Lysoplevelse og lysfarve

Farvetemperatur

En lyskildes farvetemperatur angives i kelvin (K). Kelvin er oprindeligt et mål for farven på et opvarmet (og dermed glødende) sort legeme. I forbindelse med el-pærer med glødetråd er målet let at anvende, da farvetemperaturen (CCT) i kelvin bliver den samme som den faktiske temperatur i glødetråden. I forbindelse med lyskilder uden glødetråd – f.eks. lysstofrør, udladningspærer og LED – angives en korreleret farvetemperatur i kelvin.

Selvom forskellige producenter angiver nøjagtigt samme farvetemperatur, kan den adskille sig fra producent til producent. Farvetemperaturen i LED kan også ændre sig over tid. Når lysdioderne produceres, bliver variationen stor, både hvad angår farvetemperatur og lysstrøm. Derfor er det nødvendigt at udvælge et begrænset sortiment, hvilket på fagsprog kaldes binning (sortering).

Kurven viser farvetemperatur i faktiske Kelvin-grader. For at beregne en korreleret farvetemperatur måles lyskildens kromaticitet. Denne værdi ligger på nogen af de isotermiske linier og der hvor linien krydser kurven sættes den korrelerede farvetemperatur.

MacAdam angiver spredning i lysfarven

LED-modulets lysfarvekvalitet eller kromaticitet er mål for spredning i lysfarven. Afvigelser i farven angives med MacAdam-ellipser SDCM (Standard Deviation of Color Matching) i henhold til standarden CIE 1964. MacAdam-systemet graduerer kromaticiteten på en skala fra 1–10 hvor 1 er den bedste kromaticitet man kan opnå.

Mellem 1 og 3 er det svært at se forskel på farverne. Højere op i skalaen opleves tydelige forskelle alt efter det omgivende miljø. Fremfor alt kræver belysning af hvide vægge med wall-washers eller spotlights en lav MacAdam-værdi. I øvrige applikationer kan kravene være lidt mindre. I indendørsapplikationer ligger kravet vedr. MacAdam normalt  på højst 3 SDCM. I udendørsmiljøer er 5 SDCM normalt fuldt tilstrækkeligt.

En tydelig trend er at kvaliteten forbedres hele tiden. Til sammenligning ligger et T5-lysrør fra de store producenter på MacAdam 4. Nedenstående MacAdam værdier er anbefalinger:

MacAdam 1–3 SDCM

MacAdam 2 SDCM: museer, gallerier
MacAdam 3 SDCM: kontorer, butikker, skoler, hospitaler

 

 

 

 MacAdam 3–5 SDCM

MacAdam 3 SDCM: udendørs facader
MacAdam 5 SDCM: øvrige udendørsapplikationer

 

 

 

 

Lysfarven over tid

Det er ikke nok kun at bedømme farvekvaliteten hos en ny lysdiode. Det er også nødvendigt at undersøge hvordan kvaliteten forandres i produktet slevetid. Visse lysdioder holder høj farvekvalitet i de første tusind timer men siden bliver de hurtigt dårligere. Også armaturkonstruktionen kan påvirke farvekvaliteten negativt kølingen af lysdioden ikke er god nok eller hvis dioden drives for hårdt.

Princippet i at skabe hvidt lys fra en blå diode, eller i tilfældet til højre, et modul med en samling af dioder. Ved en enkelt diode dækker fosforet dioden, i modulet er fosforet placeret på en skive som dækker alle dioder i modulet.

Hvidt lys i forskellige farvetemperaturer

Hvide dioder findes i et stort antal farvetemperaturer, fra varm hvid til meget kold (2700–8000 K). Hvidt LED-lys skabes som regel ved, at en blå lysdiode forsynes med et lag lyspulver bestående af fosfor. Dette kan enten være placeret direkte på dioden eller på en ydre plade. Belægningen omdanner en del af strålingen til hvidt lys med forskellige farvetemperatur. Farvetemperaturen bestemmes af specifikationen for den blå lysdiode, samt hvor nøjagtigt fosforet er tilpasset til den valgte diode.

Eftersom en blå lysdiode er grundlaget for det hvide lys, er effektiviteten højere ved koldere farvetemperatur. En varmere farvetemperatur kræver nemlig, at fosforet omdanner en større andel af det oprindelige blå lys.

Farvegengivelse

Farvegengivelse hos LED er ikke det samme som hos en traditionel lyskilde. Den angives dog præcis som for øvrige lyskilder i Ra/CRI. Ra-skalan går fra 0–100 og er et mål på lyskildens evne til at gengive farver. Farvegengivelse (Ra) kan alt efter valg af lysdiode normalt variere fra 60 til 95.

Farvegengivelse bedømmes efter CIE:s metode og måles normalt på otte farver efter CRI (Color Rendering Index) hvor index går fra 1–8 (se illustrationen nedenfor). Farvegengivelsesindexet (CRI – Color Rendering Index) angives som en middelværdi (Ra) og en lyskilde kan altså være god til at gengive syv af disse men lidt dårligere til at gengive den ottende. Som kompletterende skala findes Ra 1–14 som indeholder yderligere seks farver.

Som illustrationen viser er den aktuelle lysdiode ikke god til at gengive den klarrøde farve (nummer ni) optimalt. Følgen bliver at middelværdien for Ra 1–14 er lavere end for Ra 1–8. Uanset middelværdi kan kan man stadig se at farvegengivelsen af rødt er dårligere hvilket er helt normalt for LED-belysning.

Farvegengivelsen kan variere mellem dioder fra forskellige producenter men er knyttet til lysdiodens spektralfordeling.  Det er også værd at notere at farvegengivelsen kan variere alt efter om det er et nyt LED-modul eller om det er et der har brændt i flere tusind timer.

Visuel komfort

Et LED-armatur skal opleves i virkeligheden da den kan blænde på trods af at alle gældende standarder er opfyldt. Udfordringen med LED-belysning er at kontrollere blændingen. LED-moduler kan have en luminans (lysintensitet) på over 300 000 cd/m² mens T5-lysrøret ofte har en luminans på 17 000 cd/m².

Ud fra en strengt energiøkonomisk synsvinkel er et nøgent LED-modul med køle-krop og ekstern driver det mest fordelagtige alternativ. Et sådant LED-modul giver dog et lys som er direkte blændende og ubehageligt. Derfor er behandling af lyset et krav (afskærmning og distribution) hvilket leder til at armaturet som helhed får en lavere energieffektivitet end hver enkelt modul i armaturet. Med denne viden kan en alt for høj energieffektivitet i en armaturbeskrivelse være tegn på at armaturet blænder.