TM-30: ontoereikend bij wittinten en de vraag naar ultraviolet
De kunst van een gedifferentieerde weergave van wittinten zonder ultraviolette straling...
In verschillende bijdragen hier in de danholt licht-BLOG heb ik de betekenis van de verschillende TM-30-kengetallen toegelicht en uitgelegd hoe lichtontwerpers en gebruikers zich hierdoor kunnen laten leiden.
TM-30 is echter ook nuttig voor andere spelers in de verlichtingswereld, inclusief de fabrikanten zelf. Bij de ontwikkeling van een lichtbron gaat het vaak om compromissen — bijvoorbeeld de keuze of we lumen per watt of kleurweergave op de voorgrond plaatsen. Het is van cruciaal belang dat de meetwaarden waarmee we deze compromissen beoordelen zo nauwkeurig mogelijk zijn, zodat waardevolle producteigenschappen worden geoptimaliseerd en niet abstracte cijfers.
Vandaag wil ik aan de hand van de SORAA Vivid full-spectrum LED laten zien hoe zulke compromissen het ontwerp van een product kunnen bepalen.
De SORAA Vivid serie streeft ernaar wit en alle kleuren van het zichtbare spectrum even natuurlijk weer te geven — precies zoals ze zouden verschijnen onder een natuurlijke lichtbron met dezelfde kleurtemperatuur (CCT), zoals halogeen of zonlicht.
De full-spectrum technologie van SORAA combineert een violet boost en drie andere fosforen, wat op natuurlijke wijze leidt tot een gelijkmatig doorlopend spectrum. Door de afzonderlijke spectra zorgvuldig in balans te brengen, kan het volledige spectrum van natuurlijk zichtbaar licht zo dicht mogelijk worden benaderd, zoals weergegeven in Afb. 1.
Dit leidt tot natuurlijke kleuren, gemeten aan de hand van een hoge waarde van de TM-30-kleurgetrouwheidsindex Rf: met de juiste afstemming kan bijvoorbeeld Rf = 95 worden bereikt.
Afb. 1 Natuurlijk zonlicht kan met de full-spectrum benadering van SORAA zeer goed worden benaderd, wat leidt tot een hoge kleurgetrouwheidsindex Rf. Hier worden de afzonderlijke pieken van de violet booster en de drie fosforen (blauw, groen, rood) over elkaar gelegd om het volledige spectrum te creëren.
Tot nu toe blijft daarbij echter één beslissende vraag onbeantwoord:
Hoe bereiken we een heldere en gedifferentieerde weergave van wittinten?
Waarom verschillen wittinten eigenlijk van kleuren?
Dat komt doordat veel witte materialen zogenaamde fluorescerende witmakende stoffen bevatten, optische witmakers.
Deze stoffen absorberen het onzichtbare ultraviolette licht en geven daarvoor blauwachtig zichtbaar licht af. Ons oog registreert dit, in samenspel met de hersenen, als een versterking van de witheid.
Optische witmakers zijn alomtegenwoordig: ze komen voor in veel geproduceerde witte materialen zoals stoffen, papier en kunststoffen, en zijn ook van nature aanwezig in onze tanden. Ze zorgen voor deze absorptie van ultraviolette straling en omzetting in blauw.
Ook al houden we allemaal van helder, schoon wit, in de meeste toepassingen willen we niet de schadelijke UV-straling die het waarnemen van deze wittinten mogelijk maakt.
Conventionele LED-producten vermijden natuurlijk UV-straling — maar dat betekent dat ze de witmakers niet activeren en witte objecten altijd geelachtig en smoezelig laten lijken.
SORAA heeft een elegante oplossing voor dit probleem gevonden:
Het bleek dat optische witmakers ook kunnen worden geactiveerd door onschadelijk violet licht — niet ultraviolet licht — met een zorgvuldig gekozen golflengte. De truc die SORAA gebruikt om natuurlijk wit weer te geven, bestaat erin het voor zonlicht typische UV-licht te vervangen door de juiste hoeveelheid eenvoudig violet licht:
De witmakers, respectievelijk optische witmakers, worden dan exact zo geactiveerd als ze onder natuurlijk licht met UV-aandeel zouden worden geactiveerd.
Afb. 2 laat dit verband zien:
Afb. 2 Halogeen- en gloeilamplicht zorgen door hun “UV-staart” voor de activering van witte kleuren. Bij een intelligent LED-ontwerp kan dit worden nagebootst met een piek violet licht, die eveneens de optische witmakers activeert. De schadelijke effecten van UV-straling worden op deze manier volledig vermeden.
Hoe laat dit effect zich in cijfers uitdrukken? Verrassend genoeg bestaat daarop geen strikt antwoord. Dat komt deels doordat het grootste deel van de verlichtingsindustrie, die LED’s met een “blauwe” bron gebruikt en geen mogelijkheid heeft om witheid te bepalen, deze vraag helemaal niet kent.
En bovendien, om het duidelijk te zeggen: kleurweergavemetrieken, inclusief CRI en TM-30, zeggen niets over de witweergave.
Dat betekent dat een bron een zeer hoge Rf-waarde of CRI kan hebben, maar toch een verschrikkelijke witweergave.
Gelukkig is de onderliggende kleurwetenschap vrij goed begrepen, en is het mogelijk een metriek af te leiden die, analoog aan de kleurweergave-index Rf, de weergave van witte objecten meet.
Op basis van intern onderzoek en academische samenwerkingen heeft SORAA precies dat gedaan en de witweergavemetriek Rw ontwikkeld. Zoals te verwachten ligt de Rw-waarde voor natuurlijk licht rond 100.
En hier wordt het beloofde compromis zichtbaar. Om de beste kleurgetrouwheid te bereiken, moeten we de vorm van het natuurlijke spectrum zo dicht mogelijk benaderen — maar om de beste witgetrouwheid zonder UV te bereiken, moeten we wat violet licht, geen ultraviolet licht, aan het spectrum toevoegen, waardoor het van zijn natuurlijke vorm afwijkt.
Kortom, we staan voor een tegenstelling tussen de homogene weergave van kleuren en het volledige spectrum enerzijds, en de wittinten anderzijds. Nauwkeurige meetwaarden zijn hier van cruciaal belang, want dit compromis moet zo goed mogelijk worden gemaakt.
Met behulp van Rf en Rw werd het spectrum van de SORAA Vivid lampen zo ontworpen dat het beste uit beide werelden kon worden gehaald.
Dit werd bereikt door de golflengte en intensiteit van de violet boost optimaal af te stemmen op de spectra van de drie fosforen. Om betere prestaties te bereiken, werd ook bijzondere aandacht besteed aan een andere TM-30-index, Rfh1. Deze parameter meet de roodweergave en is het moderne en betere equivalent van CRI R9. De weergave van roodtinten is voor onze waarneming namelijk zeer belangrijk — Rfh1 is daarom minstens zo belangrijk als Rf, misschien zelfs belangrijker.
Als gevolg daarvan levert SORAA Vivid zeer hoge waarden in alle metrieken: Rf = 91, Rfh1 = 95 en Rw = 100. Het is een geluk dat dit specifieke compromis gevonden en geoptimaliseerd kon worden zonder de essentiële aspecten van een full-spectrum lichtbron te verliezen.
Afb. 3 TM-30 kleurvelden met kleurvervormingsmetrieken. Links een SORAA Vivid met hoge kleurgetrouwheid en hoge witgetrouwheid (Rw). Rechts: schijnbaar bijna hetzelfde weergegeven, een standaard-LED met hoge CRI heeft weliswaar een hoge Rf-waarde, maar geeft helemaal geen wit weer, Rw = 0 — niet herkenbaar in TM-30.
Laten we ter vergelijking nu een LED-bron bekijken (Afb. 3, rechts) die heel “naïef” alleen voor kleuren werd geoptimaliseerd: de kleurgetrouwheid zou Rf = 95 kunnen bereiken, maar de witgetrouwheid zou dalen naar Rw = 0. Als dit voorbeeld te dramatisch klinkt, herinner ik eraan dat dit precies overeenkomt met elke blauwe high-CRI booster-LED, die de overgrote meerderheid van de producten op de markt vormt.
Iedereen die een wit overhemd onder een SORAA Vivid LED en onder een concurrerende LED heeft vergeleken, kan bevestigen: het verschil is opvallend.
Ik hoop dat deze inzichten u een paar beslissingscriteria geven:
1. Het ontwerp van een lichtbron is een veelzijdige en veeleisende taak, waarin technische en fysieke aspecten zich mengen met subjectieve waarneming.
2. Nauwkeurige meetwaarden zijn belangrijk, want zij zijn het ontwerpinstrument waarmee we uiteindelijk beslissingen nemen en vervolgens valideren.
Conclusie: Let niet op slechts één enkele meetwaarde, maar op een reeks indicatoren die relevant zijn voor uw toepassing, zoals algemene kleurgetrouwheid, weergave van roodtinten en nuances van wit.
Het volledige assortiment: SORAA full-spectrum LED
Laat een reactie achter