Lysopplevelse og lysfarge
Kvaliteten på LED-lyset bestemmes av mange faktorer. Fargetemperatur, fargegjengivelse og fargekvalitet påvirker både hvordan lyset virker og hvordan det oppleves. Ettersom LED teknisk sett skiller seg fra tradisjonelle lyskilder, kan ikke egenskapene sammenlignes direkte, men kravene til hvordan en god armatur skal oppføre seg er selvfølgelig de samme.
Fargetemperatur
En lyskildes fargetemperatur angis i kelvin (K). Kelvin er opprinnelig et mål på fargen til et oppvarmet (og dermed glødende) svart legeme. For lyspærer med glødetråd er det lett å bruke målet, da fargetemperaturen (CCT) i kelvin blir den samme som trådens faktiske temperatur. For lyskilder uten glødetråd – for eksempel lysrør, utladningslamper og LED – angis en korrelert fargetemperatur i kelvin.
Selv om ulike produsenter oppgir nøyaktig samme fargetemperatur, så kan den variere fra produsent til produsent. Fargetemperaturen
til LED kan også endres over tid.
Når lysdiodene produseres, blir variasjonen stor både når det gjelder fargetemperatur og lumenverdi. Derfor er det nødvendig å velge ut fra et begrenset sortiment – noe som på fagspråket kalles binning (sortering).
MacAdam angir spredning i lysfargen
Kromatisiteten (fargekvaliteten) til et LED-produkt, det vil si hvor stort avviket er i lysfargen, oppgis med MacAdam-ellipser SDCM (Standard Deviation of Color Matching) i henhold til standarden CIE 1964. MacAdam-systemet kommer opprinnelig fra USA og innebærer at fargekvaliteten graderes i skalaen 0–10.
Mellom 1 og 3 er det vanskelig å se forskjeller i farge, men oppover i skalaen kan man oppleve tydelige og direkte forstyrrende forskjeller i visse applikasjoner. Problemet er størst når man lyssetter hvite flater eller plasserer LED-lister svært nær en hvit vegg. På øvrige bruksområder er problemene små, men det er en god regel å unngå MacAdam 4 SDCM eller dårligere i innendørsapplikasjoner. I et utendørsmiljø kan imidlertid MacAdam 5 SDCM være tilstrekkelig, mens kravene innendørs normalt ligger på MacAdam 2–3 SDCM. Det er en tydelig trend at kvaliteten forbedres løpende. Til sammenligning ligger et T5-lysrør fra de store produsentene innenfor MacAdam 4.
MacAdam-verdiene nedenfor kan brukes som en retningslinje:
MacAdam 1–3 SDCM
- MacAdam 2 SDCM: Museer, gallerier
- MacAdam 3 SDCM: Butikker, kontorer, skoler, sykehus
MacAdam 3–5 SDCM
- MacAdam 3 SDCM: Fasade
- MacAdam 5 SDCM: Annen utendørs
Når en produsent utvikler en diode, bestemmer man et målpunkt for fargen i x- og y-ledd i fargetrekanten. Etter produksjonen sorteres diodene og jo snevrere toleranser i faktisk lysfarge diodene har desto bedre.
Stor variasjon i fargekvaliteten gir en større ellipse og en høyere MacAdam-verdi. Ellipsens størrelse beregnes med en formel.
Når en produsent utvikler en diode, bestemmer man et målpunkt for fargen i x- og y-ledd i fargetrekanten. Etter produksjonen sorteres diodene og jo snevrere toleranser i faktisk lysfarge diodene har desto bedre. Stor variasjon i fargekvaliteten gir en større ellipse og en høyere MacAdam-verdi. Ellipsens størrelse beregnes med en formel.
Lysfarge over tid
Når det gjelder fargekvaliteten, er det også viktig at man ikke kun ser på hva som er angitt som nyverdien, men også undersøker hvordan kvaliteten forandres i produktets forventede levetid. Noen dioder kan holde meget høy fargekvalitet de første tusen timene, men svekkes deretter raskt. Armaturkonstruksjonen kan også påvirke negativt dersom kjølingen av lysdioden er for dårlig eller lysdioden drives for hardt.
Prinsippet for å skape hvitt lys av en blå diode, eller i tilfellet til høyre, av en gruppe dioder. På en enkelt diode dekker fosforet dioden, i en modul er fosforet plassert på en plate som dekker alle dioder i modulen.
Hvitt lys i ulike fargetemperaturer
Hvite dioder finnes i et stort antall fargetemperaturer, fra varmhvite til svært kalde (2700–8000 K). Hvitt LED-lys skapes som oftest ved at en blå lysdiode gis et lag lyspulver bestående av fosfor. Dette kan enten være plassert direkte på dioden eller på en ytre plate. Belegget omdanner en del av strålingen til hvitt lys med ulik fargetemperatur – en prosess som minner om prosessen i et vanlig lysrør. Lyskvaliteten avgjøres både av spesifikasjonen til den blå lysdioden og hvor nøye fosforet er tilpasset den utvalgte dioden.
Ettersom en blå lysdiode er grunnlaget for det hvite lyset, så er effektiviteten høyere for kaldere fargetemperaturer. En varmere fargetemperatur krever nemlig at fosforet konverterer en større andel av det opprinnelige blå lyset.
Fargegjengivelse
Fargegjengivelsen til LED er ikke nøyaktig den samme som hos en tradisjonell lyskilde. Den angis imidlertid akkurat som for andre lyskilder i Ra/CRI. Ra-skalaen går fra 0–100 og er et mål på lyskildens evne til å gjengi farger. Fargegjengivelsen (Ra) kan avhengig av valgt lysdiode normalt variere fra 60 til 95. En høy Ra-verdi medfører som regel et noe lavere lysutbytte. Fargegjengivelsen bedømmes i henhold til CIEs metode og måles normalt på åtte farger i henhold til CRI (Color Rendering Index), der Index går fra 1–8 (se figuren).
Fargegjengivelsen (CRI – Color Rendering Index) angis som en middelverdi (Ra), og en lyskilde kan altså være god til å gjengi sju av disse, men dårlig til å gjengi den åttende. Ra 1–14 er en kompletterende skala som inneholder ytterligere seks farger. Som figuren viser, greier ikke den aktuelle lysdioden å gjengi den klarrøde fargen, nummer 9, på en optimal måte, hvilket får som følge at middelverdien for Ra 1–14 er lavere enn verdien for Ra 1–8. Uansett middelverdi kan man slutte seg til at gjengivelsen av rødt ikke er den beste, noe som er vanlig når det gjelder nettopp LED.
Fargegjengivelsen kan altså variere mellom ulike dioder fra ulike produsenter, men den er knyttet til lysdiodens spektralfordeling. En granskning av spektralfordelingen kan gi mer informasjon om lysdiodens evne til å gjengi farger. Det er også verdt å merke seg at fargegjengivelsen kan variere mellom en ny LED og en som har brent et antall tusen timer.
Fargegjengivelsesindeksen (CRI – Colour Rendering Index) angis som en middelverdi (Ra), og en lyskilde kan altså være god til å gjengi sju av disse, men dårlig til å gjengi den åttende. Ra 1–14 er en kompletterende skala som inneholder ytterligere seks farger. Selv om fargegjengivelsen varierer mellom ulike lysdioder, er den direkte koblet til diodens spektralfordeling. En analyse av spektralfordelingen kan gi mer informasjon om diodens evne til å gjengi farger. Jo mer en bestemt farge er til stede i den spektrale fordelingen, desto bedre gjengir lysdioden akkurat den fargen.
Avblending og visuell opplevelse
En LED-armatur må oppleves i virkeligheten da den kan være blendende selv om kravene i alle gjeldende standarder er oppfylt. Den store utfordringen når det gjelder LED-belysning er å holde blendingen innenfor rimelige nivåer. Det er ikke uvanlig at dioder og LED-moduler har en luminans (lysintensitet) over 300 000 cd/m². Dette må sammenlignes med et standard T5-lysrør som har en luminans på 17 000 cd/m².
Ut fra et økonomisk synspunkt er naturligvis en naken LED-modul med kjølelegeme og ekstern driver det beste dersom man bare ser på forholdet lumen/watt. En slik LED-modul gir imidlertid et lys som er direkte blendende og ubehagelig. Derfor kreves det behandling av lyset (avskjerming og distribusjon), noe som fører til at armaturen som helhet får en lavere energieffektivitet enn den enkelte modulen som sitter i armaturen. I henhold til denne logikken kan en altfor høy energieffektivitet i en armaturbeskrivelse være en indikasjon på at armaturen er blendende.