Bạn có bao giờ thắc mắc: cùng một dòng đèn LED, tại sao có loại hiệu suất phát sáng thấp hơn nhưng lại có giá cao hơn? Sự khác biệt này thường nằm ở chỉ số hoàn màu của đèn LED. CRI càng cao thì ánh sáng càng trung thực, nhưng hiệu suất phát sáng lại giảm. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những khái niệm cơ bản và mối liên hệ giữa CRI với hiệu suất, để bạn dễ dàng chọn ra bộ đèn vừa phù hợp nhu cầu, vừa tối ưu chi phí.
Dòng quang năng – đặc trưng cho hiệu suất phát sáng của đèn LED
Ánh sáng luôn mang năng lượng. Bạn có thể dễ dàng cảm nhận điều đó khi nắng chiếu vào cửa kính và làm căn phòng nóng lên. Trong khoa học, dòng năng lượng ánh sáng ấy được gọi là dòng quang năng (E).
Trong chiếu sáng, dòng quang năng (E) là lượng năng lượng ánh sáng đi qua một diện tích S trong một giây. Đơn vị đo là W (oát).
Có thể hiểu đơn giản, dòng quang năng chính là công suất của ánh sáng mà đèn LED phát ra. Khi so sánh hai bộ đèn cùng công suất điện, bộ đèn nào có dòng quang năng lớn hơn sẽ cho cường độ sáng cao hơn. Điều này cũng có nghĩa là đèn đó đạt hiệu suất phát sáng cao hơn.
Hàm thị kiến – đặc trưng cho chỉ số hoàn màu của đèn LED
Khi nhìn vào một nguồn sáng, cảm giác sáng mạnh hay yếu mà bạn cảm nhận được không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của dòng quang năng, mà còn chịu ảnh hưởng bởi màu sắc ánh sáng.
Thực tế, đôi mắt con người nhạy nhất với ánh sáng màu lục (bước sóng 0,555 μm), trong khi lại kém nhạy với ánh sáng đỏ và tím. Những vùng ánh sáng hồng ngoại hay tử ngoại, dù năng lượng rất mạnh, gần như không tạo ra cảm giác sáng cho chúng ta.
Để mô tả mức độ nhạy của mắt đối với các ánh sáng có bước sóng khác nhau, các nhà khoa học đã đưa ra đại lượng gọi là hàm thị kiến Vλ=ƒ(λ). Đại lượng này được xác định bằng thực nghiệm và có đồ thị như ở Hình 1. Theo quy ước, ánh sáng lục (0.555 μm) có giá trị Vλ=1. Các ánh sáng màu khác luôn có giá trị nhỏ hơn 1, được xác định bằng phương pháp quang kế.
Ví dụ, ánh sáng vàng (0.60 μm) có Vλ=0.760, trong khi ánh sáng đỏ (0.70 μm) chỉ đạt Vλ= 0.004. Điều này cho thấy không phải mọi năng lượng ánh sáng đều được mắt con người cảm nhận giống nhau.
Theo các giá trị thực nghiệm, ta có thể tổng hợp thành bảng hàm thị kiến ứng với một số ánh sáng đơn sắc dưới đây:
Bảng 1. Giá trị hàm thị kiến Vλ theo bước sóng ánh sáng
| Màu | Bước sóng (μm) | Hàm thị kiến V(λ) |
| Đỏ | 0.7 | 0.004 |
| Da cam | 0.65 | 0.107 |
| Vàng | 0.6 | 0.76 |
| Lục | 0.55 | 1 |
| Lam | 0.5 | 0.323 |
| Chàm | 0.45 | 0.038 |
| Tím | 0.4 | 0.0004 |
Hàm thị kiến chính là cách để đánh giá sự đóng góp của từng thành phần ánh sáng đơn sắc trong một chùm sáng phức hợp. Và vì nó gắn trực tiếp với khả năng mắt người cảm nhận màu sắc, nên có thể xem hàm thị kiến là cơ sở đặc trưng cho chỉ số hoàn màu của đèn LED.
Nói một cách gần gũi, nếu dòng quang năng quyết định đèn LED “mạnh hay yếu”, thì hàm thị kiến lại quyết định ánh sáng từ đèn LED có trung thực, tự nhiên trong mắt người hay không. Đó chính là ý nghĩa cốt lõi của chỉ số hoàn màu của đèn LED.
Hình 1: Hàm thị kiến Vλ
Quang thông – đặc trưng cho hiệu suất phát sáng và chỉ số hoàn màu của đèn LED
Bản chất của quang thông
Khi nói đến ánh sáng, chúng ta không chỉ quan tâm đến năng lượng mà còn đến cảm giác sáng mà ánh sáng mang lại cho mắt người.
Chính vì thế, quang thông được định nghĩa là đại lượng đặc trưng đồng thời cho:
- Khía cạnh năng lượng của dòng sáng.
- Khía cạnh thị giác – tức là mức độ ánh sáng tạo ra cảm giác sáng cho con người.
Nói một cách dễ hiểu, trong chiếu sáng LED, quang thông chính là thước đo quan trọng để đánh giá cả hiệu suất phát sáng và chỉ số hoàn màu của đèn LED.
Mối liên hệ của quang thông với dòng quang năng và hàm thị kiến
Với một dòng ánh sáng đơn sắc, quang thông Φλ đi qua tiết diện S được xác định bởi:
Φ=kEλVλ (1)
Trong đó:
- Eλ: dòng quang năng của ánh sáng đơn sắc tại bước sóng λ.
- Vλ: giá trị hàm thị kiến ứng với ánh sáng đó.
- k: hằng số có giá trị 683 lm/W.
Biểu thức (1) có thể viết cụ thể:
Φ(lm)=683EλVλ (W) (2)
Trong thực tế, ánh sáng từ đèn LED không phải chỉ có một màu đơn sắc, mà là tập hợp nhiều bước sóng khác nhau. Theo lý thuyết, muốn tính quang thông tổng, ta cần cộng quang thông của từng thành phần đơn sắc. Nhưng cách này rất phức tạp.
Vì vậy, các nhà khoa học thường chọn cách đơn giản và thực tế hơn:
- Đo dòng quang năng tổng E (công suất ánh sáng toàn phần).
- Tính giá trị trung bình V của hàm thị kiến, đại diện cho mức độ nhạy sáng của mắt người đối với toàn bộ chùm sáng.
Từ đó, suy ra quang thông tổng Φ theo công thức:
Φ=683EV (3)
Như vậy, quang thông không chỉ đơn thuần phản ánh “đèn sáng mạnh hay yếu”, mà còn là cầu nối giữa hiệu suất phát sáng và chỉ số hoàn màu của đèn LED. Khi hiểu được mối quan hệ này, chúng ta sẽ lý giải được vì sao có những bộ đèn LED hiệu suất cao nhưng giá thành lại phụ thuộc nhiều vào chất lượng tái tạo màu sắc – yếu tố gắn liền với trải nghiệm thị giác thực tế của con người.
Rút ra mối liên hệ giữa chỉ số hoàn màu của đèn LED và hiệu suất phát sáng
Từ công thức (3), ta có thể tính được hiệu suất phát sáng của một nguồn sáng nói chung hay của đèn LED nói riêng như sau:
Φ/E(lm/W)=683V (4)
Ở đây:
- Φ là quang thông (lumen).
- E là dòng quang năng (Watt).
- V là giá trị trung bình của hàm thị kiến, thể hiện độ nhạy của mắt người.
Khi chỉ số hoàn màu của đèn LED càng cao, ánh sáng phát ra sẽ tái hiện trung thực nhiều màu sắc hơn, nghĩa là trong chùm sáng có thêm nhiều thành phần đơn sắc. Nhưng điều này lại khiến giá trị V giảm, kéo theo hiệu suất phát sáng (lm/W) giảm theo công thức (4).
Nói cách khác:
- Chỉ số hoàn màu của đèn LED cao: màu sắc được hiển thị trung thực, dễ chịu cho mắt, nhưng hiệu suất phát sáng thấp hơn.
- Chỉ số hoàn màu của đèn LED thấp: hiệu suất phát sáng cao hơn, nhưng màu sắc kém trung thực.
Vì vậy, để tạo ra một bộ đèn LED có chỉ số hoàn màu cao, chi phí sản xuất cũng cao hơn. Đây là lý do vì sao có những bộ đèn LED ánh sáng đẹp hơn nhưng giá thành lại cao hơn dù hiệu suất phát sáng thấp hơn.
Do đó, khi lựa chọn đèn LED, bạn cần cân nhắc rõ: ưu tiên tiết kiệm điện năng hay ưu tiên chất lượng ánh sáng. Từ đó, bạn mới chọn được giải pháp chiếu sáng phù hợp, mang lại hiệu quả tối ưu cho nhu cầu thực tế.
Nếu bạn còn băn khoăn về chỉ số hoàn màu của đèn LED hay bất kỳ thắc mắc nào liên quan đến chiếu sáng, đừng ngần ngại để lại bình luận hoặc gửi lời nhắn. Tôi luôn sẵn sàng giải đáp để bạn có thêm thông tin hữu ích.
Danh mục: Cơ bản về chiếu sáng
