LEDs : La qualité plutôt que la quantité de lumière

Si vous avez déjà conçu un éclairage LED, vous êtes probablement tombé sur des LED très chères annonçant un indice de rendu des couleurs (IRC) élevé, et vous avez peut-être pensé que les LED moins chères seraient meilleures, vous permettant d'incorporer plus de luminosité pour le même montant d'argent. Si, cependant, vous êtes sur le point de concevoir un éclairage LED et que vous n'êtes pas vraiment familier avec les indices de rendu des couleurs, alors ce pourrait être le bon moment pour vous renseigner à ce sujet. Après tout, l'indice de rendu des couleurs d'une LED a-t-il vraiment de l'importance ?

Selon votre application, l'indice de rendu des couleurs pourrait faire la différence entre un excellent produit et un produit assez terrible. Si votre application implique la nourriture, les présentoirs de vente, la photographie ou la vidéographie, alors l'indice de rendu des couleurs est absolument vital, plus encore que la luminosité absolue.

En tant que photographe amateur, j'ai tendance à concevoir des projets personnels en utilisant des LED blanches avec un IRC de 97+. Étant des projets personnels, la différence de coût entre une LED à haut IRC et une LED blanche ordinaire n'est pas grande, et cela me donne satisfaction de savoir que la lumière va rendre les couleurs magnifiques. Tout le monde n'a pas la même appréciation pour les couleurs vives et éclatantes obtenues grâce à des LED à haut IRC coûteuses que moi, et j'espère changer cela à travers quelques tests dans cet article.

J'ai vu des vidéos sur YouTube sur la fabrication de grands panneaux lumineux DIY brillants en utilisant des bandes LED bon marché. Les bandes LED qu'ils annoncent sont en effet très bon marché, cependant, la qualité de la lumière l'est aussi. Lorsque je travaillais dans un laboratoire de recherche il y a plusieurs années, j'avais spécifié une bande de LED avec un IRC de 95+ pour un projet de LightBoard qui devait être utilisé en interne. Certains de mes collègues ont tiqué sur le coût de la bande LED, qui, à l'époque, coûtait presque 20 fois plus cher que la bande LED la moins chère de la même longueur vendue sur les places de marché en ligne. Mes arguments en faveur de la qualité de la lumière ont prévalu, et le projet a fini par avoir un aspect spectaculaire avec une écriture très brillante et vibrante sur le tableau lumineux, ce qui a largement dépassé tout ce que les bandes bon marché pouvaient produire.

À l'époque, je n'avais pas eu l'occasion de démontrer par une comparaison côte à côte de la bande lumineuse coûteuse versus la bon marché, alors à la place, j'ai décidé de partager mon amour pour les LED de haute qualité ici.

Je me suis rendu sur Amazon et j'ai acheté la bande LED de 5 mètres la moins chère que j'ai pu trouver. Mon achat était pour 'Ruban LED 12V étanche flexible LED Tape 5050 SMD 300 LEDs'.

Ensuite, j'ai commencé à fouiller les sites web de fournitures d'éclairage du Royaume-Uni pour des 'bandes LED à haut IRC'. La seule chose qui m'intéressait était l'indice de rendu des couleurs, pas la luminosité, la tension ou le courant. J'espérais trouver des LED blanc jour/neutre afin de pouvoir les réutiliser dans un autre projet. Pour environ 15 fois le prix des LED d'Amazon, j'aurais pu acheter des bandes LED à 96 IRC, mais le fournisseur était en rupture de stock. J'ai opté pour la bande LED à 90 IRC qui revenait à seulement environ 5 fois le prix des LED d'Amazon, car elle n'était disponible qu'en paquet de 10 mètres. J'espérais trouver du 95+, mais n'en ayant pas trouvé, j'espérais que 90 IRC serait suffisant pour faire valoir mon point de vue.

Qu'est-ce que l'Indice de Rendu des Couleurs

À ce stade, vous vous demandez peut-être ce qu'est l'indice de rendu des couleurs et pourquoi je lui porte tant d'intérêt. L'indice de rendu des couleurs est une mesure de la qualité de la lumière blanche artificielle, avec le soleil à 100% étant la référence dorée à laquelle elle est comparée. Le soleil est ce à quoi nos yeux sont adaptés, et il fournit un spectre de lumière très uniforme pour notre vision. L'IRC est calculé en comparant une gamme d'échantillons de couleurs standard CIE avec une source de lumière de référence de la même température de couleur, puis en examinant le pourcentage de différence. Mon bandeau LED de 90 IRC manque d'environ 10% du spectre de lumière visible par rapport au soleil, c'est pourquoi j'aurais largement préféré en avoir un de 95+.

L'indice de rendu des couleurs est indépendant de la température de couleur. Un LED blanc froid bon marché aura typiquement un IRC inférieur à un LED de température de couleur de lumière du jour bon marché, car le LED de lumière du jour nécessite naturellement plus de lumière rouge. Cependant, un LED blanc froid de bonne qualité peut encore avoir un IRC de 95+, car cela nécessite simplement un matériau phosphorescent plus spécialisé de la part du fabricant.

Les LEDs à faible coût ont tendance à avoir une sortie de lumière de faible qualité, car cela nécessite un mélange spécialisé de différents matériaux phosphorescents pour créer toutes les longueurs d'onde de lumière nécessaires pour voir toutes les couleurs naturellement. Vous pouvez créer un LED blanc vous-même en utilisant un seul LED RGB en allumant simplement tous les dies en même temps. Cela crée une lumière de très faible qualité comme vous l'avez vous-même expérimenté, car la lumière n'a que 3 points sur le spectre - rouge, vert et bleu.

Zhang Junchao, Snapshot multi-longueurs d'onde microscope à interférence. Optics Express. 26. 18279. 10.1364/OE.26.018279.

À nos yeux, qui voient en rouge, vert et bleu, cela ressemble à de la lumière blanche. Cependant, les reflets sur quelque chose d'aussi simple qu'une pomme rouge ne semblent pas corrects. La pomme paraît terne, sans vie, ou peut-être un peu maladive parce qu'il n'y a qu'une petite partie du spectre rouge qui se reflète.

Si nous comparons notre exemple de RGB de très mauvaise qualité lumineuse au soleil, vous pouvez immédiatement voir pourquoi c'est un mauvais substitut.

Source : Dommages ultraviolets à l'œil revisités : Facteur de protection solaire pour les yeux (E-SPF^®), une nouvelle étiquette de protection ultraviolette pour les lunettes. Clinical ophthalmology (Auckland, N.Z.). 8. 87-104. 10.2147/OPTH.S46189.

Pour tester l'indice de rendu des couleurs, un laboratoire va éclairer les 15 échantillons de couleurs de test avec la source de lumière à tester, la réflexion de laquelle est ensuite mesurée et comparée à la source de lumière de référence (le soleil). Cela donne une valeur R pour chaque échantillon de couleur, qui indique la fidélité avec laquelle une source de lumière testée peut rendre cette couleur. L'IRC est le R_a, ou la réflexion moyenne de tous les échantillons, donc vous pouvez voir l'IRC listé comme R_a par certains fabricants, ou utilisant R_a comme les ‘unités’.

Généralement, un IRC de 95 est considéré comme ‘élevé’. Cependant, certains fabricants pourraient étendre cela à 90, comme l'a fait le fabricant de mon bandeau LED ‘haute IRC’ relativement bon marché. Les bandeaux LED très bon marché sont autour de 30-50 IRC, et vous pouvez généralement considérer qu'un fabricant qui n'annonce pas l'IRC de ses LEDs blanches est assez médiocre.

Si vous utilisez une lumière à faible IRC, les objets n'auront pas l'aspect attendu par l'observateur. Si vous concevez un éclairage pour un restaurant ou la section des fruits et légumes d'un supermarché, les clients pourraient avoir l'impression que la nourriture a un aspect bizarre, ou peut-être pas de très haute qualité, car elle ne ressemble pas à ce qu'ils attendent.

Si vous concevez un éclairage pour la photographie ou la vidéographie, une source lumineuse à faible IRC entraînera des couleurs ternes, et des teintes de peau qui donnent aux gens un air malade. Il n'y a pas grand-chose à faire en post-production pour corriger cela non plus, car ces longueurs d'onde de lumière n'étaient tout simplement pas présentes pour être capturées par la caméra.

Configuration du test

Maintenant que vous savez ce qu'est l'IRC, revenons aux tests. J'ai retiré le tapis antistatique de mon bureau de laboratoire partiellement installé pour former la zone de test. C'est la nuit, et il n'y a pas d'autre source de lumière que les LED et l'écran relativement sombre de l'alimentation du laboratoire. J'ai pris environ 900mm de bande LED de chaque bobine de 5 mètres pour le test.

Tester la qualité de la lumière en utilisant des bandes LED de haute qualité et bon marché.

La configuration du test est simple : mon alimentation Rigol DP832 alimente chaque bande LED, qui est attachée à un petit trépied à une extrémité et collée à ma lampe loupe à l'autre extrémité. Les deux bandes LED sont collées ensemble, de sorte qu'elles suivent le même chemin, ce qui se traduira par un éclairage égal entre les bandes. Chaque sujet de test sera photographié avec l'éclairage de chaque bande LED, résultant en deux photos de chaque sujet de test, une éclairée par la bande LED bon marché, et l'autre par la bande LED à plus de 90 IRC.

Mes sujets de test sont :

• Des crayons de couleurs bon marché d'Amazon, avec la gamme de couleurs la plus large possible.
• Un tableau de calibration des couleurs Datacolour SpyderChecker 24.
• Un ensemble bon marché de pastels à dessin.

Le tableau de calibration des couleurs est un tableau standard de haute qualité utilisé pour la correction des couleurs en post-production photo et vidéo. Ce ne sont pas les mêmes couleurs utilisées pour les tests d'IRC, mais il offre des couleurs de référence de haute qualité pour notre évaluation.

Pour l'appareil photo, j'utilise un Nikon D5600 prenant des images brutes de 14 bits, avec un objectif Sigma 18-35mm F/1.8 à 22mm de zoom, f/6.3. Bien que l'appareil photo ne perçoive qu'une bande spécifique de rouge, vert et bleu, après avoir regardé les photos de test, je dirais que les différences en changeant simplement entre les deux bandes LED sont encore plus évidentes à l'œil nu. Les photos ont été éditées pour assurer que les expositions étaient correctes, et pour garantir que la balance des blancs était réglée sur le troisième niveau de gris du tableau de test des couleurs dans DXO Optics Pro 11. Comme vous le verrez sur les photos de test, la bande LED bon marché commençait à avoir des difficultés au-delà du troisième niveau de gris.

Puisque nous ne sommes pas intéressés par la quantité de lumière dans ce test, le fait que la lumière ne soit pas répartie uniformément sur les sujets de test est sans importance. Nous sommes uniquement intéressés par les couleurs que l'appareil photo peut voir. Dans les images de test, j'ai tenté d'égaler la luminosité des couleurs bleu moyen entre les deux images car ce sont les couleurs les plus également rendues par les deux bandes LED.

Images du test

Mes réglages de balance des blancs pour la bande LED bon marché étaient de 8675 Kelvin, avec une teinte de -66.

La bande LED coûteuse était à 4295 Kelvin (annoncée à 4000K), et une teinte de -43.

Tableau de Test

Tableau de test comparant une bande LED bon marché avec des bandes LED à CRI supérieur à 90 coûteuses.

Le coin supérieur gauche de chaque boîte est la bande LED bon marché, et la couleur en bas à droite est la bande LED coûteuse qui prétend avoir un CRI supérieur à 90. Les deux boîtes les plus à droite en haut sont des tons de peau, la rangée du bas devrait être des gris parfaits qui reflètent tout le spectre visible de manière égale.

Vous pouvez voir dans le tableau de test que la boîte rouge est très sombre lorsqu'elle est soumise à la bande LED bon marché, car il n'y a pas beaucoup de lumière pour réfléchir en retour. Les bleus purs semblent très similaires pour les deux, confirmant un bon équilibre des blancs et une correspondance d'exposition assez proche entre les deux images.

Pastels

Remarquez que les couleurs en haut à droite semblent très ternes et sans vie.

Pour les pastels, j'ai utilisé les mêmes réglages de balance des blancs qui ont été déterminés avec le tableau de test. La division pour ces images est la même, avec la bande LED bon marché en haut à droite et la bande LED à CRI élevé coûteuse en bas à droite.

Encore une fois, nous voyons que les jaunes vifs semblent très ternes et sans vie sur la bande LED moins chère. Les roses sous la bande LED à faible coût semblent presque violets. Imaginez à quoi ressembleraient du bacon, du jambon ou une poitrine de poulet frais !

Crayons

La différence pour la plupart des couleurs est le jour et la nuit.

Pour cette image, j'ai opté pour des rangées alternées d'éclairage LED à CRI élevé et à CRI faible. Je n'ai pas tout à fait aligné les crayons parfaitement à cause de la caméra légèrement inclinée sur la photo de la bande LED bon marché, cependant, ils devraient être suffisamment alignés pour une comparaison.

J'adore comment cette image montre que la plupart des bleus semblent très similaires, mais les violets, qui ont besoin d'un peu de rouge pour paraître violets, et les roses, semblent vraiment différents. Les jaunes, encore une fois, semblent très ternes et sans vie, et les rouges très sombres.

Réflexions sur les Images de Test

Je n'ai jamais testé de bandes LED côte à côte de cette manière auparavant, et la différence lors des tests était très frappante. La bande LED bon marché semble très incorrecte à vos yeux, et apparaît nettement plus sombre même en consommant le même courant que la bande plus coûteuse. Malgré le fait que la bande coûteuse ne soit que de 90 IRC, elle semble toujours très accueillante et agréable pour les yeux. Cela donne l'impression de sortir d'un bureau éclairé par des fluorescents lors d'une journée de printemps, lorsque le soleil n'est pas trop éclatant mais juste assez chaud pour être agréable. La bande LED à faible coût donne l'impression de retourner à l'intérieur pour travailler sur un rapport que vous avez repoussé pendant des semaines.

La caméra capture beaucoup de la différence de qualité de lumière, mais elle ne capture vraiment pas tout. En regardant les images sur mon ordinateur, je peux voir que les couleurs de la bande LED bon marché ne semblent pas tout à fait correctes, et les images semblent ternes et sans vie. Nos yeux ont une bien meilleure perception des couleurs que la caméra, et le spectre lumineux plus complet semble nettement plus lumineux et plus agréable pour les yeux.

Ces émotions et sentiments influenceraient également les sentiments d'un client de détail vis-à-vis d'un produit exposé. Si vous exposiez un bel objet dans un magasin sous la lumière de la LED bon marché, il ne serait pas aussi attrayant ou tentant que s'il était éclairé par la bande LED de meilleure qualité. En tant que bureau d'ingénierie, vos clients potentiels sont les magasins de détail ; votre travail consiste à faire en sorte que leurs produits paraissent aussi bons que possible pour inciter les visiteurs à effectuer des achats dans les magasins. Si vous utilisez une grande quantité d'éclairage de mauvaise qualité dans votre dispositif, il peut être très lumineux mais ne pas vendre le produit.

De même, si vous conceviez une solution d'éclairage sur mesure pour un bar ou un restaurant, vous voudriez vous assurer que chaque rayon de lumière se reflétant sur ce que le client consomme le rende appétissant et savoureux.

Un bon éclairage est important pour bien plus que le commerce de détail, les produits et les restaurants. Si vous concevez un éclairage pour la vision par machine en couleur, s'assurer que l'éclairage est de bonne qualité donnera à l'ordinateur des couleurs plus vives et éclatantes avec lesquelles travailler, ce qui améliorera à son tour la qualité des algorithmes de vision par machine.

Conclusion

La prochaine fois que vous achetez des LED blanches, envisagez de sélectionner en fonction de l'indice de rendu des couleurs des choix pour garantir que ce que vous éclairez semble vibrant et beau pour le spectateur. Octopart dispose d'un filtre pour l'IRC, et si vous cliquez ici, j'ai pré-filtré toutes les LED qu'Octopart connaît pour ne montrer que les LED de 90 à 100 IRC. Maintenant, vous avez une excellente liste de LED, que vous pouvez commencer à trier par prix et filtrer pour le flux lumineux ou l'intensité lumineuse.

Lors du choix des pièces pour un projet, il y a de nombreuses fois où la qualité du signal est significativement plus importante que la quantité de signal. Nous examinons le rapport signal-bruit dans de nombreux dispositifs que nous utilisons, et optimisons pour les pièces de la plus haute performance que nous pouvons intégrer dans le budget. En ce qui concerne l'éclairage, le capteur que nous optimisons est l'œil humain (ou robotique !). L'IRC n'est qu'un des nombreux facteurs lorsqu'il s'agit de sélectionner une excellente LED pour votre projet, mais je pense que cela peut être l'un des plus importants, car cela peut avoir tant d'influence sur les sentiments et les émotions du spectateur lorsqu'il regarde le sujet éclairé.

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