LED (FÉNYKIBOCSÁTÓ DIÓDA)

ALED jelenleg a leghatékonyabb fényforrás, nagyon kicsi, törésálló és nem romboló hatású (ha megfelelően működtetik), és ma már gyakorlatilag mindenhol használják, sokféle teljesítményben és méretben.

Hagyományos vs. HI-CRI

A CRI-index a fény minőségére utal, vagyis arra, hogy mennyire hűen jeleníti meg a megvilágított tárgyak színeit. Az index 0 és 100 között mozog. A hagyományos LED-ek CRI típusa. 70, a HI-CRI LED-ek általában legalább 90-es indexszel rendelkeznek. Ugyanakkor valamivel alacsonyabb a fénykibocsátásuk. Alkalmasak munkához, speciális tevékenységekhez, rosszul látó emberek számára, de természetesen nem csak nekik.

A jelenleg használt LED-ek listája

• CREE XP-L2 LED - a leghatékonyabb LED-ek 3x3mm-es méretben, amelyek elérik a 220lm/W értéket. Mi 4500K vagy 4000K színhőmérsékletű (semleges fehér) modellt használunk, T6, W2 és W3 foglalatokkal. Ez a LED-sorozat hatékonyabb, mint a népszerű és használt Cree XP-G3 vagy Cree XM-L2 és XM-L3.
• Samsung LH351D - 5000K színhőmérsékletű és 93-as CRI indexű változatot használunk. Csak 12%-kal alacsonyabb a fénykibocsátásuk, mint az XP-L2, T6-nak, de abszolút hófehér, árnyalatmentes és pontos színt produkálnak. Ugyanazon a TIR optikán keskenyebb és határozottabb középpontot produkálnak, mint a Cree XP-L2, ezért gyakran szélesebb optikával kombinálják őket.

Számos különböző variáció

LED elemeket több nagy gyártó is gyárt, a Cree mellett az Osram, a Nichia, a Lumileds (Phillips), az LG, a Samsung és a Seoul Semiconductor is. Vannak nagy nyomtatott áramköri chipek és kis chipek, fehér és színes, gyenge és a legerősebb, 1x1 mm-től 25x25 mm-ig terjedő méretekben. Ez természetesen nem jelenti azt, hogy a nagyobb LED jobb, vagy hogy jobban világít. Mindegyiknek más-más alkalmazása van.

A 3-5 mm-es méretű négyzet alakú LED-chipek kis tápegységekhez alkalmasak. A reflektorok vagy a TIR optikák még mindig elég kicsik ezekhez a LED-ekhez. A nagyobb LED-chipekhez nagyobb optikai elemek szükségesek. A nagyobb LED-ek esetében már az is nagy probléma, hogy a fényt elég keskeny sugárba irányítsák, amely nem hoz létre műtermékeket (köröket, éles átmeneteket).

A LED-ek élettartama

A CREE, amelynek XP-L2 sorozatú LED-eit fényszóróinkban használjuk, 50 000 üzemórában határozza meg az élettartamot, amely után az eredeti fényáram 70%-ra csökken. Ezt az időt egy 6000 órás mintán alapuló módszertan alapján számították ki és becsülték meg, és 3A átmenő áramra vonatkozik, kisebb áram esetén az élettartam még magasabb. Vagyis ha valaki egy fejlámpával naponta egy órát világítana, akkor ez a fényerőcsökkenés körülbelül 99 év után következne be. Tehát sem neked, sem nekünk nem kell emiatt aggódnunk. A LED-ek, ha jól hűtik, örökké tartanak.

Lehet, hogy korábban már volt rossz tapasztalata a konyhában lévő LED-csíkokkal, ahol fokozatosan, egymás után szűntek meg működni, mire az összes megszűnt világítani. Ez teljesen más dolog, mint a fényszórókban lévő LED-ek. A csíkok általában rossz minőségű chipekkel rendelkeznek, az átmenő áram túl magasra van beállítva, magának a csíknak nagy hőingadozásai vannak, és rosszul van hűtve. A LED-ek fokozatosan leépülnek a hő hatására, majd egy után kialszanak. A fényszóróknál nem kell emiatt aggódni.

A LED hatékonysága

A LED hatékonysága - azaz, hogy mennyire világít - elsősorban attól függ, hogy milyen árammal látja el. minden LED alacsony áramerősségnél a leghatékonyabb. Minél több lumenre van szüksége tőle, annál rosszabb lesz a hatékonysága (az áthaladó energiát fénnyé alakító képessége).

Például, ha 100mA áramot vezetünk át egy Cree XM-L2, bin T6 LED-en, az 180lm/W energia-fény hatásfokkal 180 lumen lumen kimenetet produkál. De 1A-nál csak 145lm/W, maximális 3A áramnál pedig csak 102lm/W. A LED-ek csúcsát az XP-L2 sorozat jelenti, amelyet minden lámpánkban használunk. Ezek rekord hatékonyságot érnek el, akár 200lm/W alacsony áram mellett.

Ebből a szempontból tehát nagyon előnyös, ha több olyan LED-chip van a lámpában, amelyek nem a határértékükön működnek. Pontosan azért, hogy a hatékonyságuk a legmagasabb legyen.

A második, kevésbé fontos tényező a LED hőmérséklete. Minél alacsonyabb a LED hőmérséklete (= minél jobban elvezeti a hőt), annál hatékonyabban működik.

Ez egy XP-L2 LED nyomtatási képernyője a pct.cree.com weboldalról, ahol könnyen láthatod ennek a LED-nek a feszültségét, lumenjét és hatékonyságát (lm/w) különböző áramokon és chiphőmérsékleten.

Fénykúpok és fényfókuszálási lehetőségek

Maga a LED 125°-os fénykúpot hoz létre. Ez nagyon nagy, ezért a fényt optikán vagy reflektoron keresztül kell irányítani. Mindkettővel ésszerű kúpszélesség érhető el, miközben jelentősen javul a távolságba való hatótávolság. A szélesebb megvilágítás segíti a térben való tájékozódást, a nagy hatótávolság pedig hasznos a biztonságos kerékpározáshoz nagyobb sebességnél. A hagyományos fényvisszaverők általában alumíniumból készült fényvisszaverő réteggel rendelkeznek, amelynek hatékonysága körülbelül 70%. A fedőüveg az anyagtól, valamint a fényvisszaverődésgátló rétegek számától és összetételétől függően szintén csak 92-96%-os fényáteresztést biztosít. Jobb megoldás a TIR-optikák használata, amelyek hatékonysága akár 93% is lehet, és nincs szükség további fedőüvegre előttük. A TIR-optikák PMMA-ból készülnek, amely maga is elég kemény. Az ilyen optikák kúpja sokkal simább a középponttól a szélekig, és nincsenek éles átmenetei. Sok jelenlegi - akár márkás - lámpa reflektort használ, és bár az így kapott fénykúp messzire elér, nincs meg a szükséges perifériás megvilágítás.

Mi a TIR-optikát választottuk, amely sima átmenetekkel rendelkező, műalkotások nélküli kúpot biztosít. A hatékonyság és a méret nagyobb, mint a reflektoroké, ahol további veszteségek keletkeznek a fedőlapon. A fényszórókban több különböző szóróelemet kombinálunk a szélek és a nagy hatótávolság tökéletes megvilágítása érdekében. Ugyanakkor nem használunk további fedőlapokat, és ennek ellenére a fényszórók vízállóak. Ezt a mi know-how-nk teszi lehetővé, amit még őrült angol nevekkel sem illetünk. Megoldásunk ideális sport- és szabadidős használatra, és az így kapott fénykúp nagyszerű.

A fény színe

A fény színe (hőmérséklete) egy másik fontos dolog. A gyártók többféle úgynevezett tintát - azaz a diódák színárnyalatát - gyártanak. A leghatékonyabb diódák mindig kék vagy zöld színűek (6500K vagy annál magasabb), és ez az oka annak is, hogy sok olcsó zseblámpa kéken világít. A semleges színárnyalatú diódák ugyanilyen hatékonysággal jóval később kerülnek a piacra. A fény színhőmérséklete azonban drámaian befolyásolja a valósághű formák és színek megkülönböztetésének képességét. Ez lehetővé teszi a sziklák, ágak és egyéb akadályok megkülönböztetését kerékpározás vagy terepen való futás közben.

Fejlámpáinkban jelenleg az amerikai Cree cég XP-L2 LED-eit használjuk, amelyek színhőmérséklete 4500K. Ezeket teljesen színsemlegesnek tartjuk, magas megjelenítési minőséggel, és ezt a vásárlóink visszajelzései is megerősítik. Korábban használtunk 4000K és 5000K LED-eket is, és a mostaniakat tartjuk a legjobbnak.

Színvisszaadás - CRI (színvisszaadási index)

A LED-eknél gyakori probléma az alacsony színvisszaadási index (CRI). A CRI 0 és 100 közötti értékeket vesz fel, és azt határozza meg, hogy a fény mennyire hűen adja vissza a színeket. Egy izzó CRI értéke 100. A LED-ek CRI értéke 65 és 95 között van, a 90 feletti értékeket HiCRI-nek nevezik. Fotózáshoz vagy filmezéshez kizárólag 90 feletti CRI-vel rendelkező fényeket használnak. A következő ábra a különböző CRI-értékek közötti különbségeket mutatja.

4. ábra: A https://ledspots.org/color-rendering-index/ oldalról származó kép.

Egyes színek gyengébb megjelenítése azért van, mert a LED nem minden hullámhosszon egyformán intenzíven termeli a fényt. Az emberi szem 390 nm és 700 nm közötti hullámhosszakat képes érzékelni, így e spektrum szélsőségei valószínűleg nem befolyásolják a színvisszaadást. Problémát jelent azonban a 480 nm körüli (kék) emissziós mélyedés és a teljes spektrum egyenetlensége.

ábra: A Cree XM-L2 adatlapjáról származó kép.

A hagyományos egychipes diódák (XP-L2, XM-L2, XP-G2 stb.) 70-75 közötti indexszel rendelkeznek 5000K színhőmérsékleten. A hidegebb árnyalatoknak akár 65 is lehet, és ez alacsony, és színkimosódást (desaturációt) okoz. A gyártók képesek magas színvisszaadási indexű LED-eket gyártani (a Cree 90-es CRI-vel gyárt), de sajnos nem olyan erősek. Például. XM-L2 3000K színhőmérséklettel és HiCRI-vel (CRI=90) 1/3-al kisebb intenzitással világít, mint az 5000K-s változat.

Lucifer fényszórónkban a Cree legerősebb XP-L2 diódáit használjuk. Most 4500K színhőmérsékletet használunk, amit kellemes semleges fehér színnek tartunk, CRI indexe 70. Régebben CRI90-es diódákat kínáltunk, de már nem. Ez azért van, mert ezek a meglévők egyszerűen nagyszerűek és nagyon jól világítanak. Nem zárjuk ki, hogy a jövőben ismét legyen CRI90-es opció, és figyelemmel kísérünk minden új LED-et, amely megjelenik.

A CRI Ra index azonban hiányosságokban szenved, csak 8 pasztellszín eltolódása alapján számítják ki. Így nem foglalkozik például a mélyvörös R9 színnel, amely a filmezés, a fényképezés, a művészet vagy az orvostudomány területén fontos. Ezért fokozatosan más színminőségi mutatókat fejlesztettek ki, például a CRI2012 vagy a CQS. A CRI2012-t 17 telített színből számítják ki. A CQS (Color Quality Score) 15 szín alapján számítja ki a Qa indexet.

Itt látható egy Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5 LED tipikus spektroszkópiai mérési eredménye.

A LED-eket több teljesítmény-binbe osztják, attól függően, hogy adott áram mellett mekkora fénykibocsátást produkálnak. Mi jelenleg a legmagasabb elérhető bin-t használjuk, a V6-ot. Természetesen sokkal olcsóbb V5 és V4 bin-eket is lehet kapni, amelyek 93%-os, illetve 85%-os fénykibocsátással rendelkeznek, de mi nem ezt szeretnénk tenni. Mindig igyekszünk a legújabb technológiával rendelkező fényszórókat eladni, még akkor is, ha ez valamennyibe kerül.