Sztuczne oświetlenie zbliżone do światła słonecznego

Preview
VErbatim
Reklama
Reklama
Postrzegana przez oko ludzkie barwa obserwowanych przedmiotów w znacznej mierze zależy od padającego na nie światła. Na co dzień jesteśmy przyzwyczajeni do oglądania przedmiotów przede wszystkim w świetle słonecznym i dlatego w branży oświetleniowej przyjęło się, że słońce jest właśnie wzorcowym źródłem światła. Niemal wszyscy producenci oraz ośrodki badawcze działające w branży oświetleniowej dążą zatem do uzyskania efektów jak najbardziej zbliżonych do naturalnego światła słonecznego.

Jeśli chodzi o znormalizowanie sposobu postrzegania kolorów przez człowieka, to już około czterdziestu lat temu opracowano miarę znaną jako współczynnik oddawania barw CRI (Colour Rendering Index). Pozwala on ocenić jakość światła emitowanego przez takie źródła, jak np. żarówka czy swietlówka. Współczynnik CRI równy 100 oznacza, że sztuczne źródło światła oddaje kolory tak wiernie, że jest ono porównywalne z oglądaniem przedmiotów w świetle słonecznym. Na przykład wolframowe lampy halogenowe osiągają współczynnik CRI równy 100, ale kosztem bardzo niskiej efektywności, ponieważ większość trafiającej do nich energii jest zamieniana na ciepło, a nie na światło.

Kilka lat temu Amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) opracował nową skalę jakości kolorów CQS (Color Quality Scale), która jest dokładniejszą miarą jakości światła niż CRI. CQS ocenia, jak w białym świetle wygląda 15 standardowych kolorów pastelowych zamiast 8 barw definiujących CRI. Użycie skali CQS pozwala wyeliminować niedokładności systemu CRI, który niezbyt precyzyjnie przewiduje, jak będą wyglądać barwy nasycone, na które ludzkie oko jest najbardziej wrażliwe. Jednak należy pamiętać, że współczynnik CRI wciąż jest najczęściej używaną miarą jakości światła.

Reklama

Czy dobre światło może być energooszczędne?
W ostatnich latach ze względu na swoją energoosczędność i wprowadzenie przez wiele krajów przepisów ograniczających emisję CO2 dużą popularnością zaczęły cieszyć się świetlówki kompaktowe, które osiągają dość wysoki współczynnik CRI. Mają one jednak kilka wad, a największe to długi czas nagrzewania (wydłużający się w miarę starzenia się lamp) oraz użycie rtęci w konstrukcji lamp. Co gorsza, rtęć ze względu na swoje toksyczne właściwości przysparza sporych problemów z utylizacją zużytych lamp. Kłopoty te doprowadziły do szybkiego opracowania i wdrożenia półprzewodnikowych systemów oświetlenia, w tym lamp LED (Light Emitting Diode). Włączają i wyłączają się szybko, zużywają nawet pięć razy mniej energii niż konwencjonalne żarówki i oferują bardzo długi czas użytkowania - nawet do 50 000 godzin. Korzyści te z nawiązką rekompensują ich względnie wysoką cenę.

Diody LED to układy półprzewodnikowe, które emitują światło pod wpływem przepływającego przez nie prądu elektrycznego. Współczesne lampy LED symulują emisję światła białego, które zawierałoby pełne widmo barw postrzeganych przez ludzkie oko. Tworzenie światła zbliżonego do białego w lampach LED możliwe jest na dwa sposoby. Pierwszym jest połączenie w jednej oprawce czerwonych, zielonych i niebieskich diod LED w celu uzyskania światła białego, co jest skomplikowane i względnie drogie w produkcji. Drugim, bardziej popularnym sposobem, jest stworzenie układu LED emitującego światło niebieskie i pokrycie go fotoluminescencyjnym środkiem chemicznym o żółtej barwie, tzw. żółtym luminoforem (np. Y3Al5O12:Ce3+) - widać to na ilustracji 1. Przesuwa on widmo emisji światła i pozwala uzyskać nominalnie białą barwę światła. Lampy LED produkowane w ten sposób osiągają współczynnik CRI zbliżony do 80, a zatem wystarczają do wielu zastosowań, ale nie wytwarzają światła w zielonej i czerwonej części widma. Na przykład czerwone jabłko w takim świetle może wydawać się przygaszone, niemal brązowe. Równie niekorzystnie prezentują się w nim odcienie skóry.

Reklama

Przesunięcie długości fali
Niebawem na rynek wprowadzone zostaną lampy LED ze współczynnikiem CRI równym 98. Ich konstrukcja bazuje na diodach LED emitujących światło fioletowe. Wytwarzają one światło o długości fali krótszej o około 10 procent niż układy niebieskie (światło fioletowe ma długość fali od 400 do 450 nm, a niebieskie od 450 do 500 nm). Nowe diody LED opracowała firma Mitsubishi Chemical Corporation. Bazują one na półprzewodnikowym podłożu z azotku galu (GaN), które emituje światło z fioletowej części widma. Struktura półprzewodnikowa pokryta zostaje następnie czerwonym, zielonym i niebieskim luminoforem (ilustracja 3.). Opracowana przez firmę Mitsubishi Chemical Corporation nosi nazwę VxRGB.

Co ważne, dla ludzkiego oka światło lamp LED VxRGB jest praktycznie nieodróżnialne od słonecznego. Widmo światła wytwarzanego dzięki tej technice jest również bardzo szerokie (ilustracja 4.), a poziomy intensywnościposzczególnych barw są do siebie zbliżone.

Dostrajanie światła białego
Inną cechą światła białego jest temperatura barwowa wyrażona w stopniach Kelwina (K). Odnosi się ona do koloru samego źródła światła, a nie jego zdolności do oddawania barw. Lampy LED i inne lampy energooszczędne zwykle opisuje się jako „ciepłe" lub „zimne". Ciepła biel to światło żółtawe lub czerwonawe o temperaturze barwowej od 2700 do 3000 K. Światło zimne, o temperaturze ponad 5000 K jest zaś „niebieskawe".

W niektórych sytuacjach, np. w systemach oświetlenia przemysłowego, pożądane jest „dostrojenie" temperatury światła białego oraz możliwość płynnej zmiany zabarwienia i nasycenia oświetlanych przedmiotów. Opracowane przez firmę Verbatim systemy oświetleniowe bazujące na diodach LED wykonanych w technologii VxRGB będą oferować możliwość zmiany temperatury barwowej i natężenia światła. W urządzeniach tych zastosowane zostaną dodatkowe elektroniczne obwody sterujące. Co najważniejsze, wysoki współczynnik CRI będzie zachowany w pełnym zakresie temperatury barwowej, podobnie jak natężenie emitowanego światła mierzone w lumenach - co jest ważne przy oświetleniu przemysłowym i wykorzystywanym w biurach. Ponadto lampy te będzie można ściemniać bez obniżania współczynnika CRI.

Artykuł powstał przy współpracy z firmą Verbatim
www.verbatimlighting.eu

Reklama

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama