1. LED til museumsbelysning
Anders Thorseth, DTU Fotonik
andt@fotonik.dtu.dk
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

2. Afbud
• Peter Selmer Gade
• I-NO - Applied LED Technology
Prags Boulevard 47
2300 København S
www.i-no.dk

3. 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

4. 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

5. LED teknologi
Reference:
pinolpære ved 2200 K
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

6. LED teknologi
Høj effekts LED
(~ 1-5 W, 50-400 lm)
Special LED
5 mm LED
(~ 0.06 W, ~ 2-5 lm)
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
15-11-2013 ODM
(~ 10-80 W, 1500-6000 lm)
Ulemper:
• Ny (kompleks) teknologi
• Standardisering kun på vej
• Høj investeringspris
• Kvalitet stærkt varierende
• Varmefølsom
Anders Thorseth, DTU Fotonik

7. LED teknologi
Materialet bestemmer farven
Elektroluminicens
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

8. Hvidt lys og traditionelle lyskilder
Dagslys varierer i løbet af dagen
Traditionelle lyskilder
Glødepærer
Sparepærer
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

9. Farvebeskrivelse
Model for menneskers farvesyn (CIE 1931)
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

10. Farvegengivelse
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
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 temperaturstråler (glødepærelys) er reference lyskilderne.
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

11. Farvegengivelse
Hvis spektralfordelingen af test og reference lyskilde er identiske: Ra = 100
Ra = 74 (Daylight 6207 K)
Ra = 100 (Daylight 6500 K)
400
400
450
450
500
550
600
500
550
600
Bølgelængde [nm]
Bølgelængde [nm]
650
650
700
700
RRa = 99 (Planckian 2850 K)
a = 92 (Planckian 2872 K)
400
400
450
450
500
500
550
550
600
600
Bølgelængde [nm]
Bølgelængde [nm]
650
650
700
700
Ra er udelukkende et mål for hvor meget farven af visse farvede objekter ændre sig
under en lyskilde, sammenlignet med referencelyskilden.
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

12. Hvide LED
Forskellige farvesammensætninger giver den samme
korrelerede farvetemperatur ca. 3000 K men forskellig
farvegengivelse:
B
A
C
A
Ra = 68.6 84.7 95.4
B
C
Ra9
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

13. Hvide LED
Varm hvid LED 2600-3500 K:
400
450
500
550
600
650
”Ultra”-varm hvid LED 2000 K
700
Bølgelængde [nm]
Effektivitet:
123 lm @ 350 mA ~ 117 lm/W
107 lm @ 350 mA ~ 102 lm/W
Højere Ra-indeks lavere effektivitet
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

14. Hvide LED
Kold hvide LED (5000-10000 K):
Ra = 74 (Daylight 6207 K)
400
450
500
550
600
650
700
Effektivitet: Bølgelængde [nm]
160 lm @ 350 mA ~ 152 lm/W (@ 25 °C)
139 lm @ 350 mA ~ 132 lm/W (@ 85 °C)
Laboratorie resultater: 231 lm/W
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

15. RGB farveblanding med LED
Grøn
525 nm
Blå
460 nm
15-11-2013 ODM
Rød
630 nm
400
450
500
550
600
650
700
Bølgelængde [nm]
Anders Thorseth, DTU Fotonik

16. Farveblanding
Farvetemperatur område: 2700 K – 6500 K
Ra område: 93-97
6500
5640
5066
4563
4150
3852
3517
3267
3057
2868
2700 K
Ra: 94
92
97
95
93
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

17. Skadelig stråling
400
500
600
700
800
1
10
0,1
1
0,01
0,1
300
1E-3
400
500
600
700
800
Wavelength [nm]
CCT
T. Padfield = 2369 K
Ra = 95
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik
Eye sensitivity V( )
• Lux og Lumen har meget
lille sammenhæng med
den potentelle
skadevirkning af lyset
Relative photochemical potency
Fotokemisk virkning
sammenlignet med øjets
følsomhed
300
100

18. Skadelig stråling
Relativ skadevirkning
Energibesparelse
100%
0%
60%
Halogen spot
(Index)
70%
50%
60%
Neutral Hvid LED
Retrofit
Varm hvid LED
Retrofit

19. Systemeffektivitet
Driver/transformer
ca. 10 % tab
@ 25 °C
230 V
100 lm/W
Køling, LED varmes op
ca. 15 % tab
Optik/skærm til styring
af lysfordelingen
ca. 15 % tab
Effektivitet:
15-11-2013 ODM
65 lm/W
Anders Thorseth, DTU Fotonik

20. Systemeffektivitet
250
Eksempel på måling af
total lysstrøm som
funktion af tid:
200
Luminous flux [lm]
T = 49 C på køleprofil
150
100
Tab som følge af opvarmning: ~ 18 %
men også reduceret levetid!
50
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Time [s]
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

21. 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.
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

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

23. LED Projekter
• Internationalt
‒ Det Sixtinske Kapel
‒ Louvre
‒ The National Gallery, London
‒ Uffizi, Venedig
• Danske museer
‒ Vikingeskibsmuseet
‒ Museum Østjylland
‒ Glyptoteket
‒ Rosenborg

24. Rosenborg LED projekt
- Udviklet og installeret, April 2011 i skatkammeret
på Rosenborg Slot
Pantent anmeldelse af
det LED optiske system
Industri samarbejde:
Lumodan,
Servodan (Niko),
og Kvorning design
Film om project:
Høj kvalitets erstatning af 5 W pinol
glødepærer
CCT = 2200 K, CRI > 93
> 80 % energi besparelse
varme problem fjernet
> 20 x længere levetid
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

25. 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

26. 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)

27. DOLL Quality Lab
Målefaciliteter
• 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

28. Konference

29. 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

30. • Tak for opmærksomheden!

31. 15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

32. Farveblanding
Halogen spot lamps, 12 V, GU5.3 with dichroic reflectors
different emission angles
Measured values:
P [W]
[lm]
[lm/W]
CCT [K]
CRI
20.6
15.4
2932
99.5
20.5
235
11.4
2881
99.4
35.5
539
15.2
2873
98.3
50
15-11-2013 ODM
318
624
12.5
3077
98.0
Anders Thorseth, DTU Fotonik

33. Farveblanding
LED lamps, 12 V, GU5.3
different emission angles
Measured 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
CCT = 2369 K
Ra = 95
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

34. Farveblanding
Halogen spot lamps, 12 V, GU5.3 with dichroic reflectors
different emission angles
Measured values:
CCT = 3077 K
CRI = 98.0
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15-11-2013 ODM
Appearance under daylight
Light greyish red
Dark greyish yellow
Strong yellow green
Moderate yellowish green
Light bluish green
Light blue
Light violet
Light reddish purple
Strong red
Strong yellow
Strong green
Strong blue
Light yellowish pink (skin)
Moderate olive green (leaf)
Swatch
CRI
i
97.7
98.6
99.5
97.8
97.7
98.6
98.5
95.6
89.7
96.9
97.9
96.8
97.9
99.5
Anders Thorseth, DTU Fotonik

35. LED baserede erstatningspærer
LED baserede erstatningspærer til halogen spot lyskilder
Total lysstrøm som funktion
af effekt
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik

36. LED baserede erstatningspærer
LED baserede erstatningspærer til halogen spot lyskilder
Grønlig
Kromatisitets koordinater og
korreleret farvetemperatur
3000 K
Rødlig
15-11-2013 ODM
Anders Thorseth, DTU Fotonik