LED (DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA)

Diody LED są obecnie najbardziej wydajnym źródłem światła, bardzo małym, nietłukącym się i nieniszczącym (przy prawidłowej obsłudze) i są obecnie używane praktycznie wszędzie w wielu różnych mocach i rozmiarach.

Konwencjonalne a HI-CRI

Wskaźnik CRI odnosi się do jakości światła, tj. tego, jak wiernie oddaje ono kolory oświetlanych obiektów. Mieści się on w zakresie od 0 do 100. Konwencjonalne diody LED mają CRI typu. 70, diody LED HI-CRI mają zwykle wskaźnik co najmniej 90. Jednocześnie mają nieco niższy strumień świetlny. Nadają się do pracy, specyficznych czynności, dla osób ze słabym wzrokiem, ale oczywiście nie tylko dla nich.

Lista diod LED, których obecnie używamy

• CREE XP-L2 LED - najwydajniejsze diody LED w rozmiarze 3x3mm, osiągające do 220lm/W. Używamy modelu o temperaturze barwowej 4500K lub 4000K (neutralna biel) i koszach T6, W2 i W3. Ta seria diod LED jest wydajniejsza od popularnych i stosowanych Cree XP-G3 czy Cree XM-L2 i XM-L3.
• Samsung LH351D - stosujemy wariant o temperaturze barwowej 5000K i współczynniku CRI na poziomie 93. Mają tylko o 12% niższy strumień świetlny niż XP-L2, T6, ale wytwarzają absolutnie śnieżnobiałą poświatę bez cieni i dokładnych kolorów. Na tej samej optyce TIR wytwarzają węższy i bardziej zdefiniowany środek niż Cree XP-L2, więc często są łączone z szerszą optyką.

Wiele różnych odmian

Elementy LED są produkowane przez kilku dużych producentów, oprócz Cree, także Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung i Seoul Semiconductor. Istnieją duże chipy do płytek drukowanych i małe chipy, białe i kolorowe, słabe i najmocniejsze w rozmiarach od 1x1 mm do 25x25 mm. Z pewnością nie oznacza to, że większa dioda LED jest lepsza lub że świeci mocniej. Każda z nich ma inne zastosowanie.

Kwadratowe chipy LED o rozmiarach 3-5 mm nadają się do małych zasilaczy. Odbłyśniki lub optyka TIR są nadal wystarczająco małe dla tych diod LED. Większe chipy LED wymagają większych elementów optycznych. W przypadku większych diod LED dużym problemem jest już skierowanie światła w wystarczająco wąską wiązkę, która nie tworzy artefaktów (okręgi, ostre przejścia).

Żywotność diod LED

Firma CREE, której diody LED z serii XP-L2 stosujemy w naszych reflektorach, określa żywotność na 50 000 godzin pracy, po których pierwotny strumień świetlny spada do 70%. Czas ten jest obliczany i szacowany zgodnie z metodologią opartą na próbce 6000 godzin i odnosi się do przepływającego prądu 3A, dla niższych prądów żywotność jest jeszcze wyższa. Tzn. gdyby ktoś świecił reflektorem przez godzinę dziennie, to spadek jasności nastąpiłby po około 99 latach. Więc ani ty, ani my nie musimy się tym martwić. Diody LED, jeśli są dobrze chłodzone, będą działać wiecznie.

Być może miałeś wcześniej złe doświadczenia z taśmami LED w kuchni, gdzie stopniowo przestawały działać jedna po drugiej, zanim wszystkie przestały świecić. To zupełnie co innego niż diody LED w reflektorach. Paski mają zwykle niskiej jakości chipy, prąd przepływający jest ustawiony zbyt wysoko, sam pasek ma duże stany przejściowe termiczne i jest słabo chłodzony. Diody LED stopniowo degradują się wraz z ciepłem, a następnie gasną po jednym. W przypadku reflektorów nie trzeba się o to martwić.

Wydajność diod LED

Wydajność diody LED - to, jak mocno świeci - zależy głównie od natężenia prądu, jakim ją zasilasz. Każda dioda LED jest najbardziej wydajna przy niskim natężeniu prądu. Im więcej lumenów potrzebujesz, tym gorsza jest jej wydajność (zdolność do przekształcania przepływającej energii w światło).

Na przykład, jeśli przez diodę LED Cree XM-L2, bin T6 przepuszczany jest prąd o natężeniu 100 mA, wytwarza ona strumień świetlny o wydajności energetycznej 180 lm/W. Ale przy prądzie 1A tylko 145lm/W, a przy maksymalnym prądzie 3A tylko 102lm/W. Najwyższą gamą diod LED jest seria XP-L2, której używamy we wszystkich naszych lampach. Osiągają one rekordową wydajność do 200lm/W przy niskim natężeniu prądu.

Z tego punktu widzenia bardzo korzystne jest posiadanie większej liczby chipów LED w oświetleniu, które nie działają na granicy swoich możliwości. Dokładnie tak, aby ich wydajność była najwyższa.

Drugim, mniej ważnym czynnikiem jest temperatura diod LED. Im niższa temperatura diody LED (= im lepiej odprowadzane jest ciepło), tym wydajniej ona pracuje.

To jest printscreen diody LED XP-L2 ze strony pct.cree.com, gdzie można łatwo zobaczyć napięcie, lumeny i wydajność (lm/w) tej diody LED przy różnych prądach i temperaturze chipa.

Stożki świetlne i opcje skupiania światła

Sama dioda LED wytwarza stożek światła o kącie 125°. Jest on bardzo duży, więc światło musi być kierowane przez układ optyczny lub reflektor. W obu przypadkach można uzyskać rozsądną szerokość stożka, jednocześnie znacznie poprawiając zasięg na odległość. Szersze oświetlenie ułatwia orientację w przestrzeni, a duży zasięg jest przydatny do bezpiecznej jazdy na rowerze przy wyższych prędkościach. Konwencjonalne odbłyśniki mają zwykle aluminiową warstwę odblaskową o skuteczności około 70%. Szyba osłaniająca, w zależności od materiału oraz liczby i składu warstw antyrefleksyjnych, również przepuszcza tylko 92%-96%. Lepszą opcją jest zastosowanie optyki TIR, która ma sprawność do 93% i nie musi mieć przed sobą dodatkowego szkła ochronnego. Optyka TIR jest wykonana z PMMA, które samo w sobie jest dość twarde. Stożek z tej optyki jest znacznie gładszy od środka do krawędzi i nie ma ostrych przejść. Wiele obecnych - nawet markowych - świateł wykorzystuje odbłyśniki i chociaż wynikowy stożek światła sięga daleko, nie ma niezbędnego oświetlenia peryferyjnego.

Wybraliśmy optykę TIR, która zapewnia stożek z płynnymi przejściami i bez artefaktów. Wydajność i rozmiar są większe niż w przypadku odbłyśników, w których występują dodatkowe straty na pokrywie ślizgowej. W reflektorach łączymy wiele różnych rozpraszaczy, aby zapewnić doskonałe oświetlenie zarówno krawędzi, jak i dalekiego zasięgu. Jednocześnie nie używamy dodatkowych kloszy, a mimo to reflektory są wodoodporne. Jest to możliwe dzięki naszemu know-how, którego nawet nie nazywamy szalonymi angielskimi nazwami. Nasze rozwiązanie jest idealne do użytku sportowego i rekreacyjnego, a uzyskany stożek światła jest świetny.

Kolor światła

Kolejną ważną rzeczą jestkolor (temperatura) światła. Producenci produkują wiele tak zwanych tintów - czyli odcieni koloru diod. Najbardziej wydajne diody są zawsze niebieskie lub zielone (6500K lub więcej) i dlatego też wiele tanich latarek świeci niebieskawo. Diody o neutralnym zabarwieniu pojawiły się na rynku z taką samą wydajnością znacznie później. Temperatura barwowa światła ma jednak ogromny wpływ na zdolność rozróżniania realistycznych kształtów i kolorów. Umożliwia to rozróżnianie skał, gałęzi i innych przeszkód podczas jazdy na rowerze lub biegania w terenie.

Obecnie w naszych czołówkach używamy diod LED XP-L2 amerykańskiej firmy Cree o temperaturze barwowej 4500K. Uważamy je za całkowicie neutralne kolorystycznie, o wysokiej jakości wyświetlania, a opinie naszych klientów to potwierdzają. W przeszłości stosowaliśmy również diody LED o temperaturze 4000K i 5000K, a obecne uważamy za najlepsze.

Odwzorowanie kolorów - CRI (Color Rendering Index)

Częstym problemem związanym z diodami LED jest niski współczynnik oddawania barw (CRI). CRI przyjmuje wartości od 0 do 100 i określa, jak wiernie światło oddaje kolory. Żarówka ma współczynnik CRI równy 100. Diody LED mają CRI między 65 a 95, a te powyżej 90 są określane jako HiCRI. Do fotografii lub filmowania używane są wyłącznie światła o CRI powyżej 90. Poniższy rysunek przedstawia różnice między różnymi wartościami CRI.

Rysunek 4: Obraz zaczerpnięty z https://ledspots.org/color-rendering-index/

Gorsze wyświetlanie niektórych kolorów wynika z faktu, że dioda LED nie generuje światła o wszystkich długościach fal równie intensywnie. Ludzkie oko może odbierać fale o długości od 390nm do 700nm, więc skrajne wartości tego spektrum raczej nie wpływają na odwzorowanie kolorów. Problemem jest jednak spadek emisji w okolicach 480nm (niebieski) i nierównomierność całego widma.

Rysunek 5: Obraz zaczerpnięty z arkusza danych Cree XM-L2.

Konwencjonalne diody jednoukładowe (XP-L2, XM-L2, XP-G2 itp.) mają ten wskaźnik na poziomie 70-75 przy temperaturze barwowej 5000K. Chłodniejsze odcienie mogą mieć nawet 65, co jest niską wartością i powoduje rozmycie kolorów (desaturację). Producenci są w stanie wyprodukować diody LED o wysokim wskaźniku oddawania barw (Cree produkuje z CRI 90), ale niestety nie tak wydajne. Na przykład. XM-L2 o temperaturze barwowej 3000K i HiCRI (CRI=90) świeci z intensywnością o 1/3 mniejszą niż wariant 5000K.

W naszej czołówce Lucifer używamy najmocniejszych diod XP-L2 od Cree. Obecnie używamy temperatury barwowej 4500K, którą uważamy za przyjemny neutralny biały kolor ze wskaźnikiem CRI 70. Kiedyś oferowaliśmy diody z CRI90, ale już nie. To dlatego, że te istniejące są po prostu świetne i świecą naprawdę dobrze. Nie wykluczamy opcji CRI90 w przyszłości i będziemy monitorować wszelkie nowe diody LED, które się pojawią.

Jednak wskaźnik CRI Ra cierpi na niedoskonałości, jest obliczany tylko na podstawie zmiany 8 pastelowych kolorów. Nie uwzględnia więc na przykład głębokiej czerwieni R9, która jest ważna w filmowaniu, fotografii, sztuce czy medycynie. W związku z tym stopniowo opracowano inne wskaźniki jakości kolorów, np. CRI2012 lub CQS. CRI2012 jest obliczany na podstawie 17 nasyconych kolorów. CQS (Color Quality Score) oblicza swój indeks Qa na podstawie 15 kolorów

Tutaj można zobaczyć typowy wynik pomiaru spektroskopowego diody LED Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5.

Diody LED są podzielone na wiele przedziałów wydajności, w zależności od tego, ile światła wytwarzają przy danym natężeniu prądu. Obecnie używamy najwyższego dostępnego binu, V6. Można oczywiście uzyskać znacznie tańsze biny V5 i V4, które mają odpowiednio 93% i 85% mocy świetlnej, ale nie chcemy tego robić. Zawsze staramy się sprzedawać reflektory z najnowszą technologią, nawet jeśli coś to kosztuje.