80 Anders Thorsteh, LED til belysning

LED til museumsbelysning

Anders Thorseth, DTU Fotonik

[email protected]

15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik

Afbud

• Peter Selmer Gade• I-NO - Applied LED Technology

Prags Boulevard 472300 København S

www.i-no.dk

Afløser• Anders Thorseth

‒ Postdoc ‒ DTU Fotonik, Department of Photonics engineering, Risø Campus

• Forskning ‒ Lysmåleteknik ‒ Karakterisering af LED systemer

• Innovationsprojekter‒ Modellering af optiske systemer‒ Opbygning af LED systemer

• Undervisning‒ DTU LED kursus‒ DTU afgangsprojekter

Oversigt• LED teknologi• Traditionelle lyskilder• Farve-beskrivelse og -gengivelse• Hvidt lys med LED

‒ Hvide LED og effektivitet‒ Farveblanding

• Skadelig stråling• Effektivitet og fremtidsudsigter• Praktiske aspekter• Konklusion


Reference:pinolpære ved 2200 K

LED teknologi

LED teknologi


Fordele: • Kompakte, robuste • Høj lysstrøm (Lumen)• Høj energieffektivitet (Lumen/Watt)• Ingen IR-stråling og UV-stråling• Lang levetid 20.000 – 70.000 timer• kan dæmpes/styres• Farvede og hvide lyskilder

5 mm LED (~ 0.06 W, ~ 2-5 lm)

Høj effekts LED (~ 1-5 W, 50-400 lm)

(~ 10-80 W, 1500-6000 lm)

Special LED

Ulemper: • Ny (kompleks) teknologi• Standardisering kun på vej• Høj investeringspris• Kvalitet stærkt varierende• Varmefølsom

http://www.ledengin.com/products/emitters#LZC_white

LED teknologi


Elektroluminicens

Materialet bestemmer farven

Hvidt lys og traditionelle lyskilder


Dagslys varierer i løbet af dagen Traditionelle lyskilder

Glødepærer

Sparepærer

Farvebeskrivelse


Model for menneskers farvesyn (CIE 1931)

Farvegengivelse


Farvegengivelsen af en hvid lyskilde er den effekt lyskilden har på farvefremtoningen af objekter sammenlignet med farvefremtoningen under en reference lyskilde- regnet i skift af farvekoordinater for 8 standard

objekter.- I et system hvor dagslys og lys fra en temperatur-

stråler (glødepærelys) er reference lyskilderne.

Dagslys, en ideel lyskilde til belysning (Bouma, 1947):- stor variation af farver- gør det let at skelne mellem forskellige nuancer- farvede objekter ser naturlige ud

Farvegengivelse


4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0

Bølgelængde [nm]

Ra = 100 (Daylight 6500 K)

Ra er udelukkende et mål for hvor meget farven af visse farvede objekter ændre sig under en lyskilde, sammenlignet med referencelyskilden.

4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0

Bølgelængde [nm]

Ra = 99 (Planckian 2850 K)

400 450 500 550 600 650 700

Bølgelængde [nm]


400 450 500 550 600 650 700

Bølgelængde [nm]

Ra = 92 (Planckian 2872 K)

Hvis spektralfordelingen af test og reference lyskilde er identiske: Ra = 100

Hvide LED


Ra = 68.6 95.484.7

Ra9

Forskellige farvesammensætninger giver den samme korrelerede farvetemperatur ca. 3000 K men forskellig farvegengivelse:

A

B

C

A B C

Hvide LED


400 450 500 550 600 650 700

Bølgelængde [nm]

Effektivitet:123 lm @ 350 mA ~ 117 lm/W107 lm @ 350 mA ~ 102 lm/W

Højere Ra-indeks lavere effektivitet

Varm hvid LED 2600-3500 K: ”Ultra”-varm hvid LED 2000 K

Hvide LED


400 450 500 550 600 650 700

Bølgelængde [nm]

Kold hvide LED (5000-10000 K):


Effektivitet:160 lm @ 350 mA ~ 152 lm/W (@ 25 °C)139 lm @ 350 mA ~ 132 lm/W (@ 85 °C)Laboratorie resultater: 231 lm/W

RGB farveblanding med LED


4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0

Bølgelængde [nm]

4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0

Bølgelængde [nm]

4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0

Bølgelængde [nm]Blå460 nm

Grøn525 nm

Rød630 nm

Farveblanding


2700 KRa: 94 2868 KRa: 93 3057 KRa: 95 3267 KRa: 94 3517 KRa: 94 3852 KRa: 93 4150 KRa: 97 4563 KRa: 97 5066 KRa: 95 5640Ra: 94 6500 KRa: 92

Farvetemperatur område: 2700 K – 6500 KRa område: 93-97

Skadelig stråling


CCT = 2369 K Ra = 95

Fotokemisk virkning sammenlignet med øjets følsomhed

• Lux og Lumen har meget lille sammenhæng med den potentelle skadevirkning af lyset

300 400 500 600 700 8000,1

1

10

100300 400 500 600 700 800

1E-3

0,01

0,1

1

Re

lativ

e p

ho

toch

em

ica

l po

ten

cy

Wavelength [nm]

Eye

se

nsi

tivity

V(

)

T. Padfield

Skadelig strålingHalogen spot(Index)

Neutral Hvid LEDRetrofit

Varm hvid LEDRetrofit

Relativ skadevirkning

100%

50%

60%

Energibesparelse

0%

60%

70%

Systemeffektivitet


230 V

Optik/skærm til styring af lysfordelingen ca. 15 % tab

Driver/transformerca. 10 % tab

Køling, LED varmes op ca. 15 % tab

Effektivitet: 65 lm/W

100 lm/W

@ 25 °C

Systemeffektivitet


Eksempel på måling af total lysstrøm som funktion af tid:

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

50

100

150

200

250

Lum

inou

s flu

x [lm

]

Time [s]

T = 49 C på køleprofil

Tab som følge af opvarmning: ~ 18 %men også reduceret levetid!

Fremtidsudsigter


Power LED, 1 mm2, 350 mA, 25°C. Driver losses not included

US DOE: Solid-state lighting research and development: Multi-year program plan. 3-2010.

Praktiske aspekter

• Andre museums projekter med LED• LED Guidelines og standarder• Hurtige tips til LED køb• DOLL Quality Lab• Konference

LED Projekter• Internationalt

‒ Det Sixtinske Kapel‒ Louvre‒ The National Gallery, London‒ Uffizi, Venedig

• Danske museer‒ Vikingeskibsmuseet‒ Museum Østjylland‒ Glyptoteket‒ Rosenborg

Rosenborg LED projekt


Industri samarbejde: Lumodan, Servodan (Niko),og Kvorning design

Film om project:

- Udviklet og installeret, April 2011 i skatkammeret på Rosenborg Slot Pantent anmeldelse af

det LED optiske system

Høj kvalitets erstatning af 5 W pinol glødepærerCCT = 2200 K, CRI > 93> 80 % energi besparelsevarme problem fjernet> 20 x længere levetid

http://www.youtube.com/watch?v=6dNVeHRl9U0&feature=player_profilepage

Guidelines og standarder• Guidelines for Selecting Solid-State

Lighting for Museums‒ James R. Druzik and Stefan W.

Michalski‒ September 2011

• Europæisk standard på vej‒ Under den tekniske komite (TC) 169

Hurtige tips til LED køb• Få en prøveeksemplar!• Se på lyset, hvordan ser det ud…

‒ på huden?‒ på en hvid væg?‒ på nogle genstande?

• Mærk på lyskilden (bliver den brændende varm)• Testspørgsmål til sælgere

‒ Hvad er Ra værdien for lyskilden? (Den generelle farvegengivelse)‒ Hvad er R9 for lyskilden? (Visning af klare røde farver)‒ Hvad er temperaturen af LEDerne når de kører? (har betydning for

lysudbyttet og levetiden)

DOLL Quality LabMålefaciliteter• Total spektral lysstrøm [Lumen]

‒ Lineære lyskilder op til 150 cm eller 60x60x60 cm

• Intensitetsfordeling (3D) [Candela]‒ 2 m i største dimension‒ Farveinformation

• Præcisionsmålinger af illuminans [Lux]Innovationsfaciliteter• Opbygning af intelligente LED

lyssystemer

Konference

Konklusion• LED er en lyskilde som er væsentligt forskellig fra almindelige lyskilder• Farveegenskaberne ved LED varierer kraftigt• Farveblandings systemer kan give meget høj og dynamisk lyskvalitet• Skadelig stråling kan reduceres uden tab af effektivitet• Man skal kigge på effektiviteten af hele lyssystemet • Prisen er generelt på vej ned• Den bedste kvalitet er stigende

• Tak for opmærksomheden!


Farveblanding


Halogen spot lamps, 12 V, GU5.3 with dichroic reflectors different emission anglesMeasured values:

P [W] [lm] [lm/W] CCT [K] CRI

20.6 318 15.4 2932 99.5

20.5 235 11.4 2881 99.4

35.5 539 15.2 2873 98.3

50 624 12.5 3077 98.0

Farveblanding


CCT = 2369 K Ra = 95

LED lamps, 12 V, GU5.3different emission anglesMeasured values:

P [W] [lm] [lm/W] CCT [K] CRI

4.5 199 44.5 3028 68.6

4.5 191 42.4 3020 95.4

4.7 241 51.2 2755 65.5

3.1 124 39.6 2626 89.9

Farveblanding


Halogen spot lamps, 12 V, GU5.3 with dichroic reflectors different emission anglesMeasured values:

i

Appearance under daylight SwatchCRI

i

1 Light greyish red 97.7

2 Dark greyish yellow 98.6

3 Strong yellow green 99.5

4 Moderate yellowish green 97.8

5 Light bluish green 97.7

6 Light blue 98.6

7 Light violet 98.5

8 Light reddish purple 95.6

9 Strong red 89.7

10 Strong yellow 96.9

11 Strong green 97.9

12 Strong blue 96.8

13 Light yellowish pink (skin) 97.9

14 Moderate olive green (leaf) 99.5

CCT = 3077 K

CRI = 98.0

LED baserede erstatningspærer


Total lysstrøm som funktion af effekt

LED baserede erstatningspærer til halogen spot lyskilder

LED baserede erstatningspærer


3000 K

Grønlig

Rødlig

Kromatisitets koordinater og korreleret farvetemperatur

LED baserede erstatningspærer til halogen spot lyskilder

Documents

80 Anders Thorsteh, LED til belysning