fagerhult_led_colour.jpg

Ljusupplevelse och ljusfärg med LED-armaturer

LED-ljusets kvalitet styrs av flera faktorer. Färgtemperatur, färg­återgivning och färgkvalitet påverkar både hur ljuset arbetar och hur det upplevs.

Eftersom LED skiljer sig tekniskt från traditionella ljuskällor är egenskaperna inte direkt jämförbara, men kraven på hur ljuset från en bra armatur ska uppföra sig är desamma.

Färgtemperatur

fagerhult_led_fargtemperatur

En ljuskällas färgtemperatur anfges i Kelvin (K). Kelvin är från början ett mått på färgen hos en upphettad och därmed glödande svart kropp. Måttet är enkelt att applicera på ljuskällor med glödtråd då färgtemperaturen (CCT) i Kelvin blir densamma som den faktiska temperaturen hos glödtråden. För ljuskällor utan glödtråd är det annorlunda. Istället anges en korrelerad färgtemperatur för exempelvis lysrör, urladdningslampor och LED.

Även om olika tillverkare anger samma färgtemperatur kan det förekomma skillnader mellan fabrikaten. Färgtemperatur hos LED kan också förändras över tiden. Även när lysdioderna tillverkas blir variationen stor både vad gäller färgtemperatur och ljusflöde. Därför är det nödvändigt att välja ur ett begränsat sortiment – något som kallas binning (sortering).

Kurvan visar färgtemperatur i faktiska Kelvin-grader. För att få fram en korrelerad färgtemperatur mäts ljuskällans kromaticitet. Detta värde ligger på någon av de isotermiska linjerna och där linjen korsar kurvan sätts den korrelerade färgtemperaturen.

MacAdam anger spridning i ljusfärgen

LED-modulens ljusfärgskvalitet eller kromaticitet är ett mått på spridning i ljusfärg. Avvikelsen i färg anges med MacAdam-ellipser SDCM (Standard Deviation of Color Matching) enligt standarden CIE 1964. MacAdam-systemet graderar kromaticiteten på skala 0–10 där 0 är den bästa kromaticitet man kan uppnå.

Mellan 1 och 3 är det svårt att se skillnad i färg men uppåt i skalan kan man uppleva tydliga skillnader beroende på den omgivande miljön. Framförallt vita väggar som ljussätts med wallwashers eller spotlights kräver ett lågt MacAdam-värde. I övriga applikationer är skillnaderna mindre påtagliga. En god regel är att undvika MacAdam­ 7 SDCM eller sämre i inomhusapplikationer, dock ligger kraven inomhus normalt på MacAdam 3–5 SDCM. I en utomhusmiljö kan MacAdam 7 SDCM ses som fullt tillräcklig.

En tydlig trend är att kvaliteten förbättras undan för undan. Som jämförelse ligger ett T5-lysrör från de stora tillverkarna inom MacAdam 4.

fagerhult_led_macadamMacAdam  1–3 SDCM 

För miljöer med höga krav på lika färgkvalitet, exempelvis belysning av vita väggar.

 

 

fagerhult_led_inomhusmiljoerMacAdam  3–5 SDCM  

Lämpligt för de flesta inomhusmiljöer.

 

 

fagerhult_led_utomhusMacAdam  5–7 SDCM

Främst för utomhusmiljöer.

 

 

 

 

Ljusfärg över tiden

Det är inte tillräckligt att enbart bedöma färgkvaliteten hos en ny lysdiod. Det krävs även att man undersöker hur kvaliteten förändras under produktens förväntade livslängd. Vissa lysdioder kan hålla mycket hög färgkvalitet under de första tusen timmarna men sedan snabbt försämras. Även armaturkonstruktionen kan påverka färgkvaliteten negativt om kylningen av lysdioden inte är tillräcklig eller om lysdioden drivs för hårt.

Principen för att skapa vitt ljus från en blå diod, eller i fallet till höger, från ett kluster av dioder. På en enskild diod täcker lyspulver dioden, i en modul är lyspulvret placerat på en skiva som täcker alla dioder i modulen.

fagerhult_led_vitt_ljus

Vitt ljus i olika färgtemperaturer

Vita dioder finns med olika färgtemperatur, från varmvit till mycket kall (2700–8000 K). Vitt ljus skapas oftast genom att en blå lysdiod förses med ett lager av lyspulver. Lyspulvret placeras antingen direkt på dioden eller på en yttre skiva. Beläggningen omvandlar en del av det blå ljuset till vitt ljus med olika färgtemperatur. Färgtemperaturen bestäms både av den blå dioden och hur lyspulvret är anpassad.

Eftersom en blå LED är basen för det vita ljuset är effektiviteten högre för kallare färgtemperaturer. Detta eftersom en varm färgtemperatur kräver att lyspulvret omvandlar en större del av det ursprungliga blå ljuset.

Färgåtergivning

Färgåtergivningen hos LED är inte exakt densamma som hos en traditionell ljuskälla. Den anges dock precis som för övriga ljuskällor i Ra/CRI. Ra-skalan löper från 0–100 och är ett mått på ljuskällans förmåga att återge färger. Färgåtergivningen (Ra) kan beroende på val av lysdiod normalt variera från 60 till 95.

Färgåtergivningen bedöms enligt CIE:s metod och mäts normalt på åtta färger enligt CRI (Color Rendering Index) där index löper från 1–8 (se illustrationen nedan). Färgåtergivningsindexet (CRI – Color Rendering Index) anges som ett medelvärde (Ra) och en ljuskälla kan alltså vara bra på att återge sju av dessa men sämre på att återge den åttonde. Som kompletterande skala finns Ra 1–14 som innehåller ytterligare sex färger.

Som illustrationen visar klarar den aktuella lysdioden inte av att återge den klarröda färgen (nummer nio) på ett optimalt sätt. Följden blir att medelvärdet för Ra 1–14 är lägre än för Ra 1–8. Oavsett medelvärde kan man ändå utläsa att återgivningen av rött är sämre vilket är vanligt för LED-belysning.

Färgåtergivningen kan skilja sig åt mellan dioder från olika tillverkare men är knuten till lysdiodens spektralfördelning. Ha i åtanke att färgåtergivningen kan skilja sig mellan en ny LED-modul med en som brunnit ett antal tusen timmar.

fagerhult_led_fargatergivningsindex

Färgåtergivningsindexet (CRI – Color Rendering Index) anges som ett medelvärde (Ra) och en ljuskälla kan alltså vara bra på att återge sju av dessa färger men sämre på att återge den åttonde. Som kompletterande skala finns Ra 1–14 som innehåller ytterligare sex färger.Även om färgåtergivningen varierar mellan olika lysdioder så är den direkt kopplad till diodens spektralfördelning. En analys av spektralfördelningen kan ge mer information om diodens förmåga att återge färger. Ju mer en viss färg är närvarande i den spektrala fördelningen desto bättre återger lysdioden just den färgen.

Avbländning och visuell upplevelse

En LED-armatur måste upplevas i verkligheten då den kan vara bländande trots att alla gällande standarder är uppfyllda. Utmaningen med LED-belysning är att kontrollera just bländningen. LED-moduler kan ha en luminans (ljusintensitet) över 300 000 cd/m² medan T5-lysrör oftast har en luminans på 17 000 cd/m².

Ur en strikt energiekonomisk synvinkel är en naken LED-modul med kylkropp och externt driftdon det mest fördelaktiga alternativet. En sådan LED-modul ger dock ett ljus som är direkt bländande och obehagligt. Därför krävs behandling av ljuset (avskärmning och distribution) vilket leder till att armaturen som helhet får en lägre energieffektivitet än den enskilda modulen som sitter i armaturen. Enligt denna logik kan en alltför hög energieffektivitet i en armaturbeskrivning vara en indikation på att armaturen är bländande. 

Applikationsområde