https://doi.org/10.15407/iopt.2022.57.145
Optoelectron. Semicond. Tech. 57, 145-151 (2022)
I. V. Pekur, D. V. Pekur
SPECTRAL PARAMETERS OF QUASI-MONOCHROMATIC LEDS FOR LIGHTING SYSTEMS WITH TUNABLE SPECTRAL COMPOSITION
In this paper, the influence on the parameters of the synthesized light of the full width at the half-height level of the spectra of additional quasi-monochromatic LEDs for LED clusters with adjustable correlated color temperature built on the basis of a combination of white broadband high-power LEDs and quasi-monochromatic LEDs with peak wavelengths of 474 and 600 nm is considered. It was shown that the construction of LED clusters with adjustable CCT with an increase in the full width at half the height of the spectrum of quasi-monochromatic LEDs increases the CIE Ra of the resulting radiation. At the same time, the spectrum of quasi-monochromatic LEDs with a smaller full width at half the height of the spectrum has a greater influence on the change in the CCT of the resulting light, and therefore the contribution of the luminous flux of such LEDs to the resulting radiation will be less. Given that the parameters of the light sources used to create the light environment in which a person is, depends on the secretion of the hormones melatonin and cortisol, which significantly affect the well-being and psychophysiological state of a person, it is becoming increasingly common to build lighting systems with adjustable correlated color temperature. At the same time, achieving high luminous efficiency of modern LED lighting systems often negatively affects the quality parameters of the light environment they create. Non-compliance of the spectral composition of light with human needs at a certain time of day can adversely affect the natural cycles of human biorhythms. The results of the work contribute to the development of further research in the direction of finding new ways to build modern powerful energy-efficient LED lighting systems.
Keywords: quasi-monochromatic LED, peak wavelength, correlated color temperature, color rendering index, daylight.
References
1. Baten, M.Z., Alam, S., Sikder, B., Aziz, A. III-Nitride Light-Emitting Devices. Photonics. 2021. 8, 430. https://doi.org/10.3390/photonics8100430
2. T. W. Murphy, Maximum spectral luminous efficacy of white light, Journal of Applied Physics. May 2012. 111, №10, Р. 104909. doi: 10.1063/1.4721897.
3. Von Gall Charlotte. The Effects of Light and the Circadian System on Rhythmic Brain Function. International Journal of Molecular Sciences. 2022. 23, № 5. Article № 2778. https://doi.org/10.3390/ijms23052778
4. Pandi-Perumal, S. R., Cardinali, D. P., Zaki, N. F. W., Karthikeyan, R., Spence, D. W., Reiter, R. J., Brown, G. M. Timing is everything: Circadian rhythms and their role in the control of sleep. Frontiers in Neuroendocrinology. 2022. 66. Article № 100978. https://doi:10.1016/j.yfrne.2022.100978.
5. Al-Naggar R. A., Anil S. Artificial light at night and cancer: Global study. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention. 2016. 17, № 10. P. 4661–4664. https://doi.org/10.7314/APJCP.2016.17.10.4661.
6. Svechkina A., Portnov B.A., Trop T. The impact of artificial light at night on human and ecosystem health: a systematic literature review. Landscape Ecol. 2020. 35. P. 1725–1742. https://doi.org/10.1007/s10980-020-01053-1
7. CIE13.3-1995. 1995. Method of measuring and specifying colour rendering properties of light sources. Vienna (Austria): CIE.
8. Lishik S.I., Posedko V.S., Trofimov Yu.V., Tsvirko V.I. Current state, trends and prospectives of the development of light emitting diode technology. Light & Eng. 2017. 25. P. 13–24.
9. Minhao Zhang, Yu Chen, Guoxing He, Color Temperature Tunable White-Light LED Cluster with Extrahigh Color Rendering Index. The Scientific World Journal. 2014. Article № 897960. https://doi.org/10.1155/2014/897960.
10. Zhan X., Wang W., Chung H. A novel color control method for multi-color LED systems to achieve high color rendering indexes. IEEE Trans. Power Electron. 2018. 33, № 10. P. 8246-8258. https://doi.org/ 10.1109/TPEL.2017.2785307.
11. D.V. Pekur, V.M. Sorokin, Yu.E. Nikolaenko, І.V. Pekur, M.A. Minyaylo. Determination of optical parameters in quasi-monochromatic LEDs for implementation of lighting systems with tunable correlated color temperature. SPQEO. 2022. 25. №3. P. 303-314. DOI: 10.15407/spqeo25.03.303.
12. Сree Inc. https://cree-led.com/media/documents/ds-CMA2550.pdf (reference date: 08.02.22).
13. Smith Thomas; Guild John. The C.I.E. colorimetric standards and their use. Transactions of the Optical Society. 1931–32. 33, № 3. P. 73–134. https://doi.org/10.1088/1475-4878/33/3/301.
14. Ohno Y. 2005. Spectral design considerations for white LED color rendering. Opt Eng. 44:111302.
15. Kevin A. G. Smet. Tutorial: The LuxPy Python Toolbox for Lighting and Color Science, LEUKOS. 2020. 16, № 3. P. 179-201. https://doi.org/10.1080/15502724.2018.1518717.
16. Ohno Y. Practical use and calculation of CCT and Duv. LEUKOS. 2014. 10, № 1. P. 47–55. https://doi.org/10.1080/15502724.2014.839020.
І. В. Пекур, Д. В. Пекур
СПЕКТРАЛЬНІ ПАРАМЕТРИ КВАЗІМОНОХРОМАТИЧНИХ СВІТЛОДІОДІВ ДЛЯ СИСТЕМ ОСВІТЛЕННЯ З РЕГУЛЬОВАНИМ СПЕКТРАЛЬНИМ СКЛАДОМ
В роботі розглянуто вплив на параметри синтезованого світла повної ширини на рівні половини висоти спектрів додаткових квазімонохроматичних світлодіодів для світлодіодних кластерів з регульованою корельованою колірною температурою, побудованих на основі комбінації білих широкосмугових потужних світлодіодів та квазімонохроматичних світлодіодів з піковими довжинами хвиль 474 та 600 нм. Було показано, що при побудові світлодіодних кластерів з регульованою ССТ з підвищенням повної ширини на рівні половини висоти спектра квазімонохроматичних світлодіодів підвищується CIE Ra результуючого випромінювання. В той же час, більший вплив на зміну ССТ результуючого світла чинить спектр квазімонохроматичних світлодіодів з меншою повною шириною на рівні половини висоти спектра, а отже, внесок світлового потоку таких світлодіодів в результуюче випромінювання буде меншим. Враховуючи, що від параметрів джерел світла, використаних для створення світлового середовища, в якому перебуває людина, залежить секреція гормонів мелатоніну та кортизолу, які в значній мірі впливають на самопочуття та психофізіологічний стан людини, стає все більш розповсюдженою побудова освітлювальних систем з регульованою корельованою колірною температурою. В той же час досягнення високої світлової ефективності сучасних світлодіодних освітлювальних систем часто негативно впливає на якісні параметри світлового середовища, яке ними створюється. Невідповідність спектрального складу світла потребам людини в певний час доби може негативно вплинути на природні цикли біоритмів людини. Результати роботи сприяють розвитку подальших досліджень в напрямку пошуку нових шляхів побудови сучасних потужних енергоефектиних світлодіодних систем освітлення.
Ключові слова: квазімонохроматичний світлодіод, пікова довжина хвилі, корельована колірна температура, індекс кольоропередачі, денне світло.