Como sabemos, a luz branca é formada a partir da composição de várias cores e vários comprimentos de onda, resultando em uma distribuição espectral de potência, a qual sensibiliza os olhos, sendo transformada em sinais visuais pelo cérebro.
Dependendo da composição das intensidades e dos valores desses comprimentos de onda, podemos perceber diferentes tipos de luz branca, informalmente classificadas em três categorias: branco frio, neutro e quente.
Uma das referências que existem, quanto à percepção da luz branca, é o que chamamos de temperatura de cor, que define a cor, ou o tipo de branco que uma fonte de luz emite. As curvas de temperatura de cor são curvas do tipo isotérmicas (mesmas temperaturas) e são distribuídas ao longo da curva do corpo negro (black body locus), conforme apresentado na Figura 1. A unidade de medida da temperatura de cor é em graus Kelvin (K) e quanto menor seu valor, mais “quente” será a luz, e quanto maior, mais “fria” será.
Como a distribuição de LEDs brancos ao longo da curva do corpo negro era muito dependente do fabricante do LED, sendo que cada um tinha a sua própria distribuição de “bins”, a American National Standard Institute (ANSI) introduziu a norma C78-377-2008 para definir os limites máximos de variação das coordenadas de cromaticidade para cada valor de temperatura de cor. Com isto, os fabricantes de LEDs começaram a especificar seus produtos conforme este padrão, o que facilitou muito a especificação por parte dos usuários, permitindo melhor entendimento e comparação entre as opções de LEDs para o projeto de seus produtos.
No gráfico da Figura 2, é apresentada a representação da curva do corpo negro com os valores das temperaturas de cor com os respectivos quadrantres que limitam as coordenadas de cromaticidade. Esta norma baseia-se no estudo das elipses de MacAdam e são equivalentes a aproximadamente 7 SDCM (Stan dard Deviation Color Matching) para cada quadrante.
Como podemos notar no gráfico acima, temos a distribuição dos pontos centrais dos quadrantes alojados sobre ou próximos à curva do corpo negro, o que significa que podemos considerá-los realmente brancos, pois quanto mais afastamos as coordenadas x,y da curva do corpo negro, mais observamos o fenômeno do “tingimento”, uma vez que começamos a perceber a mescla com cores adjacentes. Neste ponto, podemos constatar que ao simplesmente definirmos uma determinada temperatura de cor, não necessariamente estamos especificando de forma correta, pois, para o mesmo valor de temperatura de cor, podemos ter diferentes coordenadas de cromaticidade e, portanto, percepções diferentes de luz branca.
Talvez, o entendimento disto seja um tanto quanto difícil, por tanto façamos um exemplo prático. Na Figura 3, apresentamos o diagrama da Figura 2, com foco na temperatura de cor de um LED de 3.000K.
Temos, então, a representação da norma ANSI C78.377-2008, no qual detalhamos o quadrante das máximas variações de cromaticidade para um LED de 3.000K. Note que a curva na cor vermelha que corta o quadrante horizontalmente é a curva do corpo negro, e a curva perpendicular representa a curva isométrica relativa aos 3.000K de temperatura de cor.
Figura 1 – Representação do diagrama CIE 1931 com a escala das várias temperaturas de cor.
Vamos, então, considerar dois pontos sobre a curva dos 3.000K, sendo o ponto A com coordenadas de cromaticidade (x1,y1) e o ponto B de coordenadas (x2,y2), ambos sobre a reta dos 3.000K. Podemos concluir que, por se tratar de uma reta isométrica (mesma temperatura), os pontos A e B terão a mesma temperatura de cor, porém, comparando-os, notamos que os dois apresentam tonalidades de branco diferentes.
O ponto A apresentará um tom rosado e o ponto B apresentará um tom esverdeado. Isto se deve ao fato de que, quanto mais afastado do corpo negro estiver o ponto A, maior será a influência da cor magenta, e quanto mais afastado do corpo negro estiver o ponto B, maior será a influência da cor verde. Chamamos este fenômeno de tingimento (do inglês tint).
Com isto, podemos concluir que quanto mais próximo ou superposto estiver o ponto de coordenadas x,y do corpo negro, mais pura será a cor branca obtida. Por este fato, concluímos também que não é suficiente simplesmente especificarmos o valor da temperatura de cor; é preciso também especificar e limitar os valores das coordenadas de cromaticidade do LED.
Já ouvi, muitas vezes, profissionais da área considerarem os LEDs com cor branca quente mais frios do que as lâmpadas convencionais. Na verdade, o que costuma acontecer é eles poderem apresentar um tingimento esverdeado, e então, ser confundidos como mais frios.
Figura 2 – Representação gráfica da especificação da cromaticidade para produtos de iluminação de estado sólido, no diagrama de cromaticidade CIE 1931.
Figura 3 – Representação detalhada dos limites de cromaticidade conforme norma ANSI para um LED de 3.000K.
A fim de melhor compreender no que realmente consiste a percepção da luz branca, o LRC (Lighting Research Center) realizou alguns experimentos com o objetivo de medir nossa percepção de iluminação branca levando em consideração diferentes valores de temperatura de cor. Como resultado final, a percepção de luz branca sem tingimento para altas temperaturas de cores (acima de 4.000K) está associada a coordenadas de cromaticidade ligeiramente acima da curva do corpo negro. Contrariamente a isto, para valores de baixas temperaturas de cores (abaixo de 4.000K), a percepção está associada com cromaticidades bem abaixo da curva do corpo negro.
Na verdade, de certa forma, este estudo vem confirmar algo que a indústria de LEDs já havia concluído anteriormente, princi palmente com base nas especificações feitas por vários lighting designers ao redor do mundo. Em projetos com temperatura de cor variando de 2.700K a 3.500K, é comum especificarem a cromaticidade abaixo da curva do corpo negro.
Hoje, já é possível se obter LED branco quente com o ponto central de cromaticidade da elípse abaixo da curva do corpo negro. Dessa forma, além da boa consistência de cores, garante-se também uma percepção mais agradável da luz branca sem os indesejáveis tingimentos.
Referências:
- ANSI_NEMA_ANSLG C78.377-2008 – Specification for the
Chromaticity of Solid State Lighting Products - ASSIST: Alliance for Solid State Illumination Systems and
Technologies. Perception of White Light Sources of Different Color
Temperatures. LRC study of 2011.
Sobre o autor
>> Vicente Scopacasa é engenheiro eletrônico com pós-graduação em Administração de Marketing. Tem sólida experiência em semicondutores, tendo trabalhado em empresas do setor por mais de 40 anos. Especificamente em LEDs, atuou por mais de 30 anos em empresas líderes na fabricação de componentes. Atua, hoje, como consultor na área de iluminação de estado sólido e como professor em cursos de especialização e pós-graduação em iluminação.