LED (LICHTEMITTERENDE DIODE)

LED's zijn momenteel de meest efficiënte lichtbron, zeer klein, splintervrij en niet-destructief (wanneer ze correct worden gebruikt) en worden nu vrijwel overal gebruikt in veel verschillende wattages en formaten.

Conventionele vs. HI-CRI

De CRI-index verwijst naar de kwaliteit van het licht, d.w.z. hoe getrouw het de kleuren van verlichte objecten weergeeft. De index varieert van 0 tot 100. Conventionele LED's hebben een CRI van. 70, HI-CRI LED's hebben meestal een index van minstens 90. Tegelijkertijd hebben ze een iets lagere lichtopbrengst. Ze zijn geschikt voor werk, specifieke activiteiten, voor mensen met een slecht gezichtsvermogen, maar natuurlijk niet alleen voor hen.

Lijst van LED's die we momenteel gebruiken

• CREE XP-L2 LED - de meest efficiënte LED's in 3x3mm formaat, met een lichtopbrengst tot 220lm/W. We gebruiken een model met een kleurtemperatuur van 4500K of 4000K (neutraal wit) en T6-, W2- en W3-bakken. Deze LED-serie is efficiënter dan de populaire en gebruikte Cree XP-G3 of Cree XM-L2 en XM-L3.
• Samsung LH351D - we gebruiken een variant met een kleurtemperatuur van 5000K en een CRI-index van 93. Ze hebben slechts 12% lagere lichtopbrengst dan de XP-L2, T6, maar produceren een absoluut sneeuwwitte gloed zonder nuances en nauwkeurige kleuren. Op dezelfde TIR optiek produceren ze een smaller en meer gedefinieerd centrum dan de Cree XP-L2, dus worden ze vaak gecombineerd met bredere optiek.

Veel verschillende variaties

LED elementen worden geproduceerd door verschillende grote fabrikanten, naast Cree ook Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung en Seoul Semiconductor. Er zijn grote printplaatchips en kleine chips, witte en gekleurde, zwakke en de krachtigste in maten van 1x1mm tot 25x25mm. Het betekent zeker niet dat een grotere LED beter is of dat hij meer schijnt. Elk heeft een andere toepassing.

Vierkante LED chips in de maten 3-5mm zijn geschikt voor kleine voedingen. Reflectoren of TIR optieken zijn nog klein genoeg voor deze LED's. Grotere LED chips hebben grotere optische elementen nodig. Voor grotere LED's is het al een groot probleem om het licht te richten in een bundel die smal genoeg is om geen artefacten (cirkels, scherpe overgangen) te creëren.

Levensduur van LED's

CREE, wiens XP-L2 serie LED's we gebruiken in onze koplampen, specificeert een levensduur van 50.000 bedrijfsuren, waarna de oorspronkelijke lichtstroom daalt tot 70%. Deze tijd wordt berekend en geschat volgens een methodologie gebaseerd op een steekproef van 6000 uur en verwijst naar een doorgangsstroom van 3 A, voor lagere stromen is de levensduur zelfs hoger. D.w.z. als iemand met een hoofdlamp elke dag een uur schijnt, zou deze vermindering in lichtsterkte na ongeveer 99 jaar optreden. Dus noch jij, noch wij hoeven ons hier zorgen over te maken. LED's gaan, mits goed gekoeld, eeuwig mee.

Misschien heb je eerder slechte ervaringen gehad met LED-strips in je keuken, waar ze geleidelijk aan één voor één ophielden met werken voordat ze allemaal ophielden met gloeien. Dat is iets heel anders dan de LED's in koplampen. De strips hebben meestal chips van slechte kwaliteit, de doorgangsstroom is te hoog ingesteld, de strip zelf heeft grote thermische transiënten en wordt slecht gekoeld. De LED's worden geleidelijk slechter door warmte en gaan na één keer uit. Met koplampen hoef je je daar geen zorgen over te maken.

LED efficiëntie

De efficiëntie van een LED - hoeveel hij schijnt - hangt voornamelijk af van de stroomsterkte die je hem geeft. Elke LED is het efficiëntst bij een lage stroomsterkte. Hoe meer lumen je nodig hebt, hoe slechter de efficiëntie (het vermogen om de passerende energie om te zetten in licht) wordt.

Als er bijvoorbeeld een stroom van 100 mA door een Cree XM-L2, bin T6 LED wordt gestuurd, produceert deze een lumenoutput met een energie-naar-lichtefficiëntie van 180lm/W. Maar bij 1A slechts 145lm/W en bij maximale stroomsterkte 3A slechts 102lm/W. De top van de reeks LED's is de XP-L2 serie, die we in al onze lampen gebruiken. Deze bereiken recordrendementen tot 200lm/W bij lage stroom.

Vanuit dit oogpunt is het dus zeer voordelig om meer LED-chips in de lamp te hebben die niet op hun limiet werken. Precies zodat hun efficiëntie het hoogst is.

De tweede, minder belangrijke factor is de temperatuur van de LED. Hoe lager de temperatuur van de LED (= hoe beter de warmte wordt afgevoerd), hoe efficiënter hij werkt.

Dit is een printscreen van een XP-L2 LED van de pct.cree.com website, waar je eenvoudig de spanning, lumen en efficiëntie (lm/w) van deze LED kunt zien bij verschillende stromen en chiptemperatuur.

Lichtkegels en lichtfocusopties

De LED zelf produceert een lichtkegel van 125°. Dit is erg groot, dus het licht moet worden gericht via een optiek of reflector. Met beide kan een redelijke kegelbreedte worden bereikt terwijl het bereik in de verte aanzienlijk wordt verbeterd. Een bredere verlichting helpt bij de oriëntatie in de ruimte en een groot bereik is handig voor veilig fietsen op hogere snelheden. Conventionele reflectoren hebben meestal een reflecterende laag van aluminium met een rendement van ongeveer 70%. Het dekglas, afhankelijk van het materiaal en het aantal en de samenstelling van de antireflecterende lagen, zendt ook slechts 92%-96% door. Een betere optie is het gebruik van TIR-optiek, die een efficiëntie tot 93% heeft en waar geen extra afdekglas voor nodig is. TIR-optieken zijn gemaakt van PMMA, dat zelf vrij hard is. De kegel van deze optieken is veel gladder van het midden naar de randen en heeft geen scherpe overgangen. Veel huidige - zelfs merk - lampen gebruiken reflectoren en hoewel de resulterende lichtkegel ver reikt, heeft deze niet de noodzakelijke perifere verlichting.

We hebben gekozen voor TIR-optiek, dat een kegel oplevert met vloeiende overgangen en zonder artefacten. Het rendement en de afmetingen zijn hoger dan bij reflectoren, waarbij er extra verlies optreedt op de dekglaasjes. In koplampen combineren we meerdere verschillende verstrooiers voor een perfecte verlichting van zowel de randen als het lange bereik. Tegelijkertijd gebruiken we geen extra dekglaasjes en toch zijn de koplampen waterdicht. Dit wordt mogelijk gemaakt door onze knowhow, die we niet eens met gekke Engelse namen noemen. Onze oplossing is ideaal voor sport en recreatief gebruik en de resulterende lichtkegel is geweldig.

De kleur van het licht

De kleur (temperatuur) van het licht is ook belangrijk. Fabrikanten produceren meerdere zogenaamde tinten - d.w.z. de kleurschakeringen van de diodes. De meest efficiënte diodes zijn altijd blauw of groen gekleurd (6500K of meer) en dit is ook de reden waarom veel goedkope zaklampen blauwachtig opgloeien. Diodes met een neutrale kleurtint komen pas veel later met dezelfde efficiëntie op de markt. De kleurtemperatuur van het licht heeft echter een dramatische invloed op het vermogen om levensechte vormen en kleuren te onderscheiden. Dit maakt het mogelijk om rotsen, takken en andere obstakels te onderscheiden tijdens het fietsen of hardlopen in het veld.

Op dit moment gebruiken we XP-L2 LED's van het Amerikaanse Cree met een kleurtemperatuur van 4500K in onze koplampen. Wij beschouwen deze als volledig kleurneutraal, met een hoge weergavekwaliteit en de feedback van onze klanten bevestigt dit. We hebben in het verleden ook 4000K en 5000K LED's gebruikt en we vinden de huidige de beste.

Kleurweergave - CRI (kleurweergave-index)

Een veel voorkomend probleem met LED's is een lage kleurweergave-index (CRI). CRI heeft waarden van 0 tot 100 en definieert hoe natuurgetrouw het licht kleuren weergeeft. Een gloeilamp heeft een CRI van 100. LED's hebben een CRI tussen 65 en 95, die boven 90 worden HiCRI genoemd. Voor fotografie of filmen worden alleen lampen met een CRI boven de 90 gebruikt. De volgende afbeelding toont de verschillen tussen de verschillende CRI-waarden.

Afbeelding 4: Afbeelding van https://ledspots.org/color-rendering-index/

De mindere weergave van sommige kleuren komt doordat de LED niet op alle golflengten even intens licht genereert. Het menselijk oog kan golflengtes waarnemen van 390 nm tot 700 nm, dus het is onwaarschijnlijk dat de extremen van dit spectrum de kleurweergave beïnvloeden. Het probleem is echter de dip in de emissie rond 480 nm (blauw) en de ongelijkmatigheid van het hele spectrum.

Afbeelding 5: Afbeelding overgenomen van de Cree XM-L2 datasheet.

Conventionele single-chip diodes (XP-L2, XM-L2, XP-G2 etc) hebben een index van 70-75 bij een kleurtemperatuur van 5000K. Koudere tinten kunnen zelfs 65 hebben en dit is laag en veroorzaakt kleurvervaging (desaturatie). Fabrikanten zijn in staat om LED's te produceren met een hoge kleurweergave-index (Cree produceert met CRI 90), maar helaas niet zo krachtig. Bijvoorbeeld. XM-L2 met een kleurtemperatuur van 3000K en HiCRI (CRI=90) schijnt met 1/3 minder intensiteit dan de 5000K variant.

In onze Lucifer-koplamp gebruiken we de krachtigste XP-L2 diodes van Cree. We gebruiken nu een kleurtemperatuur van 4500K, wat we beschouwen als een mooie neutrale witte kleur met een CRI-index van 70. Vroeger boden we diodes aan met een CRI90, maar nu niet meer. Dat komt omdat deze bestaande diodes gewoon geweldig zijn en echt goed schijnen. We sluiten een CRI90-optie in de toekomst niet uit en zullen alle nieuwe LED's in de gaten houden.

De CRI Ra-index heeft echter onvolkomenheden, hij wordt alleen berekend op basis van een verschuiving van 8 pastelkleuren. De index richt zich dus niet op bijvoorbeeld de dieprode kleur R9, die belangrijk is bij filmen, fotografie, kunst of geneeskunde. Daarom zijn er geleidelijk andere kleurkwaliteitsindices ontwikkeld, zoals CRI2012 of CQS. CRI2012 wordt berekend op basis van 17 verzadigde kleuren. CQS (Color Quality Score) berekent zijn Qa-index op basis van 15 kleuren.

Hier zie je een typische spectroscopische meting van een Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5 LED.

LED's zijn onderverdeeld in verschillende prestatie-bins, afhankelijk van hoeveel licht ze produceren bij een bepaalde stroomsterkte. We gebruiken momenteel de hoogste bin die beschikbaar is, V6. Je kunt natuurlijk veel goedkopere bins V5 en V4 krijgen, die respectievelijk 93% en 85% lichtopbrengst hebben, maar dat willen we niet doen. We proberen altijd koplampen te verkopen met de nieuwste technologie, zelfs als dat iets kost.