В который раз приходится возвращаться к белому свету. Есть белый свет для наблюдения, так называемый дисплейный белый свет. Этот активный (производимый светоизлучающими или светопропускаемыми элементами) свет мы видим на экране дисплея, телевизора, светодиодного экрана, телефона и так далее. И есть белый свет для освещения. Это естественный белый свет, белый (и не очень белый) свет от разнообразных источников освещения. Такой свет мы наблюдаем в отраженном виде, в основном от освещаемых этим светом предметов.
И тот, и другой белый свет имеют свой спектр, но эти спектры кардинально отличаются друг от друга.
Дисплейный белый свет
Здесь все просто. Достаточно иметь синий, зеленый и красный светоизлучающий элемент, чтобы подбором энергетических коэффициентов попасть в требуемый белый свет, например, в белый свет Е (X=0,333, Y=0,333) или D65 (X=0,313, Y=0,329) [1]. Например, для светодиодов 470, 525, 625 нм, с результирующим белым цветом D65, баланс белого света будет выглядеть следующим образом: W=0,099B+0,592G+0,309R. Световые спектры Fv показаны на рисунке.
Более того, дисплейный белый свет можно получить, используя всего два светодиода с длинами волн 450 и 570 нм, как это описано в [2].
Положительным свойством светодиодов является их узкая полоса спектра. Это позволяет получать на экранах спектрально чистые цвета (чем уже спектр, тем ближе координаты цвета к границе локуса). И наоборот, чем шире спектр, тем дальше цвет находится от границы локуса, и тем больше цвет разбавляется белым.
Белый цвет для освещения
Существуют источники белого света с непрерывным спектром. Это идеальный белый свет Е, белый свет А (электрическая лампа накаливания), белый свет D65 (среднее дневное освещение в Западной Европе). Спектры таких источников показаны ниже.
В последнее время наибольшее распространение получил белый цвет D65. Это понятно, так как требования к такому цвету мягче, чем, например, к белому цвету Е. D65 примерно соответствует среднему дневному освещению в Западной Европе / Северной Европе (включает как прямой солнечный свет, так и свет, рассеянный ясным небом). CIE позиционирует D65 в качестве стандартного источника дневного света. Это дискриминация! Как быть странам южнее двадцатой широты, например светотехникам Бхарат?
Но вернемся к светодиодам. Вскоре после появления синих светодиодов, светотехники принялись создавать источники света на базе синего, зеленого и красного светодиодов. И потерпели фиаско. Дело в том, что результирующий спектр трех таких светодиодов, несмотря на то, что они излучают белый свет D65, имеет провалы и белый свет становится уже не таким белым.
Рассмотрим пример.Возьмем желтый прямоугольник со спектром отражения с пиковой длиной волны 575 нм и шириной спектра 15 нм (на рисунках этот спектр показан штрих-пунктирной линией). При освещении белым цветом D65 он будет выглядеть желтым (левый рисунок). Если же освещать этот прямоугольник трехкомпонентным белым светом (470, 525, 625 нм) с результирующим белым светом D65 (X=0,313, Y=0,329) то, в лучшем случае увидим грязно-желтый прямоугольник (правый рисунок). Хотя, если смотреть этот свет на экране, мы увидим чистый белый цвет (дисплейный белый свет).
Дополнительных пояснений к этим рисункам не требуется. Просто во втором случае прямоугольнику нечего отражать.
К счастью, светотехники не остановились на этом RGB источнике и изобрели светодиод с люминофором (синий диод с желтым люминофором) и получили достаточно приличный белый цвет. Подробнее об этом можно почитать в статье [3]. Широкая полоса спектра люминофора в данном случае является достоинством, позволяя расширить спектр (в отличие от дисплейного белого света, где требуются источники света с узкой диаграммой направленности для обеспечения чистых спектральных цветов). Варианты спектра белого светодиода показаны на рисунке.
Сегодня такой вариант использования синих светодиодов с люминофором в качестве источника белого света для освещения занимает свыше 90% рынка освещения. К сожалению, такой вариант имеет недостатки, описанные в [4].
Сравнительно недавно сделан шаг вперед - появились светодиоды SunLike под названием Remez RZ-102-A60, выполненные на базе ультрафиолетовых светодиодных чипов и трех фотолюминофоров (синего, зеленого и красного). Благодаря таким чипам удалось улучшить спектр, существенно уменьшив синий пик, как это показано на рисунке.
Уже неплохо, но еще не предел.
Не путайте два белых света!
1. Новый калькулятор светодиодов
2. Максимальная эффективность белого света
3. Почему белый светодиод ярче синего?
4. Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и подростков
