Эта одна из первых статей, посвященная не информационным, а осветительным светодиодам. Разница между этими двумя категориями очевидна: на первые нужно смотреть, а вторыми - освещать. Отсюда вытекают и различные требования.
Цветовая температура
Чем горячее - тем холоднее. Чем холоднее - тем горячее. 3000К - теплый свет, 5000К - нейтральный, 8000К - холодный. Физики шутят.
Есть зубодробительная формула Планка (желающие без труда найдут ее в интернете), связывающая цвет АЧТ с его температурой. Эта формула настолько понравилась светотехникам, что теперь на каждой лампе указывается температура: 3000К, 4500К, 6500К, характеризующая белый цвет. Вот так выглядит кривая Планка в локусе. Дополнительно указаны три цвета: от лампы накаливания А - 2850К, равноэнергетический Е - 5250К, усредненный белый цвет D65 - 6500К.
Стандартные источники и оттенки белого света
Наиболее употребимы три стандартных источника белого света: A, D65 и E. Е является идеальным источником белого цвета, имеющим равномерный спектр во всем видимом диапазоне. Источник D65 соответствует излучению пасмурного неба в Западной Европе, а источник А - спектру электрической лампы накаливания.
Область белого света в локусе не определена. Условно такая область отмечена эллипсом. Так же как уход монохромного света с границы локуса приводит к разбавлению этого цвета белым, так же и уход белого света из точки Е приводит к его окрашиванию.
Дизайнеры различают следующие цветовые оттенки белого цвета: белый, снег, нектар, мятный крем, лазурный, алиса синий, призрачный, белый дым, морская ракушка, бежевый, старое платье, цветочный белый, слоновая кость, античный, белье, лаванда, туманная роза. Красиво. Но малоинформативно.
Качество белого света
R1 – увядшая роза, R2 – горчичный, R3 – салатовый, R4 – светло-зеленый, R5 – бирюзовый, R6 – небесно-голубой, R7 – фиолетовая астра, R8 – сиреневый. Нет, это не заготовки для поэмы. Это цвета для измерения Color Rendering Index (CRI) - индекса отображения цвета. Вот они:
Иногда, к этим 8 цветам добавляют 9-й красный цвет R9. При этом улучшается воспроизведение оттенков кожи человека (что почему-то считается верхом совершенства для белого цвета). Как считают СRI? Эти 8 цветов освещают вначале эталонным источником света, а затем тестируемым источником, после чего сравнивается цветовой сдвиг и производятся определенные расчеты и усреднения. Иногда используется 16 цветов, или даже 128, откуда понятно, что методика CRI не лишена недостатков, так как умножает сущности сверх необходимости.. Надо понимать, что определение CRI - это достаточно сложная процедура, требующая ресурсов и времени.
Упрощенный расчет качества белого цвета
Чтобы не использовать существующее обозначение CRI для качества белого света, будем использовать сокращение QWC (quality of white light - качество белого света) или просто Q. Расчет очень прост. Во-первых, в случае необходимости, нужно отнормировать спектр по максимальному значению: S(λi) = S(λi)' / Smax(λi). Во-вторых, нужно просуммировать спектр источника света S:
S=Ʃ S(λi), λi = 380...780 (или 300...800 , или 400...700 и т.д.)
В третьих, нужно отнормировать полученную сумму относительно стандартного источника:
Q = 100 * S / S(E), где S(E) = 81, S(D65) = 60,2, S(A) = 39,6
Тогда получим, например, качество света D65 относительно света E: Q(D65-E) = 100 * 60,2 / 81 = 74,3%. Как видно, для расчета нужны только спектр источника, который можно получить из справочных данных, или путем оцифровки кривой спектра (см. статью "Как оцифровать кривую?") и стандартный спектр. Полученный результат носит интегральный характер и не указывает, в какой части спектра наблюдаются провалы. Только картина спектра показывает, например, недостаточную силу красного света для D65 и нехватку синего - для света А. В этом случае мы никогда не получим Q(D65-E) = 100 для D65, как это почему-то возможно в CRI (CRI(D65) = 100). Однако, при более мягких требованиях к качеству белого света, можно оценивать качество относительно D65 вместо Е. Тогда, конечно, QWC будет равно CRI и равно 100.
Пример расчета качества для двух- и трехкомпонентных светодиодных источников
Для наихудшего двухкомпонентного белого цвета (см. статью "Максимальная эффективность белого света") с координатами белого света X=0.334, Y=0,325, качество белого света составит Q(2led-E) = 100 * 7,9 / 81 = 9,75%. Из спектра можно понять, что предметы с цветом около 500 нм и больше 630 нм при таком освещении будут выглядеть темно-серыми.
В случае трехкомпонентного белого света на светодиодах со стандартными длинами волн 470, 525, 625 нм получим следующее: Q(3led-E) = 100 *5,4 / 61 = 8,85%. И хотя этот белый цвет хорош для экрана (X=0,335, Y=0,339), но никуда не годится для освещения.
Пример расчета качества белых светодиодов
В качестве примера рассмотрим белые светодиоды XLAMP® XP-G LED фирмы Cree. На рисунке представлены спектры теплого (3000К), нейтрального (4500К) и холодного (6500К) света с усредненными цветовыми координатами.
Подсчет суммы спектра даст следующие значения:
S(30)=29, S(45)=30, S(65)=17,5 S(E)=81, S(D65)=60,2
Тогда:
Q(30-E)=35,8%, Q(45-E)=37,0%, Q(65-E)=21,6%
Q(30-D65)=48,3%, Q(45-D65)=50,0%, Q(65-D65)=29,2%
Для сравнения покажем CRI для этих трех источников:
CRI(30-D65)=85%, CRI(45-D65)=80%, CRI(65-D65)=70%
На практике CRI обычно подсчитывается с точностью до 5%. Видно, что QWC существенно меньше CRI. На практике предлагаемый коэффициент QWC более нагляден, легче рассчитывается и лучше отвечает задаче оценки качества белого цвета, чем CRI. Предлагаемая оценка QWC является более строгой по сравнению с индексом отображения цвета CRI. Насколько справедлив такой подход - пусть ответит читатель.
Наверное, любая женщина замечала, как меняется цвет примеренного в магазине платья, при выходе на улицу. Понятно, что основной задачей оценки качества белого цвета является то, чтобы объект, наблюдаемый при искусственном свете, сохранял свои цвета и оттенки при переходе к естественному свету, большей частью - к D65. Чем меньше будут такие изменения, тем лучше искусственный свет и тем выше его качество.
