80 anders thorsteh, led til belysning
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
LED til museumsbelysning
Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
Reference:pinolpære ved 2200 K
LED teknologi
LED teknologi
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
LED teknologi
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
Elektroluminicens
Materialet bestemmer farven
Hvidt lys og traditionelle lyskilder
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
Dagslys varierer i løbet af dagen Traditionelle lyskilder
Glødepærer
Sparepærer
Farvebeskrivelse
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
Model for menneskers farvesyn (CIE 1931)
Farvegengivelse
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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]
Ra = 74 (Daylight 6207 K)
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
400 450 500 550 600 650 700
Bølgelængde [nm]
Kold hvide LED (5000-10000 K):
Ra = 74 (Daylight 6207 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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
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!
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
Farveblanding
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
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
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
Total lysstrøm som funktion af effekt
LED baserede erstatningspærer til halogen spot lyskilder
LED baserede erstatningspærer
15-11-2013 ODM Anders Thorseth, DTU Fotonik
3000 K
Grønlig
Rødlig
Kromatisitets koordinater og korreleret farvetemperatur
LED baserede erstatningspærer til halogen spot lyskilder