Освещение растений белыми светодиодами — о КПД и экономической эффективности / Хабр
После написания предыдущей статьи у меня самого остался не до конца решенным вопрос — а что же конкретно выгоднее купить и на сколько можно выиграть в дальней и ближней перспективе. Плюс остались некоторые неопределенности по эффективности светодиодов. А вопрос побуждает к поиску ответа на него, поэтому я продолжил разрабатывать это направление. Не скажу что получился материал на полноценную статью, но в качестве дополнения к предыдущей информация содержит существенно важные данные будет полезна.
Для начала разберемся с тем, какой точно КПД у рассмотренных в прошлой части светодиодов. Ранее я взял данные в основном из статьиiva2000, не проверяя, т.к. там рассматривался больше вопрос эффективности фотосинтеза при освещении светом разного спектра. Теперь же я решил разобраться и в общей эффективности.
Рассматривать будем светодиоды фирмы CREE, т.
к. они, с одной стороны, на сегодняшний день наиболее продвинуты по технологиям и, соответственно, светоотдаче на единицу мощности, а с другой, все их показатели стабильны и хорошо задокументированы (в отличии от ноунейм производителей). Здесь указанная фирма должна бы мне заплатить за рекламу, но увы, я пишу не с их подачи, а просто потому что так проще и доступнее.
Итак, какие будем исследовать светодиоды? Не буду выкладывать сюда весь процесс изучения и отбора конкретных серий, дабы не затоплять материал «водой». Вкратце скажу, что вбирал наиболее мощные и одновременно наиболее эффективные чипы, при условии свободной доступности и выгодной цены. По этим критериям подходят два типа: белые будут из серии XM-L.
— это 10-ваттные чипы с эффективностью 158 lm/W (но не на максимальной мощности, а всего при 1 Вт). Холодно белые (6000-6500К), нейтрально белые (4000-4500К) и тепло-белые (3000-3500К).
И красные из серии XP-E, High Efficiency Photo Red 650-670nM.
Ссылки на документацию по светодиодам в конце статьи.
Разберемся с белыми. В прошлый раз разница в КПД светодиодов белого свечения не была учтена и эффективность оценивалась только по отношению к кривой фотосинтетической активности McCree.
В этот раз я решил более досконально уточнить этот вопрос. К сожалению в документации к светодиодам никогда не приводят кпд, а пишут люмены на ватт, поэтому пришлось делать обратный расчет. По спектру светодиода и фотопической кривой рассчитывается сколько люмен было бы у светодиода, если бы его кпд был равен 100%, а затем на это число делится число реальных люмен, взятое из документации на светодиод. И вот что у нас получилось для трех типов белых светодиодов:
Слева направо: холодно-белый, нейтрально белый и тепло-белый.
Обращает на себя внимание, что не смотря на рост люменов при переходе от холодно-белому к тепло-белому спектру (при одинаковой мощности
Все дело в том, что люминофор, которого в светодиоде тепло-белого свечения гораздо больше, сам имеет не 100% КПД, да еще и, по всей видимости, при его большом количестве оказывает затеняющий эффект (лучи излученные нижними слоями поглощаются выше лежащими и пропадают). При этом показатель люмен на ватт используется при токе 2А (из максимально трех) — видно что он при этом падает со 140 при 350мА до 108 (для холодно-белого). В документе Cree такой таблицы нет — там даны абсолютные люмены при заданном токе, а мощность надо рассчитывать, пользуясь данными из графика вольт-амперной характеристики. Вот соответствующие данные из даташита:Теперь разберемся с красными.
С ними все немного проще, т.к. световой поток указан не в люминах а в милливаттах. Достаточно разделить милливатты излучения на ватты потребления и получаем КПД с высокой точностью! На все бы светодиоды приводили эти данные — 2/3 работы можно было не делать!
И тут мы сразу делаем удивительное открытие — что КПД этих светодиодов равняется 50%, причем (еще один график, здесь не привожу), в отличие от синих/белых кристаллов, световой поток растет линейно с током и кпд чипа не падает! Зато при перегреве чипа падение значительно более существенно, чем у синих чипов.
Для сравнения у чисто синих кпд при тех же условиях 48% (сравните с этим показателем у белых — выше). А вот у «просто красных» всё гораздо хуже. Их КПД получился где-то в районе 19%, а с ростом температуры световой поток падает еще быстрее чем у «Photo red».
Вот уже вырисовываются интересные варианты использования отдельных светодиодов и их комбинаций. Теперь пересчитаем таблицу эффективности с учетом вновь полученных данных.
Видно что красные Photo-red с большим отрывом впереди всех. Но освещать чисто красным нельзя, поэтому нужно комбинировать и тут идут варианты с белым и синим. Сразу отметем (я-то считал всё, но выбросил то, что получилось не перспективно) комбинации тепло-белых с красным. Низкая эффективность тепло-белых светодиодов сводит на нет все преимущества красных. А вот холодно-белые очень хороши в таком сочетании! Сами имеют неплохой кпд, еще усиленный красными светодиодами, а недостаток красного спектра так же покрывается ими. Так же хорошо смотрится сочетание красных с синими.
Затем идут просто холодно-белые и ДНаТ 1000, а остальные по сути не тянут. Ну что ж посмотрим как это будет смотреться в полном комплекте — с драйверами.
Далее логика расчетов шла в предположении, что мы хотим получить за те же деньги больше фотосинтетически активного излучения, поэтому все цифры, в том числе цены на светодиоды и драйвера приведены к общей величине фитоактивной радиации светильника 100мкмоль/с.
Цветовая маркировка как в предыдущей таблице — чтобы проще было понять где какие светодиоды и не занимать место повторяющимися заголовками.
Но это только цена на старте — сколько нужно вложить денег, чтобы получить лампочку на 100мкмоль/с. Этого мало — нужно посмотреть во сколько она обойдется при эксплуатации. И вот если посчитать к этому еще и затраты электроэнергии во времени — вот тогда получится полная картина, которую я и представляю на всеобщее обозрение!
Оставлено для истории, обновленные данные ниже
Благодаря пристальному вниманию комментаторов выяснилось, что далеко не всё светодиоды, которые продают на алиэкспрессе с названием CREE на самом деле ими являются.
И по ходу дела исправил два момента — добавил для кривой ДНаТ замену ламп раз в год. И исправил ошибку (мой недосмотр), из-за которой цена всех ламп считалась на одинаковую их мощность (100Вт), тогда как исходная идея была в расчете на единицу фотоактивной радиации. В новом графике данные цены за светильник излучающий 100мкмоль/с, а не 100Вт. приношу извинения за оплошность.
Как разобраться в этой вязанке прутьев?
Слева — цена светильника на старте.
Напоминаю что при этом все они будут выдавать одинаковое количество фитоактивной радиации, но иметь разный спектр. Чем ниже начинается полоска, тем дешевле набор. По оси Х у нас месяцы. Предполагается что светильник работает 12 часов в сутки 7 дней в неделю, всего 36 месяцев, т.е. 3 года. Это всего лишь чуть более 13 тыс. часов, а для светодиодов заявлено 50 тыс. И если все сделано правильно с охлаждением, а так же на светодиоды подается ток 0.7 от максимального (так больше КПД на целую треть), то проработают они и того больше, т.е. более 10 лет практически без деградации.
Чем более горизонтально идет линия — тем больше КПД у светильника. Видим что многие линии начинаются выше (дороже чипы), но со временем оказываются дешевле чем более дешевые аналоги. В этом показательна линия для светодиодов photo red — она имеет наименьший наклон.
Самое удивительное что самыми дешевыми теперь оказались… Самые дорогие photo red светодиоды! Это потому что они имеют самый высокий КПД и самый «легкоусваиваемый» спектр — их нужно меньше всего в начале и они тратят меньше всего электричества и в будущем! Большой интерес представляют комбинации «Холодно-белый+красный photo red».
На данном графике приведена кривая при соотношении белый: красный как 2:1 по мощности. И просто «холодно-белый». Эти три линии расходятся веером, где крайние — белый и красный светодиоды, а средняя — их комбинация. Для выращивание растений необходимы все составляющие спектра, но в разных комбинациях. Выходит что все варианты сочетаний спектров наиболее эффективно покрываются всего одной комбинацией — холодно-белых и красных светодиодов (но в разном численном соотношении).
Фитолампа оказывается не такая уж и дешевая. Если учесть её КПД она дороже даже холодно-белых светодиодов, а уж в перспективе… Деньги за электричество на ветер…
ДНаТ и в начале не очень дешев (я удивился сколько стоят ЭПРА для них, а ЭмПРА брать не стоит — они имеют низкий КПД, лампа из-за мерцания — тоже, еще они гудят и греются как печка) и со временем не нагоняют — особенно с учетом замены ламп — которую придется делать не реже раза в год, что отображается как ступеньки на графике.
Так что в сад.Вот спектр сочетания белых с красными светодиодов, наложенный на кривую MkCree (4:1 по мощности, на 2:1 не стал переделывать):
Конечно неправильно судить о таких вещах основываясь на красивости графиков, но учитывая цифры, которые говорят то же самое — по моему график практически идеален в отношении покрытия спектра фотосинтетически активного диапазна.
Вывод остается прежним — покупайте холодно-белые светодиоды и красные CREE Photo red и будет вам куча света для ваших растений и экономия для кошелька!
Так же возможно освещение чисто красными светодиодами, о таком опыте писал один из комментаторов. Это будет наиболее целесообразно в случае, если растения частично освещаются естественным светом (огород на подоконнике, балконе, лоджии, когда прямой солнечный свет не попадает вовсе или на пару часов в день — тогда растения получают в основном синие лучи от неба, а красных им катастрофически не хватает, как и общей интенсивности света. Тут красные светодиоды заполнят имеющийся пробел как нельзя лучше.
Только это должны быть высокоэффективные светодиоды с длиной волны излучения 660нМ и лучше если это будут CREE Photo red. Ну всё, я пошел заказывать диоды!
Использованные материалы
www.cree.com/led-components/products/xlamp-leds-discrete/xlamp-xm-l
www.cree.com/led-components/products/xlamp-leds-discrete/xlamp-xp-e
geektimes.ru/post/297333
www.compel.ru/producer/cree
Надежность белых светодиодов. Деградация параметров.
Статья посвящена анализу надежности люминофорных светодиодов белого цвета свечения различных производителей и может быть полезна разработчикам устройств на базе твердотельных источников света. В статье использованы публикации результатов испытаний и характеристики образцов светодиодов и их сравнение с параметрами, заявленными производителем.
См. также: Температурный режим белых светодиодов
Неисправности светодиодов.
Механизмы возникновения и методы анализа
Светодиоды с высокой эффективностью при больших значениях тока
Современный подход к разработке светодиодного освещения
Применение белых светодиодов
Значительный прогресс в технологии изготовления светодиодов в 2005-2009 годах дал толчок к широкому применению светодиодных технологий в различных отраслях человеческой деятельности и в быту. Совершенствование технологии изготовления, как самих светодиодов, так и схем управления и источников питания позволило создать достаточно эффективный светодиодный источник света для целей освещения. И такое уникальное качество, как отсутствие хрупких элементов, взрывобезопасность, сделали светодиод незаменимым в некоторых областях применения. Кроме того, в условиях глобальных усилий по снижению энергозатрат, вслед за экспансией люминесцентных источников света, на рынок активно продвигаются светодиодные устройства. Повышенный спрос на твердотельные источники света приводит к снижению их стоимости за счет массового производства и значительной конкуренции.
Наиболее широко источники светодиодного освещения предлагаются для бытового и промышленного освещения в качестве замены ламп накаливания и люминесцентных ламп. Судя по заявлениям производителей, светильники на основе белых светодиодов позволяют достичь большей на 20-50% эффективности и значительно, в разы большей долговечности, по сравнению с люминесцентными лампами сравнимой мощности. Таким образом, стоимость владения таким источником света становится сравнимой или даже меньше, чем аналогичные по светосиле люминесцентные светильники.
Кроме светильников, за счет малых размеров и низкого тепловыделения, светодиодная подсветка используется в различных приборах, в автомобилестроении, в качестве декоративной подсветки, в рекламе, для изготовления электронных табло.
Технология изготовления белых светодиодов
Физика получения белого цвета свечения базируется на преобразовании спектра исходного излучения при помощи люминофора. В качестве исходного, в нашем случае, используется излучение кристалла на основе AlInGaN синего цвета, чаще всего излучающего в диапазоне длин волн 450–465 нм.
После преобразования происходит сильное увеличение ширины спектра за счет добавления в спектр переизлученной люминофором мощности в желтой и красной областях спектра (рис. 1). Спектр такого сочетания синего кристалла и люминофора получается гораздо шире и более заполненным, чем спектр люминесцентной лампы или вольтовой дуги.
Рис. 1. Спектры свечения синего и белого люминофорного светодиода на его базе, линия видности по МКО.
Таким образом, зависимости многих параметров белых светодиодов будут определяться соответствующими параметрами базового синего кристалла, поэтому рассмотрим его параметры. На рис. 2 показаны зависимости отношения люмена к потребляемым ваттам (далее — лм/Вт) от плотности тока для кристаллов производства Cree.
Рис. 2. Зависимости светового выхода лм/Вт и КПД для различных чипов на основе AlInGaN производства компании Cree от плотности тока через кристалл.
Для оценки эффективности выбраны зависимости от плотности тока, а не от его полного значения.
Это дает возможность оценить характеристики, не связанные с геометрическими параметрами излучающих чипов, понять их абсолютную эффективность.
Из графиков на рис. 2 видно, что снижение эффективности светового выхода с ростом плотности тока ярко выражено и не зависит от размера чипа. Видно, что светоотдача, или квантовая эффективность, максимальна при малых значениях плотности тока и снижается более чем в два раза при увеличении плотности тока до максимальных значений. Это снижение вероятнее всего определяется разогревающим эффектом при прохождении тока через кристалл. Наиболее эффективным становится конструкция излучателя с минимальным тепловым сопротивлением чип – подложка, позволяющим снизить температуру. Следовательно, повышение эффективности теплоотвода становится приоритетным направлением при разработке высокоэффективных излучателей.
Точно такие же зависимости можно увидеть и на графиках, показанных на рис. 3, которые получены для светодиодов белого цвета свечения. Следует отметить хорошо заметный на этих графиках максимум при малых значениях плотности тока.
Возможно, это связано с резонансной особенностью работы системы параллельных структур кристалла. При больших плотностях тока, начинают действовать другие причины, снижающие эффективность излучения: последовательное сопротивление структуры и подложки, а значит и разогрев, безизлучательная рекомбинация, неравномерность плотности тока по площади чипа.
Рис. 3. Графики эффективности и КПД от прямого тока для различных белых светодиодов компании Cree.
Сопоставляя значения эффективности, показанные на рис. 3, можно определить коэффициент преобразования люминофора. Для различных значений плотности тока получается следующая картина: (табл. 1).
Таблица 1. Эффективность излучения и коэффициент преобразования люминофора
Если световой поток первичного синего кристалла света равен 11,5 лм, то при том же токе в 350 мA, световой поток светодиода с люминофором белого цвета свечения на основе этого же кристалла будет 34,5 лм, что в 3 раза больше. В различных вариантах исполнения белых люминофорных светодиодов, отношение светового потока к излучению исходного синего чипа может доходить до пяти, и как правило, для большинства светодиодов ведущих производителей имеет значение не менее четырех, что свидетельствует о высоком качестве используемого люминофора.
Этот коэффициент, как показывают исследования, практически не зависит от плотности тока в диапазоне паспортных значений, как видно из таблицы 1, и указывает на то, что коэффициент преобразования определяется только свойствами люминофора. Максимальный коэффициент преобразования люминофора можно наблюдать в светодиодах компании Nichia с кристаллами на подложках из сапфира.
В общем случае, видно, что зависимость эффективности белых светодиодов от плотности тока хорошо повторяет такие зависимости для синих светодиодов, составляющих основу белых светодиодов. Можно сделать вывод о прямой зависимости светоотдачи от температуры p-n перехода.
Тенденции развития технологии
Совершенствование технологии производства всех компонентов светодиодов, излучающие кристаллы, метод их установки на эвтектический сплав, линзы из кварцевого стекла, корпуса из керамики, люминофорное покрытие кристалла, существенно повысило надежность и энергетический выход излучения. В современных светодиодах уменьшено тепловое сопротивление p-n-переход–кристаллодержатель, которое достигает у некоторых производителей уровня не более 8 °С/Вт.
Это стало возможным с началом применения SiC в качестве подложки светодиодных чипов, что позволило монтировать чип на теплоотвод с применением эвтектического сплава. Кроме того, толщина подложки снижена до 2–3 мкм. Применение этой технологии при изготовлении чипов большого размера позволило достичь большого светового выхода – более 100 лм/Вт за счет уменьшения прямого напряжения при плотностях тока в 50 и более A/cм2. Усовершенствование коснулось и процесса выращивания самих полупроводниковых структур, сто способствовало повышению равномерности растекания тока по объему материала кристалла. Кроме того, проводимость эвтектического сплава выше проводимости токопроводящего эпоксидного клея, что особенно сказывается на больших плотностях тока. Увеличение светоотдачи достигается и в результате оптимизации формы самого излучающего кристалла, позволяющей более эффективно выводить излучение за его пределы.
В поиске пути снижения теплового сопротивления p-n-переход — кристаллодержатель, некоторые производители светодиодов пробуют переворачивать чип p-n-переходом к теплоотводу, метод “Flip-Chip”.
Это существенно снижает температуру p-n-перехода одновременно с улучшением условий выхода излучения из кристалла. Эта технология позволяет увеличить плотность тока через кристалл. Развивается и методика производства кристаллов с применением эффекта Пельтье (полупроводниковый охладитель) непосредственно под излучающим кристаллом.
Деградация параметров белых светодиодов
Задача достоверной оценки стабильности параметров светодиодных излучателей для проектирования на их базе разнообразных изделий значительно усложняется из-за возникающей в процессе работы светодиодов деградации параметров излучения. Разработчика ответственных устройств с применением светодиодов уже не может устроить стандартный параметр надежности, который указывает большинство производителей светодиодов, например, гарантированная наработка 100 000 часов с потерей до 30% светового потока, поскольку этот параметр не подтверждается расчетами и фактами. Совершенно очевидно, что опытным путем никто не проверял, насколько эта величина соответствует реальному положению дел, хотя бы потому, что для этого требуется не меньше десяти лет, к тому же, изменение параметров зависит от различных факторов, в том числе, от режимов и условий эксплуатации.
Оценка деградации параметров на базе методов ускоренного старения при работе в предельных режимах не может считаться корректной из-за воздействия в таких режимах других физических особенностей работы полупроводниковой структуры, которые не всегда работают в нормальных условиях эксплуатации.
Видимо в связи с наработкой экспериментов в последнее время некоторые производители светодиодов стали указывать в спецификациях зависимости некоторых параметров от наработки. Чаще всего такую информацию предоставляют крупные фирмы, заинтересованные в качестве своей продукции и имеющие возможности для проведения соответствующих затратных исследований. Публикует такие данные, основанные на экспериментах и фирма Cree. Однако, как показали параллельные независимые исследования, наблюдаются несоответствия между реальными параметрами и заявленными.
Несмотря на то, что основной физической характеристикой излучения светодиодов является световой поток, зависимости изменения светового потока удобнее рассматривать одновременно с анализом изменения связанных параметров, например, силы света (рис.
4).
Исследования проводились при указанном изготовителем токе 350 мA и теплоотводе площадью более 100 кв.см, что значительно больше требуемого. Сначала обратим внимание на световой поток, обозначенный на графиках как Ф(Т). Показанные зависимости светового потока от наработки дают различное изменение параметров при разных начальных его значениях. Как видно на графике, бóльшему значению светового потока (рис. 4б) (а значит и бóльшему отношению лм/Вт) соответствует бóльшее падение значения светового потока со временем по сравнению с приборами меньшей эффективности. Видно, что завершение периода стабилизации параметров и начало снижения светового потока ниже первоначального значения по информации компании Cree наблюдается в районе 5000 часов, тогда как у реальных образцов этот момент наблюдается при наработке от 800 до 2500 часов. Но самое существенное, что к указанному производителем моменту в 5000 часов, световой поток реальных образцов достигает уже совсем неприемлемого уровня.
Это означает, что уже через полгода снижение светового потока может достигнуть 6–8%, хотя зависимость на рис. 4а говорит о другом. На первый взгляд, это не очень много, но если учесть дальнейшие рассуждения, то можно прийти к выводу, что это это достаточно существенно.
Конечно, максимально достоверные результаты деградации параметров могут быть получены лишь при реальной наработке в течение всего заявленного срока службы. Но такие продолжительные эксперименты (10–12 лет) реализовать достаточно затруднительно. Однако, опыт исследований, знание физических основ работы полупроводниковых структур, расчеты и моделирование с использованием данных по наработке в течение относительно небольшого периода работы, позволяет разработать методики оценки без проведения длительных исследований и операций искусственного старения. На рисунке 5 представлены данные таких расчетов на основе измерений значений светового потока светодиодов в течение 8000 часов наработки.
Рис. 5. Расчетные деградационные характеристики светодиодов Cree.
Как следует из рис. 5, 4б и 4в, для некоторых «ранков» светодиодов, уже при 10–12 тысяч часов наработки (1,5 года) световой поток падает на 10–12%. А при достижении значения предельной наработки, указанного изготовителем, снижение уже составляет от 55 до 75%.
Причины такого поведения характеристик детально рассмотрены в работе [1]. Не буду повторять рассуждения автора, остановлюсь на выводе. Большая площадь поверхности кристалла приводит к неравномерности распределения плотности тока по поверхности чипа и соответственно, светового потока, что усиливается при наработке. Для белых люминофорных светодиодов достоверный ответ как на причины деградации, так и на правильную оценку параметров светодиодов для разработчиков, оказывается неоднозначной. Во первых, нанесенный на поверхность кристалла люминофор значительно сглаживает все неравномерности, во вторых, начинают проявляться другие механизмы, свойственные только излучению широкого спектра, близкого к белому. Можно увидеть, что характер изменения светового потока белых светодиодов с различными отношениями эффективности излучения полностью соответствует диаграмме исходного синего.
Однако и здесь видно, что наиболее резкие и большие по амплитуде изменения свойственны светодиодам с наибольшими показателями эффективности.
Помимо рассмотренных выше особенностей белых светодиодов на основе люминофора, существует также проблема неравномерности цветовых параметров излучения светодиодов по диаграмме направленности. Это, прежде всего, связано с неравномерностью нанесения люминофора на кристалл при его изготовлении. Совершенно понятно, что чем больше площадь чипа, тем труднее нанести слой люминофора одинаковой толщины и качества. К тому же, с наработкой вступают вступают факторы, связанные с качеством изготовления самого чипа, как то локальный перегрев, что влияет на изменение цветовых параметров в процессе наработки.
Так же как и в случае со световым потоком, наибольшему разбросу цветности светодиодов различных «ранков» в зависимости от значения эффективности соответствуют приборы с высокими значениями эффективности. Очевидно, что это обусловлено именно неравномерностью плотности тока.
Выводы
Ни у кого не вызывают сомнения хорошие перспективы применения осветительных светодиодов. По мере совершенствования технологии изготовления, увеличивается срок службы таких изделий. Сегодня основная борьба в области развития технологий касается совершенствования внутренней структуры светодиода в целях снижения теплового сопротивления системы размещения полупроводникового чипа, характеристик и точности воспроизведения параметров самого чипа, состава и методов нанесения люминофора. Белые светодиоды “хороших” производителей становятся достаточно стабильными для большинства применений. Доля старения люминофора в деградации всего светодиодного устройства снижается, не за горами время, когда основной и подавляющей причиной изменения свойств светодиодов станет деградация полупроводниковой структуры, а общая надежность светодиодного источника позволит не учитывать её в большинстве разработок.
Литература
1. Никифоров С. Исследование параметров семейства светодиодов CREE XLamp.
Компоненты и технологии. 2006 №11
2. Полищук А. Деградация полупроводниковых светодиодов на основе нитрида галлия и его твердых растворов. Компоненты и технологии. 2008 №2
3. Никифоров С. Самые современные источники света. ExpoElectronica & ElectronTechExpo 2008
4. Никифоров С. Исследование нового семейства мощных светодиодов CREE XLamp XP-E для устройств освещения. Полупроводниковая светотехника. №2 2009
5. Никифоров С. Новые возможности светодиодов Luxeon REBEL. Полупроводниковая светотехника. №2 2011
Назад к каталогу статей >>>
диодов – Холодные белые светодиодные лампы: они «полного спектра»?
спросил
Изменено 4 года, 3 месяца назад
Просмотрено 26 тысяч раз
\$\начало группы\$
Я не очень хорошо разбираюсь в светодиодных светильниках и нахожу эту технологию весьма увлекательной (да, я знаю, она не такая уж новая!)
Я читал, что для создания «белого» света светодиоды должны излучать свет всех спектров.
Мой вопрос(ы):
- Как светодиодные лампы (холодный белый или теплый свет) генерируют белый свет?
- Какой будет спектр света для холодный белый светодиодные лампочки?
- Какой будет спектр света для теплый белый светодиодные лампочки?
Спасибо!
П.С. Это мой первый вопрос здесь. Если его нужно перенаправить на другой сайт SE, пожалуйста, дайте мне знать!
П.П.С. Я провел свое исследование, прежде чем спрашивать, но не смог найти технически точного ответа.
- светодиоды
- диоды
- свет
- спектр
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
gbulmer направляет вас на верный путь. По большей части «белые» светодиоды представляют собой не что иное, как одноцветный светодиод с люминофором.
Люминофор берет примерно половину света от светодиода и преобразует его во вторую частоту света. Две частоты света сочетаются в наших глазах и выглядят как разновидность белого.
Светодиод питания, который у меня есть, излучает желтый и фиолетовый цвета, создавая «холодный белый». В теплом белом больше красного. Короче говоря, цветовой спектр белых светодиодов, как правило, ужасен, если только вы не купите действительно дорогой светодиод, предназначенный для использования в полном спектре. Как правило, белые светодиоды состоят из двух пиков цвета в спектре, а все остальное очень низкое по сравнению с ними. Результатом плохой цветовой гаммы является то, что некоторые цвета даже не будут присутствовать, даже если они кажутся нам белыми. Вам нужны 3 отдельные полосы цвета, чтобы иметь возможность производить все вариации между ними. Имея только две цветные полосы, вы можете направить свет на что-то зеленое, и оно вернется в темно-серый цвет.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Чтобы расширить ответ horta, вы можете взглянуть на руководство CREE по смешиванию цветов светодиодов.
Как было сказано ранее, два цвета (синий и желтый) смешиваются, чтобы создать белый цвет. Это показано ниже в цветовом пространстве CIE 1931:
Смешанный цвет (белый) будет находиться на линии между двумя компонентами (синим и желтым). Отношение интенсивностей синего: желтого определяет окончательный цвет.
Теоретически можно получить белый цвет, смешав другие цвета (например, голубой и красный). Одним из преимуществ смеси синего и желтого является то, что можно достичь многих стандартных «цветовых температур».
Как видите, сине-желтая линия довольно близка к линии стандартных цветовых температур («Планковский локус»)
\$\конечная группа\$
5
\$\начало группы\$
Белые светодиоды покрыты люминофором, который светится с заданной цветовой температурой.
“Холодно-белые” светодиоды (более синие) имеют цветовую температуру примерно выше 5000К, а “тепло-белые” (менее синие) имеют цветовую температуру ниже примерно 5000К.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Поиск изображений в Google по запросу «спектр света для холодных белых светодиодных лампочек» дал, например.
http://www.enkon-lighting.com/product/dimmable-led-light-bulbs-ceramic-cool-white/
Поиск изображений в Google по запросу «световой спектр Philips для холодных белых светодиодных ламп» дал, например.
http://www.philipslumileds.com/technology/quality-white-light
без дополнительной информации, я думаю, что метод поиска в Интернете и просмотра изображений работает. Итак, этот вопрос завершен?
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Понимание цветовой температуры по Кельвину и светодиодного света
Понимание цветовой температуры по шкале Кельвина и светодиодного освещения
Клиенты часто спрашивают о цветовой температуре, что это такое и что она для них значит. Чтобы помочь объяснить, мы создали эту страницу в качестве быстрого справочника по всем вашим вопросам.
Что такое светлый цвет? =”q”>
A: цвет света – это цвет самого света.
Некоторый свет кажется белым или холодным, в то время как другие кажутся теплыми или коричневатыми. Другие специальные огни могут быть синими, красными или зелеными. Огни могут быть спроектированы так, чтобы воспроизводить любой цвет. Выбор правильного, который вы предпочитаете, важен для того, чтобы пространство чувствовалось правильно.
Как вычисляется Кельвин? =”q”>
A: Кельвин (К) — единица измерения температуры, точнее термодинамическая температура, названная в честь физика Уильяма Томпсона, 1-го барона Кельвина. 0 Кельвин также известен как Абсолютный Ноль и фактически самая низкая возможная температура. Величина градуса в Кельвине такая же, как и в градусах Цельсия, где 0 градусов Кельвина равняется -273,15 Цельсия. Чтобы преобразовать кельвины в градусы Цельсия, просто возьмите температуру по Кельвину и вычтите 273,15 для соответствующей температуры по Цельсию, то есть 300 по Кельвину равно 26,85 по Цельсию. Температура Кельвина применительно к свету основана на цвете, излучаемом излучателем черного тела, в зависимости от характеристики его температуры.
Следует помнить одну простую вещь: более высокая цветовая температура находится в синей части цветового спектра, а более низкая — в красной. См. диаграмму ниже для визуального представления
Что такое 3000K цветов? =”q”>
A: 3000K — свет теплого белого цвета. По шкале Кельвина он имеет отчетливый коричневатый оттенок, который часто называют теплым белым.
Что такое 4000K цветов? =”q”>
A: 4000K — это свет естественного белого цвета. По шкале Кельвина имеет легкий желтоватый оттенок. Это делает его популярным нейтральным цветом, особенно в офисах и жилых помещениях, которые часто используются.
Что такое 5000K цветов? =”к”>
A: 5000K — чисто белый свет. По шкале Кельвина в нем нет других цветов, только белый.
Что такое CCT или цветовая корреляционная температура =”q”>
A: Это обратный путь к Кельвину. Они должны построить светодиоды на основе CCT (температура, коррелированная по цвету), чтобы добраться до Кельвина.
Если заказываете светодиоды, то делаете это по КСТ, при покупке светильников – по Кельвину.
Что такое теплый свет и холодный свет? =”к”>
A: Теплые цвета — это цвета, которые приближаются к красной части спектра, обычно относятся к цветам ниже 4000K и имеют оттенок от желтого до красного. Холодные цвета обычно представляют собой свет выше 4000K и имеют голубоватый оттенок. 4000K часто называют естественным белым цветом, так как он находится прямо между ними.
R9, R15, CRI и что все это значит
В чем разница между Кельвином и CRI?=”q”>
A: CRI или R9сильно отличается от Кельвина. Кельвин — это температура или цвет самого света, но CRI или R9 скажут нам, насколько хорошо этот свет будет воспроизводить цвета при его использовании. Они являются независимыми показателями и никак не связаны между собой.
Таким образом, у вас может быть источник света 2700K, который очень хорошо воспроизводит синий цвет, даже если он имеет теплый цвет, или свет 4000K, который хорошо воспроизводит красный цвет.
Они движутся независимо друг от друга и основаны только на самом источнике света. Есть несколько способов обмануть цвета с любым светом, но особенно со светодиодом, и поэтому только потому, что свет 5000K или чисто белый, не говорит нам, будет ли он хорошо воспроизводить цвета или нет. Нужно смотреть каждую отдельно.
Что означают CRI и R9? =”q”>
A: CRI (индекс цветопередачи) и R9 (среднее значение R1-R9) отражают, насколько хорошо свет воспроизводит цвета. Тот факт, что свет белый, не означает, что под ним будут отображаться истинные цвета. Лампы накаливания и галогенные лампы хорошо справляются с цветопередачей (CRI 95+), в то время как HID-источники обычно имеют низкую цветопередачу (CRI ниже 50). Чем выше CRI, тем лучше отображаются эти цвета. CRI – это 1960, но на самом деле цветовых полос 15, они обозначаются как R15. Поскольку R10-R15, как правило, не улучшают цветопередачу, они пропускаются. (Для справки: сплошные насыщенные цвета — это R9-R12, а твердые земли — от R13 до R14).
Однако самый большой цвет — это R9, потому что он красный! R9 на один лучше, чем CRI, потому что он добавляет весь важный красный спектр. Таким образом, цвета с красным цветом будут лучше показываться при высоком показателе R9.
Вот как рассчитываются CRI, R9 и R15. Вы можете видеть, что CRI использует ограниченную, хотя и критическую часть шкалы. R9, однако добавляет важный красный цвет, поэтому он становится более предпочтительной метрикой в освещении. Во всяком случае, для дизайнеров и пользователей, в меньшей степени для производителей, о чем мы поговорим ниже.
Что означает буква R в R9? Он основан на R 0 (CRI или R1-R8 – R a ), который является математическим представлением цветов, указанных ниже. TCS означает образцы тестовых цветов на основе стандарта 1995 г.
TCS01 7,5 R 6/4 Светло-серовато-красный
TCS02 5 Y 6/4 Темно-серовато-желтый
TCS03 5 GY 6/8 Яркий желто-зеленый
TCS04 2,5 G 6/6 Умеренный желтовато-зеленый
TCS05 10 BG 6/4 Голубовато-зеленый
TCS06 5 PB 6/8 Голубой
, TCS002, TCS002 5 P 6/8 Светло-фиолетовый
TCS08 10 P 6/8 Светло-красновато-фиолетовый
TCS09 4,5 R 4/13 Насыщенно-красный
TCS10 5 Y 8/10 Насыщенно-желтый
TCS11 4,5 G 5/8 Ярко-зеленый
TCS12 3 PB 3/11 Ярко-синий
TCS13 5 YR 8/4 Светло-желтовато-розовый
TCS14 5 GY 4/4 Умеренный оливково-зеленый (листья)
TSC15 Оливковый оттенок
Как рассчитывается CRI?=”q”>
A: CRI (индекс цветопередачи) рассчитывается как среднее значение R1- R8, известная как группа пастельных цветов.
Как рассчитывается R9?=”q”>
A: R9 рассчитывается как среднее значение R1-R9, то есть от пастельных цветов до красного.
Будь то CRI., R9 или R15, цифры являются средними. Таким образом, вы должны сделать все хорошо, чтобы набрать очень высокий балл. Как правило, лампа накаливания является эталонным или эталонным светом (излучатель черного тела в лаборатории, но это гораздо более длинная статья), но на самом деле 100 баллов по измерению R15 были бы идеальными. Совершенство также известно как солнечный свет.
Вот пример, когда CRI должен быть высоким, но низкий R9 не раскрывает всей картины.
Теперь большинство диаграмм спектра освещения будут генерировать все данные. На этой диаграмме мы видим, что свет составляет около 4100 кельвинов и 93 CRI, R9 падает до 75, что на самом деле отлично, потому что это свет для выращивания. Лампы для выращивания требуют полного спектра, известного как PAR, для достижения наилучших результатов.
У большинства R9 вообще светодиод ближе к 40-50. Чтобы дать некоторое представление, такие стандарты, как Раздел 24 в Калифорнии, стандарты строительства колодцев и GSA (агентство государственных услуг), требуют только CRI 80+ и R9.от 50+. Показывает, что светодиодам в целом нужно проделать некоторую работу, чтобы соответствовать стандартам R9 выше 70+, а также почему метрика R9 еще не указана для многих источников света.
Правильный выбор цвета по шкале Кельвина
Какой цвет по шкале Кельвина выбрать? =”q”>
A: Цветовая температура в основном зависит от предпочтений. Как правило, большинство складских и наружных светильников имеет цветовую температуру 5000 К, которую часто называют ярко-белой, поскольку она очень близка к солнечному свету. Освещение, которое мы часто видим в жилых помещениях, имеет более спокойные настройки, обычно 3000-4000K. Освещение в бизнес-офисе обычно составляет около 4000К. Розничное освещение обычно составляет 4000-5700K и более чем часто бывает более холодным, поскольку более холодные цветовые температуры обычно имеют небольшое преимущество в световом потоке по сравнению с более теплыми цветами при той же мощности.
Для розничных продаж яркий цвет хорошо подходит для демонстрации продаваемых продуктов. Опять же, это просто распространенное использование, некоторые люди предпочитают иметь 5700K в своем доме, а другие могут предпочесть 3000K для светодиодных настенных блоков на стене своего здания. Мы упомянем одну вещь: Американская медицинская ассоциация рекомендует держаться подальше от света выше 5700K, так как это может нанести ущерб человеческому циркадному ритму и повлиять на режим сна. Исследования в этой области все еще продолжаются, и существует много противоречивой информации. Некоторые люди утверждают, что у них болит голова от более холодных цветовых температур, другие — от более теплых. Все люди разные, поэтому все зависит от личных предпочтений.
Некоторые муниципалитеты предъявляют строгие требования к цветовой температуре, которую можно использовать для определенных целей. Если вы занимаетесь освещением, где есть требования определенной цветовой температуры, то вы будете знать доступные вам варианты.
В противном случае используйте то, что вам удобно, или обратитесь за советом к экспертам.
Я все еще не знаю, какой цвет выбрать, что мне делать? =”q”>
A: Получить образец. Купите 1 фонарь, чтобы подключить его к источнику питания и увидеть в действии. Если вы решите, что хотите изменить цвет, вам нужно будет вернуть только 1 лампочку вместо 20. Как только вы поймете, что вас устраивает, вы можете купить полное количество
Мне нужно много света, но я до сих пор не знаю, какой цвет использовать.
Получить образец. Купите 1 фонарь, чтобы подключить его к источнику питания и увидеть в действии. Если вы решите, что хотите изменить цвет, вам нужно будет вернуть только 1 светильник вместо 20. Как только вы поймете, что вас устраивает, вы сможете купить полное количество.
Я просто не понимаю, какой цвет выбрать?
Позвоните нам и поговорите с одним из наших экспертов по освещению, чтобы обсудить вашу заявку, и мы поможем выбрать лучший вариант.
