Lichtbeleving en lichtkleur

Kleurtemperatuur

De kleurtemperatuur van een lichtbron wordt in Kelvin (K) weergegeven. Kelvin is oorspronkelijk een maat voor de kleur van een verhit (en daardoor gloeiend) zwart lichaam. Voor lampen met gloeidraad is deze maat makkelijk toe te passen omdat de kleurtemperatuur in Kelvin gelijk is aan de werkelijke temperatuur van de gloeidraad. Voor lichtbronnen zonder gloeidraad, bijvoorbeeld fluorescentielampen, gasontladingslampen en LED, moet een kleurtemperatuur (CCT) in Kelvin worden berekend.

 

Op deze afbeelding ziet u hoe u de kleurtemperatuur berekent. De ingetekende curve is de kleurtemperatuur in graden Kelvin. De kleursoort van de lichtbron wordt gemeten op een van de isothermische lijnen en het punt waar de lijn de curve kruist is de correlatie kleurtemperatuur.

 

 

 

De kleurtemperatuur kan van fabrikant tot fabrikant verschillen, ook al geven ze dezelfde meting. Daarnaast kan de kleurtemperatuur van LED in de loop van de tijd veranderen, wat betekent dat de waarde na enkele duizenden branduren niet hetzelfde zal zijn als die van een nieuw product. Bij de productie van LED’s ontstaat een grote variatie in zowel kleurtemperatuur als lichtstroom. De variaties zijn zo groot dat het absoluut noodzakelijk is om een selectie te maken uit een beperkt assortiment. Deze methode van selectie noemt men binning.

MacAdam  1–3 SDCM 

Geschikt voor de meeste binnenomgevingen.

 

 

 

 

MacAdam  3–5 SDCM 

Voornamelijk voor buitenomgevingen.

 

 

 

 

Kleurkwaliteit

De kleurkwaliteit van een LED-product, dat wil zeggen hoe nauw­keurig de kleurtemperatuur is, wordt aangegeven met MacAdam ellipsen SDCM (Standard Deviation of Color Matching) volgens de norm CIE 1964. Het MacAdam-systeem komt oorspronkelijk uit Amerika en houdt in dat de kleurkwaliteit een gradatie kent op een schaal van 0–10.

Tussen 1 en 3 is het moeilijk om verschillen in kleur te zien, maar hoger op de schaal kan men duidelijke en direct storende verschillen ervaren in bepaalde toepassingen. De problemen zijn het grootst wanneer men een wit oppervlak wil verlichten of als men LED-­lijsten zeer dicht bij een witte wand plaatst. Voor buitenverlichting is MacAdam 5 SDCM meestal voldoende, terwijl de eis voor binnenverlichting normaliter op MacAdam 2–3 SDCM ligt. Ter vergelijking: een T5-fluorescentielamp ligt binnen de waarde MacAdam 4. Een duidelijke trend is dat de kwaliteit stap voor stap beter wordt.

Een van de belangrijkste aspecten is hoe de kleurkwaliteit verandert gedurende de verwachte levensduur van het product. Sommige LED’s kunnen een zeer hoge kleurkwaliteit in hun eerste duizend uur hebben, maar vervolgens snel achteruit gaan. Ook het ontwerp van het armatuur is een kritieke factor. Onvoldoende koeling of te veel spanning op de LED kunnen beide een negatieve invloed hebben.

 

Hoe maak je wit licht van een blauwe diode, of zoals in het geval rechts, van een cluster diodes. Op een afzonderlijke LED bedekt het fosfor de diode, in een module zit het fosfor op een plaat die alle diodes in de module bedekt volgens de Fortimo technologie.

Wit licht met verschillende kleurtemperaturen

Witte LED’s zijn verkrijgbaar in een groot aantal kleurtemperaturen, van warm wit tot zeer koud (2700–8000 K). Wit licht ontstaat als een blauwe LED wordt voorzien van een fosforlaag. Deze laag kan direct op de diode worden geplaatst of op een extern plaatje. De laag zet een deel van de straling om in wit licht met verschillende kleurtemperaturen, dit doet denken aan het proces in een gewone fluorescentielamp. De lichtkwaliteit wordt bepaald door de specificatie van de blauwe LED én de nauwkeurigheid waarmee het fosfor is aangepast aan de gekozen diode.

Omdat de basis voor wit licht een blauwe LED is, is de effectiviteit hoger voor koude kleurtemperaturen. Voor een warmere kleurtemperatuur is het namelijk nodig dat het fosfor een groter deel van het oorspronkelijke blauwe licht omzet. Kleurweergave De kleurweergave in LED’s is niet exact hetzelfde als in de traditionele lichtbron. Toch wordt het, net als bij overige lichtbronnen, weergegeven in Ra/CRI. De Ra-schaal loopt van 0–100 en meet de capaciteit van de lichtbron om kleuren weer te geven. De kleurweergave (Ra) kan, afhankelijk van de keuze van LED, normaal variëren van 60 tot 95. Een hoge Ra leidt meestal tot een wat lagere lichtopbrengst.

De kleurweergave wordt gemeten volgens de methode van CIE op een schaal van acht kleuren (zie afbeelding). De kleurweergave-index (CRI – Color Rendering Index) wordt aangegeven als een gemiddelde waarde (Ra) van acht testkleuren. Het is mogelijk voor een lichtbron goed te zijn in het weergeven van zeven kleuren, maar niet zo goed in de achtste. Als aanvullende schaal is er ook Ra 1–14, die nog eens zes andere kleuren bevat.

Zoals de afbeelding laat zien kan de actuele LED de helderrode kleur, nummer 9, niet optimaal weergeven. Hierdoor is de gemiddelde waarde voor Ra 1–14 lager dan die voor Ra 1–8. Ongeacht de gemiddelde waarde kunnen we zien dat LED niet een ideale weergave geeft van de rode schaal. 

 
De kleurweergave van LED’s van verschillende fabrikanten kan variëren. Door een analyse van de verdeling over het spectrum krijgen we meer informatie over het vermogen van de LED om kleuren weer te geven. Daarbij moet ook opgemerkt worden dat de kleurweergave kan verschillen tussen een nieuwe LED en één die al enkele duizenden uren heeft gebrand.

Visuele beleving

De grote uitdaging bij de ontwikkeling van LED-verlichting is de verblinding binnen aanvaardbare niveaus te houden. LED’s en LED-modules kunnen een luminantie (lichtintensiteit) hebben van meer dan 300.000 cd/m². Ter vergelijking: een standaard T5-fluorescentielamp heeft een luminantie van 17.000 cd/m².

Uit financieel oogpunt is een LED-module, zonder omhulsel, met koelunit en een externe driver het beste, als je alleen kijkt naar de verhouding lumen/watt. Deze oplossing zou echter volkomen onpraktisch zijn. Hoe hoger het rendement des te meer de LED verblindt. En dat is iets waar men aan moet denken bij de keuze van een armatuur, zelfs al voldoet het armatuur in kwestie aan alle geldende normen.

Het licht van een LED of LED-module moet worden gecontroleerd door reflectoren, lenzen of een andere vorm van lichtspreidend materiaal. Lenzen zijn meestal gekoppeld aan de specifieke fabrikant en het type LED. De keuze van het reflectormateriaal of de lens die wordt gebruikt is essentieel voor de effectiviteit van het armatuur, terwijl de helderheid tot comfortabel niveau wordt gebracht.