رقص پیچیده: تشریح ارتباط بین شاخص رندر رنگ و دمای رنگ مرتبط
انتزاع
دو پارامتر مهم فتومتریک -دمای رنگ همبسته (CCT) و شاخص نمایش رنگ (R an یا CRI)-به طور فزاینده ای برای تأثیرگذاری بر انتخاب منابع نور مصنوعی استفاده می شوند. اگرچه آنها معمولاً به طور مستقل مورد بحث قرار می گیرند، یک پیوند پیچیده و اغلب مشاهده شده بین آنها وجود دارد: در CCT های پایین تر، دستیابی به CRI بالا بسیار دشوارتر است. مبانی فنی و فیزیکی این رابطه در این مقاله بررسی شده است. این توضیح میدهد که چگونه محدودیتهای فناوری LED، مبانی تشعشعات جسم سیاه، و الزامات خاص روش محاسبه CRI با هم ترکیب میشوند تا مانع مهندسی مهمی برای ایجاد نور گرم و وفاداری- بالا باشد.
نمای کلی
نوربه طور دقیق بر اساس کیفیت آن و نه فقط کمیت آن (لومن) در زمینه طراحی و فناوری روشنایی ارزیابی می شود. در خط مقدم این ارزیابی کیفی دو معیار قرار دارند: شاخص رندر رنگ (CRI) و دمای رنگ همبسته (CCT). به عنوان معیاری برای گرمی نوری یا خنکی نور، CCT بر حسب کلوین (K) بیان می شود، که در آن مقادیر پایین تر (مانند 2700K) "سفید گرم" و مقادیر بالاتر (مانند 5000K) "سفید سرد" به نظر می رسد. در مقابل، شاخص رندر رنگ (CRI) نشان میدهد که چگونه یک منبع نور میتواند رنگ واقعی یک شی را در مقایسه با منبع مرجع ایدهآل یا طبیعی به تصویر بکشد. وفاداری کامل رنگ با CRI 100 نشان داده می شود.
تولید منابع نور کم-CCT با بسیارCRI بالا(معمولا بالای 95) یک چالش رایج، هرچند غیرقابل حل، در تجارت روشنایی است. این مقاله با بررسی چگونگی برهمکنش چارچوب معیارهای ادراک رنگ، شیمی فسفر و فیزیک نور، علل این اتفاق را بررسی میکند.
1. فیزیک بنیادی: CCT و رادیاتور بدن سیاه
مدل نظری یک رادیاتور جسم سیاه به طور جدایی ناپذیری با ایده CCT گره خورده است. یک جسم سیاه هنگام گرم شدن می درخشد و طیف ثابتی از نور را آزاد می کند که با دما به روشی قابل پیش بینی تغییر می کند. تابش بیشتر در طول موج طولانی، بخشهای قرمز و نارنجی طیف مرئی در دماهای پایین (حدود 2000K-3000K)، با انرژی بسیار کمی در مناطق آبی و بنفش متمرکز است. با افزایش دما، نور سردتر و سفیدتری تولید میشود، زیرا اوج طیف انتشار به سمت طول موجهای کوتاهتر حرکت میکند و نواحی آبی و بنفش را پر میکند.
دمای رادیاتور جسم سیاه که درک رنگ آن بسیار شبیه به دمای منبع نور است به عنوان CCT شناخته می شود. نکته مهم این است که CCT و طیف برای یک لامپ رشته ای که اساساً یک جسم سیاه تقریباً-هستند یکسان است. این توضیح می دهد که چرا لامپ های رشته ای یک طیف صاف و پیوسته را در a ایجاد می کنندCCT پایینحدود 2700K و CRI 100. نورپردازی حالت جامد مدرن مشکلی ایجاد میکند زیرا از تابش حرارتی برای تولید نور استفاده نمیکند، بهویژه-نور سفید تبدیل شده{4}}دیودهای ساطع کننده فسفر (رایانه-LED).
2. چالش فسفر و ساختار یک LED سفید معاصر
PC-ال ای دی در حال حاضر محبوب ترین فناوری روشنایی عمومی است. یک تراشه نیمه هادی آبی (معمولاً مبتنی بر ایندیوم گالیوم نیترید یا InGaN) پوشیده شده با یک فسفر زرد-که اغلب گارنت آلومینیوم ایتریوم آغشته به سریم- (YAG:Ce) پوشیده شده است، جزء اصلی یک LED سفید معمولی است. فسفر توسط نور آبی تراشه برانگیخته می شود و تا حدی این انرژی را به نور زرد تبدیل می کند. نور سفید در نتیجه انتشار زرد گسترده و نور آبی باقیمانده درک می شود.
نسبت نور آبی به زرد، CCT این نور سفید را تعیین می کند. یک CCT کم (سفید گرم) نیاز به افزایش انتشار زرد/قرمز و سرکوب قابل توجه نور پمپ آبی دارد. معمولاً این کار با: جذب نور آبی بیشتر با اعمال یک لایه بزرگتر فسفر، افزودن فسفرهای بیشتری که نور قرمز ساطع می کنند (مانند فسفرهای مبتنی بر فلوراید یا نیترید) انجام می شود.
این اولین مانع مهم است. اگرچه انتشار فسفر اصلی YAG:Ce گسترده است، اما در ناحیه قرمز تیره طیف فاقد آن است. مهندسان باید یک فسفر قرمز اضافه کنند تا این کمبود قرمز را جبران کنند و CCT را کاهش دهند. با این وجود، نوار انتشار بسیاری از فسفرهای قرمز موثر باریک است. این به طور موثر CCT را کاهش می دهد، اما این کار را با ایجاد یک انفجار ناگهانی نور قرمز به جای توزیع ثابت و یکنواخت طول موج های قرمز انجام می دهد. این منجر به توزیع توان طیفی ناپیوسته و "توده ای" (SPD) می شود.
3. محاسبه CRI: اهمیت یک طیف صاف
داور نهایی این صافی طیفی، آزمون CRI است. کمیسیون بین المللی روشنایی (CIE) این روش را در CIE 13.3-1995 تعریف کرد. این مستلزم تعیین تغییر در ظاهر هشت نمونه تست استاندارد رنگ پاستلی (R1-R8) تحت نور منبع آزمایش در مقایسه با منبع مرجع از همان CCT است.
یک رادیاتور بدنه سیاه بی عیب و نقص به عنوان مرجع برای یک منبع آزمایشی زیر 5000K عمل می کند. ایده اصلی ساده است، اما محاسبه پیچیده است: زمانی که SPD منبع آزمایش به منحنی پلانکی هموار و پیوسته جسم سیاه نزدیک می شود، CRI افزایش می یابد و تغییر رنگ کاهش می یابد.
یک SPD با شکافهای بزرگ توسط یک LED کم-CCT تولید میشود که به یک پمپ آبی و ترکیبی از فسفرها با انتشار احتمالاً باریک، به ویژه در نواحی فیروزهای (490-520 نانومتر) و قرمز تیره (650-680 نانومتر) بستگی دارد. این طیف "شکاف" منجر به تغییرات رنگی قابل توجه و غیرعادی در هنگام بازتاب رنگ های تست CRI می شود. به عنوان مثال:
آبیها و آبیها-سبز در صورت کمبود فیروزهای، بیرحم و غیراشباع به نظر میرسند.
اشیاء قرمز ممکن است بیش از حد اشباع شده و "نئون{0}"مشابه، با تابش قرمز باریک و سیخدار به نظر برسند که نمیتواند تفاوتهای کوچک در رنگهای قرمز را درست به تصویر بکشد.
شاخص های خاص قرمز اشباع شده (R9) و سایر رنگ ها اغلب در چنین طرح هایی بسیار ضعیف هستند، حتی اگر میانگین هشت شاخص اول (Ra) خوب باشد. بنابراین، مشکل اساسی این است که طیف ایدهآل و پیوسته مورد نیاز برای CRI بالا به دلیل نیاز تکنولوژیکی برای تولید نور گرم (CCT کم) اغلب مجبور به رها شدن میشود.
4. تنگنا در علم مواد: جستجوی فسفر قرمز ایده آل
بنابراین، دشواری مهندسی به یک مشکل علم مواد تبدیل میشود: جستجو برای یک فسفر قرمز با طیف انتشار گسترده و پیوسته و بازده بالا. انتشار باند باریک یکی از اشکالات بسیاری از فسفرهای قرمز موفق تجاری است، به ویژه آنهایی که از خانواده نیتریدها و اکسی نیتریدها هستند، که به دلیل کارایی و پایداری کوانتومی بالا ارزش دارند.
ایجاد یک فسفر قرمز پهن باند که مقرون به صرفه،-بادوام و کارآمد باشد همچنان یک چالش بزرگ است. فسفرهای فلوراید، مانند K2SiF6:Mn4+، موثر هستند و خط قرمز بسیار باریکی را ارائه میکنند، با این حال مشکل شکاف طیفی را بدتر میکنند. علاوه بر این، متعادل کردن چندین فسفر در یک پوشش ممکن است کارایی کلی نور را کاهش دهد (لومن بر وات) و عوارضی را در رابطه با یکنواختی رنگ در طول زمان و دما ایجاد کند. کارایی و هزینه اغلب در تلاش برای a قربانی می شوندCRI بالادر CCT پایین
5. فراتر از CRI معمولی و چشم انداز
بسیار مهم است که به یاد داشته باشید که در خود معیار CRI (R a) مشکلاتی وجود دارد. ناتوانی آن در پیشبینی نمایش رنگهای تند، رنگ پوست و شاخ و برگ طبیعی باعث شده است که برخی اتکای آن به تنها هشت رنگ پاستلی را زیر سوال ببرند. در نتیجه معیارهای جدیدتر و دقیق تری ایجاد شده است، مانند رویکرد TM-30-20، که وفاداری رنگ (R f) و طیف رنگ (R g) را با استفاده از 99 نمونه رنگ ارزیابی می کند.
این اندازهگیریهای اخیر اغلب نقصهای منابع-CCT،{{1}بالا-CRI (همانطور که توسط R a تعیین میشود) آشکارتر میشوند. منبعی با سنبله فسفر قرمز ممکن است امتیاز R9 بالایی داشته باشد اما طیف رنگی یا امتیاز اعوجاج پایینی داشته باشد. صنعت در حال حاضر به سمت راهحلهایی حرکت میکند که به دلیل تقاضا برای نورپردازی با کیفیت بالا، نه تنها وفاداری عالی، بلکه تجربه رنگی متعادل و طبیعی را نیز ارائه میدهند. برای ارائه طیف جامعتر و پیوستهتر که قابل مقایسه با لامپهای رشتهای است، حتی در CCTهای پایین، این امر نیازمند سیستمهای فسفر پیچیدهای است که سه فسفر یا حتی تکنیکهای نوآورانهای مانند الایدیهای بنفش-پمپ دارند که نورهای قرمز، سبز و آبی را تحریک میکنند.
در نتیجه
چالش درک شده دستیابی به CRI بالا در CCT پایین یک محدودیت تکنولوژیکی قوی است که از الگوی موجود تولید LED به جای محدودیت فیزیکی ناشی می شود. رادیاتور بدنه سیاه، استاندارد صنعتی برای نور کم-CCT، دارای یک طیف پیوسته و صاف است که برای ارائه رنگ توسط طبیعت ایده آل است. با این حال، برای ایجاد نور سفید آن،رایانههای{0}}LED مدرنباید نوارهای انتشار متمایز از یک تراشه آبی را با فسفرهای مختلف ترکیب کند. بدون استفاده از یک فسفر قرمز گسترده، موثر و بادوام، فرآیند حرکت تعادل طیفی به سمت قرمز به منظور تولید یک CCT گرم اغلب یک طیف ناپیوسته تولید میکند. با توجه به آزمایش دقیق CRI وابسته به طیف{2}}، این توزیع توان طیفی به اندازه کافی رنگ ها را نشان نمی دهد. با توسعه علم مواد و اندازهگیریهای جدید به ما کمک میکند تا کیفیت رنگ را درک کنیم و دری را به روی منابع نوری که بهطور فوقالعاده واقعی و به گرمی دعوتکننده هستند، به این-معامله طولانی- پرداخته میشود.
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
تلفن: +86 0755 27186329
تلفن همراه (+86)18673599565
واتساپ:19113306783
ایمیل:bwzm15@benweilighting.com
اسکایپ:benweilight88
