acīmredzamākus zema-CCT un augsta-CRI (kā noteikts pēc Ra) avotu nepilnības. Avotam ar sarkano fosfora smaili var būt augsts R9 rādītājs, bet zems krāsu gammas vai kropļojumu rādītājs. Nozare pašlaik virzās uz risinājumiem, kas piedāvā ne tikai izcilu precizitāti, bet arī līdzsvarotu un dabisku krāsu pieredzi, jo ir pieprasījums pēc augstas-kvalitatīvas apgaismojuma. Lai nodrošinātu visaptverošāku un nepārtrauktāku spektru, kas ir salīdzināms ar kvēlspuldžu spektru pat ar zemu CCT, ir nepieciešamas sarežģītas fosfora sistēmas, kurās ir trīs vai vairāk rūpīgi izvēlēti fosfori, vai pat inovatīvi paņēmieni, piemēram, violetas -sūkņa gaismas diodes, kas vienlaikus stimulē sarkano, zaļo un zilo fosforu.
Nobeigumā
Izaicinājums sasniegt augstu CRI ar zemu CCT ir spēcīgs tehnoloģisks ierobežojums, kas izriet no esošās LED ražošanas paradigmas, nevis fiziski ierobežojumi. Melnā korpusa radiatoram, kas ir nozares standarts zemai-CCT gaismai, ir nepārtraukts, vienmērīgs spektrs, kas ir ideāli piemērots krāsu atveidošanai. Tomēr, lai radītu savu balto gaismu,modernas PC{0}}LEDjāapvieno atšķirīgas emisijas joslas no zilās mikroshēmas ar dažādiem fosforiem. Neizmantojot plašu, efektīvu un izturīgu sarkano fosforu, process, kurā spektrālais līdzsvars tiek virzīts uz sarkano pusi, lai radītu siltu CCT, bieži rada pārtrauktu spektru. Saskaņā ar precīzo, no spektra-atkarīgo CRI testu šis spektrālās jaudas sadalījums nepietiekami atspoguļo krāsas. Šis ilgstošais kompromiss-tiek risināts arvien vairāk, jo materiālzinātne attīstās un jauni mērījumi palīdz mums izprast krāsu kvalitāti, paverot durvis uz gaismas avotiem, kas ir gan iespaidīgi patiesi, gan sirsnīgi aicinoši.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co, Ltd
Tālrunis: +86 0755 27186329
Mobilais (+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
E-pasts:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Tīmeklis:www.benweilight.com
