Aanpasbare kleurtemperatuur led slaat brug naar perfect licht

Een belangrijk voordeel van ledverlichting – naast de hoge efficiëntie – is dat de kleurtemperatuur vrijwel traploos is te regelen. De technieken hierachter zijn interessant en geven inzicht in de extra mogelijkheden van ledverlichting.

Van oudsher heeft een lichtbron één kleur die weliswaar te dimmen is, maar qua kleurtemperatuur niet kan veranderen. Voor verschillende kleuren licht zijn verschillende kleuren lampen nodig. Maar bij meerkleuren leds lijkt dit anders te zijn.

Wat is kleurtemperatuur?

Om de techniek uit te leggen die nodig is om de kleurtemperatuur van led te kunnen variëren, is het handig om eerst te kijken naar wat kleurtemperatuur nu eigenlijk is. Kleurtemperatuur is letterlijk de kleur die een lamp uitstraalt. Deze wordt bepaald door de golflengte van het licht die voor het menselijk oog zichtbaar is (figuur 1). Gaat het om kleurtemperatuur – uitgedrukt in graden Kelvin – dan geeft de waarde aan welk deel van het spectrum het meest vertegenwoordigd is. Concreet behoren lage kleurtemperaturen bij verlichting waarin veel rood, oranje en geel voorkomt. Dit zijn de warmere kleuren. De hogere kleurtemperaturen vertegenwoordigen het gebied met de blauwe kleur en zijn juist de koelere varianten.

De juiste mix

Om één ledarmatuur een willekeurige kleurtemperatuur te laten uitstralen, is het noodzakelijk om uit het spectrum de juiste golflengtes te selecteren en deze in de juiste hoeveelheid uit te stralen. Ronald Gronsveld, verlichtingsspecialist bij Rofianda: ‘Een ledarmatuur doet dit eigenlijk op dezelfde manier als we beschreven in de eerste alinea. Hiervoor bestaat hij uit een heleboel kleine ledjes (puntverlichting) waarvan elk puntje uiteindelijk ook maar één kleur kan uitstralen. Daarbij bestaat de keuze uit vijf kleuren: blauw, groen, rood, warmwit en koelwit. Omdat je deze puntjes apart kunt aansturen, kun je uit de armatuur uiteindelijk alle kleuren halen door eenvoudig de juiste puntjes aan te sturen.’

Led traploos instellen en wijzigen, levert unieke voordelen op

De belangrijkste technieken liggen wat dat betreft niet in de aansturing van de leds, maar in de manier waarop de leds verschillende kleuren kunnen uitstralen. Dit is puur gelegen in de gebruikte materialen. Met een gallium-aluminiumarsenide coating op de led, straalt deze bijvoorbeeld rood en infrarood uit. Voor de meer geeloranje kleuren is galliumarseenfosfide nodig, terwijl galliumnitride en galliumfosfide groen licht produceren. Voor blauw licht wordt een zinkselenide of siliciumcarbide coating gebruikt.

Veroudering van de chips

Een technische uitdaging is vervolgens om de kleurtemperatuur die bij een bepaalde aansturing van de leds zichtbaar is, ook te behouden. Dat is niet eenvoudig, omdat voor elk kleur in veel gevallen een andere chip wordt ingezet. Daarbij heeft een led met een lange golflengte (rood) een lagere doorlaatspanning dan een met een korte golflengte (blauw); bijvoorbeeld respectievelijk 1,5 Volt en 3,6 Volt. De chips worden dus verschillend belast en verouderen niet allemaal even snel. Hierdoor is het niet ongebruikelijk dat de kleurtemperatuur door de tijd heen gaat verlopen en dat óf de aansturing moet worden bijgesteld óf de ledbronnen moeten worden vervangen.
Gronsveld: ‘Juist op dit vlak wordt momenteel veel onderzoek gedaan en dat heeft inmiddels ook geleid tot een RGB-led die gebruik maakt van slechts één chip die alle kleuren bevat. De kleuren verouderen dan allemaal op dezelfde manier waardoor je uiteraard ook degradatie hebt, maar geen verloop in de kleurtemperatuur krijgt.’

Nut en noodzaak

De mogelijkheid om de kleurtemperatuur van een led traploos in te stellen en te wijzigen, levert op verschillende fronten unieke voordelen op. Eén daarvan is het realiseren van biodynamisch – of beter: circadiaanse – verlichting. Bij dit type verlichting straalt de ledlamp gedurende de dag dezelfde lichttemperatuur uit als de zon buiten in de natuur. Dit betekent in de ochtend beduidend meer rood, naar de middag toe steeds witter met een flinke blauwcomponent, waarna het blauwe licht in de avond weer afneemt.
Dit verloop in kleurtemperatuur heeft een bewezen invloed op het welzijn van de mens. Waar het rode licht in de ochtend ons rustig waker laat worden, zorgt de witte verlichting in de middag ervoor dat er hormonen worden aangemaakt waardoor we alert en actief zijn. Naar de avond toe zorgt het afzwakken van de blauwe component ervoor dat we in slaap kunnen komen.
Gronsveld: ‘Deze kennis wordt op dit moment ingezet in gebouwen waar mensen (te) weinig buitenkomen en last hebben van het ontbreken van voldoende zonlicht. Het vakgebied staat nog in de kinderschoenen, maar belooft op vele vlakken het verschil te gaan maken.’

Tekst: Marjolein de Wit - Blok
Fotografie: Pixabay