Что такое цветовой сдвиг и почему он происходит

Лучшие осветительные приборы отличаются стабильностью цвета и светового потока. Однако все источники света (даже светодиоды) с годами неизбежно теряют первоначальный оттенок и уровень светового потока. В зависимости от типа светоприбора, пользователь может не заметить этих изменений, поскольку привыкает к медленному, постепенному изменению нормального уровня освещённости и гаммы в помещении. Однако в ряде случаев такие перемены очень заметны, и могут стать серьёзной проблемой.

Светодиодная промышленность изначально была ориентирована на повышение эффективности за счёт получения большего количества света при меньшей мощности. Однако, совсем недавно специалисты в этой отрасли заметили необходимость решения проблемы сохранения цвета в течение длительного времени, или стабильности цвета.

Важно отметить, что стабильность цвета и постоянство цвета – это разные понятия. Стабильность цвета – это способность светодиодной лампы или светильника сохранять постоянный тон свечения (цветность) в течение долгого времени, в то время как постоянство цвета относится к изменению цветности от продукта к продукту в партии предположительно идентичных изделий одного производителя. Когда мы далее будем обсуждать цветовой сдвиг, ключевой акцент ставится на стабильность цвета. При этом мы ставим перед собой задачу в первую очередь ответить на терминологические вопросы, и уже через них дать представление о сущности отдельных явлений или показателей качества светодиодной продукции.

Что такое стабильность цвета?

Стабильность цвета – это способность источника света сохранять свои цветовые свойства в течение длительного времени. Данная характеристика вполне может стать важнейшим (но регулярно упускаемым из виду) качеством светотехнического изделия. Цветовые свойства ламп и светильников способны меняться в течение срока службы, даже если изделия изготовлены с постоянной коррелированной цветовой температурой.

Цвет света, излучаемого источником, соответствует некой длине волны. Температура тесно связана с видимой частью электромагнитного спектра, поэтому мы и называем источник света имеющим определённую цветовую температуру. Лампа накаливания даёт тёплый белый цвет, который больше склоняется к жёлто-оранжевому концу светового спектра. Металлогалогенная лампа находится существенно выше в цветовом спектре и продуцирует более холодный белый тон, который склоняется к голубому концу светового спектра. А вот светодиодные лампы и LED-светильники в большинстве своём выдают свечение, попадающее в зону около середины этого видимого диапазона – наравне со светом солнца в погожий, но не ярко-солнечный день. Кроме того, полупроводники часто имеют возможность варьировать цветовую температуру, что иным типам освещения неподвластно. Стабильность цвета варьируется от продукта к продукту и от производителя к производителю. Но это тот показатель, который, по-хорошему, должен быть включён в товарные спецификации или гарантийные обязательства на конкретный товар.

Что такое цветовой сдвиг?

Вы когда-нибудь замечали, что на автомобильной парковке, где рядом расположены несколько фонарных столбов, каждый из них излучает немного другой цвет? Это вызвано цветовым сдвигом. Он случается при значительном изменении спектрального излучения источника света, что приводит к изменению коррелированной цветовой температуры (CCT) и индекса цветопередачи (CRI) источника света на протяжении срока его эксплуатации. Короче говоря, цветовой сдвиг – это постепенное (или резкое в случае некачественных ламп и светильников) изменение цвета свечения, излучаемого источником.

Изменение цвета в диапазоне, заявленном производителем, может произойти в течение гарантийного срока службы изделия. И это тоже то, на что производитель должен заранее обратить внимание потребителя в документации касаемо технических характеристик продукции.

На качество света светодиодов влияет множество факторов. Фактическая цветовая температура может отличаться у разных производителей, даже если они указывают одни и те же показатели. Кроме того, цветовая температура светодиода может меняться со временем (Color Shift) – это означает, что значение ССТ после нескольких тысяч часов использования может отличаться от норматива для нового продукта.

Что такое эллипс МакАдама?

Эллипс МакАдама – это эллиптическая область на диаграмме цветности МКО, которая содержит все цвета, неразличимые для среднего человеческого глаза. Система МакАдама оценивает качество цвета по шкале от 0 до 10 и даёт представление о том, насколько точным является цветовое зрение среднего человека, и насколько хорошо он различает похожие цвета. Эта система также используется для уточнения процесса биннинга цветов: это приём, когда незначительные цветовые различия в светодиодах измеряются в эллипсах или шагах («steps») МакАдама. В качестве официальной единицы используют аббревиатуру SDCM, что в расшифрованном переводе означает «стандартное отклонение соответствия цвета».

Распределение по сферам применения выглядит следующим образом:

• МакАдам 2 SDCM – музеи, галереи, выставки;
• МакАдам 3 SDCM – офисы, школы, розничная торговля, здравоохранение;
• МакАдам 4 SDCM – наружные фасады;
• МакАдам 5 SDCM – другие виды наружного применения.

Для предотвращения несоответствия цветов в конечной светодиодной продукции диоды сортируются и группируются в партии, известные как «бины цветности» (другой, буквальный термин – «корзины»). Количество эллипсов, в которые попадают светодиоды – это показатель, выражающей степень цветовых различий внутри партии (бина) светодиодов. Показатель эллипсов Макадамса помогает производителям подобрать, какие именно светодиоды они будут закупать, находя изделия с заранее определённым бином.

Что такое сортировка светодиодов по бинам?

Производители светодиодов (которые зачастую не являются теми же компаниями, которые производят конечные продукты, производящими лампы и светильники) сортируют свою продукцию в «корзины» в соответствии с заданными характеристиками. Чем из меньшего количества подобных корзин выбираются ваши светодиоды, тем стабильнее качество продукции.

Система МакАдама используется для уточнения процесса сортировки цветов светодиодов, и сегодня она приобрела важное значение для проверки цветности светодиодов. Цветность LED-продукта (степень отклонения его цветовой температуры) определяется всё так же в эллипсах МакАдама при стандартном отклонении соответствия цвета (SDCM) – стандарте CIE.

Что вызывает цветовой сдвиг в светодиодах?

Как уже упоминалось ранее, светодиоды, к сожалению, не остаются в стороне от проблем с цветовым сдвигом, поскольку существует ряд факторов, которые способны влиять на цветность на уровне диода, лампы и светильника. Качественные полупроводники менее подвержены изменению цвета, однако, поскольку срок службы у светодиодов намного больше, чем у традиционных источников света, изменение оттенка у них может быть более заметным ближе к концу срока службы.

Основная причина преждевременного изменения цвета свечения диодов связана с конструкцией лампы или светильника и качеством материалов, использованных при изготовлении изделия. По мере эксплуатации изделия со временем материалы, используемые в его конструкции, могут разрушаться, если они плохо спроектированы. Их свойства меняются, что, в свою очередь, приводит к изменению цветовой температуры производимого света. Легче всего отследить изменения по работе светодиодных лент, поскольку они имеют более необычный режим эксплуатации – непродолжительные циклы чередуются с длительным простоем, а включений и выключений может быть подряд сразу несколько, из-за чего элементы успевают быстро нагреться, но остыть не до конца.

Преждевременное изменение цвета светодиодов вызывается:

• низким качеством материала – например, самих светодиодов;
• неоптимальной конструкцией лампы, ленты или светильника;
• неверным использованием и/или неудачным местом установки.

Рассмотрим эти причины более детально.

Материал низкого качества

1. Бин с диодами более низкого качества будет деградировать быстрее, и в целом подвержен изменению цвета раньше. Зачем же тогда производителям использовать диоды более широкого ассортимента? Ответ прост: так дешевле.

2. Некоторые некачественные компоненты, такие как драйверы и блоки питания, тоже могут ускорить процесс деградации и вызвать изменение цвета.

3. На производительность светодиодов сильно влияет рабочая температура (ток преобразователя). Чрезмерные колебания температуры во время работы сокращают срок службы большинства LED-компонентов.

Неоптимальная конструкция

1. Некоторые производители, пытаясь получить больше света от диода, перегружают его. Хотя это действительно увеличивает световой поток, сами кристаллы работают при более высоких температурах, что увеличивает вероятность преждевременного изменения их цвета.

2. Также ряд производителей в попытке сэкономить на стоимости сырья разрабатывают лампы и светильники, которые не способны должным образом отводить тепло, выделяемое диодами. Это приводит к тому, что изделия вынуждены выдерживать более высокие температуры в течение более длительных периодов времени, чем те, на которые они были рассчитаны и испытаны, а это увеличивает вероятность преждевременного изменения цвета.

3. Низкое общее качество производства или неподходящие условия сборки на производственных предприятиях могут увеличить вероятность попадания пыли и/или грязи на внутренние компоненты светильников, люстр и даже лампочек. Этот «дополнительный материал» может повлиять на способность готового изделия рассеивать тепло, что опять-таки увеличивает вероятность преждевременного изменения цвета.

Режим эксплуатации и место установки

1. Светодиодные лампы, установленные в неподходящих корпусах или светильниках, могут привести к ухудшению качества освещения. Например, лампа типа «кукурузный початок», устанавливаемая в существующий корпус светильника для парковки (просто для замены старой лампочки), не соответствует тем принципам для отвода тепла, которые нужны. Из-за предыдущего типа лампочки (HID) существующий корпус совершенно не предназначен для рассеивания избыточной тепловой энергии, поскольку этот аспект не влиял на работу оригинальной лампы.

2. У светодиодов конец срока службы определяется в зависимости от того, что происходит первым: катастрофический отказ, неприемлемое снижение светового потока или неприемлемое изменение цвета. Хорошо известно, что срок службы любых светодиодных ламп превышает срок службы прочих типов традиционного освещения. Поэтому низкокачественные материалы, плохое проектирование и конструктив, а также неправильный режим использования и некорректная установка часто являются основными причинами преждевременного изменения цвета в светодиодных системах.

Другие потенциальные причины цветового сдвига

Смещение цвета может быть вызвано и физическими компонентами диода – например, люминофорным покрытием. Большинство светодиодов, представленных на рынке, имеют люминофорное покрытие, что означает нанесение специальной смеси на чип. Степень изменения цвета зависит от того, как деградировал светодиод, что, в свою очередь, зависит от метода нанесения покрытия, использованного производителем.

Например, один метод продемонстрировал скручивание люминофора на чипе, что вызвало сдвиг свечения в сторону синего цвета. Другой метод вызвал сдвиг в сторону жёлтого цвета, когда под воздействием высоких температур между покрытием и LED-чипом возникли воздушные зазоры.

Заключение

Качественный дизайн, разработанный авторитетными производителями, может обеспечить длительный срок службы почти любого светодиодного продукта с довольно ограниченным изменением цвета. Именно это отличает качественного производителя от некачественного и объясняет, почему продукты для аналогичного применения (например, светильники бра от двух разных производителей) могут сильно отличаться по стоимости.

Поскольку основная ценность светодиодов заключается в их высокой эффективности при длительном сроке службы, важно, чтобы они сохраняли свою ССТ в течение всего срока эксплуатации. Хотя диод может достигать высокой эффективности и поддерживать хороший световой поток, если его CCT деградирует слишком рано, практический срок службы светодиода также будет автоматически сокращён.

Если вы хотите приобрести качественные светодиодные изделия или полностью модернизировать ваше помещение, наша компания готова помочь вам в этом вопросе. Мы уважаем всех производителей, но закупаем продукцию только у лучших из них, а потому поможем вам выбрать наилучшие LED-товары, подходящие именно для ваших задач.