В предыдущей записи произошла некоторая накладка. Слова «Хотелось бы развеять некоторые иллюзии» повисли в воздухе из-за переделки на ходу. Я хотел сказать, что следует осторожно воспринимать рекламные заверения. Например, КПД импульсных источников реальный 70-80%, более необходима ручная доводка, перемотка катушек, Кпд 90% практически нереально получить в диапазоне питания от батарей. Сама процедура измерения КПД импульсных источников не тривиальна в связи с тем, что сопротивление прибора и щупов при больших токах изменяет параметры, а сложная форма выходного напряжения искажает результат. Светоотдача с учетом КПД драйвера, вторичной оптики и необходимости применения теплых(Warm) СД с низкой светоотдачей не превышает 30-50 Вт/лм. Поясню, еще раз, почему СД. Устойчивы к ударам, тряске, низкое напряжение питания, вес и габариты, а самое главное возможность изменять параметры (яркость, цвет, цветовую температуру), чего не может ни один конкурент. Из всех типов, все же более подходящие мощные 1-5Вт СД известных фирм Luxeon, Osram, Cree, у них имеет встроенный теплоотвод, существенно снижающий тепловое сопротивление при установке на радиатор через теплоотводящую пасту. Большинство таких светодиодов имеют радиатор типа звезда(Star), которые легко крепятся к основному радиатору. К сожалению Luxeon Rebel и Osram Oslon поставляются в основном в виде чипа (5х2,5 и 3х1,5 мм) и их необходимо припаивать или приклеивать термоклеем на радиатор. Такие СД имеют комплект вторичной оптики, подходящей для данной модели, в том числе отражатели с линзами от узкого до широкого угла, линзовые (безотражательные) от узкого до широкого угла, так и рассеиватели, диффузоры, а также переходники для оптоволокна (правда не все СД имеют полный комплект, при этом приходится их подпиливать, подшлифовывать и т.д.). Линзы коллимируют или сосредотачивают свет от светодиодов и могут использоваться индивидуально или в группе (до 3,6,12 светодиодов). Потери света в фирменных изделиях не превышают 15-20 %, не происходит искажение свето и цветопередачи и они держат параметры при температурах до 100С. Для построения источника света главное правильно выбрать СД. СД с более высоким CRI имеет меньшую светоотдачу, поскольку его спектр является более широким. Так, например, стандартный белый Luxeon характеризуется типичным световым потоком на уровне 110 лм, а Luxeon Warm White(теплый) – типичным световым потоком на уровне 60 лм. Поэтому они почти не применяются в фонарях и соответственно отсутствуют в широкой продаже. При этом типовое CRI у холодного (Cool), белого (White) и теплого (Warm) одной марки составляет 75, 80, 85 у Luxeon Rebel и 80, 85, 90 у Osram Оslon). Поэтому применение холодного (Cool) СД - цветовая температура 4 500 - 10 000С можно исключить, та самая синева его особенность, белого (White) цветовая температура 3 500 – 4 500С ограничить отбором в сторону более низкой температуры, а в основном использовать теплые (Warm) - 2 500 – 3 500С, нежелательны самые низкие цветовые температуры(желтизна). Как производить отбор не представляю (у кого то глаз - алмаз). Мало выбрать правильный СД, надо не ухудшить его параметры, обеспечив оптимальный режим. Выбор схем питания в предыдущей записи. При повышении мощности подводимой к СД, растет температура перехода (у Luxeon Rebel допустимая до 135С), но при этом падает светоотдача и резко ускоряется деградация, поэтому необходим хороший радиатор. Можно применять кулеры от процессоров или видеокарт, некоторые из них медные или с медной вставкой, правда они громоздкие. Медные тяжелее, но менее обьемные, чем алюминиевые. Думаю, правильным будет остановиться на токе максимальной светоотдачи, тогда 3Вт СД превращается в одноваттный с реальной светоотдачей 50 лм с радиатором 20-30 квадратных сантиметра. Необходимо наработать статистику, желательно применяя наборы бумаг Oracal или Pantone(10-15 цветов), но только у всех одинаковые (у нас, правда, нет никаких). Для этого желательно проводить измерения при 3-5 заранее выбранных токах, например 100, 200,350, 500, 700 мА используя 3-5Вт СД разных фирм. Кроме того производители разсортировывают СД по яркости на 3 бина, например 80,60,40 люмен. Как это отражается на параметрам неизвестно. Поэтому необходимо приводить марку СД полностью, например у меня Luxeon Rebel LXML_PWW1_0060, дает 60 лм при 350 мА и 110 при 700 мА. кроме того при применении разных линз указывать тип. для Luxeon Rebel я выбрал с самым широким углом, это дает более равномерный рассеянный свет. FLP-W4-RE-HRF фирмы FRAEN–круговая угол 36°; OPC1-1-SDIF фирмы - круговая угол 7° OPC1-1-WIDE фирмы DIALIGHT - круговая угол 20°; LISA-R1-SS-10523 фирмы LEDIL - круговая угол 10.8°; Теперь теория. Существуют 2 основных способа получения белого света от светодиодов - смешением различных цветов (Системы RGB) или с применением люминофоров. Первый способ объединяет свет от нескольких разноцветных светодиодов, что дает более высокую светоотдачу, поскольку исключает «стоксовы» потери, присущие люминофорам. На основе смешения цветов в RGB светодиодах можно получить все реально существующие цвета и, что особенно важно, получать белый свет с высоким индексом цветопередачи, в широком диапазоне цветовых температур. Белый цвет может быть получен смешением различных цветов, наиболее используемая комбинация - красный, синий и зеленый, но из-за необходимости контролировать смешение и степень рассеивания цветов стоимость производства RGB-светодиодов довольно высока. При этом эффективность такого способа получения белого света высока. Однако возможно появление световых пятен в центре и по краям из-за аберраций оптической системы, а также уплывание цветовой температуры и цвета из-за неравномерного отвода тепла, изменения внешней температуры или старения. Снижение влияния этих факторов и стабилизация выходного излучения достигается за счет введения обратной связи по цветовому составу и интенсивности излучения (автоматического баланса белого), которая может замкнутой, с использованием цепи обратной связи или разомкнутой. При использовании замкнутого контура применяется оптический датчик цветности для коррекции реально формируемого белого. При коррекции с разомкнутым контуром коррекции точки белого осуществляется по таблицам. Существует большое количество микросхем управления подсветкой для ЖК дисплея с RGB подсветкой. Многоцветные белые светодиоды могут быть ди-, три-, и тетрахроматичные, причем дихроматичный белый светодиод имеет лучшую световую эффективность, но самый низкий CRI, тетрахроматичный - небольшую световую эффективность, но превосходный CRI. наиболее проблематичные моменты при создании RGB-источников: • отсутствие светодиодов глубоко зеленого диапазона спектра (540-560 нм), необходимых для получения полноценного белого света с высокими значениями CRI. • нелинейные и сильно различающиеся зависимости мощности излучения от тока для диодов на основе InGaN (сине-зеленый диапазон) и AlGaInP (желто-красный диапазон. • сильная зависимость спектра излучения, соответственно, координат цветности и люмен- эквивалента от тока для диодов зеленого диапазона. По рекомендациям, желательно подбирать диоды по длине волны. Красный диод с чуть укороченной волной в сторону оранжевого (около 635 нанометров) и синий диод со смещением волны в сторону УФ. В противном случае приходится добавлять Amber диод для получения теплых оттенков. Для управления параметрами применяют RGB контроллеры, в памяти которого хранят предустановки для разных режимов, обычно имеют шину по протоколу DMX-512 для связи с управляющим устройством, что удорожает систему. Второй способ использует люминофоры. 1. на синий светодиод наносится желтый (или зеленый плюс красный) люминофор, в результате два или три излучения смешиваются. Нанесение на синий кристалл нескольких слоев фосфора разных типов позволяет улучшать CRI. Также для улучшения CRI применяют голубой светодиод. 2. на ультрафиолетовый светодиод, наносятся три люминофора, излучающих, соответственно, синий, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. Этот способ хуже предыдущего по эффективности, но позволяет добиться лучшей цветопередачи. К тому же ультрафиолетовые диоды имеют большую световую эффективность. С другой стороны, УФ излучение вредно для человека. 3. синий светодиод ZnSe, "выращенный" на ZnSe-подложке. Активная область проводника при этом излучает синий свет, а подложка - желтый. Например - светодиод SUWH-5050 5-чиповый smd светодиод с изменяемой температурой белого свечения, содержит четыре синих и один оранжевый кристалл, покрытых тонким слоем желтого фосфора. Ток 20 мА, яркость 4500 мКд, для работы необходимо 3 источника, причем 1 регулируемый. Меняя ток через оранжевый кристалл, можем получить белый свет в широком диапазоне цветовых температур, с высокой светоотдачей и без уменьшения срока службы в режиме теплого белого. Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы и позволяют получить хороший белый цвет. И для них, в принципе, не проблема попасть в точку с координатами (X=0,33, Y=0,33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе (как следствие, не контролируется цветовая температура); и в-третьих – люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Хорошим примером светодиода, который удовлетворяет высоким требованиям к качеству света, может служить Luxeon Warm White. Если судить по заявленным характеристикам, то его номинальная КЦТ излучения составляет около 3200 К, а типичный общий индекс ЦП около 90. Расчет с использованием представленного в типичного спектра излучения светодиода дает ЦТ на уровне 3300 К, а общего индекса CRI – на уровне 94.
Источник света с более высоким CRI имеет меньшую светоотдачу, поскольку его спектр является более широким. Так, например, стандартный белый Luxeon характеризуется типичным световым потоком на уровне 110 лм, а Luxeon Warm White – типичным световым потоком на уровне 60 лм. В последнее время появились коммерчески доступные органические светодиоды (OLED). Главное отличие органических светодиодов - это то, что OLED является не точечным источником света, а светоизлучающей поверхностью. Для создания органических светодиодов (OLED-панели) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из нескольких слоев полимеров. Белое свечение OLED-панели получается благодаря сочетанию RGB-цветов (красной, зеленой и синей матриц органических слоев, излучающих в разных областях спектра). На сегодня световая эффективность доходит до 65 лм/Вт, индекс цветопередачи CRI до 75. Световые OLED-панели генерируют равномерный не ослепляющий свет и обладают широкой функциональностью. Поверхность OLED-панелей может быть как зеркальной, так и прозрачной. Недостатком OLED-технологий является невысокая световая отдача. Второй сдерживающий фактор — срок службы OLED, который на сегодня составляет не более 15 000 ч. Третий - высокая цена. Для оценки качества белого света применяются: 1. коэффициент цветопередачи CRI (Color Rendering Index) 2. коэффициент качества цвета CQS (Color Quality Scale) для оценки равномерности спектра. Проблема заключается и в том, что коэффициент цветопередачи CRI не очень подходит для светодиодов. Вот что об этом пишет Дик Эрдманн, инженер-технолог компании GE . "В настоящее время проводится исследование, согласно результатам которого обнаруживается, что белый свет, получаемый при смешении красных, зеленых и синих светодиодов, предпочтительнее, чем свет, излучаемый галогенными светильниками и лампами накаливания, даже если у последних более высокие показатели индексов цветопередачи. На самом деле в техническом отчете «Цветопередача белых светодиодных источников света» Международной комиссии по освещению указывается: «Технический комитет заключил, что индекс цветопередачи, разработанный комиссией, обычно неприменим для прогнозирования параметров цветопередачи набора источников света, если в этот набор входят светодиоды белого цвета». Такая рекомендация проистекает из изучения множества академических анализов, в которых рассматривались и покрытые фосфором белые светодиоды, и RGB светодиодные кластеры. Обозреватели оценили внешний вид освещенных сцен при использовании ламп с различными индексами цветопередачи и обнаружили, что в целом не существует точной взаимозависимости между классификациями и подсчитанными показателями CRI. Во многих случаях RGB светодиоды имели индексы цветопередачи в районе 20, но при этом хорошо показывали себя при передаче цветов. Одно из возможных объяснений этому заключается в том, что они обычно склонны повышать воспринимаемую насыщенность большинства цветов без смещения цветопередачи оттенков. Индекс цветопередачи можно сравнивать только у источников света равной цветовой температуры. Это относится ко всем источникам света, не только к светодиодам. Вдобавок различия в величинах CRI меньшие, чем пять единиц, незначительны. Это означает, что источники света с индексами цветопередачи в 80 и 84 практически одинаковы. Заключение Тогда зачем же использовать CRI, если у этой величины так много недостатков? В настоящее время это единственная признанная на международном уровне система оценки цветопередачи, которая дает потребителям некоторые ориентиры.» Никифоров Сергей в статье «Реальный цвет и виртуальный индекс его передачи» так и спрашивает «Что мы видим: цвет или его индекс?» «С появлением источников света со сложным спектральным распределением светового потока (люминесцентные лампы, светодиоды, натриевые и металлогалогенные лампы и др.) индекс цветопередачи этих источников стало еще более трудно понимать: в сравнении с планковскими источниками излучения никак не получается приравнять их физическую часть колориметрических характеристик в виде спектрального состава излучения, кроме расчетных — координат цветности, также имеющих сомнительную репутацию оценки цвета. Таким образом, освещенность, равнозначно воспринимаемая глазным аппаратом от источников с различным спектральным составом, будет иметь разные значения, несмотря на то, что упомянутые расчетные параметры (Ra, координаты цветности) могут находиться очень близко. Потому как корректно сравнить эти источники с лампой накаливания или стандартными источниками будет затруднительно. …. Помимо энергетической характеристики (освещенности) излучения, необходимого для восприятия глазом, крайне важны его спектральные параметры, определяющие цветность сигнала. Свет, генерируемый источником, должен иметь такое спектральное распределение плотности энергетической яркости, которое обеспечивало бы однозначное присвоение ему того или иного цвета [7, 8]. В случае со светотехническими устройствами — от осветительных приборов и светильников подсветки до больших полноцветных экранов и световых устройств отображения информации — восприятие цвета будет отражать цветопередачу и оттенки цветов увиденного. …. Из приведенного на рис. 6–14 списка источников света, используемых в освещении, только лишь у светодиодов, построенных по схеме «синий кристалл – люминофор», можно наблюдать значительное приближение описанных величин к кривой видности глаза, по крайней мере, относительно других источников. Судя по данным в таблицах 2 и 3 и рис. 6–14, спектр излучения белых светодиодов с различными коррелированными цветовыми температурами, особенно низкими (рис. 11, 12), имеет очень высокий процент соответствия V(λ) на протяженном участке видимого диапазона, достигая 95% в области желтого, что говорит о его непрерывности и высокой степени подобия основному естественному источнику. Это обстоятельство могло быть выявлено лишь толкованием данных спектрального распределения, потому как расчет индекса цветопередачи, исходя из координат цветности, не отражает качественного показателя спектрального распределения энергий, хотя и относительного. Из данного утверждения можно сделать вывод о том, что полупроводниковый свет на основе белых светодиодов, используемый для освещения, не только достиг своей эффективности относительно традиционных ламп, но и превосходит их в части комфортности восприятия глазным аппаратом. Что открывает куда большие перспективы по его применению, чем когда-то были у ламп относительно свечей и керосиновых фонарей.»
|