LIGHTING INNOVATION 2012

LIGHTING INNOVATION 2012 2 Luglio2012 Ing. Fulvio Musante Ing. Danilo Paleari Dott.sa Daria Casciani Prof. Maurizio Rossi Lighting Innovation 2012 1

La generazione di luce bianca Generazione di luce bianca a bassa temperatura di colore elevato indice di resa cromatica. Lighting Innovation 2012 2

PC LED (a) Distribuzione conformal. (b) Distribuzione phosphor-in-cup Lighting Innovation 2012 3

PC LED Caldo Freddo p1% p2% 93.25 6.75 CCT miscela 2775 CCT target 2800 CM 0.002448 CRI 97.2 ΔCCT 25 R9 82.7 LER 266.79 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 y 0.4 A 4000K Serie4 D65 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 x 0.5 0.6 0.7 0.8 Lighting Innovation 2012 4

Sistema a fosfori remoti I campioni di fosfori considerati sono quelli contenuti nel demo Kit di un noto produttore Il kit è composto da una camera di miscelazione in materiale plastico il cui interno è ricoperto di un foglio di MCPET Furukawa. La camera di miscelazione è composta da 6 LED Rebel Blu ES della Lumileds e da 5 differenti elementi circolari (fosfori remoti) con diametro 61.5 mm. Le combinazioni di CCT e CRI sono: - 2700K, 90CRI - 3000K, 90CRI - 3000K, 80CRI - 3500K, 80CRI - 4000K, 80CRI Lighting Innovation 2012 5

Camera di miscelazione ceramica Lighting Innovation 2012 6

Distribuzione fotometrica Emissione della sola camera in materiale plastico con led blu Emissione del sistema completo di fosforo (camera in materiale plastico) Lighting Innovation 2012 7

Distribuzione Spettrale 1.60E-02 1.40E-02 50mA 100mA 1.20E-02 1.00E-02 8.00E-03 6.00E-03 150mA 200mA 250mA 300mA 350mA Spettri di emissione FR-830 al variare della corrente di alimentazione 4.00E-03 2.00E-03 400mA 450mA 500mA 0.00E+00 380 480 580 680 780 550mA 1.40E-02 50mA 1.20E-02 100mA Spettri di emissione FR-930 al variare della corrente di alimentazione 1.00E-02 8.00E-03 6.00E-03 4.00E-03 150mA 200mA 250mA 300mA 350mA 400mA 2.00E-03 0.00E+00 380 480 580 680 780 450mA 500mA 550mA Lighting Innovation 2012 8

Flussi camera miscelazione plastica Potenza el. assorbita (W) @350mA Potenza el. assorbita (W) @550mA lm/w @350 ma lm/w @550 ma FR-927-PC 6,0290 9,6617 73,7950 67,2314 FR-930-PC 6,0295 9,6628 78,2602 71,6956 FR-830-PC 6,0341 9,6573 95,1244 86,7510 FR-835-PC 6,0347 9,6578 96,8134 88,7873 FR-840-PC 6,0350 9,6407 99,4466 91,7890 FR 830 VETRO 6,0293 9,6710 88,2607 81,3825 Led BLU 6,0279 9,6779 Corrente (ma) Flusso (lm) Potenza elettrica (W) Led Blu 350 72,41 6,03 550 112,2 9,68 Lighting Innovation 2012 9

Flussi camera miscelazione ceramico Corrente (ma) Flusso gonio (lm) Potenza (W) lm/w FR 830 350 563.15 5.85 96.26 550 845.44 9.38 90.13 700 1042.26 12.10 86.14 FR 930 350 464.66 5.84 79.57 550 696.91 9.39 74.22 700 858.68 12.11 70.91 Corrente (ma) Flusso Gonio BLU (lm) Potenza elettrica (W) Led BLU 350 65.79 5.84 550 99.46 9.39 700 123.45 12.11 Lighting Innovation 2012 10

Sistemi Ibridi La combinazione di LED a conversione di fosfori che emettono nella regione bianco/verde e di LED rossi permette di ottenere luce bianca ad elevato indice di resa cromatica senza penalizzarne l efficienza. Lighting Innovation 2012 11

Sistemi Ibridi: fotometria Lighting Innovation 2012 12

Componenti Sistemi Ibridi pwhite % pred% 81.76 18.24 CCT miscela 2801 CCT target 2800 CM 0.023564 CRI 92.7 ΔCCT 1 R9 85.91 LER 349.65 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 y 0.4 0.3 A 4000K Serie4 D65 D93 Miscela Planckian_locus 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x Lighting Innovation 2012 13

Sistemi Ibridi Posizione del picco del rosso in alcuni prodotti commerciali o demo kit, che sfruttano questa modalità di generazione della luce bianca Costruttore Modello CCT(K) Position (λ) Width(λ) Produttore _01 Prodotto_01 2700 K 623.8183 14.3794 Produttore _01 Prodotto_01 3000 K 623.5686 15.2289 Produttore _01 Prodotto_01 4000 K 624.0776 18.2467 Produttore _02 Prodotto_01_3000_1250_440mA 3000 K 626.3973 17.5266 Produttore _02 Prodotto_02_4000_1250_440mA 4000 K 627.1955 17.7701 Spettri normalizzati dei led bianco verdi Lighting Innovation 2012 14

Sistemi Ibridi: gestione temperatura Lighting Innovation 2012 15

Efficienze dei diversi sistemi Efficienze fosfori remoti camera ceramica Corrente (ma) Flusso (lm) Potenza el. Assorbita (W) Efficienza lm/w FR 830 0.347 563.15 5.81 96.77 FR 830 0.694 1047.34 12.00 87.28 FR 930 0.347 464.66 5.82 79.75 FR 930 0.694 863.96 12.01 71.96 Corrente (ma) Efficienze moduli ibridi Flusso (lm) Potenza el. Assorbita (W) Efficienza lm/w 930-1250 lm 440 1293,94 13,323 97,12 930-1250 lm 350 1062,42 10,418 101,98 940-1250 lm 440 1187,24 13,133 90,40 940-1250 lm 350 984,71 10,271 95,87 930-2000 lm 900 2000,81 21,579 92,72 930-2000 lm 350 901,99 7,823 115,30 930-3000 lm 900 2804,86 30,445 92,13 930-3000 lm 350 1274,73 11,083 115,02 Efficienze COB warm white Flusso Corrente (ma) (lm) Potenza el. Assorbita (W) Efficienza lm/w Warm (2700 K) 347 1049.09 11,86 88.38 697 1853.184 25,09 73.86 Lighting Innovation 2012 16

Efficienza e dipendenza dalla corrente lm/w vs Corrente FR- 830 104.00 102.00 100.00 98.00 96.00 94.00 92.00 90.00 88.00 86.00 0.00 0.20 0.40 0.60 lm/w vs Corrente Dipendenza dell efficienza dalla corrente di alimentazione per un sistema a fosfori remoti, per due valori dell indice di resa cromatica. lm/w vs Corrente FR- 930 88.00 86.00 84.00 82.00 Si è cercato di minimizzare la dipendenza dalla temperatura di giunzione del LED utilizzando un dissipatore alettato con resistenza termica 0.48 C/W. 80.00 78.00 76.00 74.00 72.00 70.00 0 0.2 0.4 0.6 lm/w vs Corrente Lighting Innovation 2012 17

Efficienze dei diversi sistemi Il LER (luminous efficacy of optical radiation) rappresenta il rapporto tra il flusso luminoso emesso e la potenza ottica totale emessa. 683 MODULO IBRIDO 930 MODULO IBRIDO 940 COB WW COB CW FOSFORI REMOTI 830 FOSFORI REMOTI 930 CCT: 2981 3748 2673 5260 2899 2947 Duv: 0,003 0,004 0,000 0,004 0,002 0,000 CRI Ra: 92 91 97 91 78 89 R(9-12): 78 73 91 76 50 75 R9: 77 70 81 63 6 68 CQS 90 90 94 90 79 87 LER (lm/w): 345 339 265 288 323 275 Dall esame dei risultati, il sistema che offre una maggiore efficienza in termini di LER è rappresentato dai moduli a tecnologia ibrida. Lighting Innovation 2012 18

Distribuzioni spettrali Dalla figura, si individua chiaramente la differenza tra le tecnologie a conversione di fosfori (sia prossimali che remoti) e la tecnologia ibrida. Per ottenere alti indici di resa cromatica nel caso della tecnologia ibrida si utilizzano LED rossi che hanno una banda di emissione molto più stretta rispetto ai fosfori utilizzati nella tecnologia a conversione; essendo ai margini della curva di visibilità questo si traduce in una ottimizzazione dell emissione spettrale con un conseguente vantaggio in termini di efficienze luminose (lm/w). Lighting Innovation 2012 19

Distribuzione indici parziali CRI Il valore del LER è strettamente legato all indice di resa cromatica: al crescere della resa cromatica il LER diminuisce in relazione al fatto che è necessario distribuire la potenza radiata su tutto lo spettro del visibile. Nel passaggio da un valore del CRI da 80 a 90 nella tecnologia a fosfori remoti determina un decremento del LER da 323 a 275 lm/w. Lighting Innovation 2012 20

Distribuzione indici parziali CQS Lighting Innovation 2012 21

Gamut Area sistema ibrido Lighting Innovation 2012 22

Uniformità cromatica : il metodo del Politecnico di Milano Per la valutazione dell emissione cromatica l apparecchio SSL è stato posto a distanza adeguata (in termini di risoluzione spaziale) rispetto alla superficie da illuminare (uno schermo bianco perfettamente diffondente) e lo strumento di misura Color Analizer CA-2000 è stato orientato in modo tale che l asse ottico dello strumento risultasse ortogonale allo schermo di misura; la scelta dell obiettivo è stata determinata in funzione della distanza tra lo strumento e lo schermo stesso (nel caso specifico un obiettivo Standard). Le misure sono state effettuate in condizioni di equilibrio termico, alla temperatura di 25 ±1 C, dopo aver attivato il dispositivo per almeno 45. A sinistra lo schema del setup della misura, a destra un immagine ripresa durante lo svolgimento dei test. Lighting Innovation 2012 23

Uniformità cromatica : il metodo del Politecnico di Milano Che cosa è possibile misurare? mappa CCT (temperatura correlata di colore) dell area di misura (rettangolo verde); mappa spot (aree di misura puntuali); diagramma CIE 1931 per osservatore 2 con rappresentazione dei valori di cromaticità misurati all interno dell area di misura. La figura mostra l'immagine dello schermo di misura: il cerchi gialli rappresentano gli spot di misura, il rettangolo verde l'area di misura in cui viene valutata la mappa della CCT. Al centro viene rappresentato il fascio luminoso prodotto dall'apparecchio. Lo strumento è stato settato per acquisire una matrice di 980x980 pixel, con una focale standard A sinistra è rappresentata la disposizione dei punti della zona di misura all'interno del Diagramma CIE 1931 per osservatore a 2. A destra è riprodotta una immagine RGB del fascio sullo schermo prodotto dall'apparecchio. Lighting Innovation 2012 24

Uniformità cromatica Distanza CA200-schermo: 2.35 m Distanza LED- schermo: 0.28 m Lighting Innovation 2012 25

Uniformità cromatica Misura Corrente caldo freddo Data 005 350 ma 0 ma Data 006 350 ma 150 ma Data 007 350 ma 200 ma Data 008 350 ma 250 ma Data 009 350 ma 300 ma Data 010 350 ma 350 ma Data 013 0 ma 350 ma Lighting Innovation 2012 26

Uniformità cromatica Misura Corrente caldo freddo Data 005 350 ma 0 ma Data 006 350 ma 150 ma Data 007 350 ma 200 ma Data 008 350 ma 250 ma Data 009 350 ma 300 ma Data 010 350 ma 350 ma Data 013 0 ma 350 ma Lighting Innovation 2012 27