LED (LYSEMITTERENDE DIODE)

LED er i øjeblikket den mest effektive lyskilde, meget lille, brudsikker og ikke-destruktiv (når den bruges korrekt) og bruges nu stort set overalt i mange forskellige wattager og størrelser.

Konventionel vs. HI-CRI

CRI-indekset refererer til lysets kvalitet, dvs. hvor trofast det viser farverne på belyste objekter. Det spænder fra 0 til 100. Konventionelle LED'er har en CRI-type på. 70, HI-CRI LED'er har normalt et indeks på mindst 90. Samtidig har de et lidt lavere lysudbytte. De er velegnede til arbejde, specifikke aktiviteter, til mennesker med dårligt syn, men selvfølgelig ikke kun til dem.

Liste over de LED'er, vi bruger i øjeblikket

• CREE XP-L2 LED - de mest effektive LED'er i 3x3mm-størrelse, der når op på 220lm/W. Vi bruger en model med en farvetemperatur på 4500K eller 4000K (neutral hvid) og T6-, W2- og W3-kasser. Denne LED-serie er mere effektiv end de populære og brugte Cree XP-G3 eller Cree XM-L2 og XM-L3.
• Samsung LH351D - vi bruger en variant med en farvetemperatur på 5000K og et CRI-indeks på 93. De har kun 12 % lavere lysudbytte end XP-L2, T6, men giver en helt snehvid glød uden nuancer og med præcise farver. På samme TIR-optik giver de et smallere og mere defineret centrum end Cree XP-L2, så de kombineres ofte med bredere optik.

Mange forskellige variationer

LED-elementer produceres af flere store producenter, udover Cree også Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung og Seoul Semiconductor. Der er store printkortchips og små chips, hvide og farvede, svage og de kraftigste i størrelser fra 1x1 mm til 25x25 mm. Det betyder bestemt ikke, at en større LED er bedre, eller at den lyser mere. De har hver især forskellige anvendelsesmuligheder.

Firkantede LED-chips i størrelsen 3-5 mm er velegnede til små strømforsyninger. Reflektorer eller TIR-optik er stadig små nok til disse LED'er. Større LED-chips har brug for større optiske elementer. For større LED'er er det allerede et stort problem at lede lyset ind i en smal nok stråle, der ikke skaber artefakter (cirkler, skarpe overgange).

LED-levetid

CREE, hvis lysdioder i XP-L2-serien vi bruger i vores forlygter, angiver en levetid på 50.000 driftstimer, hvorefter den oprindelige lysstrøm falder til 70 %. Denne tid er beregnet og estimeret i henhold til en metode baseret på en prøve på 6000 timer og refererer til en gennemgående strøm på 3A, for lavere strømme er levetiden endnu højere. Dvs. hvis en person med en pandelampe lyste i en time hver dag, ville denne reduktion i lysstyrke forekomme efter ca. 99 år. Så hverken du eller vi behøver at bekymre os om dette. LED'er holder evigt, hvis de er godt afkølet.

Du har måske tidligere haft en dårlig oplevelse med LED-strips i dit køkken, hvor de gradvist holdt op med at virke en efter en, før de alle holdt op med at lyse. Det er noget helt andet end LED'erne i forlygterne. Stripsene har en tendens til at have chips af dårlig kvalitet, gennemgangsstrømmen er sat for højt, selve strippen har store termiske transienter og er dårligt afkølet. LED'erne nedbrydes gradvist af varmen og går ud efter et år. Det behøver man ikke bekymre sig om med forlygter.

LED-effektivitet

En LED's effektivitet - hvor meget den lyser - afhænger hovedsageligt af den strøm, du forsyner den med. Hver LED er mest effektiv ved en lav strøm. Jo flere lumen du har brug for, jo dårligere bliver dens effektivitet (dens evne til at omdanne den forbipasserende energi til lys).

Hvis der f.eks. sendes en strøm på 100 mA gennem en Cree XM-L2, bin T6 LED, giver den et lumenoutput med en energi til lys-effektivitet på 180lm/W. Men ved 1A kun 145lm/W og ved maksimal strøm 3A kun 102lm/W. Toppen af LED-rækken er XP-L2-serien, som vi bruger i alle vores lamper. De opnår en rekordhøj effektivitet på op til 200lm/W ved lav strøm.

Fra dette synspunkt er det derfor meget fordelagtigt at have flere LED-chips i lyset, som ikke arbejder på deres grænser. Præcis så deres effektivitet er på sit højeste.

Den anden, mindre vigtige, faktor er LED'ens temperatur. Jo lavere LED'ens temperatur er (= jo bedre varmen ledes væk), desto mere effektivt arbejder den.

Dette er et print af en XP-L2 LED fra hjemmesiden pct.cree.com, hvor du nemt kan se spænding, lumen og effektivitet (lm/w) for denne LED ved forskellige strømme og chiptemperaturer.

Lyskegler og muligheder for lysfokusering

Selve LED'en producerer en 125° lyskegle. Det er meget stort, så lyset skal ledes gennem en optik eller reflektor. Med begge dele kan man opnå en rimelig keglebredde og samtidig forbedre rækkevidden på lang afstand. Bredere belysning hjælper med at orientere sig i rummet, og en stor rækkevidde er nyttig til sikker cykling ved højere hastigheder. Konventionelle reflektorer har normalt et reflekterende lag af aluminium med en effektivitet på omkring 70 %. Afhængigt af materialet og antallet og sammensætningen af de antireflekterende lag transmitterer dækglasset også kun 92-96 %. En bedre løsning er at bruge TIR-optik, som har en effektivitet på op til 93% og ikke behøver at have noget ekstra dækglas foran sig. TIR-optik er lavet af PMMA, som i sig selv er ret hårdt. Keglen fra denne optik er meget glattere fra midten til kanterne og har ingen skarpe overgange. Mange nuværende lygter - selv mærkevarelygter - bruger reflektorer, og selvom den resulterende lyskegle når langt ud, har den ikke den nødvendige perifere belysning.

Vi valgte TIR-optik, som giver en kegle med bløde overgange og ingen artefakter. Effektiviteten og størrelsen er højere end reflektorer, hvor der er yderligere tab på dækglasset. I forlygterne kombinerer vi flere forskellige spredere for at opnå perfekt belysning af både kanter og lange afstande. Samtidig bruger vi ikke ekstra dækplader, og alligevel er pandelamperne vandtætte. Dette er gjort muligt af vores knowhow, som vi ikke engang kalder ved skøre engelske navne. Vores løsning er ideel til sports- og fritidsbrug, og den resulterende lyskegle er fantastisk.

Lysets farve

Lysets farve (temperatur) er en anden vigtig ting. Producenterne fremstiller flere såkaldte tints - dvs. diodernes farvenuancer. De mest effektive dioder er altid blå eller grønne (6500K eller mere), og det er også grunden til, at mange billige lommelygter lyser blåligt. Dioder med en neutral farvetone kommer på markedet med samme effektivitet langt senere. Lysets farvetemperatur påvirker dog dramatisk evnen til at skelne virkelighedstro former og farver. Det gør det muligt at skelne mellem sten, grene og andre forhindringer, når man cykler eller løber i marken.

Vi bruger i øjeblikket XP-L2 LED'er fra amerikanske Cree med en farvetemperatur på 4500K i vores pandelamper. Vi mener, at de er helt farveneutrale og har en høj lyskvalitet, og tilbagemeldingerne fra vores kunder bekræfter dette. Vi har også tidligere brugt 4000K- og 5000K-LED'er, og vi anser de nuværende for at være de bedste.

Farvegengivelse - CRI (Color Rendering Index)

Et almindeligt problem med LED'er er et lavt farvegengivelsesindeks (CRI). CRI tager værdier fra 0 til 100 og definerer, hvor trofast lyset gengiver farver. En pære har en CRI på 100. LED'er har en CRI mellem 65 og 95, og dem over 90 kaldes HiCRI. Til fotografering eller filmoptagelse bruges udelukkende lys med en CRI over 90. Følgende figur viser forskellene mellem de forskellige CRI-værdier.

Figur 4: Billede taget fra https://ledspots.org/color-rendering-index/

Den ringere visning af nogle farver skyldes, at LED'en ikke genererer lys ved alle bølgelængder lige intenst. Det menneskelige øje kan opfatte bølgelængder fra 390 nm til 700 nm, så det er usandsynligt, at yderpunkterne i dette spektrum påvirker farvegengivelsen. Problemet er dog dykket i emissionen omkring 480 nm (blå) og ujævnheden i hele spektret.

Figur 5: Billede taget fra Cree XM-L2's datablad.

Konventionelle single-chip-dioder (XP-L2, XM-L2, XP-G2 osv.) har dette indeks på 70-75 ved en farvetemperatur på 5000K. Koldere nuancer kan have helt ned til 65, og det er lavt og forårsager farveudvaskning (desaturering). Producenter er i stand til at producere LED'er med højt farvegengivelsesindeks (Cree producerer med CRI 90), men desværre ikke så kraftige. Det gælder f.eks. XM-L2 med en farvetemperatur på 3000K og HiCRI (CRI=90) lyser med 1/3 mindre intensitet end 5000K-varianten.

I vores Lucifer-pandelampe bruger vi de kraftigste XP-L2-dioder fra Cree. Vi bruger nu en farvetemperatur på 4500K, som vi betragter som en dejlig neutral hvid farve med et CRI-indeks på 70. Vi plejede at tilbyde dioder med en CRI90, men ikke længere. Det skyldes, at de eksisterende dioder bare er gode og skinner rigtig godt. Vi udelukker ikke en CRI90-mulighed igen i fremtiden og vil overvåge alle nye LED'er, der kommer.

CRI Ra-indekset lider dog af ufuldkommenheder, det er kun beregnet ud fra et skift af 8 pastelfarver. Så det tager f.eks. ikke højde for den dybe røde farve R9, som er vigtig i film, fotografering, kunst eller medicin. Derfor er der gradvist blevet udviklet andre farvekvalitetsindekser, f.eks. CRI2012 eller CQS. CRI2012 beregnes ud fra 17 mættede farver. CQS (Color Quality Score) beregner sit Qa-indeks ud fra 15 farver.

Her kan du se et typisk spektroskopisk måleoutput fra en Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5 LED.

LED'er er inddelt i flere performance-bins, afhængigt af hvor meget lys de producerer ved en given strømstyrke. I øjeblikket bruger vi den højeste bin, V6. Man kan selvfølgelig få meget billigere bins V5 og V4, som har henholdsvis 93% og 85% lysudbytte, men det ønsker vi ikke at gøre. Vi forsøger altid at sælge forlygter med den nyeste teknologi, også selv om det koster noget.