LEDs: Chất Lượng Hơn Số Lượng Ánh Sáng

Nếu bạn từng thiết kế đèn LED, có lẽ bạn đã gặp phải một số loại LED đắt tiền với Chỉ số Hiển thị Màu sắc (CRI) cao, và có thể bạn đã nghĩ rằng chọn LED rẻ tiền hơn sẽ tốt hơn, cho phép bạn tăng cường độ sáng với cùng một lượng tiền. Tuy nhiên, nếu bạn mới chuẩn bị thiết kế đèn LED và chưa thực sự quen thuộc với chỉ số hiển thị màu sắc, thì đây có thể là thời điểm tốt để tìm hiểu về nó. Rốt cuộc, chỉ số hiển thị màu sắc của LED quan trọng đến mức nào?

Tùy thuộc vào ứng dụng của bạn, chỉ số hiển thị màu sắc có thể tạo ra sự khác biệt giữa một sản phẩm tuyệt vời và một sản phẩm khá tệ. Nếu ứng dụng của bạn liên quan đến thực phẩm, trưng bày bán lẻ, nhiếp ảnh hoặc quay video, thì chỉ số hiển thị màu sắc hoàn toàn cực kỳ quan trọng, quan trọng hơn là độ sáng tuyệt đối.

Là một nhiếp ảnh gia không chuyên, tôi thường thiết kế các dự án cá nhân sử dụng LED trắng CRI 97+. Vì là dự án cá nhân, sự khác biệt về giá cả giữa LED CRI cao và LED trắng thông thường không lớn, và điều này mang lại cho tôi sự hài lòng khi biết rằng ánh sáng sẽ làm cho màu sắc trở nên đẹp đẽ. Không phải ai cũng có cùng sự đánh giá cao về màu sắc sống động, rực rỡ được đạt được thông qua LED CRI cao đắt tiền như tôi, và tôi hy vọng sẽ thay đổi điều này thông qua một số thử nghiệm trong bài viết này.

Tôi đã thấy một số video trên YouTube về cách làm đèn panel DIY sáng lớn bằng cách sử dụng dải LED rẻ tiền. Dải LED họ quảng cáo quả thật rất rẻ, tuy nhiên, chất lượng ánh sáng cũng thấp. Khi tôi làm việc trong phòng thí nghiệm nghiên cứu vài năm trước, tôi đã chọn một dải LED CRI 95+ cho một dự án LightBoard được sử dụng nội bộ. Một số đồng nghiệp của tôi đã ngạc nhiên về giá của dải LED, mà, vào thời điểm đó, có giá gần như 20 lần so với dải LED rẻ nhất cùng chiều dài được bán trên các trang thương mại điện tử. Lập luận của tôi về chất lượng ánh sáng đã chiến thắng, và dự án cuối cùng trông ngoạn mục với bảng viết sáng rực rỡ, vượt xa bất kỳ điều gì mà các dải rẻ tiền có thể sản xuất.

Thời điểm đó, tôi không có cơ hội để thể hiện so sánh trực tiếp giữa dải ánh sáng đắt tiền và dải rẻ tiền, vì vậy thay vào đó, tôi quyết định chia sẻ tình yêu của mình với LED chất lượng cao ở đây.

Tôi đã đến Amazon và mua dải LED 5 mét rẻ nhất mà tôi có thể tìm được. Mua hàng của tôi là ‘12V LED Ribbon Waterproof Flexible LED Tape 5050 SMD 300 LEDs’.

Sau đó, tôi bắt đầu tìm kiếm trên các trang web cung cấp đèn chiếu sáng ở Anh cho ‘Dải LED CRI cao’. Điều duy nhất tôi quan tâm là chỉ số hiển thị màu sắc, không phải độ sáng, điện áp hay dòng điện. Tôi hy vọng tìm được một số LED trắng ban ngày/trung tính để tôi có thể tái sử dụng chúng trong một dự án khác. Với giá khoảng 15 lần so với LED của Amazon, tôi có thể đã mua được một số dải LED CRI 96, nhưng nhà cung cấp đã hết hàng. Tôi chọn dải LED CRI 90 rẻ hơn, chỉ khoảng 5 lần giá của LED Amazon, vì nó chỉ có trong bao bì 10 mét. Tôi hy vọng có được CRI 95+, nhưng không tìm thấy, tôi hy vọng rằng CRI 90 sẽ đủ để làm rõ điểm của mình.

Chỉ số Hiển thị Màu sắc là gì

Bạn có thể đang tự hỏi chỉ số hiệu suất màu sắc (CRI) là gì, và tại sao tôi lại mê mẩn nó đến vậy. Chỉ số hiệu suất màu sắc là một thước đo chất lượng của ánh sáng trắng nhân tạo, với ánh sáng mặt trời ở mức 100% được coi là tiêu chuẩn vàng để so sánh. Ánh sáng mặt trời là thứ mà mắt chúng ta đã thích nghi, và nó cung cấp một phổ ánh sáng rất đều để chúng ta nhìn thấy. CRI được tính toán bằng cách so sánh một loạt mẫu màu chuẩn CIE với một nguồn sáng tham chiếu cùng nhiệt độ màu, sau đó xem xét phần trăm sự khác biệt. Dải LED CRI 90 của tôi thiếu khoảng 10% phổ ánh sáng nhìn thấy được so với mặt trời, đó là lý do tại sao tôi ưu tiên một cái có CRI 95+ hơn.

Chỉ số hiệu suất màu sắc độc lập với nhiệt độ màu. Một LED trắng lạnh giá rẻ thường sẽ có CRI thấp hơn so với một LED nhiệt độ màu ánh sáng ban ngày giá rẻ, vì LED ánh sáng ban ngày tự nhiên cần thêm ánh sáng đỏ. Tuy nhiên, một LED trắng lạnh chất lượng tốt vẫn có thể có CRI 95+, vì nó chỉ cần thêm vật liệu phốt pho chuyên biệt từ nhà sản xuất.

LED giá rẻ thường có chất lượng ánh sáng kém, vì nó đòi hỏi một hỗn hợp chuyên biệt của các vật liệu phốt pho khác nhau để tạo ra tất cả các bước sóng ánh sáng cần thiết để nhìn thấy tất cả các màu một cách tự nhiên. Bạn có thể tự tạo một LED trắng bằng cách sử dụng một LED RGB đơn giản bằng cách bật tất cả các điốt cùng một lúc. Điều này tạo ra một ánh sáng chất lượng rất thấp như bạn đã tự trải nghiệm, vì ánh sáng chỉ có 3 điểm trên phổ - đỏ, xanh lá và xanh dương.

Zhang Junchao, Ảnh chụp kính hiển vi can thiệp đa bước sóng. Optics Express. 26. 18279. 10.1364/OE.26.018279.

Đối với mắt chúng ta, nhìn thấy bằng đỏ, xanh lá và xanh dương, điều này trông giống như ánh sáng trắng. Tuy nhiên, phản xạ từ một thứ đơn giản như một quả táo đỏ không trông đúng. Quả táo trông mờ nhạt, không sống động, hoặc có lẽ hơi ốm yếu vì chỉ có một phần nhỏ của phổ đỏ phản xạ trở lại từ nó.

Nếu chúng ta so sánh ví dụ về ánh sáng chất lượng kém RGB của chúng ta với ánh sáng mặt trời, bạn có thể ngay lập tức thấy tại sao nó là một sự thay thế kém cỏi.

Nguồn: Tác hại của tia cực tím đối với mắt được xem xét lại: Chỉ số bảo vệ mắt khỏi ánh nắng mặt trời (E-SPF^®), nhãn bảo vệ tia cực tím mới cho kính mắt. Clinical ophthalmology (Auckland, N.Z.). 8. 87-104. 10.2147/OPTH.S46189.

Để kiểm tra chỉ số hiệu suất màu sắc, một phòng thí nghiệm sẽ chiếu nguồn sáng đang được kiểm tra lên 15 mẫu màu thử nghiệm, phản xạ của chúng sau đó được đo lường và so sánh với nguồn sáng tham chiếu (mặt trời). Điều này cho một giá trị R cho mỗi mẫu màu, đó là mức độ trung thực mà một nguồn sáng đang được kiểm tra có thể tái tạo màu sắc đó. CRI là R_a, hoặc phản xạ trung bình của tất cả các mẫu, vì vậy bạn có thể thấy CRI được liệt kê là R_a bởi một số nhà sản xuất, hoặc sử dụng R_a như là ‘đơn vị’.

Nói chung, CRI 95 được coi là ‘cao’. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất có thể giảm xuống còn 90, như nhà sản xuất của dải LED ‘CRI cao’ tương đối rẻ của tôi đã làm. Các dải LED rất rẻ có CRI khoảng 30-50, và bạn có thể coi một nhà sản xuất không quảng cáo CRI của LED trắng của họ là khá kém.

Nếu bạn sử dụng ánh sáng CRI thấp, các vật thể sẽ không trông như người xem mong đợi. Nếu bạn đang xây dựng hệ thống chiếu sáng cho một nhà hàng hoặc khu vực bán sản phẩm tươi sống của siêu thị, khách hàng có thể cảm thấy thức ăn trông không đúng, hoặc có lẽ không chất lượng cao, bởi vì nó không trông như họ mong đợi.

Nếu bạn đang thiết kế chiếu sáng cho nhiếp ảnh hoặc quay phim, một nguồn sáng CRI thấp sẽ dẫn đến màu sắc nhạt nhòa, và tông da khiến mọi người trông bệnh tật. Không có nhiều việc bạn có thể làm trong quá trình hậu kỳ để sửa chữa điều này, bởi vì những bước sóng ánh sáng đó đơn giản không có mặt để máy ảnh ghi lại được.

Thiết Lập Thử Nghiệm

Bây giờ bạn đã biết CRI là gì, hãy quay lại với việc thử nghiệm. Tôi đã lấy tấm thảm chống tĩnh điện ra khỏi bàn thí nghiệm của mình để tạo ra khu vực thử nghiệm. Đã là đêm, và không có nguồn sáng nào ngoại trừ các LED và màn hình nguồn điện phòng thí nghiệm tương đối tối. Tôi đã lấy khoảng 900mm dải LED từ mỗi cuộn 5 mét để thử nghiệm.

Thử nghiệm chất lượng ánh sáng sử dụng dải LED chất lượng cao và giá rẻ.

Thiết lập thử nghiệm rất đơn giản: nguồn điện Rigol DP832 của tôi đang cung cấp điện cho mỗi dải LED, được gắn vào một chân máy nhỏ ở một đầu và dán vào đèn lúp của tôi ở đầu kia. Cả hai dải LED đều được dán chung, vì vậy chúng sẽ có ánh sáng đều nhau giữa các dải. Mỗi đối tượng thử nghiệm sẽ được chụp ảnh với ánh sáng từ mỗi dải LED, tạo ra hai bức ảnh cho mỗi đối tượng thử nghiệm, một được chiếu sáng bởi dải LED giá rẻ, và một bởi dải LED CRI 90+.

Đối tượng thử nghiệm của tôi là:

• Bút chì màu giá rẻ từ Amazon, với phạm vi màu rộng nhất có thể.
• Bảng hiệu chỉnh màu 24 màu Datacolour SpyderChecker.
• Bộ phấn màu nghệ thuật giá rẻ.

Bảng hiệu chỉnh màu là một bảng tiêu chuẩn chất lượng cao trong ngành được sử dụng để chỉnh sửa màu sắc cho ảnh và video trong quá trình hậu kỳ. Nó không phải là màu sắc được sử dụng cho việc thử nghiệm CRI, nhưng nó cung cấp màu sắc tham khảo chất lượng cao cho chúng ta để xem xét.

Đối với máy ảnh, tôi đang sử dụng Nikon D5600 chụp ảnh thô 14 bit, với ống kính Sigma 18-35mm F/1.8 ở tiêu cự 22mm, khẩu độ f/6.3. Mặc dù máy ảnh chỉ nhìn thấy một băng tần cụ thể của màu đỏ, xanh lá, và xanh dương, sau khi xem các bức ảnh thử nghiệm, tôi có thể nói rằng sự khác biệt chỉ khi chuyển đổi giữa hai dải LED còn rõ ràng hơn nhiều so với mắt thường. Các bức ảnh đã được chỉnh sửa để đảm bảo phơi sáng chính xác, và để đảm bảo cân bằng trắng được thiết lập theo mức xám thứ ba của bảng kiểm tra màu trong DXO Optics Pro 11. Như bạn sẽ thấy trong các bức ảnh thử nghiệm, dải LED giá rẻ bắt đầu gặp khó khăn sau mức xám thứ ba.

Vì chúng tôi không quan tâm đến lượng ánh sáng trong bài thử nghiệm này, việc ánh sáng không được phân bố đều trên các đối tượng thử nghiệm không quan trọng. Chúng tôi chỉ quan tâm đến những màu sắc mà máy ảnh có thể nhìn thấy. Trong các hình ảnh thử nghiệm, tôi đã cố gắng khớp độ sáng của màu xanh dương giữa hai hình ảnh vì đây là màu sắc được cả hai dải LED hiển thị đồng đều nhất.

Hình Ảnh Thử Nghiệm

Cài đặt cân bằng trắng của tôi cho dải LED giá rẻ là 8675 Kelvin, với -66 màu.

Dải LED đắt tiền có 4295 Kelvin (quảng cáo là 4000K), và -43 màu.

Biểu Đồ Kiểm Tra

Biểu đồ kiểm tra so sánh dải LED giá rẻ với dải LED CRI 90+ đắt tiền.

Góc trên bên trái của mỗi ô là dải LED giá rẻ, và màu ở góc dưới bên phải là dải LED đắt tiền tuyên bố có CRI trên 90. Hai ô phải trên cùng là màu da, hàng dưới cùng nên là màu xám hoàn hảo phản ánh toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy được một cách đồng đều.

Bạn có thể thấy trong biểu đồ kiểm tra rằng ô màu đỏ rất tối khi tiếp xúc với dải LED giá rẻ, vì không có nhiều ánh sáng phản chiếu trở lại. Màu xanh lam thuần khiết trông rất giống nhau cho cả hai, xác nhận một cân bằng trắng tốt và sự khớp chính xác về phơi sáng giữa hai hình ảnh.

Màu Pastel

Lưu ý rằng màu ở góc trên bên phải trông rất nhạt nhòa và không sống động.

Đối với màu pastel, tôi đã sử dụng cùng một cài đặt cân bằng trắng được xác định với biểu đồ kiểm tra. Sự chia tách cho những hình ảnh này là như nhau, với dải LED giá rẻ ở góc trên bên phải và dải LED CRI cao giá đắt ở góc dưới bên phải.

Một lần nữa, chúng ta thấy màu vàng sáng trông rất nhạt nhòa và không sống động trên dải LED giá rẻ. Màu hồng dưới dải LED giá rẻ trông gần như là màu tím. Hãy tưởng tượng xem thịt ba chỉ, giăm bông, hoặc một miếng ức gà tươi sẽ trông như thế nào!

Bút Chì Màu

Sự khác biệt cho hầu hết màu sắc là như đêm và ngày.

Đối với hình ảnh này, tôi đã chọn xen kẽ hàng của ánh sáng LED CRI cao và thấp. Tôi không hoàn toàn xếp các bút chì một cách hoàn hảo do máy ảnh bị nghiêng một chút trên bức ảnh dải LED giá rẻ, tuy nhiên chúng nên được xếp đủ tốt cho một sự so sánh.

Tôi thích cách hình ảnh này cho thấy hầu hết màu xanh lam trông rất giống nhau, nhưng màu tím, cần một chút đỏ để trông giống màu tím, và màu hồng, trông thực sự khác biệt. Màu vàng, một lần nữa, trông rất nhạt nhòa và không sống động, và màu đỏ rất tối.

Suy Nghĩ về Hình Ảnh Kiểm Tra

Tôi chưa bao giờ thử nghiệm các dải LED như thế này trong một phép so sánh trực tiếp trước đây, và sự khác biệt khi thử nghiệm thực sự rất bất ngờ. Dải LED rẻ tiền trông rất không đúng đắn trong mắt bạn, và trông đáng kể tối hơn ngay cả khi tiêu thụ cùng một dòng điện như dải LED đắt tiền hơn. Mặc dù dải LED đắt tiền chỉ có 90 CRI, nó vẫn trông và cảm thấy rất ấm cúng và dễ chịu cho mắt. Cảm giác như bước ra khỏi văn phòng chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang vào một ngày xuân, khi ánh nắng mặt trời không quá chói lọi nhưng đủ ấm áp để dễ chịu. Dải LED giá rẻ cảm thấy như quay trở lại bên trong để làm việc trên một báo cáo bạn đã trì hoãn trong nhiều tuần.

Máy ảnh ghi lại được nhiều sự khác biệt về chất lượng ánh sáng, nhưng thực sự không ghi lại hết được. Nhìn vào hình ảnh trên máy tính của tôi, tôi có thể thấy màu sắc từ dải LED rẻ tiền không trông đúng, và hình ảnh trông nhạt nhẽo và không sống động. Mắt chúng ta có khả năng nhận thức màu sắc tốt hơn nhiều so với máy ảnh, và phổ ánh sáng đầy đủ hơn trông đáng kể sáng hơn và dễ chịu hơn cho mắt.

Những cảm xúc và cảm giác này cũng sẽ ảnh hưởng đến cảm giác của khách hàng bán lẻ về một sản phẩm được trưng bày. Nếu bạn trưng bày một vật thể đẹp trong cửa hàng dưới ánh sáng của dải LED rẻ tiền, nó sẽ không hấp dẫn hoặc lôi cuốn như nếu nó được chiếu sáng bởi dải LED chất lượng cao hơn. Là một công ty kỹ thuật, khách hàng tiềm năng của bạn là các cửa hàng bán lẻ; nhiệm vụ của bạn là làm cho sản phẩm của họ trông đẹp nhất có thể để thu hút khách hàng đến mua sắm tại cửa hàng. Nếu bạn sử dụng một lượng lớn ánh sáng chất lượng kém trong thiết bị của mình, nó có thể rất sáng nhưng không bán được sản phẩm.

Tương tự, nếu bạn đang thiết kế một giải pháp chiếu sáng riêng biệt cho một quán bar hoặc nhà hàng, bạn muốn đảm bảo rằng mọi tia sáng phản chiếu từ thứ khách hàng đang thưởng thức làm cho nó trông hấp dẫn và ngon miệng.

Ánh sáng tốt quan trọng không chỉ cho bán lẻ, sản phẩm, và nhà hàng. Nếu bạn đang thiết kế chiếu sáng cho máy nhìn màu, đảm bảo ánh sáng chất lượng tốt sẽ cung cấp cho máy tính màu sắc sáng hơn, rực rỡ hơn để làm việc, từ đó cải thiện chất lượng của các thuật toán nhìn máy.

Kết luận

Lần sau khi bạn mua sắm LED trắng, hãy xem xét lựa chọn dựa trên chỉ số hiển thị màu sắc của các lựa chọn để đảm bảo những gì bạn đang chiếu sáng trông sống động và đẹp đẽ đối với người xem. Octopart có một bộ lọc cho CRI, và nếu bạn nhấp vào đây, tôi đã lọc trước tất cả các LED mà Octopart biết về chỉ để hiển thị LED từ 90 đến 100 CRI. Bây giờ, bạn có một danh sách tuyệt vời của LED, mà bạn có thể bắt đầu sắp xếp theo giá và lọc theo quang thông hoặc cường độ sáng.

Khi chọn linh kiện cho một dự án, có nhiều lúc chất lượng tín hiệu quan trọng đáng kể hơn số lượng tín hiệu. Chúng ta xem xét tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu trong nhiều thiết bị mà chúng ta sử dụng, và tối ưu hóa cho các bộ phận hiệu suất cao nhất mà chúng ta có thể vừa với ngân sách. Khi nói đến chiếu sáng, cảm biến mà chúng ta đang tối ưu hóa là mắt người (hoặc robot!). CRI chỉ là một trong nhiều yếu tố khi nói đến việc chọn một LED tuyệt vời cho dự án của bạn, nhưng tôi cảm thấy nó có thể là một trong những yếu tố quan trọng nhất, vì nó có thể ảnh hưởng rất nhiều đến cảm xúc và cảm giác của người xem khi nhìn vào đối tượng được chiếu sáng.

Nếu bạn thấy bài viết này hữu ích, đăng ký nhận bản tin của chúng tôi để cập nhật những bài viết mới nhất!