Jaką diodę wybrać do wytworzenia światła białego?

Diodę należy wybrać tak, aby temperatura barwowa Tb (ang. Correlated Color Temperature — CCT) emitowanego przez nią promieniowania mieściła się w polu tolerancji dla źródeł o temperaturze barwowej odpowiednio 2700 K, 3000 K, 3500 K lub 4000 K. Należy zwracać też uwagę, na jakość oddawania barw przez obiekty oświetlane tym białym promieniowaniem. Jeżeli do określania jakości oddawania barw używa się wskaźnika Ra to najlepiej by było aby wynosił on ponad 80. Temperatura barwowa emitowanego promieniowania świetlnego oraz jakość oddawania barw oświetlanym nim obiektów zależą od jakości i technologii, w której wytworzono LED. Dlatego poniżej podano podstawowe informacje na ten temat.

Światło białe jest mieszaniną promieniowań z zakresu od 380 nm do 780 nm. W celu liczbowego oraz graficznego zobrazowania zależności dotyczących mieszania promieniowań Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa CIE w 1931 stworzyła trójkąt barw x,y przedstawiony na Rys. 10.1. W trójkącie tym każdej barwie przypisane są współrzędne x,y położenia jej punktu chromatyczności. Wybierając dwie barwy o różnych położeniach punktu chromatyczności i łącząc te punkty między sobą linią możemy wizualizować każdą z barw światła, która jest możliwa do uzyskania dzięki zmieszaniu w odpowiednich proporcjach tych 2 promieniowań jednobarwnych. Analogicznie można mieszać trzy barwy i wtedy barwa wynikowa mieszaniny leży w trójkącie Umiejętnie dobrana, większa od trzech liczba mieszanych ze sobą promieniowań, umożliwia poprawę jakości otrzymywanego światła białego. W odróżnieniu od innych źródeł światła białego ledówki mogą mieć różne odcienie definiowane za pomocą temperatury barwowej ( podobnie jak świetlówki kompaktowe). Dalego, chcąc uzyskać tę samą barwę należy zwrócić uwagę , aby wszystkie LED miały tę samą temperaturę barwową.

Rys. 10.1.Rys. 10.1 Karta chromatyczności x,y. Ilustracja sumowania barw.

Z zasady działania LED wynika, że emituje on promieniowanie w wąskim przedziale długości fal, czyli w zakresie widzialnym i jest ono przez ludzkie oko odbierane jako jednobarwne.

Wykorzystując zasady obowiązujące przy mieszaniu barw do wytwarzania światła białego w LED zostały opracowane dwie grupy metod.

Pierwsza grupa metod umożliwia otrzymywanie światła białego poprzez zmieszanie się odpowiednich proporcjach promieniowania jednobarwnych LED. Najczęściej w jednej obudowie umieszcza się kilka chipów LED wytwarzających światło o różnej barwie. Zazwyczaj obudowa LED zawiera co najmniej dwa chipy LED ( wytwarzające światło niebieskie i żółte), niekiedy trzy (wytwarzające światło czerwone, niebieskie i zielone) lub cztery (wytwarzające światło czerwone, niebieskie, zielone i żółte). LED wytwarzające białe światło na zasadzie mieszania barw mają potencjalnie najwyższą skuteczność świetlną, ale jakość uzyskanego światła (wartość ogólnego wskaźnika oddawania barw Ra) jest niska.

Druga grupa metod wykorzystuje zjawisko luminescencji zachodzące w luminoforze tj. konwersję długości fali (padające na luminofor promieniowanie o pewnej długości fali jest przez niego konwertowane na promieniowanie o dłuższej fali w stosunku do tej która padała na luminofor). Istnieje kilka rozwiązań technologicznych:

  • Chip LED emituje światło barwy niebieskiej. Część tego promieniowania pada na luminofor, który konwertuje go do barwy żółtej. To żółte światło miesza się z pozostałą częścią światła niebieskiego i w rezultacie otrzymujemy wrażenie światła białego.
  • Chip LED emituje światło barwy niebieskiej, które pada na kilka luminoforów, z których każdy konwertuje je na światło o innej barwie. Te różne barwy mieszają się ze pozostałym bezpośrednio pochodzącym z chipa światłem niebieskim. W efekcie otrzymuje się światło białe o wyższym ogólnym wskaźniku oddawania barw Ra w porównaniu z metodą jednego luminoforu.
  • Chip LED wytwarza promieniowanie nadfioletowe (UV) padające na luminofor trójpasmowy (wytwarzającego światło w zakresie trzech barw tj. czerwonej, zielonej oraz niebieskiej). Różne barwy światła mieszają się ze sobą, dając światło białe o najwyższej jakości (najwyższym ogólnym wskaźniku oddawania barw Ra).