Resa cromatica dei LED

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Resa cromatica perfetta dei LED su materiali di prova di diversi colori

Con resa cromatica si intende comunemente la capacità di una sorgente luminosa di riprodurre i colori nel modo più «naturale» possibile. La resa cromatica è una proprietà delle sorgenti luminose che dipende dalla composizione spettrale della luce emessa dalla sorgente luminosa e non dalla tonalità di luce (temperatura del colore) stessa. I processi attualmente in uso per la valutazione della resa cromatica sono gli indici CRI e TM-30.

Cos’è lo spettro cromatico di un LED?

Spettri luminosi di una lampada QT

Le sorgenti luminose che irradiano la luce per mezzo di temperature elevate, come una lampadina o il sole, emettono uno spettro luminoso che contiene tutti gli intervalli dello spettro luminoso visibile, quindi hanno una resa cromatica ottima.

(1) LED con ottima resa cromatica, (2) LED con una buona resa cromatica

Lo spettro dei LED bianchi è meno uniforme per via della generazione della luce tramite semiconduttori e fosfori. Si trova chiaramente agli estremi dell’intervallo dello spettro, che comprende delle parti più forti e degli intervalli vuoti. Lo spettro luminoso dei LED solitamente bianchi si compone della parte più corta di un LED blu e dei componenti più ampi ottenuti tramite fosfori. I LED con fosfori di migliore qualità e uno spettro luminoso uniforme hanno una resa cromatica migliore.

Lo spettro luminoso 1 indica un LED con una buona resa cromatica, lo spettro luminoso 2 indica un LED con un’ottima resa cromatica.

A cosa si riferisce l’indice di resa cromatica CRI dei LED?

L’indice di resa cromatica CRI (Colour Rendering Index), detto anche R_a, è il metodo più diffuso per rappresentare la qualità della resa cromatica in modo misurabile e con la massima obiettività possibile.

Per il calcolo dell’indice di resa cromatica CRI dei LED si mettono a confronto la sorgente luminosa da valutare e una sorgente luminosa di riferimento (indipendentemente dalla tonalità di luce, può essere una lampadina oppure l’illuminante standard d65 per la «luce diurna media»). Il confronto si svolge sui colori di prova R1 – R8 (esclusivamente tonalità pastello), la media aritmetica della resa cromatica degli 8 colori di prova dà l’indice di resa cromatica CRI.

Il valore CRI massimo è 100. Un CRI maggiore di 80 è già «buono», i valori maggiori di 90 sono considerati «ottimi».

Colori di riferimento dell’indice CRI R1 – R14

Un punto debole dell’indice generale di resa cromatica CRI è la valutazione della resa cromatica effettuata usando soltanto 8 tonalità pastello, senza considerare le tonalità sature. In particolare, le tonalità del rosso sono importanti per molte applicazioni (moda, cosmesi, generi alimentari) e non sono prese in considerazione nel CRI. Nel processo di calcolo dell’indice di resa cromatica sono stati quindi integrati 6 colori di prova aggiuntivi per poter calcolare e determinare la resa cromatica anche secondo la valutazione ampliata. Il rosso saturo è il colore di prova 9, il valore che indica la resa cromatica del rosso è quindi detto «R9» e per via della sua grande importanza di applicazione viene spesso aggiunto per una valutazione più completa. Nei LED bianchi i valori di R9>50 sono già valutati come ottimi, i valori >90 sono eccellenti.

Quali valori CRI si applicano agli ambienti interni?

Il valore CRI negli ambienti interni si svolgono delle attività dovrebbe essere almeno pari a 80. La norma europea DIN EN 12464-1 sull’illuminazione delle postazioni lavorative in ambienti interni stabilisce i requisiti minimi per i diversi settori lavorativi e compiti visivi. Più aumenta l’importanza della corretta valutazione dei colori per ciascuna attività, più aumentano i requisiti di resa cromatica, per esempio nel settore della sanità si trovano i requisiti più stringenti.

Cosa significa TM-30 nell’ambito della resa cromatica dei LED?

Colori di riferimento TM-30

Come alternativa all’indice CRI, la norma americana TM-30-20, armonizzata con CIE227, definisce i valori R_f e R_g. Questi valori si riferiscono alla somiglianza tra una sorgente luminosa di prova e uno spettro di riferimento in relazione alla fedeltà cromatica (R_f - fidelity) e alla saturazione (R_g - gamut). La sorgente luminosa di riferimento è una sorgente standard CIE-D che corrisponde alla luce diurna.

R_f è paragonabile a CRI, dato che la procedura di calcolo e il valore massimo di 100 sono identici. Dato che tiene conto di 99 colori di riferimento invece che di 8, R_f risulta spesso inferiore a CRI.

R_g descrive l’area cromatica, ossia la grandezza dello spazio cromatico rappresentabile. Una lampada con una resa cromatica perfettamente fedele alla luce naturale ha un indice R_g di 100, ma sono possibili valori sia più grandi che più piccoli.

Valori di R_g superiori a 100 sono un’indicazione che le tonalità del colore sono particolarmente sature e più intense rispetto a quelle ottenute con la sorgente luminosa di riferimento.

Grafico del vettore di resa cromatica TM-30

I valori R_f e R_g solitamente sono rappresentati con un diagramma, ma non sono comunque sufficienti per indicare in modo definitivo la qualità della resa cromatica di una lampada. Questa valutazione è possibile solo con il vettore di resa cromatica, che per una selezione di colori di prova indica la grandezza e la direzione dello scostamento cromatico in confronto alla sorgente luminosa di riferimento.

Se la curva rilevata si trova al di fuori del cerchio di riferimento, i colori in questa zona saranno eccessivamente saturi. Se si trova all’interno, le relative tonalità saranno rese con una minore saturazione.