Введение

Светодиодная технология была впервые обнаружена в начале 20-го века и изначально использовалась в качестве индикаторных ламп в электронных продуктах. В конце 20-го века ученые использовали красные, зеленые и синие светодиоды для получения белого света, который постепенно стал применяться в светотехнической промышленности. По сравнению с традиционными источниками света, светодиодные лампы широко используются в промышленном, коммерческом и наружном освещении из-за их высокой энергоэффективности, длительного срока службы и высокого индекса цветопередачи (по сравнению с натриевыми лампами высокого давления и некоторыми галогенными лампами). С ростом спроса на качество освещения люди больше не беспокоятся только о том, обеспечивает ли освещение достаточную освещенность/яркость, но и уделяют больше внимания качеству освещения, включая равномерность, блики ( Что такое блики и как их уменьшить? ), CRI и энергоэффективность и т. д. В этой статье мы сосредоточимся на том, что такое CRI светодиодного освещения и какова энергоэффективность светодиодного освещения. В этой статье мы обсудим, что такое CRI и световая эффективность, и как улучшить CRI, а также обсудим взаимосвязь между CRI и световой эффективностью, поскольку часто возникает конфликт между высокий CRI и высокой световой эффективностью, например, улучшение CRI часто будет происходить за счет некоторой части световой эффективности, с другой стороны, стремление к высокой световой эффективности может привести к снижению CRI. Далее мы подробно объясним это.

Что такое CRI?

Индекс цветопередачи (Ra/CRI) является мерой способности источника света к истинному индексу цветопередачи объекта, диапазон от 0 до 100, чем выше значение, тем точнее цветопередача. Международная комиссия по освещению (CIE) устанавливает индекс цветопередачи солнечного света (спектр естественного света) на уровне 100 и указывает 15 тестовых цветов, используя R1-R15 для представления индекса отображения этих 15 цветов соответственно. При сравнении источника света с указанным эталонным источником света (солнечный свет) мы можем вывести разницу в цветовых координатах между 8 стандартными образцами цвета (R1-R8) под тестируемым источником света и эталонным источником света, а затем использовать специальную формулу для расчета специального индекса цветопередачи (Ri) для каждого цветового образца, а CRI (Ra) является арифметическим средним индексов цветопередачи этих 8 стандартных образцов цвета. Расширенные индексы цветопередачи (т. е. R9-R15) иногда используются для оценки эффективности источника света в передаче насыщенных цветов (например, красного и синего), а в некоторых сценариях применения могут иметь особые требования. Идеальные значения CRI >90+ обеспечивают отличную цветопередачу для высококачественных приложений, в то время как CRI 80-89 подходят для большинства жилых и коммерческих применений. Ниже 80 светильник имеет плохую цветопередачу и обычно используется для промышленного или дорожного освещения ( что нас должно волновать в уличном освещении? ), где точность цвета не требуется.

Приведенное выше объяснение может быть немного абстрактным, поэтому мы воспользуемся картинками, чтобы показать его ниже. Мы обычно считаем, что CRI естественного наружного освещения достигает 100 пунктов, поэтому по сути мы используем CRI для тестирования и сравнения искусственного освещения ( светодиодное освещение – узнайте больше о светодиодных светильниках ZGSM ) и солнечного света. Например, если вы наблюдаете грейпфрут в оранжевом цвете при дневном свете, вы увидите ярко окрашенный грейпфрут. Это происходит потому, что спектр естественного света содержит все цвета, и когда свет попадает на грейпфрут, свет, кроме желтого, поглощается, и то, что вы видите, является отраженным желтым. Тот же оранжевый грейпфрут, если наблюдать его под светодиодным освещением с низким индексом цветопередачи, не будет казаться ярко-оранжевым в человеческом глазу из-за отсутствия желтого цвета или низкой доли желтого цвета в спектре. Напротив, если используется высококачественное светодиодное освещение (спектр которого максимально приближен к естественному свету с высоким CRI), вы увидите ярко-оранжевый грейпфрут.

Как получить светодиодный светильнте с высокий CRI?

В настоящее время существует три основных решения для улучшения индекса цветопередачи светодиодных ламп. Первое — использовать различные соотношения люминофоров; второе — снизить температуру PN-перехода и улучшить адаптивность люминофоров при высоких температурах; третье — использовать технологию цветовой компенсации (использование красных или янтарных светодиодов для компенсации индекса цветопередачи светодиодов). Давайте объясним их по одному.

Используйте разные соотношения фосфора

Самый прямой и эффективный способ улучшить CRI светодиодных источников света — сделать спектр белого света светодиода максимально приближенным к спектру солнечного света, то есть, чем ближе спектр к эталонному источнику света, тем выше CRI. Другими словами, чем более полный спектр света, излучаемого светодиодным источником света в видимом диапазоне света, тем выше будет CRI, и чем ближе CRI источника света к 100. На раннем этапе развития светодиодных источников света было трудно улучшить CRI светодиодных источников белого света, в основном потому, что в самой эффективной и классической схеме реализации белого света чип синего света светодиода + желтый люминофор (YAG) отсутствовал цвет насыщенной красной (т. е. R9) части, а также отсутствовала голубая часть около 490 нм, что приводило к большему отсутствию спектра, излучаемого всем светодиодом. Позже, с развитием технологий, в основном быстрым развитием технологии люминофора, применение технологии красного люминофора становилось все более и более зрелым. Теперь CRI светодиодных источников белого света с добавлением красного люминофора может превышать 90 или даже приближаться к 100. В практических приложениях нам часто требуется найти такие светодиодные чипы с высокий CRI, что относительно легко сделать большинству поставщиков. Но когда у клиентов есть требования к эффективности освещения, нам приходится выбирать между высоким CRI (высокий CRI иногда приводит к высокому TLCI, узнайте больше о CRI и TLCI) и высокой эффективностью освещения. Если вам нужно и то, и другое, вам придется заплатить больше, чтобы получить высококачественные (высокий CRI + высокая эффективность освещения) светодиодные чипы.

Уменьшить температуру PN-перехода

Теоретически, белый свет, создаваемый синим светодиодным чипом в сочетании с люминофором, действительно близок к естественному свету. Но практика отличается от теории. Эта разница в основном вызвана теплом. Тепло будет иметь очевидное влияние на люминофор. Как мы все знаем, мощные светодиоды уличного освещения (уличные фонари, прожекторы, спортивные светильники) будут постоянно генерировать тепло во время рабочего процесса, в то время как охлаждающая часть будет постоянно излучать это тепло. По мере повышения температуры активность люминофора в светодиодных чипах будет снижаться, особенно в красной части световая эффективность снижается более очевидно, в конечном итоге приводя к изменению спектрального распределения светодиодных чипов, то есть CRI становится ниже. Напротив, когда температура падает, активность люминофора в светодиодных чипах будет расти, то есть красная часть светоизлучающего усиления, так что спектральное распределение становится более непрерывным, индекс цветопередачи светодиода (CRI) также будет расти. Поэтому в практических приложениях нам необходимо обращать внимание на теплоотдачу ламп, чтобы гарантировать работу светодиодных чипов при более низких температурах, что в свою очередь снижает негативное воздействие высоких температур на люминофор. Кроме того, если вы посмотрите отчет об испытаниях LM82, вы также обнаружите, что высокие температуры приведут к снижению световой эффективности светодиодных ламп по причинам, объясненным ранее, а именно, что активность люминофора снижается.

Использовать технологию цветовой компенсации

Технология смешивания цветов значительно улучшает индекс цветопередачи (CRI) светодиодов за счет объединения светодиодных чипов с разными длинами волн (например, красный, зеленый, синий и т. д.) или оптимизации люминофоров для расширения спектрального диапазона источника света и приближения его к спектральному распределению естественного света. Этот метод может компенсировать недостатки красного и зеленого света в традиционном спектре светодиодов и улучшить возможности цветопередачи. Однако технология смешивания цветов имеет много проблем с точки зрения стоимости и сложности процесса. Эта технология похожа на решения по освещению RGB ( Светильник ZGSM RGB для столбов ), которые обычно требуют больше светодиодных чипов для достижения белого света освещения. При использовании для улучшения индекса цветопередачи световой поток (световой поток) светодиодов разных цветов необходимо точно настроить для имитации непрерывного спектра естественного света, что неизбежно увеличивает затраты и вносит техническую сложность.

Что такое световая эффективность?

Световая эффективность определяется как отношение светового потока к потребляемой электрической мощности (лм/Вт), то есть световой поток, генерируемый на ватт потребляемой электроэнергии. Формула расчета: световая эффективность = выходной люмен/мощность светильника. Из этого мы знаем, что световая эффективность определяется двумя факторами: световым потоком и потребляемой мощностью. Единицей светового потока является люмен (лм). Чем больше значение, тем больше света излучает источник света. Однако для создания светового потока требуется электрическая мощность в ваттах (Вт). Чем выше отношение светового потока к мощности лампы, тем эффективнее источник света преобразует электрическую энергию в световую, что означает, что при той же яркости потребляется меньше электроэнергии, а световая эффективность лампы выше. Световая эффективность различных источников света (таких как лампы накаливания, люминесцентные лампы и светодиоды) сильно различается. Текущая основная световая эффективность светодиодов может достигать 230 лм/Вт. Однако разные длины волн света (разные спектры) имеют разную световую эффективность. Это связано с тем, что человеческий глаз имеет разную чувствительность к разным длинам волн света. Он наиболее чувствителен к зеленому свету (длина волны около 555 нм), тогда как он менее чувствителен к синему и красному свету. В предыдущем разделе мы упоминали, что изменение пропорции разных цветов света в свете может улучшить CRI. Именно по этой причине чрезмерное увеличение красного света для улучшения CRI неизбежно приведет к снижению световой эффективности.

Как улучшить световую эффективность?

Повышение световой эффективности является основной целью при проектировании и производстве систем освещения, включающей оптимизацию множества ключевых факторов. С помощью формулы расчета мы можем узнать два основных направления повышения световой эффективности. Первое — максимизировать световой поток, излучаемый светодиодными чипами (при той же мощности), а второе — минимизировать мощность, потребляемую лампой. Для первого пункта нам нужно выбрать светодиодные чипы с высокой световой эффективностью и в то же время уменьшить потери света в лампе, включая захваченный свет внутри светильника, вызванный линзой, отражателем и структурой лампы. Для второго пункта нам нужно уменьшить потребление энергии, кроме светодиодных чипов, а ее потребление в основном идет от источника питания, поэтому нам нужно оптимизировать конструкцию электрических параметров и выбрать высококачественные светодиодные драйверы (технология коррекции коэффициента мощности PFC) и так далее. Кроме того, нам нужно обратить внимание на рассеивание тепла лампой. Вообще говоря, чем выше рабочая температура (Tj) лампы, тем ниже ее эффективность, что соответствует требованиям CRI. В то же время, хорошее рассеивание тепла также способствует замедлению затухания света и, таким образом, продлению срока службы лампы. Если вам интересно узнать больше о том, как улучшить световую эффективность ламп, вы можете перейти в блог «Как улучшить световую эффективность?».

Какова связь между индексом цветопередачи и световой эффективностью?

Как люди, мы видим свет нашими глазами. Эти специальные биологические датчики имеют множество рабочих частей. Радужка контролирует количество света, попадающего в глаз, регулируя размер зрачка, который может расширяться от минимального диаметра 2 мм (при ярком освещении) до максимального диаметра 8 мм (при темноте). Когда света много, он закрывается, чтобы защитить чувствительные клетки в глазу; когда света недостаточно, радужка управляет зрачком, чтобы расширить его, пропуская больше света. В наших глазах находятся миллионы крошечных сенсорных клеток, называемых палочками и колбочками. Палочки отвечают за восприятие света в условиях низкой освещенности (скотопическое зрение), в то время как колбочки лучше всего работают в условиях яркого освещения (например, дневного света) и отвечают за восприятие цвета (фотопическое зрение). Существует три типа колбочек, каждый из которых чувствителен к определенной длине волны света – коротковолновые чувствительные колбочки (S-колбочки, около 420-440 нанометров, воспринимающие синий свет), средневолновые чувствительные колбочки (M-колбочки, около 530-540 нанометров, воспринимающие зеленый свет) и длинноволновые чувствительные колбочки (L-колбочки, около 560-580 нанометров, воспринимающие красный свет). На рисунке ниже представлена ​​функция фотопической спектральной световой эффективности, мы можем видеть, что колбочки достигают пика при 555 нанометрах, что указывает на то, что колбочки глаза наиболее чувствительны к желто-зеленому свету с длиной волны 555 нанометров. По сравнению с другими длинами волн света, эта длина волны света дает самую высокую яркость.

Благодаря соответствующим знаниям в разделе «Как улучшить CRI светодиодного света», мы можем понять, что добавление люминофоров в светодиодные чипы может улучшить CRI. Белое светодиодное освещение обычно имеет низкий CRI из-за отсутствия насыщенных красных (т. е. R9) компонентов и голубых компонентов около 490 нм. Добавляя красные люминофоры, индекс цветопередачи светодиода можно улучшить до 80-90 или даже выше. Однако здесь есть противоречие: разные длины волн света имеют разную световую эффективность. Хотя чрезмерное добавление красных люминофоров может улучшить CRI, это снизит световую эффективность. Кроме того, многие страны сейчас начинают ограничивать компоненты синего света ( Узнайте о синем свете светодиодов ) в светодиодах (например, продвигая использование светодиодов с низкой цветовой температурой 1800K). Как видно из рисунка ниже, эта корректировка вызвала существенное изменение спектрального состава – доля зеленого света была значительно уменьшена, что привело к снижению общей световой эффективности лампы. В то же время, сокращение доли синего света также оказало негативное влияние на CRI. Именно из-за сложных ограничений между этими параметрами развитие светодиодной технологии по-прежнему сталкивается со многими проблемами и предстоит еще долгий путь в будущем.

Температура также влияет на CRI и световую эффективность, и в разделе о том, как улучшить CRI и эффективность, мы знаем, что более низкие температуры лучше для CRI и эффективности, и ZGSM всегда стремился оптимизировать рассеивание тепла светильника в этом отношении, и от структурного проектирования до испытания температуры точки Ts и стороннего отчета об испытаниях, ZGSM предъявляет строгие требования, чтобы гарантировать, что температура светильника находится в правильном диапазоне. Аналогично, разумная температура также очень благоприятна для замедления затухания света светильника, если вам интересно, вы можете обратиться к соответствующему блогу «Что такое затухание света?».

Подводя итог, в целом, чем ниже CRI, тем выше световой поток. Если вы посмотрите на техническое описание светодиодов Lumileds 3030, вы увидите, что при повышении CRI с 70 до 80 световой поток упадет примерно на 6%. При повышении индекса цветопередачи с 80 до 90 вы увидите, что световой поток упадет примерно на 14-15%. Мы видим, что нам придется сделать выбор между CRI и световым потоком, если вам нужен высокий индекс цветопередачи, то вам нужно снизить требования к световой эффективности. В то время как задача улучшения CRI и световой эффективности может быть оставлена ​​только производителям светодиодов для дальнейших исследований. Одна из них — смешивание люминофоров, а другая — снижение накопления температуры в светодиодных чипах (Подробнее о рабочей температуре светодиодов и светодиодном драйвере). Как производитель светильников, мы должны правдиво информировать наших клиентов об этом факте, и в то же время мы должны разумно проектировать светильник, чтобы избежать неблагоприятного воздействия высокой температуры на CRI и светимость. ZGSM оптимизировал технические решения для поддержания баланса между эффективностью и высоким спектром CRI и разработал различные решения. Ниже приведены различные светодиодные продукты ZGSM. Если вам интересно, вы можете узнать больше.

Краткое содержание

В этой статье в основном рассматриваются два ключевых фактора в области светодиодного освещения: индекс цветопередачи (CRI) и световая эффективность. Первый измеряет способность лампы отображать истинный цвет объекта. Мы знаем, что CRI в лампе можно улучшить, используя различные соотношения люминофора и оптимизируя рассеивание тепла лампы. Последний — это эффективность лампы в преобразовании электрической энергии в световую энергию. Используя эффективные светодиодные чипы и светодиодные драйверы с высокой эффективностью преобразования, мы можем улучшить световую эффективность лампы. Однако пользователям часто приходится выбирать между высокий CRI и высокой световой эффективностью. Если требуется лампа с высокий CRI, эффективность лампы будет низкой. Если требуется решение с высокой эффективностью, нам часто приходится идти на уступки по CRI. Конечно, вы также можете выбрать решение с высокий CRI и высокой эффективностью, но вам часто приходится платить больше в это время. Светодиодное решение ZGSM для освещения может обеспечить высокий индекс цветопередачи (в соответствии с требованиями проекта) и высокоэффективные светодиодные лампы за счет выбора ламп с высоким индексом цветопередачи и оптимизации конструкции лампы, например, CRI80, световая эффективность>160 лм/Вт. Решение включает дорожное освещение, освещение стадионов (подробнее о решениях ZGSM для спортивного освещения), освещение парковок и промышленное освещение и т. д. Если вас интересуют наши световые решения, пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

Сопутствующие товары

Похожие блоги

Связанные случаи

Люди также спрашивают