Kompleksne tants: värviedastusindeksi ja korrelatsiooniga värvitemperatuuri vahelise seose lahkamine
Abstraktsioon
Kunstlike valgusallikate valiku mõjutamiseks kasutatakse üha enam kahte olulist fotomeetrilist parameetrit -korrelatsiooniga värvitemperatuur (CCT) ja värviedastusindeks (R an või CRI){1}}. Kuigi neid arutatakse tavaliselt iseseisvalt, on nende vahel keeruline ja sageli täheldatud seos: madalamate CCT-de korral on kõrget CRI-d palju raskem saavutada. Selles essees vaadeldakse selle suhte tehnoloogilisi ja füüsilisi aluseid. See kirjeldab, kuidas luminofoor-muundatud LED-tehnoloogia piirangud, musta keha kiirguse põhialused ja CRI arvutusmetoodika konkreetsed nõuded ühinevad, moodustades olulise tehnilise takistuse sooja ja suure täpsusega valguse loomisel.
Ülevaade
Valgusvalgustusdisaini ja -tehnoloogia valdkonnas hinnatakse rangelt selle kvaliteedi, mitte ainult kvantiteedi (luumenite) alusel. Selle kvalitatiivse hindamise esirinnas on kaks mõõdikut: värviedastusindeks (CRI) ja korreleeritud värvitemperatuur (CCT). Valguse optilise soojuse või jaheduse mõõtmiseks väljendatakse CCT-d kelvinites (K), kus madalamad väärtused (nagu 2700 K) näivad olevat "sooja valged" ja kõrgemad väärtused (näiteks 5000 K) on "jahedad valged". Seevastu värviedastusindeks (CRI) kvantifitseerib, kui hästi suudab valgusallikas kujutada objekti tegelikku värvi võrreldes ideaalse või loomuliku võrdlusallikaga. Täiuslikku värvitäpsust tähistab CRI 100.
Madala{0}}CCT valgusallikate tootmine vägakõrge CRI(tavaliselt üle 95) on valgustusäris tavaline, kuigi mitte ületamatu väljakutse. See artikkel uurib selle nähtuse põhjuseid, vaadeldes, kuidas meie värvitaju mõõdikute raamistik, fosforite keemia ja valguse füüsika omavahel suhtlevad.
1. Põhifüüsika: CCT ja musta keha radiaator
Musta keha radiaatori teoreetiline mudel on lahutamatult seotud CCT ideega. Must keha helendab kuumutamisel, vabastades konstantse valgusspektri, mis varieerub sõltuvalt temperatuurist ennustataval viisil. Emissioon keskendub enamasti madalatel temperatuuridel (umbes 2000–3000 K) nähtava spektri pika-lainepikkuse punasele ja oranžile osale, sinises ja violetses piirkonnas on energiat väga vähe. Temperatuuri tõustes tekib jahedam valgem valgus, kuna emissioonispektri tipp liigub lühemate lainepikkuste suunas, täites sinise ja violetse piirkonna.
Musta keha radiaatori temperatuuri, mille värvitaju on kõige rohkem valgusallika oma, nimetatakse CCT-ks. Oluline on see, et CCT ja spekter on samad hõõglambi puhul, mis on sisuliselt peaaegu -täiuslik must keha. See selgitab, miks hõõglambid genereerivad sujuva, pideva spektri a juuresmadal CCTumbes 2700K ja CRI 100. Kaasaegne tahkis{2}}valgustus kujutab endast probleemi, kuna see ei kasuta valguse tootmiseks soojuskiirgust, eriti fosfori-muundatud valget valgust-kiirgavaid dioode (pc-LED-id).
2. Fosfori väljakutse ja kaasaegse valge LED-i struktuur
PC{0}}LED on praegu kõige populaarsem üldvalgustustehnoloogia. Sinine pooljuhtkiip (tavaliselt indiumgalliumnitriidi või InGaN baasil), mis on kaetud kollase -kiirgava fosforiga, kõige sagedamini tseerium-legeeritud ütriumalumiiniumgranaadiga (YAG:Ce), on tavalise valge LED-i põhikomponent. Kiibi sinine valgus ergastab fosforit ja muudab selle energia osaliselt kollaseks valguseks. Valget valgust tajutakse laia kollase kiirguse ja sinise jääkvalguse tulemusena.
Sinise ja kollase valguse suhe määrab selle valge valguse CCT. Madal CCT (soe valge) nõuab kollase/punase emissiooni suurendamist ja pumba sinise valguse märkimisväärset summutamist. Tavaliselt tehakse seda järgmiselt: neelatakse rohkem sinist valgust, rakendades suuremat luminofoorkihti, lisades rohkem luminofoore, mis kiirgavad punast valgust (nt fluoriidil või nitriidil põhinevad luminofoorid).
See on esimene märkimisväärne takistus. Kuigi algse YAG:Ce fosfori emissioon on lai, puudub see spektri sügavpunases piirkonnas. Insenerid peavad selle punase puuduse korvamiseks ja CCT vähendamiseks lisama punast fosforit. Sellegipoolest on paljude efektiivsete punaste fosfori emissiooniriba kitsas. See vähendab tõhusalt CCT-d, kuid teeb seda punaste lainepikkuste ühtlase ja ühtlase jaotuse asemel äkilise punase valguse puhangu sisseviimisega. Selle tulemuseks on katkendlik ja "tükiline" spektraalne võimsusjaotus (SPD).
3. CRI arvutus: sujuva spektri olulisus
Selle spektraalse sujuvuse lõplik otsustaja on CRI test. Rahvusvaheline valgustuskomisjon (CIE) määratles meetodi CIE 13.3-1995. See hõlmab kaheksa standardse pastellvärvi katseproovi (R1-R8) välimuse muutuse määramist katseallika valgustuses võrreldes sama CCT võrdlusallikaga.
Veatu musta korpusega radiaator on võrdlusaluseks alla 5000K katseallika jaoks. Põhiidee on lihtne, kuid arvutus on keerukas: CRI suureneb ja värvinihked vähenevad, kui testallika SPD läheneb musta keha sujuvale, pidevale Plancki kõverale.
Suurte vahedega SPD-d toodab madal-CCT LED, mis sõltub sinisest pumbast ja võib-olla kitsa emissiooniga fosfori kombinatsioonist, eriti tsüaani (490–520 nm) ja sügavpunase (650–680 nm) piirkondades. See "lünklik" spekter põhjustab märkimisväärseid ja ebatavalisi värvimuutusi, kui see peegeldab CRI testi värve. Näiteks:
Sinised ja sinised{0}}rohelised tunduvad tsüaanipuuduse korral igavad ja küllastumata.
Punased objektid võivad tunduda üleküllastunud ja "neoon{0}}sarnased" kitsa, terava punase kiirgusega, mis ei suuda tõetruult kujutada punaste toonide väikseid erinevusi.
Küllastunud punase (R9) ja muude toonide spetsiifilised indeksid on selliste kujunduste puhul sageli üsna kehvad, isegi kui esimese kaheksa indeksi (Ra) keskmine on hea. Seega on põhiprobleemiks see, et kõrge CRI jaoks vajalik ideaalne pidev spekter on sageli sunnitud loobuma tehnoloogilisest vajadusest toota sooja valgust (madal CCT).
4. Materjaliteaduse kitsaskoht: ideaalse punase fosfori otsing
Seetõttu muutub tehniline raskus materjaliteaduse probleemiks: laia, pideva emissioonispektri ja kõrge efektiivsusega punase fosfori otsimine. Kitsaribaline emissioon on paljude kaubanduslikult edukate punaste luminofooride puuduseks, eriti nitriid- ja oksünitriidide perekondadest, mida hinnatakse nende kõrge kvantitõhususe ja stabiilsuse tõttu.
Ökonoomse, kauakestva-ja tõhusa lairiba punase fosfori loomine on endiselt suur väljakutse. Fluoriidluminofoorid, nagu K2SiF6:Mn4+, on tõhusad ja tagavad väga kitsa punase joone, kuid need muudavad spektraallõhe probleemi hullemaks. Lisaks võib mitme fosfori tasakaalustamine ühes kattekihis vähendada üldist valgusefektiivsust (luumenit vati kohta) ja tekitada komplikatsioone seoses värvi ühtlusega aja ja temperatuuriga. Tõhusust ja kulusid ohverdatakse sageli akõrge CRImadala CCT-ga.
5. Tavapärasest CRI-st ja väljavaadetest kaugemale jõudmine
Oluline on meeles pidada, et CRI (Ra) mõõdiku endaga on probleeme. Selle võimetus ennustada intensiivsete värvide, nahatoonide ja loodusliku lehestiku kujutamist on pannud mõned kahtlema selle sõltuvuses vaid kaheksast pastellvärvist. Selle tulemusena on välja töötatud uuemad põhjalikumad mõõdikud, näiteks TM-30-20 lähenemine, mis hindab värvide täpsust (R f) ja värvigamma (R g) 99 värvinäidise abil.
Need uuemad mõõtmised muudavad madala -CCT ja kõrge-CRI (määratud Ra a) allikate vead sageli ilmsemaks. Punase fosfori tipuga allikal võib olla kõrge R9 skoor, kuid madal värvigamma või moonutuste skoor. Tööstus liigub praegu lahenduste poole, mis ei paku mitte ainult suurepärast täpsust, vaid ka tasakaalustatud ja loomulikku värvikogemust, kuna on vaja kvaliteetset-valgustit. Laiaulatuslikuma ja pidevama spektri pakkumiseks, mis on võrreldav hõõglampide omaga isegi madalate CCT-de korral, on vaja keerukaid fosforisüsteeme, millel on kolm või enam hoolikalt valitud fosforit, või isegi uuenduslikke tehnikaid, nagu violetsed-pumba LED-id, mis stimuleerivad samaaegselt punast, rohelist ja sinist fosforit.
Kokkuvõtteks
Tajutav väljakutse saavutada kõrge CRI madala CCT-ga on tugev tehnoloogiline piirang, mis tuleneb pigem LED-de tootmise paradigmast kui füüsilisest piirangust. Mustkeharadiaatoril, mis on tööstusstandard madala-CCT valguse jaoks, on pidev ja sujuv spekter, mis on oma olemuselt ideaalne värviedastuseks. Selle valge valguse loomisekskaasaegsed arvuti{0}}LED-idpeavad ühendama sinise kiibi erinevad emissiooniribad erinevate fosforitega. Ilma laia, tõhusa ja vastupidava punase fosfori kasutamiseta tekitab spektraalse tasakaalu nihutamine sooja CCT saamiseks sageli katkendliku spektri. Täpse, spektrist-sõltuva CRI testi kohaselt ei kajasta see spektraalne võimsusjaotus värve piisavalt. Seda pikaajalist-vahetamist-on üha enam käsitletud materjaliteaduse arenedes ja uued mõõtmised aitavad meil mõista värvikvaliteeti, avades ukse valgusallikatele, mis on nii suurejooneliselt tõesed kui ka soojalt kutsuvad.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobiil (+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
Meil:bwzm15@benweilighting.com
Skype:benweilight88
Veeb:www.benweilight.com
