LED-skola - LED-ljuset

Ljuset som skapas är monokromatiskt och färgen bestäms av den dominerande våglängden. LED finns i färgerna rött, orange, gult och blått. Led ljuset är helt fritt från IR - och UV - strålning.

Vita LED

Vitt ljus skapas genom att blanda de tre grundfärgerna, rött grönt och blått (additiv färgblandning) eller genom att en blå LED förses med ett gult eller orange lyspulver (fosfor) som omvandlar en del av strålningen till gult ljus så att resultatet blir vitt ljus precis som i lysrör och lågenergiljuskällor (konvertering). Fosforkonvertering är den absolut mest vanliga metoden främst för att den är billigare men även för att den ger en bättre och jämnare färgåtergivning.

CIE Färgtriangel CIE Färgtriangel

Ljuskvalité

Ett begrepp som används på vitt ljus och innefattar många faktorer men för upplevelsen av LED är de viktigaste: Färgåtergivning, färgtemperatur och ljusmängd (lumen)

Färgåtergivning

Färgåtergivning anges som Ra-index och anger hur bra en ljuskälla återger färger, på en skala från 0-100%, jämfört med en referensljuskälla och är ett medelvärde av 8 st standardfärger. Jämför med lysrör där 840 står för 80 % färgåtergivning (Ra) och en färgtemperatur på 4000K.

Vita LED har generellt en mycket bra färgåtergivning. Varmvita och vita har ett Ra-värde på mellan 80-93 och kallvita något sämre mellan 70-85 och kan därmed mäta sig med de flesta vanliga ljuskällor.

Färgåtergivningen för LED upplevs dessutom oftast som betydligt bättre än vad Ra-värdet anger. Ett gott råd är att lita mer på det egna ögat och provbelys gärna på plats med kunden.

Ljusfärg/färgtemperatur

En ljuskällas färgtemperatur mäts i Kelvingrader (K) och beskriver en ljuskällas färg från varma röda färger till kalla blå jämfört med den färg en metalltråd (svart kropp) får vid upphettning till olika temperaturer. Från rött vid lägre temperaturer via vitt till blått vid höga temperaturer. Stearinljus har en ljustemperatur på ca 1500K, glödljuslampan 2700K, 12V halogenlampa 3200K.

Vita LED finns idag sorterade i tre huvudgrupper:
Varmvita: <3300K
Vita: 3300K-5300K
Kallvita: >5300K

Färgtemperatur (CT)

I CIE Färgtriangel som används för att definiera färgtemperatur finns en svart linje/kurva, Svartakropps-kurvan (Plancks kurva) som anger exakt med vilken ljusfärg en glödtråd lyser/strålar vid angiven temperatur i kelvingrader (K). Glödljuskällor som hettas upp till samma temperatur hamnar på exakt samma plats på kurvan och kommer lysa med samma färgtemperatur och färgton.

Korrelerad färgtemperatur (CCT) och färgton

För LED och andra ljuskällor som inte alstrar ljus genom upphettning används begreppet korrelerad färgtemperatur för att beskriva hur ljuset kommer upplevas. I diagrammet ser ni att en LED kan ha samma färgtemperatur i kelvin (K) även om den ligger ovanför eller under kurvan. Det innebär att ljuskällor med samma kelvintal kan ha stora avvikelser i färgton och upplevas som helt olika. En grönaktig färgton betyder att den ligger över kurvan och en rosaaktig färgton innebär att de ligger nedanför.

Sortering/binning vita LED

Vid tillverkning av LED uppstår en naturlig variation av hur lätta dioderna är att driva, hur mycket ljus de producerar och framförallt vilken korrelerad färgtemperatur och färgton de har. För att kunna sälja LED med likvärdiga egenskaper använder man en metod som kallas binning där dioderna delas in i ett antal fack efter sin färgtemperatur i kelvin men även efter variationer i färgton. Genom att betala ett högre pris kan vi köpa dioder med en snävare sortering än vad som är standard och därmed garantera en jämnare färgtemperatur, färgton och ljusbild än vad många andra tillverkare gör.

För varmvita LED tillåter standarden en variation på upp emot 500K som ger tydliga färgskillnader medan vi normalt endast accepterar 100-200K, en variation som normalt inte kan uppfattas med blotta ögat.

Färgtolerans SDCM

Med dagens moderna COB- och Multichipteknik där vi placerar många dioder tätt tillsammans och ofta under ett gemensamt fosforlager, kan vi på ett enklare sätt sortera och kombinera dioder så att variationen i ljusfärg på ljuskällorna/armaturerna blir minimal.

För att kunna redovisa detta anges numera som komplement till den korrelerade färgtemperaturen i kelvin (K), även färgtolerans som är ett mått på spridningen i ljusfärg och redovisar skillnaderna i färgtemperatur och färgton. Anges enligt armaturstandarden som SDCM (Standard Deviation of Color Matching) i storleken MacAdam-ellipser i CIE färgtriangel.

Genom att välja armaturer med liten färgspridning kan man med LED göra belysningslösningar där det inte går att uppfatta skillnader i ljusfärg mellan enskilda armaturer och där denna egenskap behålls under livslängden.

En Macadam-ellips (1 SDCM) anger en variation i färgtemperatur och färgton som inte det mänskliga ögat kan uppfatta. Normalt säger man att 1-3 ellipser garanterar att armaturerna kommer att upplevas som att de lyser med samma ljusfärg även på stora vita väggytor. Som jämförelse så har T5-lysrör en avvikelse på 4 SDCM medan kompaktlysrör och lågenergilampor har upp till 7 SDCM som ger tydliga färgskillnader. Standarden anger en maximal tillåten avvikelse på 7 SDCM

Hide-a-lite har som mål att hålla sig inom 3 SDCM, inte bara inom en tillverkning utan även mellan olika tillverkningar och armaturserier. Kostnaderna blir högre men avvikelserna betydligt mindre och vi kan använda bins från samma plats i färgtriangeln och få en likvärdig ljusfärg varje gång.

Ljusflöde/Ljusutbyte

Ljusflödet för LED anges precis som för vanliga rundstrålande ljuskällor i lumen (lm) som är ett mått på hur mycket ljus en ljuskälla avger i alla riktningar. För riktade ljuskällor mäts ljusflödet inom en ljuskägla med en vinkel på 90°.

Ljusutbyte är ett mått på hur energieffektiv en ljuskälla är och anges i lumen per watt (lm/W).

Idag finns det LED med ett ljusutbyte på över 150lm/W och är redan energieffektivare än alla andra ljuskällor. Varmvita dioder har normalt 15-25% lägre ljusutbyte jämfört med kallvita, eftersom mer ljus filtreras bort i lyspulvret (fosfor). Eftersom LED har ett riktat ljus är verkningsgraden dessutom oftast betydligt bättre än vad lumenvärdet anger jämfört med vanliga ljuskällor. I en jämförbar armatur med kompaktlysrör kan förlusten i armaturen vara så stor som 40-60% av ljusflödet, medan det för LED oftast stannar på mellan 10-20% förlust.

Från Watt till Lumen

Vi är vana vid att välja ljuskälla utifrån sockelstorlek och antal watt. Men med LED kan två produkter med samma watt ge olika mycket ljus beroende på hur den är utformad och hur den drivs. När du ska välja LED så titta på hur mycket ljus ljuskällan ger (lm). Här nedanför ser du en förklarande sammanställning från energimyndigheten som jämför äldre ljuskällor med LED:

Alla värden är ungefärliga. Spannet beror på att olika typer ger något olika värden. Skillnaderna kan dock normalt inte uppfattas med blotta ögat. Lumen för reflektorlampor gäller inom en ljuskägla med 90° utstrålningsvinkel.

Tabell Watt till Lumen

Livslängd (ljusbortfall)

LED går sällan sönder och fortsätter att lysa ned till väldigt låga nivåer tillskillnad mot vanliga ljuskällor som går sönder och slutar lysa helt. Ljusflödet minskar gradvis och mycket långsamt.

Gällande armaturstandard föreskriver därför att livslängden för LED-moduler ska anges i antal timmar (h) när minst en given procent av ljusflödet återstår (bibehållningsfaktor) med ett L-värde (LX). LED avsedda för belysningsändamål måste ha minst 70% av ljusflödet kvar (L70), även högre värden som (L80), (L90) kan anges.

Som komplement anges även ett B-värde (bortfallsprocent) som anger den del av en population som maximalt förväntas underskrida detta värde (By). För LED-moduler anges normalt ett bortfall på endast 10% (B10) men kan även anges som en medellivslängd med ett bortfall på 50% (B50) precis som för andra ljuskällor. B10 är med andra ord bättre än B50.

L70 B10 50 000h innebär att 90% kommer lysa med minst 70% av det ljusflöde produkten hade som ny efter 50 000 timmar.

L70 B50 50 000h innebär att 50% kommer lysa med minst 70% av det ljusflöde produkten hade som ny efter 50 000 timmar och kan ses som medellivslängd.

Eftersom ljusbortfallet påverkas negativt och mycket snabbt om värmen runt dioden ökar, kompletteras mätningen med omgivningstemperaturen (Ta) och bör överensstämma med den som gäller vid normala driftförhållanden. Om inget värde för omgivningstemperatur (Ta) anges så gäller uppgifterna vid normal rumstemperatur 25°C.

L70 B10 50 000h Ta 45°C innebär att minst 90% kommer lysa med minst 70% av det ursprungliga ljusflödet vid en omgivningstemperatur på 45°C efter 50 000 timmar.

Vi anger alltid ljusmängden och livslängden mätt på armaturen vid faktiska driftförhållanden.

Temperaturens inverkan

Diodens livslängd och ljusutbyte påverkas till största del av värme. Faktorerna som påverkar värmen i dioden är strömstyrka, värmeavledning och omgivningstemperatur. Eftersom LED inte avger värme i form av IR-strålning och endast en del av energin blir ljus måste värmen som skapas ledas bort till omgivande armaturdelar som sedan kyls av. Ökad värme påverkar LED-prestanda både på kort och lång sikt. Kortsiktigt med färgförändring och minskat ljusutbyte. Långsiktigt med ett snabbare ljusbortfall och därmed kortare livslängd.

Den förväntade livslängden påverkas av faktorer som:

  • Typ av LED och kvalitet (tillverkning)
  • Med vilken strömstyrka den drivs
  • Miljö och omgivningstemperatur där produkten installeras
  • Drivdonets kvalitet
  • Armaturkonstruktion och materialval