LED (LJUSEMITTERANDE DIOD)

LED är för närvarande den mest effektiva ljuskällan, mycket liten, splitterfri och icke-förstörande (när den används korrekt) och används nu praktiskt taget överallt i många olika wattal och storlekar.

Konventionell kontra HI-CRI

CRI-indexet avser ljusets kvalitet, dvs. hur troget det återger färgerna på belysta föremål. Det sträcker sig från 0 till 100. Konventionella lysdioder har en CRI-typ av. 70, HI-CRI lysdioder har vanligtvis ett index på minst 90. Samtidigt har de en något lägre ljuseffekt. De är lämpliga för arbete, specifika aktiviteter, för personer med dålig syn, men naturligtvis inte bara för dem.

Lista över lysdioder som vi för närvarande använder

• CREE XP-L2 LED - de mest effektiva lysdioderna i 3x3mm storlek, med upp till 220lm/W. Vi använder en modell med en färgtemperatur på 4500K eller 4000K (neutralvit) och T6-, W2- och W3-fack. Denna LED-serie är mer effektiv än de populära och använda Cree XP-G3 eller Cree XM-L2 och XM-L3.
• Samsung LH351D - vi använder en variant med en färgtemperatur på 5000K och ett CRI-index på 93. De har bara 12 % lägre ljusflöde än XP-L2, T6, men ger ett helt snövitt sken utan nyanser och med exakt färg. På samma TIR-optik ger de ett smalare och mer definierat centrum än Cree XP-L2, vilket gör att de ofta kombineras med bredare optik.

Många olika varianter

LED-element tillverkas av flera stora tillverkare, förutom Cree även Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung och Seoul Semiconductor. Det finns stora kretskortschips och små chips, vita och färgade, svaga och de allra kraftigaste i storlekar från 1x1mm till 25x25mm. Det betyder absolut inte att en större LED är bättre eller att den lyser mer. Var och en har olika användningsområden.

Kvadratiska LED-chips i storlekarna 3-5 mm är lämpliga för små strömförsörjningar. Reflektorer eller TIR-optik är fortfarande tillräckligt små för dessa lysdioder. Större LED-chips behöver större optiska element. För större lysdioder är det redan ett stort problem att rikta ljuset i en tillräckligt smal stråle som inte skapar artefakter (cirklar, skarpa övergångar).

Livslängd för lysdioder

CREE, vars lysdioder i XP-L2-serien vi använder i våra strålkastare, anger en livslängd på 50.000 drifttimmar, varefter det ursprungliga ljusflödet sjunker till 70%. Denna tid är beräknad och uppskattad enligt en metodik baserad på ett prov på 6000h och avser en genomgående ström på 3A, för lägre strömmar är livslängden ännu högre. Dvs. om någon med en pannlampa lyste en timme varje dag skulle denna minskning av ljusstyrkan inträffa efter cirka 99 år. Så varken du eller vi behöver oroa oss för detta. Om lysdioderna kyls väl kommer de att hålla för evigt.

Du kanske har haft en tidigare dålig erfarenhet av LED-remsor i ditt kök, där de gradvis slutade fungera en efter en innan de alla slutade lysa. Det är en helt annan sak än lysdioderna i strålkastare. Remsorna har ofta chips av dålig kvalitet, genomströmningen är för hög, själva remsan har stora termiska transienter och är dåligt kyld. Lysdioderna försämras gradvis med värme och slocknar sedan efter en. Det behöver du inte oroa dig för med strålkastare.

LED-effektivitet

En lysdiods effektivitet - hur mycket den lyser - beror främst på den ström du förser den med. Varje lysdiod är mest effektiv vid en låg ström. Ju fler lumen du behöver från den, desto sämre blir dess effektivitet (dess förmåga att omvandla den passerande energin till ljus).

Om t.ex. en Cree XM-L2, bin T6 LED försörjs med en ström på 100 mA ger den 180 lumen med en energi till ljus-effektivitet på 180 lm/W. Men vid 1A endast 145lm/W och vid maximal strömstyrka 3A endast 102lm/W. Toppmodellen av lysdioder är XP-L2-serien, som vi använder i alla våra lampor. Dessa uppnår en rekordhög verkningsgrad på upp till 200lm/W vid låg strömstyrka.

Ur denna synvinkel är det därför mycket fördelaktigt att ha fler LED-chips i ljuset som inte arbetar vid sina gränser. Exakt så att deras effektivitet är som högst.

Den andra, mindre viktiga, faktorn är LED-lampans temperatur. Ju lägre temperatur lysdioden har (= ju bättre värmen leds bort), desto effektivare arbetar den.

Det här är en printscreen av en XP-L2 LED från webbplatsen pct.cree.com, där du enkelt kan se spänning, lumen och effektivitet (lm/w) för denna LED vid olika strömmar och chiptemperatur.

Ljuskoner och alternativ för ljusfokusering

Själva lysdioden ger en ljuskägla på 125°. Det är mycket stort, så ljuset måste riktas genom en optik eller reflektor. Med båda kan en rimlig konbredd uppnås samtidigt som räckvidden på långt håll förbättras avsevärt. En bredare belysning underlättar orienteringen i rummet, och en stor räckvidd är bra för säker cykling i högre hastigheter. Konventionella reflexer har vanligtvis ett reflekterande skikt av aluminium med en verkningsgrad på ca 70%. Täckglaset, beroende på material och antalet antireflexskikt och deras sammansättning, släpper också igenom endast 92-96%. Ett bättre alternativ är att använda TIR-optik, som har en verkningsgrad på upp till 93% och inte behöver ha något extra täckglas framför sig. TIR-optik är tillverkad av PMMA, som i sig är ganska hårt. Konen från denna optik är mycket jämnare från mitten till kanterna och har inga skarpa övergångar. Många nuvarande strålkastare - till och med märkesstrålkastare - använder reflektorer, och även om den resulterande ljuskäglan når långt har den inte den nödvändiga perifera belysningen.

Vi valde TIR-optik, som ger en kon med mjuka övergångar och utan artefakter. Effektiviteten och storleken är högre än för reflektorer där det finns ytterligare förluster på täckglaset. I strålkastare kombinerar vi flera olika spridare för perfekt belysning av både kanter och långa avstånd. Samtidigt använder vi inga extra täckglas och trots det är strålkastarna vattentäta. Detta är möjligt tack vare vår know-how, som vi inte ens kallar för galna engelska namn. Vår lösning är idealisk för sport- och fritidsbruk och den resulterande ljuskäglan är fantastisk.

Färgen på ljuset

Ljusets färg (temperatur) är en annan viktig sak. Tillverkarna producerar flera så kallade tints - dvs. diodernas färgnyanser. De mest effektiva dioderna är alltid blå eller gröna (6500K eller mer) och det är också därför som många billiga ficklampor lyser blåaktigt. Dioder med en neutral färgton kommer ut på marknaden med samma effektivitet långt senare. Ljusets färgtemperatur påverkar dock dramatiskt förmågan att urskilja verklighetstrogna former och färger. Detta gör det möjligt att urskilja stenar, grenar och andra hinder när man cyklar eller springer i terrängen.

Vi använder för närvarande XP-L2 LED från amerikanska Cree med en färgtemperatur på 4500K i våra pannlampor. Vi anser att dessa är helt färgneutrala och har hög ljuskvalitet, vilket bekräftas av våra kunders feedback. Vi har även tidigare använt lysdioder med 4000K och 5000K, och vi anser att de nuvarande är de bästa.

Färgåtergivning - CRI (Color Rendering Index)

Ett vanligt problem med LED-lampor är att de har ett lågt färgåtergivningsindex (CRI). CRI tar värden från 0 till 100 och definierar hur troget ljuset återger färger. En glödlampa har ett CRI på 100. LED-lampor har ett CRI mellan 65 och 95, de över 90 kallas HiCRI. För fotografering och filmning används uteslutande ljuskällor med CRI över 90. Följande bild visar skillnaderna mellan de olika CRI-värdena.

Bild 4: Bild hämtad från https://ledspots.org/color-rendering-index/

Den sämre återgivningen av vissa färger beror på att LED-lampan inte genererar ljus med alla våglängder lika intensivt. Det mänskliga ögat kan uppfatta våglängder från 390 nm till 700 nm, så det är osannolikt att ytterligheterna i detta spektrum påverkar färgåtergivningen. Problemet är dock att emissionen sjunker runt 480 nm (blått) och att hela spektrumet är ojämnt.

Figur 5: Bilden är hämtad från databladet för Cree XM-L2.

Konventionella single-chip-dioder (XP-L2, XM-L2, XP-G2 etc) har ett index på 70-75 vid en färgtemperatur på 5000K. Kallare nyanser kan ha så lågt som 65 och detta är lågt och orsakar färguttvättning (desaturation). Tillverkare kan producera lysdioder med högt färgåtergivningsindex (Cree producerar med CRI 90), men tyvärr inte så kraftfulla. Till exempel. XM-L2 med en färgtemperatur på 3000K och HiCRI (CRI=90) lyser med 1/3 mindre intensitet än 5000K-varianten.

I vår Lucifer-strålkastare använder vi de mest kraftfulla XP-L2-dioderna från Cree. Vi använder nu en färgtemperatur på 4500K, vilket vi anser är en fin neutralvit färg med ett CRI-index på 70. Vi brukade erbjuda dioder med CRI90, men inte längre. Det beror på att de befintliga dioderna är fantastiska och lyser riktigt bra. Vi utesluter inte ett CRI90-alternativ igen i framtiden och kommer att övervaka alla nya lysdioder som kommer.

CRI Ra-indexet har dock brister, det beräknas endast baserat på en skiftning av 8 pastellfärger. Det tar alltså inte hänsyn till t.ex. den djupa röda färgen R9, som är viktig vid filmning, fotografering, konst eller medicin. Därför har andra index för färgkvalitet successivt utvecklats, t.ex. CRI2012 eller CQS. CRI2012 beräknas utifrån 17 mättade färger. CQS (Color Quality Score) beräknar sitt Qa-index baserat på 15 färger

Här kan du se en typisk spektroskopisk mätning av en Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5 LED.

LED-lampor delas in i flera prestandaklasser beroende på hur mycket ljus de ger vid en viss strömstyrka. Vi använder för närvarande den högsta tillgängliga binen, V6. Du kan naturligtvis få mycket billigare bins V5 och V4, som har 93% respektive 85% ljusutbyte, men vi vill inte göra det. Vi försöker alltid sälja strålkastare med den senaste tekniken, även om det kostar något.