Как сохранить Ван Гога?

Опубликовано: 3 октября 2016 г. в 17:32, 40 просмотровКомментировать

До недавнего времени было принято считать, что светодиодное освещение обеспечивает лучшую сохранность экспонатов в музеях и картинных галереях по сравнению с традиционными источниками света. Но в 2013 году результаты исследования причин изменения оттенка желтого цвета на работах Винсента ван Гога, находящихся в Амстердаме, опровергли это мнение.

После такой сенсации самая крупная коллекция голландского живописца вновь вернулась к галогенным лампам. Однако и они не являются идеальным решением. Сегодня на эту роль претендуют светодиоды на основе фиолетовых чипов. Кстати, их применение будет полезным и за пределами картинных галерей.

Винсент Ван Гог. Подсолнухи. 1988 г.

В подавляющем большинстве современных светодиодов белого свечения используется чип, излучающий свет синего цвета, который покрыт люминофором. В результате суммирования свечения этого чипа со свечением люминофора получается белый свет. Для того, чтобы светодиоды могли быть использованы для освещения, принципиальным моментом являлось создание приборов, дающих большой световой поток в синем диапазоне. Они были созданы в начале 90-х годов японскими физиками Сюдзи Накамуро, Исама Акасаки и Хироси Амано, за что все трое в 2014 году получили Нобелевскую премию.

Человеческий глаз видит свет с длиной волны от 380 до 780 нм. Эти границы весьма условны и зависят от особенностей зрения конкретного человека. Поэтому для практических применений считают, что видимый свет лежит в диапазоне от 400 до 750 нм. То, что имеет меньшую длину волны — ультрафиолетовое излучение, большую — инфракрасное.

Пример синего пика и провала в спектре светодиода

Чипы, используемые в первых мощных осветительных светодиодах, давали излучение со спектральным максимумом около 470 нм. Потом для улучшения цветопередачи удалось довести спектральный максимум до 450-460 нм (так называемый цвет Royal Blue). Люминофор дает излучение в спектре от сине-зеленого до красного цвета. Часть излучения чипа поглощается люминофором, но часть должна проходить через люминофор, так как используется в формировании белого цвета. В итоге для белых светодиодов характерен так называемый «синий пик» на спектральной диаграмме, который по длине волны совпадает со спектральным максимумом исходного чипа. С другой стороны, в районе 480-500 нм (сине-зеленый цвет) наблюдается локальный спад, так как там уже заканчивается спектр излучения чипа, а световой поток люминофора невелик.

«Провал» вносит заметные искажения цветов при освещении картин. Проблемы возникают и за пределами картинных галерей. Из-за наличия указанного «провала» в спектральной характеристике, при контроле качества тканей и полиграфической продукции до сих пор используются люминесцентные лампы, а не светодиоды.

Разумная осторожность

Но вернемся к ван Гогу и его обесцвечивающимся полотнам. Причина была найдена в использовании мастером и некоторыми другими художниками того времени краски на основе свинца, хрома и серы, меняющей в последующем свои свойства под действием света. Краска использовалась непродолжительное время, потом от нее отказались. Уже в наши дни при помощи инфракрасной спектроскопии ученые разработали методику определения картин с неустойчивой краской.

Музей Ван Гога в Амстердаме

По итогам исследований в 2013 году был опубликован ряд научных работ, в одной из которых [1] дается рекомендация оградить подлинники произведений Винсента ван Гога и некоторых других живописцев, содержащих чувствительные к воздействию света желтые краски определенного состава, использовавшиеся в короткий исторический период, от воздействия света с длиной волны менее 525 нм (соответствующей зеленому цвету). После этого в музее нидерландского постимпрессиониста решили перестраховаться и вернули обратно галогенные лампы вместо светодиодных. Пересмотрели свои подходы к освещению старинных картин и другие музеи.

Рекомендация оградить подлинники живописцев, содержащих чувствительные к воздействию света желтые краски определенного состава, от воздействия света с длиной волны менее 525 нм.

О повышенной чувствительности красок на старых картинах к синей составляющей спектра было известно и ранее: не зря в музеях посетителям запрещено снимать с фотовспышкой, так как ее спектр богат синими составляющими. Тем не менее, история со знаменитым полотном безумного гения породила новую волну дискуссий о безопасности светодиодного освещения. По иронии судьбы, Музей ван Гога был одним из пионеров по его использованию, а наработанный опыт долгое время подавался музейному сообществу как прогрессивный и достойный подражания. Намеки в общественно-политической прессе на возможную взаимосвязь между светодиодным освещением и потемнением желтого цвета на картинах насторожили музейный мир, что затормозило внедрение светодиодного освещения в учреждениях культуры.

Возвращением доверия к отвергнутой инновации можно считать реализацию в 2016 году крупного проекта освещения Пинакотеки Амброзиано в Милане. В этой картинной галерее выставлено немало старинных полотен, требующих особых условий экспозиции. Тем не менее, выставка освещается исключительно светодиодами. Естественно, к проекту подошли со всей ответственностью: светильники изготовлены компанией Lumen Center Italia, а курировал проект известный светодизайнер Аугусто Грилло. Но самое главное, Lumen Center Italia применила принципиально новые светодиоды TRI-R (дочерняя структура Toshiba) на основе фиолетовых чипов.

Картина Карваджио. Корзина с фруктами. 1599 г.

Для создания светодиодов нового поколения был позаимствован опыт, накопленный в процессе совершенствования люминесцентных ламп.

Повторение эволюции люминесцентных ламп

Несмотря на то, что светодиоды белого свечения и люминесцентные лампы являются принципиально разными типами источников света, тем не менее, в их конструкции много общего: и там, и там имеется некий прибор, излучающий базовый спектр. В люминесцентных лампах это герметичная трубка с парами ртути под низким давлением, в которой происходит электрический разряд. Пары ртути излучают несколько спектральных линий от ультрафиолета до желтооранжевого цвета в видимом диапазоне. Тем не менее, основная мощность излучения сосредоточена в трех спектральных линиях: 185 нм (ультрафиолет), 254 нм (ультрафиолет) и 436 нм (синий цвет). Составляющие от сине-зеленого до красного цвета в обычных люминесцентных лампах добавляются в спектр с помощью широкополосного люминофора.

Пример спектра люминесцентной лампы

Люминесцентные лампы с люминофором, имеющим одну широкую полосу, характеризовались низким коэффициентом цветопередачи CRI — не более 75 Ra. Для повышения CRI до величины более 80 Ra потребовалось использовать три узкополосных люминофора, каждый из которых соответствует базовому цвету восприятия человеческого зрения: красный, зеленый, синий. Такие лампы маркируются как Tri-Band Phosphor, что переводится как «трехполосный люминофор».

Ультрафиолетовые составляющие спектра паров ртути не проходят через стекло колбы лампы. Что же касается составляющей с длиной волны 436 нм, то она проявляет себя в спектре люминесцентной лампы в виде того же «синего пика». Тем не менее, идея с трехполосным люминофором применительно к светодиодам способна решить проблемы как «синего пика», так и «провала» в области 480-500 нм.

Фиолетовые чипы

Для борьбы с эффектом «синего пика» следует использовать базовый чип, дающий ультрафиолетовое излучение или же излучение на коротковолновой границе видимого света. Этот чип покрывают трехполосным люминофором, который полностью создает свечение белого цвета. Излучение базового чипа почти полностью поглощается люминофором, поэтому его вредное воздействие теоретически должно быть сведено к минимуму.

Спектр светодиода TRI-R

После создания мощных осветительных светодиодов уже упомянутый Сюдзи Накамура не почивал на лаврах и пошел дальше — разработал технологию производства высокоэффективных чипов фиолетового свечения. Речь идет о спектральном максимуме 400-410 нм. Некоторые производители в маркировке указывают другое слово — purple («пурпурный», «лиловый»), обозначающее тот же диапазон.

Светодиоды на основе фиолетовых чипов обладают высоким индексом цветопередачи CRI, превышающим 90 Ra. Но такие же показатели не редкость и для светодиодов на основе синих чипов. Появившийся в 2015 году стандарт IES ТМ-30-15 [2], устанавливает более сложную систему оценки цветопередачи с наглядной демонстрацией разницы между обычными и «фиолетовыми» светодиодами. Также разница между синим и фиолетовым чипами в основе светодиода отмечается при измерении цветопередачи по шкале CQS.

Недостатком светодиодов на основе фиолетовых чипов является их меньшая светоотдача. При одинаковых значениях CRI светоотдача таких светодиодов приблизительно на 20% ниже, чем у обычных. Это обусловлено тем, что практически все излучение чипа преобразуется люминофором. Другой недостаток — высокая стоимость светодиода, в 2-5 раз превосходящая обычный светодиод с тем же световым потоком.

Лампа MR16 Soraa

Ведущими производителями белых светодиодов на основе чипов с фиолетовым излучением являются Soraa (создана нобелевским лауреатом Сюдзи Накамурой), TRI-R (дочерняя структура Toshiba) и Verbatim (дочерняя структура Mitsubishi Chemical). Также на данный рынок стали выходить и малоизвестные китайские производители.

В защиту синих чипов

Давайте теперь для объективности взглянем на проблему, с другой стороны. Так ли уж серьезна проблема «синего пика»? И насколько безопасны светодиоды на основе фиолетовых чипов?

Как уже отмечалось, проблема «синего пика» есть и у люминесцентных ламп. Этот вид источников света используется уже более 70 лет, и речи о вредности излучения качественных люминесцентных ламп не идет. Данный тип ламп давно и без негативных отзывов применяется, в том числе, и в картинных галереях. А ведь у люминесцентных ламп «синий пик» наблюдается на длине волны 436 нм, где излучение химически и биологически более активно, чем на 450 нм.

Рекомендация по спектру освещения, приведенная в [1], относится практически к любым типам источников света. Про светодиоды в работе вообще ничего не сказано, опыты по исследованию фотохимической деградации проводились с использованием ксеноновой лампы. Поэтому перестраховка с возвратом галогенных ламп, на которую пошел музей, не лишняя, учитывая культурное значение полотен Ван Гога.

Единственный факт, доказанный наукой — «синий пик» оказывает бодрящее действие на организм. И, как любые искусственные способы повышения тонуса организма, в больших количествах вреден. Например, нельзя «взбадриваться» синим цветом вечером, когда нужно постепенно отходить ко сну. Если изучить данные по спектру современных светодиодов на основе синих чипов, то выходит, что для них проблема «синего пика» явно преувеличена.

Максимум спектральной плотности излучения

Пик излучения светодиодов с цветовой температурой 2700 К, которые используются в жилых помещениях, приходится на диапазон 600-650 нм.т.е. на оранжевый цвет. Спектральная плотность излучения на локальном пике 450 нм составляет от 40% до 60% от значения для оранжевого цвета. А если мы используем набирающие популярность лампы с цветовой температурой

2400 К, то у них вообще уровень синего излучения составляет всего от 15% до 30% от оранжевого. Вполне нормальные условия, чтобы расслабиться. Качественные офисные светильники с цветовой температурой 4000 К имеют пик около 590 нм (желто-оранжевый), спектральная плотность на 450 нм составляет 90% от максимума.

Проблема «синего пика» была поднята в конце 2000-х годов применительно к тогда доступным и несовершенным светодиодам. Сейчас дешевые светодиоды с ярко выраженным «синим пиком» используются только в подсобных помещениях, где люди находятся кратковременно.

Конечно, это не означает, что сейчас уже не нужно бороться с проблемой «синего пика». Но сама по себе технология фиолетовых чипов еще не гарантирует безопасность спектра излучения.

Если взять уже приводившийся пример с Пинокатекой Амброзиано, то Toshiba способна сделать долгоживущий люминофор, a Lumen Center Italia — обеспечить правильный теплоотвод в светильнике. В противном случае люминофор быстро деградирует и за пределы светильника пойдет излучение с длиной волны около 400 нм. Именно оно, близкое подлине волны к ультрафиолетовому, гораздо более вредно для организма, чем пресловутый «синий пик».

Малоизвестные китайские производители уже предлагают на рынке дешевые светодиоды на основе фиолетовых чипов, имеющие однополосный (а не трехполосный, как у ведущих брендов) люминофор. В таких светодиодах излучение от чипа не полностью поглощается однополосным люминофором, поэтому получается тот же пик, но сдвинутый в более опасную область.

Выводы

Сейчас светодиоды на основе фиолетовых чипов выгодно использовать в основном для профессиональных применений: освещения музеев и выставочных залов, контроля качества продукции на производстве или для освещения магазинов одежды. Возможно их использование и в элитных домашних интерьерах, где подбор и установка светильников осуществляются профессионалами. Для массового применения придется разработать систему норм и стандартов, исключающую попадание на рынок продукции, в которой фиолетовый свет от чипа слабо поглощается люминофором и выходит наружу.

Алексей ВАСИЛЬЕВ

Литература:

  1. Monico L. и др. Degradation Process of Lead Chromate in Paintings by Vincent van Gogh Studied by Means of Spectromicroscopic Methods. 4. Artificial Aging of Model Samples of Co-Precipitates of Lead Chromate and Lead Sulfate//Analytical Chemistry 2013 Jan 15;85(2):860-7.
  2. Васильев A. IES TM-30-15 — новый стандарт измерения цветопередачи освещения // Электротехнический рынок, № 3, 2015 г., стр. 18-21.

Источник: Материал размещен в журнале «Электротехнический рынок», №4 (70) Июль-Август 2016

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.