LED (LIGHT EMITTING DIODE)

LEDky jsou v současnosti nejúčinnější světelný zdroj, velmi malé, nerozbitné a provozem se neničí (když jsou správně provozované) a dnes se používají prakticky všude v mnoha různých výkonech i velikostech.

Běžné vs. HI-CRI

CRI index označuje kvalitu světla, tedy jak věrně zobrazuje barvy osvětlených předmětů. Nabývá hodnot od 0 po 100. Běžné LED mají CRI typ. 70, HI-CRI LED mají obvykle index min. 90. Barvy jsou pak živější, věrnější, a nedochází k žádným barevným posunům osvícených předmětů. Zároveň ale mají o něco menší světelný výkon. Hodí se pro práci, specifické činnosti, pro osoby s horším zrakem, ale samozřejmě nejenom pouze pro ně.

Seznam LEDek, které v současnosti používáme

• CREE XP-L2 LED - nejúčinnější LEDky ve velikosti 3x3mm, dosahující až 220lm/W. Používáme model s barevnou teplotou 4500K popř. 4000K (neutrální bílá) a biny T6, W2 a W3. Tato řada LED je účinnější i než oblíbené a používané diody Cree XP-G3 nebo Cree XM-L2 i XM-L3.
• Samsung LH351D - používáme variantu s barevnou teplotou 5000K a CRI indexem 93. Mají jen o 12% nižší světelný výkon než XP-L2, T6, ale produkují absolutně sněhově bílou barvu svitu bez žádných odstínů a přesné barvy. Na stejných TIR optikách vytváří užší a definovanější střed než Cree XP-L2 proto je často kombinujeme s širšími optikami.

Mnoho různých variant

LED elementy vyrábí více velkých výrobců, kromě Cree také např. Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung či Seoul Semiconductor. Existují velké plošné čipy i malé čipy, bílé i barevné, slabé i ty nejvýkonnější ve velikostech od 1x1mm po 25x25mm. Rozhodně neznamená, že větší LEDka je lepší nebo že svítí více. Každá má totiž jiné použití.

Do malých zdrojů se hodí čtvercové LED čipy ve velikostech 3-5mm. Pro tyto LEDky jsou ještě reflektory nebo TIR optiky dostatečně malé. Větší LED čipy totiž potřebují větší optické prvky. U větších LEDek už je velký problém svit nasměrovat do dostatečně úzkého paprsku, který by zároveň netvořil artefakty (kruhy, ostré přechody).

Životnost LED

Společnost CREE, jejíž diody řady XP-L2 používáme v našich čelovkách, udává dobu 50000 provozních hodin, po kterých klesne původní světlený tok na 70%. Tato doba je vypočítaná a odhadnutá dle metodiky na základě vzorku 6000h a vztahuje se k procházejícímu proudu 3A, u nižsích proudů je životnost ještě vyšší. Tzn. pokud by někdo s čelovkou svítil každý den jednu hodinu, tak by toto snížení svitu nastalo přibližně až po 99 letech. Takže tímto se trápit nemusíme ani vy ani my. LEDky pokud jsou dobře chlazeny, tak vydrží navěky.

Možná máte předchozí špatnou zkušenost s LED pásky v kuchyni, kde Vám postupně po jedné přestávaly fungovat než přestaly svítit všechny. To je úplně jiná věc než jsou LEDky v čelovkách. U pásků bývají nekvalitní čipy, procházející proud je nastaven příliš vysoko, pásek samotný má velké tepelné přechody a špatně se chladí. Diody postupně teplem degradují a pak po jedné odejdou. U čelovek se ničeho takového obávat nemusíte.

Účinnost LED

Účinnost LED – jak moc svítí – závisí především na tom, jakým proudem jí napájíme.Každá dioda má nejvyšší účinnost při malém procházejícím proudu. Čím více lumenů od ní potřebujeme, tím se její účinnost (schopnost přeměnit procházející energii na světlo) zhoršuje.

Pokud např. LEDkou Cree XM-L2, bin T6 prochází proud 100mA, produkuje svit s účinností přeměny energie na světlo 180lm/W. Při 1A ale už jen 145lm/W a při maximálním proudu 3A pouze 102lm/W. Špičkou mezi ledkami je řada XP-L2, které používáme ve všech našich světlech. Ty při nízkém proudu dosahují rekordní účinnosti až 200lm/W.

Z toho hlediska je tedy velmi výhodné mít ve světle více LED čipů, které nepracují na hranici svých možností. Přesně tak, aby jejich účinnost byla nejvyšší.

Druhým, méně významným, faktorem je teplota LED. Čím menší teplotu LEDka má (= čím lépe je teplo odváděno pryč), tím efektivněji pracuje.

Toto je printscreen XP-L2 diody z internetové stránky pct.cree.com, kde můžete jednoduše sledovat napětí, svit a účinnost (lm/w) této diody při různých proudech a teplotě čipu.

Světelné kužely a možnosti zaostření světla

LED sama o sobě vytváří světelný kužel v úhlu 125°. To je velmi mnoho, proto je třeba světlo usměrnit přes optiku nebo reflektor. Obojím je možné dosáhnout rozumné šířky kužele a zároveň výrazně zlepšit dosvit do dálky. Širší nasvícení napomáhá orientaci v prostoru, velký dosvit se hodí pro bezpečnou jízdu na kole ve vyšší rychlosti. Běžné reflektory mají většinou odrazivou vrstvu z hliníku s účinností okolo 70%. Krycí sklíčko podle materiálu a počtu a složení antireflexních vrstev dále propuští jen 92%-96%. Lepší variantou je použití TIR optiky, která má účinnost až 93% a nepotřebuje před sebou mít žádné další krycí sklíčko. TIR optiky se vyrábějí z materiálu PMMA, který je sám poměrně tvrdý. Kužel z těchto optik je od středu do krajů mnohem plynulejší, nemá žádné ostré přechody. Mnoho současných - i značkových - světel používá reflektory a výsledný světelný kužel sice dosvítí daleko, ale nemá potřebné periferní nasvícení.

My jsme zvolili TIR optiky, které poskytují kužel s plynulým přechodem a bez artefaktů. Účinnost i velikost je vyšší než u reflektorů, kde jsou navíc další ztráty na krycím sklíčku. V čelovkách kombinujeme více různých rozptylů pro dokonalé nasvícení jak krajů tak i velký dosvit. Zároveň nepoužíváme další krycí sklíčka a i tak jsou čelovky vodotěsné. To umožňuje naše know how, které ani nenazýváme šílenými anglickými názvy. Naše řešení je ideální pro sportovní i rekreační použití a výsledný světelný kužel je skvělý.

Barva světla

Barva (teplota) světla je další důležitou věcí. Výrobci vyrábějí více tzv. tintů - tj. barevných odstínů diod. Nejúčinnější jsou vždy diody modře nebo zeleně zabarvené (6500K a více) a to je také důvod, proč mnoho levných svítilen svítí namodrale. Diody s neutrálním barevným odstínem přicházejí na trh ve stejné účinnosti výrazně později. Barevná teplota světla však dramaticky ovlivňuje schopnost rozeznávat věrohodně přírodní tvary a barvy. Na kole nebo při běhu v terénu je tak možno rozlišit kameny, větve a jiné překážky.

My v našich čelovkách aktuálně používáme LEDky XP-L2 od americké Cree s barevnou teplotou 4500K. Ty považujeme za naprosto barevně neutrální, s vysokou kvalitou zobrazení a ohlasy našich zákazníků to potvrzují. V minulosti jsme používali i diody 4000K a 5000K, ty současné považujeme opravdu za nejlepší.

Podání barev – CRI (Color Rendering Index)

Obecným problémem LEDek je nízký index podání barev (CRI). CRI nabývá hodnot od 0 do 100 a definuje jak věrně podává světlo barvy. Žárovka má CRI 100. LEDky mívají CRI od 65 do 95, ty nad 90 bývají označování jako HiCRI. Pro fotografii nebo natáčení se používají výlučně světla s CRI nad 90. Následující obrázek ukazuje rozdíly mezi různými hodnotami CRI.

Obrázek 4: Obrázek převzat ze stránek https://ledspots.org/color-rendering-index/

Horší zobrazení některých barev je proto, že LED negeneruje světlo ve všech vlnových délkách stejně intenzivně. Lidské oko dokáže vnímat vlnové délky od 390nm po 700nm, takže kraje tohoto spektra pravděpodobně podání barev neovlivňují. Problémem ale je propad vyzařování okolo vlnové délky 480nm (modré barvy) a nerovnoměrnost celého spektra.

Obrázek 5: Obrázek převzat z datasheetu diody Cree XM-L2.

Běžné jednočipové diody (XP-L2, XM-L2, XP-G2 atp) mají při barevné teplotě 5000K tento index 70-75. Studenější odstíny mohou mít i jen 65 a to je málo a způsobuje vymívání barev (desaturování). Výrobci jsou schopni vyrobit LED s vysokým indexem podání barev (Cree vyrábí s CRI 90), ale bohužel ne tak výkonné. Například. XM-L2 s barevnou teplotou 3000K a HiCRI (CRI=90) svítí o 1/3 nižší intenzitou než varianta 5000K.

V naší čelovce Lucifer používáme nejvýkonnější diody XP-L2 od společnosti Cree. Používáme nyní barevnou teplotu 4500K, což považujeme za příjemnou neutrální bílou barvu s CRI indexem 70. Dříve jsme nabízeli i diody s CRI90, nyní ne. Je to proto, že tyto stávající jsou prostě skvělé a svítí opravdu dobře. Do budoucna znovu variantu s CRI90 nevylučujeme a budeme monitorovat všechny nové LEDky, které se objeví.

CRI index Ra ale trpí nedokonalostmi, je vypočítán jen na základě posunu 8 pastelových barev. Neřeší tedy např. sytě červenou barvu R9, která je důležitá při natáčení, fotografování, v umění nebo medicíně. Postupně tedy vznikly další indexy kvality barev, např. CRI2012 nebo CQS. CRI2012 se počítá ze 17 sytých barev. CQS (Color Quality Score) počítá svůj Qa index na základě 15 barev

Zde vidíte typický výstup spektroskopického měření LED Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5.

Diody se dělí do více výkonnostních binů, podle toho kolik světelného výkonu při daném proudu produkují. U nás v současnosti používáme nejvyšší dostupný bin V6. Lze samozřejmě sehnat mnohem levnější biny V5 a V4, které mají 93% resp. 85% světelného výkonu, ale nechceme tak činit. Snažíme se vždy prodávat čelovky s nejnovějšími technologiemi, i když to něco stojí.