Gütemerkmale der LED-basierten Allgemeinbeleuchtung für die Farbabmusterung

Gütemerkmale der LED-basierten Allgemeinbeleuchtung für die Farbabmusterung Mit Zwischenergebnissen aus: Kriterien für LEDbasierte Allgemeinbeleuchtung in Druckereien (Fogra Nr.: 11.003, AiF-Nr. 18340BG, 01.2.2016 bis 31.01.2018) 1

Agenda 1.Übersicht Forschungsvorhaben 2.Grenzen der Farbwiedergabe 3.Einfluss der Beleuchtung auf die Kontrastdarstellung 4.Unterschiede zwischen Leuchtstofflampen und LED-Retrofit-Lampen 5.Weitere Untersuchungen & Ausblick 2

1. Projektübersicht & -schwerpunkte Forschungsstellen: FS: 1 FS: 2 AP 1. Themen Webseite Schwerpunkt 1: Lampen/Leuchten Schwerpunkt 2: Kriterien LED- Abmusterbeleuchtung Schwerpunkt 3: Leitfaden & ISO 3664 Update AP 2 Lampensammlung AP 7 Lichtpunktsichtb. AP 11 Standard.-Konzept AP 3 Messplatz Aufbau AP 8 Beleucht.-Planung AP 12 Abschlussbericht AP 4 Farbqualität AP 9 Praxisvalidierung AP 5 LVK-Abschätzung AP 10 Anpassung Kriter. AP 6 Flimmer (Pulsbetrieb) 3

2. Grenzen der Farbwiedergabe Einfluss der Lichtart auf die Farberscheinung von Referenzobjekten ( Testfarben ) Variation/Verbesserung in der Berechnung von CRI 1975 (CIE publication 13.3-1995) zu TC1-90 Rf Farbdifferenzbewertung: (CIE 1964 U*V*W* CAM02-UCS ) Testfarbensatz: 8 (14) zu 99 Normbeobachter: 2, 10 etc. Testfarben CRI! Testfarben Rf 4

2. Grenzen der Farbwiedergabe In der Farbabmusterung erklären sich dadurch nicht alle Erscheinungen (Fogra Berichte 10.055, 10.056 & 10.058) Mögliche (dabei unberücksichtigte) Einflussfaktoren sind: Diffusität (Hill 2015) Kontrasteffekte? 5

3. Untersuchung der Beleuchtung auf die Kontrastdarstellung - Experiment LMK5-Kamera (TechnoTeam) 9 Beleuchtungssituationen: 3 Sätze an Lichtquellen L1,.., L3 (Leuchtstofflampen) Variation der Beleuchtungsstärke: 500 lx, 1700 lx und 2500 lx 2 Motive auf 2 Papieren (4 Bilder) Aufnahme und Perspektive Korrektur 6

3.1 Darstellung der Aufnahmen (CIELAB-TIF) L1 @ 500lx L1 @ 1700lx L1 @ 2500 7

3.2 Validierung Kameraaufnahme CIEDE2000-Differenz bei den Messungen der Farben des ColorCheckers mit LMK 5 Color Kamera und Konica Minolta CS-2000. Die Farben des ColorCheckers sind zeilenweise durchnummeriert. Bildschirm 1: EIZO CG246. Bildschirm 2: EIZO CG 245W 8

3.3 Auswertung Auswertung über 5 Farbfelder Auf Basis der CIEXYZ-Werte wird Kontrastmaß γ als Quotient der Hellbezugswerte CIEY von Farbfeld zum Papierweiß berechnet: γi,ref = Yi / Yw. für Referenz (D50) und die neun Beleuchtungen Die Abweichung des Kontrastes (Tonalität) wird wie folgt berechnet: γrel,i,lk,j = 1 - γi,lk,j / γi,ref i=1,.., 20 (4 Bilder x 5 Farbfelder k=1,2,3 (Leuchtstofflampen) j=1,2,3 (Beleuchtungsstärken) Darstellung als Prozentwert (positive und negative Abweichung) (γrel * 100 %) 9

3.4 Hypothese + Ergebnisse Korrelieren Ra und γrel gut, so erklärt Ra auch die beleuchtungsabhängigen Kontrastunterschiede und γrel bringt keinen zusätzlichen Nutzen. Gibt es keine gute Korrelation, kann angenommen werden, dass γrel die Kontrast-, also Tonalitätsunterschiede, besser beschreibt. 500 lx Leuchtstofflampe 1 1700 lx 2500 lx 500 lx Leuchtstofflampe 2 1700 lx 2500 lx 10

3.5 Ergebnisse II 500 lx Leuchtstofflampe 3 1700 lx 2500 lx Kontrastveränderung mit sinkender Beleuchtungsstärke erkennbar Spreizung der Werte sehr groß für einige Farbpaare Ra- (Rf) Wert kann diese Kontrastveränderung nicht erklären 11

3.6 Zusammenfassung für die Beschreibung einer Änderung des Kontrasts, als wesentlicher Teil des Bildeindrucks, sind weitere Kennzahlen außer Ra oder Rf notwendig Es wird vorgeschlagen, die Bewertungsgröße relatives Gamma (γrel) für diese Zwecke zu überprüfen. weitere Untersuchungen nötig (Farbkontraste, Farbpärchen nicht nur mit Weiß etc) 12

4. LED-Retrofit versus T8-Leuchtstofflampe Unterschiede zwischen Leuchtstofflampen und LED- Retrofit- Lampen: in der Lichtverteilung (LVK) in Spektralverteilung T8-LL LED T8- LL LED- Lampe über dem Abstrahlwinkel 400 500 600 700 Wellenlänge in nm Auswirkungen der Unterschiede beim Einsatz in typischen Leuchten: in der Lichtverteilung (LVK) Beleuchtungsniveau, Gleichmäßigkeit, Blendung in Spektralverteilung Farbwiedergabe, Farbunterscheidbarkeit über den Abstrahlwinkel weitere räumliche Probleme? 400 500 600 700 Wellenlänge in nm 13

4. Lampenübersicht (4000 K bis 6000 K) Lampentyp Bezeichnung Beschreibung Leuchtstofflampe #0 LL 950 Referenz LED- Retrofit #2 LED 950 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #4 LED 840C LED- TUBE CLEAR LED- Retrofit #6 LED 850 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #8 LED 850 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #9 LED 950 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #16 LED 850 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #18 LED 840 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #20 LED 950 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #21 LED 860 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #22 LED 850 LED- TUBE ORPAL LED- Retrofit #23 LED 840 LED- TUBE ORPAL OPAL LED-Retrofit-Lampen Quelle: indiamart.com CLEAR Einbeziehung von LED-Lampen mit verschiedenen Lichtfarben und R a -Werten 14

4. Messung der Lichtverteilung Text Bulltet 1 Aufnahme für Lampen Messung am Goniophotometer mit LMK in Schrittweite θ=1,5, φ=0,5 LVK- Diagramm auf Basis der EULUMDAT- Daten 15

4. Normierte Gegenüberstellung 120 90 150 1.250 1.000 750 500 250 0 180 I C0 in cd 210 240 270 #0 LL 950 #2 LED 950 #4 LED 840c #6 LED 850 #8 LED 850 #9 LED 950 #16 LED 850 #18 LED 840 60 300 #20 LED 950 #21 LED 860 #22 LED 850 30 0 330 #23 LED 840 LVK in C 0 /C 180 - Ebene im Vergleich 16

4. Normierte Gegenüberstellung (Lichtstrom) 120 150 300 200 180 I C0 in cd/klm 210 240 #0 LL 950 #2 LED 950 #4 LED 840c #6 LED 850 90 100 0 270 #8 LED 850 #9 LED 950 #16 LED 850 #18 LED 840 60 300 #20 LED 950 #21 LED 860 #22 LED 850 30 0 330 #23 LED 840 LVK in C 0 /C 180 - Ebene im Vergleich auf den Lichtstrom bezogen 17

4. ZSF: LVK-Messung an Lampen Lampentyp) Φ F)in)lm) P)in)W) η h)in)lm/w) I max )in)cd) )I max /2)in) ) #0#LL#950# 3140# 54,5# 57,6# 361# 174#(180)# #2#LED#950# 3046# 28,4# 107,2# 868# 65# #4#LED#840C# 3980# 28,6# 139,2# 1354# 59# #6#LED#850# 2530# 29,2# 86,6# 703# 66# #8#LED#850# 2801# 28,1# 99,7# 872# 61# #9#LED#950# 2429# 28,3# 85,8# 645# 68# #16#LED#850# 2849# 23,3# 122,8# 868# 64# #18#LED#840# 3133# 27,4# 114,4# 838# 70# #20#LED#950# 2791# 29# 96,2# 787# 73# #21#LED#860# 3492# 29# 120,4# 969# 65# #22#LED#850# 2790# 22,4# 124,5# 941# 58# #23#LED#840# 3611# 28,4# 127,2# 1059# 64# Referenz (Leuchtstoff- lampe) LED- Retro- fitlampe) 18

LVK-Messungen: Ergebnisse Vergleichbare Lichtströme (Φ) bei deutlichen Unterschieden in der Lichtverteilung: LL: 360, LED: 130 LED-Lampen mit 2-3,5-fache Imax bei 1,5-2-facher Lichtausbeute η ähnliche LVKs bei Retrofitlampen weiterführende Untersuchungen für Lampenauswahl möglich LED-Lampen mit optisch klaren und diffusen Röhren im Vergleich Berücksichtigung der Montagelage bei LED-Lampen: Abstrahlung nach oben und unten 19

4. Messung der Spektralverteilung Text Bulltet 1 0,016 0,014 0,012 0,010 #0 LL 950 #2 LED 950 #9 LED 950 #18 LED 840 #20 LED 950 #21 LED 860 #23 LED 840 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 0,016 0,014 0,012 0,010 400 500 600 700 Wellenlänge in nm #0 LL 950 #4 LED 840c #6 LED 850 #8 LED 850 #16 LED 850 #22 LED 850 #23 LED 840 Ra 0,008 0,006 Spektrum (0 ): CCT, Ra, Ri min, Ri max, R9 Spektrum (0-180 in 10 - Schritten): Änderungen im Spektrum, Ra, Ri, CCT 0,004 0,002 0,000 400 500 600 700 Wellenlänge in nm 20

4. Zsf. Spektral-Messung an Lampen Lampentyp) CCT)in)K) Ra Ri min ) Ri max ) R9 )Ra)über) ) #0#LL#950# 4674# 94# 92# 98# 85# 5#(94#±#1)# #2#LED#950# 4922# 95# 89# 99# 77# 2#(95#±#1)# #4#LED#840C# 4164# 83# 66# 95# 13# 5#(83#±#1)# #6#LED#850# 5023# 84# 69# 94# 15# 11#(85#±#2)# #8#LED#850# 5242# 83# 66# 95# 5# 7#(83#±#1)# #9#LED#950# 5058# 95# 93# 98# 85# 9#(94#±#1)# #16#LED#850# 5025# 83# 63# 95# 7# 7#(83#±#1)# #18#LED#840# 3807# 84# 68# 94# 22# 7#(84#±#1)# #20#LED#950# 4920# 93# 85# 98# 67# 5#(93#±#1)# #21#LED#860# 5839# 82# 67# 91# 2# 5#(81#±#1)# #22#LED#850# 5073# 83# 66# 92# 4# 10#(82#±#2)# #23#LED#840# 4074# 83# 66# 95# 12# 5#(83#±#1)# Referenz (Leuchtstoff- lampe) LED- Retro- fitlampe) 21

LVK-Messungen: Ergebnisse deutliche Unterschiede in Spektralverteilungen zwischen LED- Lampen und T8-Leuchtstofflampen LED-Lampen mit größeren Varianzen innerhalb der spezifischen Farbwiedergabeindizes Ri und deutlich niedriger R9 (gesättigtes Rot) Auswirkungen auf Farbabmusterung möglich keine Änderungen im Spektrum über Winkel in C0/C180-Ebene mögliche räumliche Effekte, sind durch Leuchte bedingt 22

5. Weitere Arbeiten und Ausblick LVK- und Spektralmessungen für ausgewählte Lampen (T8-LL und LED- Retrofit) in unterschiedlichen Leuchtenkonfigurationen Typische Reflektoren: keiner, Weiß-Matt + Alu glänzend Lampe&#9&LED950& +&Alu1Reflektor&&AH&200& +&Alu1Reflektor&AH&200&T& +&TRX1R&weiß&200& ΦF!=!2429!lm! ΦF!=!2332!lm! ΦF!=!2313!lm! ΦF!=!2321!lm! I max!=!645!cd! I max!=!851!cd! I max!=!995!cd! I max!=!708!cd! LED-Retrofit-Lampe kombiniert mit unterschiedlichen Reflektortypen 23

5. Weitere Arbeiten und Ausblick LVK- und Spektralmessungen für ausgewählte Lampen (T8-LL und LED- Retrofit) in unterschiedlichen Leuchtenkonfigurationen Lampe #0 LL950 + Alu-Reflektor AH 200 + Alu-Reflektor AH 200 T + TRX-R weiß 200 F = 3140 lm F = 2767 lm F = 2752 lm F = 2715 lm I max = 361 cd I max = 1135 cd I max = 1810 cd I max = 769 cd LED-Retrofit-Lampe kombiniert mit unterschiedlichen Reflektortypen 24

5. Weitere Arbeiten und Ausblick Vergleichende Betrachtungen zu Beleuchtungsniveau, Gleichmäßigkeit und Blendung Simulationen im zu etablierenden Standarddrucksaal typische Bewertungsflächen 25

5. Weitere Arbeiten und Ausblick Akzeptanz-Untersuchungen in Unternehmen Schwellenermittlung Flimmern bei unterschiedlichen Dimmstufen Ableitung relevanter Qualitätskriterien 26