Как цветные и RGB-светодиоды создают цвет

Цветной светодиод получает цвет не от краски, а от самого полупроводника. RGB-лампы смешивают три основных цвета. Разбираем оба способа и их ограничения.

Белая и цветная светодиодные лампы различаются не только оттенком, но и способом получения света. У лампы накаливания для цветного света достаточно было окрасить колбу — лишняя часть белого света просто поглощалась. Светодиод же в большинстве случаев сразу излучает нужный цвет. От этого зависят и эффективность, и внешний вид цветного освещения.

Одноцветный светодиод: цвет заложен в материале

Светодиод — это полупроводниковый кристалл. Когда через него идёт ток, электроны переходят на более низкий энергетический уровень, а разница выделяется в виде кванта света. Величина этого перехода — ширина запрещённой зоны — определяется химическим составом кристалла. Чем больше энергия, тем короче длина волны, то есть цвет смещается к синему.

На практике для разных цветов используют разные семейства материалов. Синие и зелёные светодиоды делают в основном на основе нитрида индия-галлия, красные, оранжевые и янтарные — на основе фосфида алюминия-индия-галлия. Меняя пропорции внутри семейства, подстраивают оттенок.

Свет такого светодиода имеет узкий спектр — это почти чистый цвет. Поэтому одноцветный светодиод даёт очень насыщенный, «сочный» цвет без всякого фильтра.

Белый и мягкие оттенки: роль люминофора

Большинство белых светодиодов на самом деле синие. На кристалл наносят желтоватый слой люминофора: часть синего света преобразуется в нём в жёлто-зелёный и красный, остальной синий подмешивается, и глаз воспринимает результат как белый.

Тот же принцип применяют и для цветного света. Некоторые цветные светодиоды — например, отдельные зелёные и янтарные — излучают свет, преобразованный люминофором. Их спектр шире, чем у прямого одноцветного светодиода, и цвет выглядит мягче. Встречаются и лампы попроще, где перед белыми светодиодами стоит цветной рассеиватель; часть света при этом поглощается, и при той же мощности лампа светит слабее.

RGB: тысячи оттенков из трёх цветов

В RGB-лампе в одном модуле три отдельных кристалла: красный, зелёный и синий. Глаз воспринимает цвет тремя типами рецепторов, поэтому смешение трёх основных цветов в разных пропорциях даёт широкую палитру. Это аддитивное смешение:

• красный и зелёный вместе выглядят жёлтым;
• зелёный и синий — голубым;
• красный и синий — пурпурно-розовым;
• все три вместе — светом, близким к белому.

Яркость каждого канала обычно регулируется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией): светодиод включается и выключается много раз в секунду, а доля «включённого» времени задаёт яркость. При достаточно высокой частоте глаз видит ровный свет, при низкой возможны мерцание и полосы на камере телефона.

«Белый», собранный из трёх цветов, выглядит белым, но в его спектре есть провалы. При таком свете цвета предметов, кожи и еды искажаются. Поэтому в более качественных лампах добавляют четвёртый, отдельный белый кристалл — такие RGBW-лампы дают и цветной, и нормальный белый свет.

Почему цветной свет кажется тусклым

Если зажечь рядом белую и цветную лампы одной мощности, цветная, особенно синяя или тёмно-красная, часто кажется тусклее. Причин две.

Первая — чувствительность глаза. При дневном освещении человеческий глаз сильнее всего реагирует на жёлто-зелёный свет и гораздо слабее — на края спектра, синий и тёмно-красный. Единица люмен учитывает именно эту чувствительность, поэтому у синего света той же энергии люменов меньше, чем у зелёного.

Вторая — распространение света в помещении. Белый свет отражается от всех поверхностей. Цветной же поглощается поверхностями другого цвета: в красном свете синяя стена выглядит почти чёрной.

Где и как использовать цветной свет

Цветной и RGB-свет нужен для настроения и акцентов, а не для основного освещения. Практические советы:

• для чтения, готовки и рабочего стола оставьте белый свет, а цветной рассматривайте как дополнительный источник;
• праздничное оформление, барная стойка, витрина, детали фасада — самые подходящие места для цветного света;
• учитывайте цвет освещаемой поверхности: белые и светлые поверхности лучше передают цвет;
• отдельные кристаллы RGB-лампы вблизи могут давать цветную кайму по краям; модели с матовым рассеивателем смешивают цвет равномернее;
• для ночника в детской выбирайте тёплые мягкие оттенки — резкий синий свет перед сном не лучший вариант.

Кроме ламп белого света, Zəfər İşığı выпускает цветную модель для декоративной подсветки.