Lysdioder til belysning 2010

Lysdioder til belysning 2010 - status for fremtidens lyskilde Status for lysdioder Lysdioder som belysning Lysdioders egenskaber Belysning og energibesparelser

Lysdioder til belysning 2010 I Dam Auditoriet på Panum Instituttet i København er der udskiftet glødepære-downlights på 60 W med lysdiode downlights på 12 W. Foto: Thorn Lighting 2

Indhold 1 2 3 4 5 6 Indledning Opfundet i 1962 Hvad er en lysdiode? Status for lysdioder Markedsudvikling Effektive hvide lysdioder Effektive armaturer med lysdioder Lysudsendelse Effektive farvede lysdioder Pris pr. lumen 11 myter om lysdioder Lysdioder som belysning Hvad kan lysdioder? Levetid Farvegengivelse Effektivitet Farvetemperatur Fordele og ulemper Udformninger OLED Lysdioders egenskaber Lystekniske egenskaber Termisk design Sikkerhed Farvestabilitet - binnings Belysning og elbesparelser Eksempler Mere information om lysdioder 4 4 6 8 9 9 10 10 11 11 12 14 15 16 17 18 18 19 21 21 22 22 24 25 25 26 26 34 LYSDIODER til belysning 2010 er udarbejdet af Kenneth Munck, Astrid Espenhain og Katrin Barrie Larsen, DANSK CENTER FOR LYS november 2009 for ELSPAREFONDEN. ELSPAREFONDEN, Danneskiold-Samsøes Alle 55, 1434 København tlf. 7026 9009 www.elsparefonden.dk DANSK CENTER FOR LYS, Engholmvej 19, 3660 Stenløse tlf. 4717 1800 www.centerforlys.dk LAYOUT: HJ Grafi sk. Pjecen kan DOWNLOADES på Elsparefondens hjemmeside, www.elsparefonden.dk 3

INDLEDNING 1Formålet med denne statusrapport er at give et billede af lysdioder til belysning Med EU s udfasning af glødepæren og planerne for at udfase både de mest energiforbrugende halogenpærer og kviksølvlamper er der sat ekstra fokus på lysdioderne som alternativ til de mest anvendte lyskilder. Udviklingen inden for lysdioder er gået meget stærkt, og i de kommende år sættes ekstra skub på nye løsninger. Derfor ændrer specifikationer, egenskaber og anvendelsesmuligheder sig hele tiden. Denne rapport gør status over, hvad lysdioderne kan i dag og hvordan de ventes at udvikle sig i de kommende år. Rapporten udkom første gang i 2006 og er opdateret i december 2007 og november 2009. I løbet af de tre opdateringer er der sket en rivende udvikling med lysdioderne. Udviklingen er gået fra, at lysdioder var et udpræget nicheprodukt, til det nu er det mest optimale valg i en række situationer. Der er dog stadig langt til, at lysdioder skal anvendes overalt. Publikationen er tænkt som et opslagsværk og en grundlæggende indføring i, hvordan lysdioden eller LED (Light Emitting Diode) fungerer, hvilke fordele og ulemper lysdioderne har, og hvilke elbesparelser man kan forvente ved at anvende lysdioder til belysning. Målet er at inspirere arkitekter, ingeniører, installatører, konstruktører, designere, elselskaber, kommuner og belysningsbranchen og andre til at udnytte denne nye lyskilde, der uden enhver tvivl vil få en stor plads i alle former for belysning i løbet af de næste 3-10 år. Kapitel 1 fortæller kort om den historiske udvikling og nogle af de mange myter omkring lysdioderne. Kapitel 2 beskriver forskellige diodetyper, hvordan lysdioder virker og gennemgår de vigtigste lystekniske parametre. Kapitel 3 og 4 går i dybden med de tekniske egenskaber og indeholder oplysninger til dem, der skal i gang med at designe belysning med lysdioder. Kapitel 5 gennemgår en række anvendelseseksempler og viser hvor store elbesparelser, der kan opnås ved at anvende lysdioder. Kapitel 6 samler kildehenvisninger og links til yderligere oplysninger. Lanceret i 1962 Lysdioden, som vi kender den i dag, blev lanceret første gang i 1962 af firmaet General Electric, men først i 1968 kunne HP og Monsanto sende de første røde lysdioder på markedet. Dengang var der ikke nogen, der havde forestillet sig, at man engang kunne få lysdioderne til at give hvidt Lysdioder i dag har meget forskellig udformning. Her er monteret 7 enheder på samme print. Foto: Prolys Scandinavia. 4

INDLEDNING lys, eller at de kunne anvendes til andet end indikatorer på radioer, fj ernsyn og andre elektriske apparater. Først sidst i 80 erne begyndte de farvede lysdioder at blive så kraftige, at de kunne anvendes til effektbelysning. I 1993 kom gennembruddet for de blå lysdioder, der viste sig at blive en afgørende forudsætning for væksten inden for de hvide lysdioder til belysning, idet de blå lysdioder via et fosforiserende lag kan konvertere det blå lys til hvidt. En milepæl blev nået i 2006, idet 50 lm/w blev nået. I 2007 blev dioder med 100 lm/w lanceret i laboratoriet og i 2009 var det muligt at købe lysdioder med 132 lm/w. I dag har vi så efter en række år, hvor teknologien har modnet sig, fået lysdioder på markedet, der kan anvendes til egentlig belysning både som hvide i forskellige farvetemperaturer og som farvede. Vi har fået en epokegørende lille og robust lyskilde med en meget lang levetid sammenlignet med de øvrige lyskilder, der er på markedet. Med lysdioder er det nu lettere at integrere lys i arkitektur, i veje, i møbler og i produkter på en helt ny måde. Lysdioderne er blevet så gode og effektive, at de står på tærsklen til at kunne udkonkurrere en række af de eksisterende lyskilder. De har for alvor vist deres potentiale og vil udvikle sig ganske hurtigt i årene fremover. Lysdioderne er interessante som lyskilder blandt andet fordi: De lyser fremad og er ikke rundstrålende De har lang levetid De giver øjeblikkeligt fuld styrke De er fuldt dæmpbare uden farveændring (hvis elektronikken kan dæmpe) Der er ingen infrarød (IR) eller ultraviolet (UV) stråling i lyset De har en væsentlig højere effektivitet end glødepærer og halogenpærer. Pt. er effektiviteten generelt på højde med sparepærer og de mest effektive har nået lysstofrør. De er mekanisk robuste De er små De tåler kulde De kan give meget mættede farver De indeholder ikke kviksølv som lysstofrør De kan give store elbesparelser Lysdiodens udvikling fra 1962-2009 GE udvikler den første LED HP og Monsanto markedsfører de første røde LED LED i orange, gul og grøn LED med lysudsendelse på 1-10 lumen LED med 10 lm/w LED med 20 lm/w med ny lysdiode teknologi Gennembrud for den blå LED 75 lm/w for røde LED 30 lm/w for hvide LED 74 lm/w hvide i laboratorium 1000 lm fra én hvid LED i laboratorium 80 lm/w for hvid i laboratoriet 38 lm/w for hvide LED 50 lm/w for hvide LED 135 lm/w for hvide LED i laboratoriet 132 lm/w for hvid LED med Ra<80 1962 1968 1976 <1985 1990 1993-1999 2003 2004-2005 - 2006 2007 2009 5

INDLEDNING Plastik Linse Anode LED Chip Krop Katode Tværsnit af lysdiode Køleplade Effektiviteten stiger stadig ganske voldsomt, og lysudbyttet er i de senere år fordoblet hvert tredje år. Senest er fordoblingen sket på bare to år. Om denne vækst vil fortsætte i de kommende år er ikke sikkert, men det er sikkert, at lysdioder er kommet for at blive. I takt med at kvaliteten og effektiviteten forbedres, vil lysdioderne i løbet af de næste 2-8 år oversvømme boliger, kontorer og veje både i den private og offentlige sektor. Årsagen er, at lysdioderne har mange fordele, der er interessante i den traditionelle belysning, og at de på grund af størrelsen og egenskaberne kan anvendes inden for helt nye områder. Energimæssigt byder lysdioderne også på interessante perspektiver, idet effektiviteten fortsat vil vokse og nu har nået samme effektivitetsniveau som sparepærer og lysstofrør og dermed kan konkurrere energimæssigt med de mest udbredte lyskilder til indendørs brug. Udendørs på veje, parker og stier har levetid, størrelse og robusthed så stor økonomisk betydning, at der også her vil blive integreret mange lysdioder i løbet af de kommende år. Specielt udendørs har man ikke helt så store krav til farvegengivelsen som indendørs, så her vil lysdioderne uden tvivl boltre sig i årene fremover. Men allerede i dag er der stor interesse for at anvende lysdioder som erstatning for de traditionelle lyskilder, da lysdiodernes levetid og robusthed giver meget store fordele i den udendørs belysning. En vigtig parameter er driftsomkostningerne og hvorledes man hurtigt og billigt får udskiftet lysdioderne, når de er integreret i et armaturhus. Lysdioderne er på mange måder fremtidens lyskilde og ventes om få år helt at kunne udkonkurrere sparepærer, halogenpærer og glødepærer, både hvad effektivitet og kvalitet angår. Dog vil der, primært på grund af prisparameteren, stadig være områder, hvor det ikke er fornuftigt at anvende lysdioder, og hvor de traditionelle lyskilder er det bedste valg. Hvad er en lysdiode? Lysdioder er små elektroniske halvlederchip, der i sig selv udsender lys, når der sendes strøm igennem dem. Der er ikke, som i andre lyskilder, kviksølv, glas eller gasser under tryk. De fås både i rød, grøn, blå og en række andre farver samt i hvide. 6

INDLEDNING Roskilde Museum har skiftet til lysdioder i sin udstilling. Foto: Lumodan. 7

STATUS FOR LYSDIODER 2Anvendelsen af lysdioder er i dag allerede vidt udbredt og har fundet anvendelse mange steder Ser man på, hvor langt lysdioderne og brugen af dem er kommet i dag, så anvendes lysdioderne allerede til mange forskellige belysningsformål. Lysdioderne har således langsomt men sikkert banet sig vej ind på områder, der tidligere var forbeholdt traditionelle lyskilder som lysstofrør, glødepærer og halogenpærer. De tidligste anvendelser af lysdioder til belysningsformål var til skilte på butikker, tankstationer og virksomheder, der ønskede deres navn eller logo oplyst, når det bliver mørkt. Så kom dioderne til markeringslys til at vise vej, til at adskille vejbaner, til trafiksignaler og til informationstavler. Diodernes første indtog på belysningsområdet var til belysning i lystbåde, i køkkenskabe, integreret i trapper, hylder og mange andre steder, hvor kravet til lysmængden ikke er så stort. Men nu hvor lysdioderne er blevet mere effektive, kan de anvendes til egentlige belysningsformål i arbejdslamper, til gangbelysning, kontorbelysning, til scenebelysning, facadebelysning og som nedgravningsspots, der kan belyse vægge, beplantning eller andre ting i det offentlige rum. Vi har set lysdiodernes farvespil anvendt til terapeutiske formål f.eks. på hospitaler, og vi har set lysdioder i kombination med traditionelle lyskilder blandt andet sparepærer med natfunktion, hvor lysdioderne står for lyset om natten på et lavere niveau. Vi har også fået en række lyskilder med lysdioder forsynet med standardfatninger til erstatning af gløde- og halogenspots. Bilindustrien og digitalkameraindustrien er de områder, der har skubbet kraftigst til udviklingen af billigere og mere kraftige lysdioder. De fleste moderne biler har i dag lysdioder som stop-, bag- og baklygter. Lysdioder sidder som kabinebelysning og naturligvis også i instrumentpanelet. Flyindustrien er begyndt at tage lysdiodernes lange levetid og vibrationsstærke udformning til sig, ligesom elevatorindustrien også i stigende grad udnytter, at lysdioderne tåler rystelser og har meget lange vedligeholdelsesintervaller. Selv Dronningens historiske og bevaringsværdige kjoler i montrerne på Rosenborg Slot er oplyst af lysdioder. Fra udstillingen Dronningens kjoler. Lysdioderne giver længere levetid og reduceret varmebelastning på de gamle kjolestoffer. Foto: Lumodan 8

STATUS FOR LYSDIODER Markedsudvikling Markedet for lysdioder er vokset kraftigt siden 1995, med mobiltelefonindustrien som største aftager. Salget af hvide lysdioder steg med 42 % fra 2005-2006 samtidig med at priserne faldt 20-30 % og fra 2007 til 2008 steg salget med 8 % til 5,1 mia. US $. Selv med et forventet fald i 2009 til 4,9 mia. US$ er der ifølge analysevirksomheden Strategies Unlimited ingen andre lyskilder, der kan fremvise så kraftige vækstrater. Sandia National Laboratories i USA, der støttes af det amerikanske energiministerium, venter at lysdioderne over de næste 20 år vil erobre mellem 16-47 % af det samlede belysningsmarked, afhængigt af hvor kraftigt der investeres i lysdiodeudviklingen. Lm/W er et udtryk for lysudsendelsen pr. Watt. 100 lm/w har i de senere år været et strategisk mål for lysdiodeproducenterne og for belysningsbranchen, og det blev nået i 2009. Næste mål er ifølge det amerikanske energiministerium 188 lm/w på markedet og det ventes at kunne nås i 2015 for koldhvide lysdioder (se tabel). Samtidig ventes prisen at falde dramatisk fra 46$/1000 lm i 2009 til 4$/1000 lm i 2015. I 2015 ventes dioderne at nå 188 lm/w med en Ra-værdi mellem 70-80 og prisen ventes samtidig at falde til en tiendedel. Beregninger viser, at når 100 lm/w bliver almindeligt udbredt til belysning, vil de mulige elbesparelser alene i USA løbe op i, hvad der svarer til 29 store kraftværker. Det er så store elbesparelser, at lysdioderne burde stå meget højt på listen over klimavenlige teknologier der skal arbejdes på at få i anvendelse. Ser man alene på elbesparelsespotentialet for lysdioder, findes der ingen anden teknologi med et større potentiale, hverken inden for køle-, varme- eller maskinområdet, hvilket sætter teknologien i et meget interessant perspektiv. Enhed 2009 2010 2012 2015 LED effektivitet (2800-3500 K, Ra >=85) lm/w 83 97 114 138 LED pris (2800-3500 K) $/1000 lm 46 25 11 4 LED effektivitet (4100-6500 K, Ra=70-80) lm/w 132 147 164 188 LED pris, 4100-6500 K $/1000 lm 25 13 6 2 Tabel over forventet udvikling i pris og effektivitet. Kilde: Det amerikanske energiministerium, DOE Effektive hvide lysdioder De mest effektive hvide lysdioder i handlen har nået en effektivitet på 132 lm/w, dog kun i meget kolde lysfarver. Typisk ligger de fleste af de kraftige lysdioder omkring 60-80 lm/w og giver nu så meget lys fra sig at det er muligt at anvende dioder til meget lyskrævende opgaver som udendørsbelysning og lignende. Mange hvide lysdioder har stadig en forholdsvis lav farvegengivelse omkring 70-80 og en kold farvetemperatur. Men i dag findes lysdioder med Ra-værdi over 95. Ra-værdien er en parameter fra 0-100, der viser hvor god en lyskilde er til at gengive en række referencefarver. 100 er den maksimale farvegengivelse og svarer til dagslyset, der indeholder alle regnbuens farver. En glødepære har Ra-værdi på 99, og de fleste lysstofrør har Ra-værdi 80-85. Effektivitetsmæssigt er de kommercielt tilgængelige lysdioder op til 10 gange så effektive som glødepærer, 3-5 gange så effektive som halogenpærer, og væsentligt mere effektive end sparepærer, der har en effektivitet på typisk 50-60 lm/w. I 2005 forudsagde de største lysdiodeproducenter, Osram, Philips Lumileds, Nichia og Cree samt de forskere, som arbejder intenst på dette område, at vi i løbet af 2006 ville se hvide lysdioder i handlen med 50 lm/w og at der i de efterfølgende 3-5 år ville komme hvide lysdioder med op imod 80 lm/w. Disse mål er for længst nået og det er således gået hurtigere end forventet. 9

STATUS FOR LYSDIODER Udvikling inden for lyskilder Im/w 200 175 150 125 100 75 50 25 0 1970 1980 Lysstofrør 1990 Farvede lysdioder Grafen viser udviklingen i lyskilders effektivitet. Ved kraftig investering i forskning og udvikling kan lysdioder nå over 200 lm/w. Kilde: US Energy Department OLED 2000 2010 2020 Hvide LED (Lab) Hvide LED (marked) 2030 reflektor, linse og afskærmning. Flere traditionelle lyskilder (f.eks. glødepærer og lysstofrør) udsender lyset i alle retninger, hvilket betyder, at lyset skal ledes ud af armaturet ved hjælp af en reflektor eller optik. Det giver anledning til tab og mindsker armaturvirkningsgraden. Men da mange diodelyskilder sender al lyset fremad, vil behovet for reflektorer blive mindre og derved reduceres tabet i armaturet, som vil føre til en højere virkningsgrad og dermed et lavere elforbrug. I en række nye armaturer med lysdioder ser man lysdioder placeret med forskellig vinkling i forhold til armaturets hovedretning, hvilket betyder, at lyset fra dioden kan rettes direkte derhen, hvor der er brug for det. Lysudsendelse En af lysdiodernes klare fordele er deres små dimensioner. Til gengæld er den samlede lysudsendelse (lumenpakken) normalt ikke så stor. Den svinger fra 0,1 lumen til ca. 1000 Forskere fra blandt andet National Sandia Laboratorium i USA har beregnet en mulig teoretisk grænse på 200 lm/w, hvis der investeres intensivt i udviklingen. 200 lm/w er langt højere end nogen anden lyskilde på markedet og forventes at blive nået i 2025. Andre forskere taler om teoretiske grænser på over 300 lm/w, endda med en god farvegengivelse. Effektive armaturer med lysdioder Ligesom det er tilfældet for lyskilder, er forskellige armaturer mere eller mindre effektive. Armaturets effektivitet angives ved en armaturvirkningsgrad, der er defineret som forholdet mellem den mængde lys armaturet udsender i rummet, og den mængde lys selve lyskilden i armaturet udsender. En del af lyset fra lyskilden absorberes i armaturet, f.eks. i Lysdiodearmaturet, F+P 550 designet af Foster + Partner. Foto: Louis Poulsen Lighting. 10

STATUS FOR LYSDIODER lumen for de kraftigste lysdioder, som ikke er større end en 2 krone. Omkring 300 lumen er tilstrækkeligt til en række spotlamper, arbejdsbelysning og effektbelysning. Skal man anvende lysdioder til belysning på kontorer og på veje, skal der samles mange lysdioder i armaturet for, at lysniveauet kan nå op på de krævede niveauer. Men forskerne arbejder også på at øge den samlede lysudsendelse. De kraftigste enkeltchip lysdioder på markedet giver i dag omkring 300 lumen, hvilket stadig er en del fra et standard 36 W lysstofrør, der giver 3350 lumen. Det er også mindre end for 60 W glødepæren, der er ved at blive udfaset, og som giver 720 lumen. Sætter man mange lysdioder sammen, kan man nå lysniveauer, som er tilstrækkelige til kontorer, butikker, veje og stier. Prisen på lysdioder svinger meget fra få kroner pr. styk til flere hundrede kr. pr. styk, afhængig af farvekvalitet, effektivitet og lysmængde. For at kunne sammenligne lyskilder, sammenligner man ofte prisen pr. 1000 lumen. Et standard 36 W lysstofrør til 45 kr. giver 3350 lumen og koster således 13 kr. pr. 1000 lumen. Tilsvarende koster hvide lysdioder typisk 300-800 kr. pr. 1000 lumen. Tommelfingerreglen er, at lysdioder er ca. 20-30 gange dyrere pr. 1000 lumen end tilsvarende traditionelle lyskilder. Prisen pr. styk eller pr. 1000 lumen er imidlertid ikke den eneste økonomiske parameter, der indgår i prisen for et samlet belysningsanlæg. Levetiden og udskiftningsomkostningerne indgår også, når det samlede regnskab skal gøres op, og her lever dioderne væsentligt længere end andre lyskilder Effektive farvede lysdioder En af årsagerne til lysdiodernes store fremgang har fra start været de mange farvemuligheder. De farvede lysdioder anvendes i stor udstrækning til skilte, farveeffekter i butikker, barer, hoteller samt til trafiklyssignaler. Lysdioder findes i dag i mange forskellige farver, hvor hver enkelt diode kun udsender lys i én bestemt farve. Der findes lysdioder i rød, grøn, gul, amber, orange, blå, cyan og varianter af disse farver. Ved at blande lyset fra de farvede lysdioder rød, grøn og blå opnås mulighed for at blande stort set alle tænkelige farver inkl. hvid (RGB-metoden). Pris pr. lumen Prisen på en lyskilde sammenholdt med levetiden og lysmængden er afgørende for, hvilke anvendelser der er relevante. Office Air med lysdioder fra Nimbus Group. 11

STATUS FOR LYSDIODER og skal typisk slet ikke udskiftes, før hele installationen med tiden skal ændres. Hvis omkostninger til lyskildeudskiftning i belysningsanlæggets levetid medregnes, vil regnskabet se mere positivt ud for lysdioder, da de har levetider, der er op til 50 gange længere end for glødepærer, 25 gange længere end for halogenpærer og 2-3 gange længere end for lysstofrør. Derudover er priserne på lysdioder faldende. I de sidste 2-3 år er prisen pr. lysdiode faldet med ca. 20 % pr. år, og det vil uden tvivl fortsætte samtidig med, at dioderne bliver mere effektive og kan udsende mere lys. Hvis man skal købe lysdioder i større antal, er priserne lavere, men skal man have dem inden for ensartede farvesorteringer (bins), bliver priserne højere, da de skal sorteres. Priserne er baseret på køb i små styktal på danske hjemmesider og derfor er priserne generelt højere end priserne opgivet i tabellen fra DOE på side 9. 11 myter om lysdioder (LED) 1. Lysdioder afgiver ikke varme 2. Lysdioder bruger næsten ingen energi 3. Lysdioder lever i 100.000 timer 4. Lysdioder giver ikke tilstrækkeligt lys til belysningsformål 5. Lysdioder har ikke tilstrækkelig farve-gengivelse til belysningsformål 6. Højeffektive lysdioder er dyre 7. Lysdioder er mere effektive end nogen anden lyskilde 8. Lysdioder giver blåligt lys 9. Lysdioder kan anvendes til alle belysningsformål 10. Det er kompliceret at anvende lysdioder 11. Øjnene tager skade af at kigge ind i lysdioderne Myterne passer ikke Lyskilder Lysmængde Stykpris kr. Pris pr. 1000 lm Effektivitet Levetid Effektforbrug Størrelse mm (lm) (ved 10 styk) kr. (ved 10 styk) lm/ Golden Dragon 45 lumen ved 24,10 534,- 45 lm/w 70000 timer 1W ex driver 11x6x1,8mm Osram 3500K, 350 ma (16,35) (365,-) ved 4 o C Ostar, Osram 510 lumen ved 257,00 504,- 33 lm/w 70000 timer 15W ex driver 22 x 20 mm 3500 K, 350 ma (175,22) (343,-) ved 4 o C Rebel, Philips 60 lumen ved 29,30 488,33 54 lm/w 50000 (100 o C) 1,1W ex driver 4,61x3,17x2,1 mm Lumileds 3500 K, 350 ma Lysstofrør T8 3350 lumen 43,50 13 85 lm/w 20000 39 W inkl. 1200x26 36W 3000 K forkobling 12

STATUS FOR LYSDIODER Myterne passer ikke: 1. En af de mest forkerte antagelser er, at lysdioderne ikke afgiver varme. Faktisk er varmeafl edning en af de vigtigste parametre at have styr på, når man designer armaturer til lysdioder. Lysdiodernes levetid reduceres væsentligt, hvis de ikke kan komme af med varmen. Diodernes lys indeholder derimod ikke varmestråling, som glødepærer og halogenpærer. 2. Lysdioderne bruger naturligvis energi, og der findes efterhånden en række eksempler på, at der kan opnås elbesparelser med lysdiodeløsninger, men det gælder langt fra altid. 3. Levetiden er en af lysdiodernes afgørende styrker. Lysdioder kan godt leve i 100.000 timer, men der kommer ikke ret meget lys ud af dem. Der findes standardmetoder (L70 og L50) til at specificere levetiden for lysdioder. L50 er levetiden, når lysudsendelsen er reduceret til 50 %. 4. Lysdioder kan i mange tilfælde give tilstrækkeligt lys til egentlige belysningsformål. Diodernes styrke ligger i dag i områder, hvor afstanden mellem lyskilde og objekt er relativt lille, til spots og til steder med vibrationer og små pladsforhold eller hvor andre lyskilder ikke kan anvendes. 6. I en række tilfælde giver den lange levetid og de reducerede udskiftningsomkostninger en bedre økonomi end med traditionelle lyskilder. Ser man alene på stykprisen eller på kroner/lumen, er lysdioderne i dag væsentligt dyrere end traditionelle lyskilder, men prisen falder løbende. 7. Dioderne nærmer sig med hastige skridt de mest effektive lyskilder. Der findes dog mere energieffektive lyskilder som lysstofrør, højtryksnatrium- og metalhalogenlamper. Målt i lysmængde pr. tilført effekt (lm/w) er de bedste lysdioder mere effektive end glødepærer og halogenpærer og på niveau med sparepærer. De allermest effektive er på niveau med lysstofrør. 8. Lysdioder fås i dag med mange forskellige farvetemperaturer både kolde, neutrale og varme. Typisk er de blålige og kolde, men de fås i varmhvide med samme varme farvetemperatur som glødepærer. 9. Lysdioder kan ikke anvendes til alle belysningsformål. Deres fysiske størrelse, de relativt små lysmængder og manglen på standardiserede sokler samt prisen gør, at lysdioder ikke er egnede til alle formål. 5. Farvegengivelsen (Ra-værdi) for lysdioder svinger meget fra 60 til omkring 95. Det betyder, at man kan få god lyskvalitet, som er i nærheden af gløde- og halogenpærer. Til en række formål spiller farvegengivelsen dog ikke nogen afgørende rolle, men til almene belysningsformål skal den være over 80. 10. Der findes lysdiodeløsninger med standardfatninger som enkelt kan erstatte glødepærer og halogenrefl ektorpærer. Men skal man selv udvikle armaturer, er der en række nye områder, man skal tage hensyn til, blandt andet varme, driver, montering og indkapsling. 11. Selv om lysdioderne er meget skarpe og har en høj luminans, så får man ikke øjenskader ved at kigge ind i lysdioderne. Man bør dog ikke se ind i dem i længere tid. 13

LYSDIODER SOM BELYSNING Anvendelsesmulighederne for lysdioder til belysning er mange. Allerede i dag har lysdioderne vist, at de kan anvendes til belysningsformål, og selv om lysdioderne stadig er i en tidlig udviklingsfase, er der ingen tvivl om, at brugen af lysdioderne til belysning vil vokse hurtigt. Over det meste af verden forventes det, at lysdioder til belysning vil vinde kraftigt ind på markedet i løbet af de næste 5-10 år. Alene i USA ventes lysdioderne i 2025 at dække over 40 % af det samlede marked for belysning. Med de lovende resultater, der er fremvist i laboratorierne, er kursen for kraftigere lysdioder stukket ud. Både 100, 120 og 130 lm/w for de hvide lysdioder er demonstreret i forskellige udviklingslaboratorier, og det er med til at understrege det store potentiale og de mange muligheder, der er i lysdiodebelysning. 50 lm/w har gennem flere år været en magisk grænse, men den er for længst nået. 100 lm/w er i dag muligt, og den næste magiske grænse er 150 lm/w. Et andet mål er at opnå en høj effektivitet ved farvetemperaturer på 2700 K og med farvegengivelse over 80. Det er langt sværere, men det arbejdes der ihærdigt på. Når disse mål nås og dioderne bliver billigere, vil lysdioderne blive et naturligt valgt i rigtigt mange typer belysningsløsninger. 3Over det meste af verden forventes det, at lysdioder til belysning vil vinde kraftigt ind på markedet Første trin i lysdiodernes indtog har været de områder, hvor der ikke er behov for kraftige belysningsstyrker, eller hvor de farvede lysdioder har givet nye muligheder for farvet lys. Andet trin har været områder, som ikke tidligere har kunnet belyses med traditionelle lyskilder, eller hvor monteringsforholdene er vanskelige eller utilgængelige. Det er eksempelvis områder med mange rystelser som biler, elevatorer, fly og bærbare elektronikprodukter. Det er områder, hvor størrelsen af lysdioderne gør, at der nu kan integreres lys i produkterne. Brobelysning, markering af trapper, trin og kanter er også blandt de første anvendelseseksempler, hvor lysdioderne kan placeres integreret i gelændere og rækværk eller nedgravet i jorden. Dioderne gør det nemlig muligt at designe meget små og flade armaturer. Axelborg foto - ikke med på CD? Axelborg - elevator med lysdioder. Foto: Lumodan 14

LYSDIODER SOM BELYSNING Hertil kommer områder, hvor det er dyrt at udskifte lyskilderne. Det er typisk højt placerede steder, steder hvor det kræver lift eller er besværligt og tidskrævende at komme til. Tredje udviklingstrin for lysdioderne er spot- og effektbelysning i boliger, hoteller, butikker, bygninger, trapper, gange, museer og så videre. Fjerde trin bliver anvendelse af lysdioder til kontorbelysning og udendørsbelysning, som vi kun lige har set de allerførste eksempler på. I kontorer kræves normalt et farvegengivelsesindeks over 80 og farvetemperaturer omkring 3000 K og det har en del lysdioder stadig svært ved at klare med høj effektivitet, så man skal vælge lysdioder med omhu. I takt med at lysdioderne bliver kraftigere og billigere, vil hele området for udendørsbelysning blive interessant, idet den lange levetid og tiden mellem serviceintervallerne gør lysdioderne særdeles interessante til udendørsbelysning. Hertil kommer de mange arkitektoniske muligheder på facader, pladser og stier, hvor lysdioderne kan indbygges og nedgraves og samtidig sikres mod hærværk og fugt. Udviklingsvejen for anvendelser Markering og skilte Mobiltelefoner og biler Effektbelysning med farver Montrer og elevatorer Gange og kølerum Butiksbelysning Arbejdslamper Udendørsbelysning og vejbelysning Boligbelysning Almenbelysning i kontorer, gange og skoler Hvad kan lysdioder? Lyskilder har alle en lang række spændende egenskaber og en række ulemper. Det vigtigste er at vurdere, hvad lyskilden Belysning med lysdioder på Museum Zeughaus i Mannheim. Foto: Zumtobel 15

LYSDIODER SOM BELYSNING kan tilføre en løsning. Man bør ikke vælge lysdioder uden at have overvejet, hvilke krav man har til lyskilden og belysningen ud fra en række lystekniske krav og kvalitetsegenskaber, som beskrives i det følgende. Effektiviteten målt i lm/w er som beskrevet tidligere en af de vigtige parametre, der altid bør overvejes ved valg af lyskilder. En anden parameter er lysets farvekvalitet. Her er de bedste lysdioder næsten på niveau med halogen- og glødepærer, og de er i en række tilfælde mindst lige så gode som lysstofrør og sparepærer, hvad angår farvegengivelsen. Diodeproducenterne har i dag store problemer med at producere lysdioderne ensartet med hensyn til farvetemperatur, lysintensitet og effektivitet. Det betyder, at der selv inden for den samme diodeproduktion er meget store produktionstolerancer. Det skal man være opmærksom på, når man arbejder med lysdioder, så man ikke risikerer, at hvide lysdioder, der skal sidde på en række, ser forskellige ud. Selv små nuanceforskelle i den hvide lysfarve kan opfattes af øjet og kan ødelægge oplevelsen af belysningen på en hvid væg. Produktionstolerancerne betyder, at producenterne må sor- tere lysdioderne i forskellige farvekvaliteter (bins), som kan bestilles hos de mest seriøse lysdiodeproducenter, dog mod merpris. Denne sortering betyder, at man får mere ensartede lysdioder, hvor farveforskellen er inden for visse tolerancer. Levetid Der er i dag stor forskel på lysdioders levetid og kvalitet fra producent til producent. Selv om der specificeres meget lange levetider, afhænger levetiden af mange ting. Man skal være opmærksom på de betingelser, der skal opretholdes, hvis de lange levetider skal opnås. Levetiden opgives i dag forskelligt fra de forskellige lysdiodeproducenter. Men sammenslutningen ASSIST, som består af de største diodeproducenter, har udarbejdet retningslinjer, der anbefaler, at der både specificeres L70, L50 og B50 og B10 levetidsværdier. L70 og L50 er betegnelser for levetider indtil henholdsvis 70 % og 50 % af lysmængden er tilbage. B10 og B50 er tiden indtil henholdsvis 10 % og 50 % af dioderne fejler. Formålet med alle fire levetider er at give det fulde billede af levetidens sammenhæng med temperatur og strømbelastning. A B C 400 500 600 700 nm 400 500 600 700 nm 400 500 600 700 nm A: Spektralfordeling for et 1-pulver lysstofrør på 2700 K Kilde: Elektriske Lyskilder, Lysteknisk Selskab B: Spektralfordeling for et 3-pulver lysstofrør på 4000 K C: Spektralfordeling for en hvid lysdiode 16

LYSDIODER SOM BELYSNING Ved at se på alle disse forskellige levetider, får man et langt mere detaljeret billede af holdbarheden af produkterne. Det som er vigtigt at vide er, at der er en række parametre, som har indflydelse på levetiden og som hænger tæt sammen med omgivelsestemperaturen og hvor godt lysdioderne er kølet. Den primære parameter er således temperaturen. Har man designet køleforholdene for dårligt, så temperaturen når over det anbefalede maksimum, vil levetiden forkortes. Her siger tommelfingerreglen, at hvis man forøger chiptemperaturen (junktiontemperaturen) med 10 grader, vil levetiden halveres. Men også strømstyrken har indflydelse på levetiden; jo større strøm man sender gennem dioderne, jo højere bliver temperaturen inde i dioden. Lysdioderne skal jo også drives af en driver, og den skal, hvis det skal give mening at anvende lysdioder, have samme levetid. Både Osram og Philips Lumileds har som standard 50.000 timers levetid for deres drivere, men der findes som nævnt mange forskellige produkter og kvaliteter på markedet. Det er ikke ualmindeligt med levetider på 10-15.000 timer for en driver til lysdioder, så her skal man være opmærksom, hvis man ønsker lang levetid. Farvegengivelse Lyskilders evne til at gengive farver hænger sammen med det farvespektrum, som lyskilden selv udsender. Udsendes intet lys i en del af farvespektret, kan lyskilden ikke gengive de pågældende farver. Giver lyskilden kun lidt lys i et farveområde, vil ikke alle nuancer kunne gengives. Hvis lyskilden giver meget rødt og varmt lys som glødepæren, vil den fremhæve de røde farver. Glødepæren indeholder alle farver, men udsender mindre lys i det blålige område, derfor ses der normalt stor forskel på farver i glødepærelys og i dagslys (selv om de begge kan gengive alle farver). Evnen til at gengive farver anvendes kun for hvide lyskilder og angives med et farvegengivelsesindeks en Ra-værdi mel- Loftarmaturet Q64in fra Nimbus Group. lem 0 og 100, hvor 100 er bedst. Værdien angiver, hvor god lyskilden er til at gengive 8 referencefarver. Dagslys har den bedste farvegengivelse på 100, gløde- og halogenpærer har en farvegengivelse på 99 og sparepærer og almindelige lysstofrør har en farvegengivelse på lidt over 80. Lysstofrør produceres dog med Ra-værdier fra 50-98 og fås derfor i udgaver med speciel god farvegengivelse, der næsten er på højde med glødepærer. Til sammenligning har de bedste hvide lysdioder en Ra-værdi op til 95, hvilket er tæt på halogenglødepærer og de bedste lysstofrør. Mange lysdioder ligger dog i området 65-75, hvilket ikke er tilstrækkeligt til indendørs arbejdsbelysning. Ifølge standarden DS 700 kræves en Ra-værdi på 80 til arbejdsbelysning på kontorer. Lysstofrør kan normalt gengive de fleste farver, men har huller eller dybe dale i farvespektret, som betyder at deres evne til at gengive farver i disse områder er dårlig. Lysdioder har normalt ingen huller i farvespektret, men har spidser og dale afhængig af typen og den metode der benyttes til at skabe det hvide lys. 17

LYSDIODER SOM BELYSNING Effektivitet Når man vil sammenligne lyskilders effektivitet, anvendes primært to parametre; hvor meget lys lyskilden udsender (lumenpakken) og den forbrugte energi (Watt). Effektiviteten angives i lumen/watt (lm/w) og værdien udtrykker direkte, hvor effektivt lyskilden omformer energien til synligt lys. De mest effektive hvide lysdioder på markedet har en effektivitet på over 100 lm/w. Lyskildens samlede lysudsendelse, der måles i lumen (lm), er også en væsentlig parameter at se på. De kraftigste lysdioder på markedet kan give op til 1000 lumen for en 10 W enhed med flere lysdioder indbygget. Til sammenligning giver en standard 60 W glødepære 720 lumen og et 36 W lysstofrør omkring 3350 lumen. Hverken lumen eller lm/w siger noget om, hvor i det synlige spektrum lyset udsendes. Et godt eksempel på en meget effektiv lyskilde er højtryksnatriumlampen, der primært anvendes til vejbelysning og har en effektivitet på ca. 120 lm/w. Den udsender primært lyset i den gule del af farvespektret (hvor øjet er mest følsomt) og har derfor et lavt farvegengivelsesindeks mellem 20-40. Når man taler effektivitet, skal man være opmærksom på, at en række lyskilder kræver en forkobling, som også bruger strøm. Elforbruget i forkoblingen skal således være med i det samlede elforbrug, når effektiviteten beregnes. Typisk er elforbruget i moderne forkoblinger og drivere 10-15 % af lyskildens effektforbrug. Arbejdslampen Ninety fra Luxo. Der er stor fokus på lysdiodernes effektivitet, men man skal være opmærksom på, at det ikke alene er lyskildens effektivitet, der bestemmer, hvor meget lys der rammer en given flade. Afstanden til lyskilden og tab i reflektor, optik og afskærmning har stor betydning for den samlede mængde lys, der rammer fladen. Hvor kraftig belysningen er på en flade kaldes belysningsstyrken og angives i lux. Da lysdioderne er små, kan de normalt placeres tættere på den flade, der skal belyses. Og da de, i modsætning til de rundstrålende glødepærer og lysstofrør, kun lyser i én retning, kan der være situationer, hvor lysdioderne er bedre egnet og mere effektive end de traditionelle lyskilder. Det gælder især, hvor der er tale om farvet lys, idet de farvede lysdioder fra starten er født til kun at give en bestemt farve. Farvet lys fra traditionelle lyskilder skabes altid via filtrering gennem farvefiltre, hvilket reducerer effektiviteten med op til 80 %. Trafiksignaler er et godt eksempel, hvor de farvede lysdioder giver en række fordele. Her giver lysdioderne direkte den røde, grønne eller gule farve i stedet for at filtrere det hvide lys fra en glødepære. Herved kan opnås ganske store elbesparelser. Og da lysdioderne lyser fremad, er det derfor ikke nødvendigt med en reflektor (med tab) til at sende det bagudrettede lys ud af trafiksignalet. Farvetemperatur En lyskildes farvetemperatur er et mål for, om lyset fra en hvid lyskilde er koldt eller varmt. Akkurat som en solnedgang, der opleves varm og som en vinterdag med klar himmel, der opleves kold. Farvetemperaturen angives i Kelvin (K). 18

LYSDIODER SOM BELYSNING Jo højere farvetemperatur, jo koldere og jo mere blåligt bliver lyset. Angivelsen af farvetemperaturen er baseret på lyskildens spektrale udstråling og en beregning, der svarer til, at man sammenligner lyset fra lyskilden (kun hvidt lys) med et såkaldt sort legeme, der opvarmes. Når lyskilden har samme lysfarve eller farvetemperatur som det sorte legeme, måles temperaturen på legemet, og det angives som farvetemperaturen. Man sammenligner ofte farvetemperaturen med et glødende stykke jern. Når det langsomt opvarmes, er det først rødglødende med lav temperatur. Efterhånden som det varmes op, bliver det først mere orange, så mere hvidt, for senere at blive hvidglødende og nærmest blålig hvidt, når temperaturen er meget høj. Lysdioder er ofte meget blålige og kølige i lysfarven og har derfor normalt en høj farvetemperatur på 5-6000 K. Men for at kunne matche glødepærer er der også udviklet varmhvide lysdioder med farvetemperaturer på 2700-3000 K. Fordele og ulemper Lysdioder er en fantastisk nyskabelse inden for lyskilder. De fylder mindre end et fingerbøl, hvilket betyder, at de kan indbygges steder, hvor det tidligere ikke var muligt. De lyser kun i én retning med spredningsvinkler fra 5-140. Traditionelle lyskilder sender lyset ud i alle retninger 360 og må derfor normalt have en reflektor (med tab) eller en skærm til at rette lyset derhen, hvor det ønskes. Lysdioderne har meget lang levetid 25.000-50.000 timer, opgiver de fleste leverandører. Sandheden er, at de fleste lysdioder godt kan holde i 100.000 timer, da de sjældent går i stykker (hvis de behandles efter forskrifterne). I mange tilfælde vil der dog ikke komme ret meget lys ud efter 100.000 timer, da de materialer, lysdioderne er opbygget af, ældes med tiden. Levetiden afhænger i høj grad af, hvordan lysdioderne behandles. For høj temperatur, fugt, statisk elektricitet, sollys og kraftige strømbelastninger kan hurtigt tage livet af en lysdiode, der på mange måder ligner en almindelig elektronikkomponent. En af diodernes helt store fordele er, at der ingen mekaniske komponenter er i en lysdiode. Der er således hverken glas, gasser under tryk eller glødetråde, der kan brænde over eller ryste løs. Derfor tåler lysdioderne kraftige vibrationer. Lysdioderne fungerer også rigtig godt ved lave omgivelsestemperaturer, fordi den lave temperatur bidrager til afkølingen Blanding af rød-grøn-blå: Fosfor-konvertering: Kombi fosfor og farvet: Fordele: Fordele: Fordele: Højere effektivitet Lys fra én kompakt enhed Bedre farvegengivelse God farvegengivelse Meget små dimensioner Lavere farvetemperatur Mange muligheder for farveskift Ulemper: Ulemper: Ulemper: Svært at blande lyset 100 % Lavere effektivitet Forskellige typer dioder kan udvikle sig Randeffekter af farvet lys kan opstå Kompliceret produktionsproces forskelligt over tid Svært at styre farvestabiliteten over Begrænset antal farver Kan have uens levetid og uens lysfarve levetiden Lysdioder med hvidt lys kan opbygges på tre principielt forskellige måder. RGB blanding af farvet lys, Blå og UV-diode med fosforkonvertering og en kombination af disse to. 19

LYSDIODER SOM BELYSNING er på markedet, ikke er beregnet til at kunne dæmpes, med mindre det fremgår direkte af emballagen. Dæmpning kræver at lyskilden indeholder den nødvendige elektronik. Osram parathom 2W af dem. Faktisk udsender de mere lys, når lysdiodetemperaturen falder. Det er helt modsat med de øvrige lyskilder som lysstofrør og damplamper, der ofte har svært ved at tænde og bliver mindre effektive, når temperaturen falder. Lysdioder kræver en elektronisk forkobling eller en driver. Det betyder samtidig, at de uden problemer kan dæmpes, og reguleres uden at lysfarven ændres væsentligt. Man skal dog være opmærksom på, at de fleste lysdiode-pærer, der i dag Philips master LED E27_A55 Master LED GU53 En anden fordel ved lysdioder er, at de hverken udsender ultraviolet lys eller infrarødt lys (varmestråling). Varme fra halogen- og glødepærer er et stort og energikrævende problem i butikker, der ofte må køle kraftigt for at komme af med varmen. Desuden falmer stoffer og andre materialer, når de udsættes for varmestråling og ultraviolet stråling. Da lysdioderne forsynes med 1,5-24 volt og ikke trækker de store strømme, kan batteriforsyning eller solcelleforsyning også anvendes. Farveskift og farvet lys hører også til lysdiodernes indbyggede fortrin. Farveskift kan opnås ved at anvende lysdioder, der har indbygget tre farvede diodechip i henholdsvis rød, grøn og blå. Ved at blande de tre farver kan der opnås hvidt lys, og samtidig kan man blande sig frem til utallige farver ved at styre hver enkelt farve hver for sig. Til ulemperne hører, at de fleste lysdioder endnu ikke udsender ret meget lys sammenlignet med de traditionelle lyskilder. Typisk udsender de kraftigste enkelt dioder omkring 50-100 lumen eller 1/7-del af lysmængden fra en glødepære og kun ca. 1/30 af lysmængden fra et lysstofrør. Men diodeproducenterne er begyndt at pakke flere dioder sammen, så man kan få enheder på størrelse med en to-krone, der kan udsende 1000 lumen. Lysdioder leveres i dag i et utal af varianter og former, som er mere eller mindre færdige halv- og helfabrikata. Nogle findes med sokkel til direkte udskiftning af eksisterende gløde- eller halogenpærer, mens andre findes som bånd, stænger eller monteret på et printkort med diverse køleribber. Fælles for alle hvide lysdioder er, at de anvender en af to principielt forskellige måder til fremstilling af hvidt lys. Den ene metode er at benytte de tre grundfarver rød, grøn og blå (RGB-metoden) og blande disse til hvidt lys. Da de farvede lysdiodechip fås meget små, kan de tre farver placeres 20

LYSDIODER SOM BELYSNING sammen i et lille hus, der blander lyset, så det opfattes som hvidt, når det kommer ud af lysdioden. Den anden metode anvender en UV eller blå lysdiode, hvor lyset bliver konverteret til hvidt lys med fosforbelægning inde i lysdioden. Begge typer findes på markedet i mange forskellige udformninger. Kombimetoden ses også, hvor de to teknologier blandes. Ved at benytte hvide fosforiserende lysdioder og en farvet diode, typisk rød eller gul, kan man opnå bedre farvegengivelse og lavere farvetemperatur. Kombimetoden anvendes både på chipniveau, hvor forskellige chip samles og lyset blandes inde i dioden og på armaturniveau, hvor man blander hvide og farvede lysdioder ved siden af hinanden, så man direkte kan se de forskellige typer, når man ser op i armaturet. Udformninger Som man kan se på hjemmesiden www.elsparefonden.dk under lysdioder er der inden for de sidste to år kommet utroligt mange lysdiodeprodukter på markedet. Listen omfatter 100 eksempler på forskellige armaturer og 50 eksempler på erstatningslyskilder med standardgevind eller sokkel. Der er således lysdioder til mange forskellige anvendelser. Typiske produkter er spots og arbejdslamper og erstatninger til glødepærer og halogenspots. BLTC LED PAR20 OLED enhed fra Philips Lighting Den meget store mængde viser, at der er mange produkter på markedet. Listen viser også, at der er meget forskellige udformninger og data for både erstatningslyskilderne og de færdige armaturer. Listen indeholder eksempler og giver således ingen anbefaling. Det anbefales, at man ikke vælger hverken lyskilder eller armaturer, før man har set dem lyse i virkeligheden og har specificeret, hvilken type lys og armatur man har behov for. OLED En anden og ny type lysdioder er OLED (Organic Light Emitting Diode). OLED er helt flade lyskilder som rummer muligheder for storflade og fleksible lyskilder. Udviklingen af OLED er startet i Tyskland, men i dag arbejder flere store europæiske virksomheder og universiteter på et fælles forsknings og udviklingsprojekt, OLLA-projektet (Organic LED Lighting Applications). I projektet er udviklet OLED-belysningsløsninger med høj lyskvalitet, levetid og energiforbrug. Over 50 lm/w er opnået i projektet med en levetid på 10.000 timer. Prisen er endnu så høj, at kommercielle OLED-armaturer endnu ligger 4-5 år ud i fremtiden, men så forventes OLED med 100 lm/w. 21

LYSDIODERS EGENSKABER 4Lysdioder til belysning er et relativt nyt fænomen. Man skal derfor være opmærksom på, hvilke lysdioder man køber Lysdioder har i løbet af de sidste 5-6 år udviklet sig betydeligt, når der ses på dioder til belysning. Der udvikles utroligt meget i forskellige teknologier og der kommer hver dag nye armaturløsninger på markedet. Det er således stadig en lyskilde under udvikling. Det betyder, at der ikke er de samme standarder og erfaringer som med de traditionelle lyskilder. Der sker dog en række fremskridt både for hvordan de etablerede fabrikanter opgiver lysdata og på området for standarder. Men mange nye lysdiodeleverandører kommer til. Derfor skal man være opmærksom på, hvad man køber og hvilken leverandør man vælger. Skal lysdioderne anvendes til seriøse formål, må man kræve en fornuftig dokumentation af specifikationerne og leve-tiden, inden man investerer store beløb i lysdioder. Der er eksempler på, at lysdioderne kan undergå endog meget store ændringer i både lysstyrke og farve allerede i de første år af levetiden, men de største producenter, der har været på markedet i mange år, garanterer lange levetider og ydelser, når lysdiodernes driftsparametre overholdes. Skal lysdioder anvendes til belysning, kræves væsentlig mere lys, end når lysdioderne anvendes som indikatorlampe eller markeringslys. Med dagens lysdioder stiller det store krav til armaturernes effektivitet, placering og udformning. De første armaturer, der kom frem med lysdioder, var blot traditionelt udformede armaturer med lysdioder.. Efterhånden som designere og producenter er blevet mere fortrolige med lysdiodernes muligheder, ses nu løsninger, hvor lysdiodernes specielle fysiske og lysmæssige egenskaber udnyttes fuldt ud. Spørger man lysdiodespecialister, siger de, at lysdioder skal eller bør anvendes der, hvor de tilfører noget nyt til produktet og ikke bare erstatter en tilsvarende anden lyskilde. I modsætning til traditionelle lyskilder, der normalt af økonomiske grunde placeres med større afstand for at dække et stort område, betyder lysdiodernes mindre lysudsendelse, at de må sidde tættere, hvilket normalt er med til at give en jævnere belysning på fladen, der skal belyses. Lystekniske egenskaber Lysdiodernes lystekniske egenskaber spiller en større og større rolle i takt med, at lysdioderne bevæger sig længere og længere ind på belysningsområdet. Til billygter, markeringslys og lommelygter spiller farvegengivelse og farvetemperatur ikke så stor rolle. Det gør derimod effektiviteten. Højere effektivitet giver flere og flere anvendelsesmuligheder inden for belysning. Til almene belysningsformål er farvegengivelsesindekset og farvetemperaturen vigtig. I Danmark har vi tradition for at foretrække varmt lys med farvetemperaturer omkring 2700 K i boliger og på mindre kontorer. Lidt koldere farvetemperaturer anvendes normalt i storrumskontorer og i industrien. I Sydeuropa anvendes normalt endnu koldere lysfarver, end der foretrækkes i Danmark og Norden. 22

LYSDIODERS EGENSKABER Kontorbelysningsarmaturet Orbiter 2 fra Siteco. På grund af lysdiodernes meget lille udstrækning er linse-systemer meget velegnet til at sprede eller styre lyset. Plastlinser kan i dag fremstilles effektivt og relativt billigt, og mange lysdiodeproducenter har lysdioder med linseløsninger i deres program. Derudover findes en række linseproducenter, som kan udvikle specifikke linser eller som fører linser, der passer til de mest udbredte lysdioder. Lysfordelingen, altså hvordan lyset udsendes fra lyskilden, er afgørende for, hvordan en lampe eller et armatur fungerer. Armaturerne designes til konkrete lyskilder, og for at kunne styre lyset derhen hvor der er behov for det, udvikles reflektorer og linsesystemer. Derfor findes en række forskellige lysdiodeudformninger, der giver forskellige lysfordelinger, som er tilpasset specielle anvendelser. Et andet forhold i relation til design af armaturer og lamper med lysdioder er den meget punktformige lyskilde. Det giver helt nye designmuligheder og bedre muligheder for at styre lyset derhen, hvor der er behov for det. Jo mere punktformet en lyskilde er, jo lettere er det at konstruere en effektiv og præcis reflektor eller linse. På grund af lysdiodernes meget lille størrelse er lysintensiteten eller luminansen (candela/m 2 ) samtidig meget høj. Det 23

LYSDIODERS EGENSKABER Som det ses her er farvetemperaturen meget forskellig på dioderne. Foto Cree. betyder, at lysdioder nemt blænder, hvis man kigger ind i lyskilden eller i reflekterende flader. Men da øjet fanges af høje luminanser og spil i overflader, giver lysdioderne naturligt en ny opmærksomhedsværdi. Lyset spiller nemmere med i blanke overflader, hvilket guldsmedeforretninger og kølemontreproducenter allerede har fundet ud af. Det er således altid en balance mellem at blænde og udnytte den høje luminans. Termisk design er altafgørende En ny disciplin for designere, konstruktører og armaturproducenter, der vælger at arbejde med lysdioderne, er det termiske design - altså varmeforholdene i armaturet. Selv om en af myterne omkring lysdioder siger, at lysdioderne ikke bliver varme, så kan det ikke være mere forkert. En af de allervigtigste parametre at have styr på er temperaturen i lysdioden. Bliver den for høj og over den specificerede grænse, som producenten angiver, så nedsættes levetiden dramatisk. I takt med at lysdioderne bliver mere og mere kraftige stiger varmeproblemet. Meget varme på et lille område skal ledes væk gennem armaturet via køleribber, metalplader eller ved hjælp af ventilation. Der er en direkte sammenhæng mellem temperaturen inde i lysdioden og levetiden og som med al anden elektronik, gælder reglen, at hvis temperaturen øges med 10 grader ud over det specificerede område, så halveres levetiden. Slutbrugeren skal ikke umiddelbart bekymre sig om temperaturen, men det betyder alligevel noget for levetiden, om et armatur sidder lukket inde i et varmt rum, eller om det sidder i et koldt velventileret lokale. En række lysdiodeproducenter opgiver referencepunkter på de printplader, som lysdioderne monteres på, hvor temperaturen kan måles og kontrolleres. Og ved hjælp af normale termiske beregninger kan man beregne, hvor stor køleflade et givent armaturdesign skal have for at bortlede varmen. Monteringsretning, fastgørelse og materialevalg hænger tæt sammen med, hvor godt eller skidt et termisk design, man får opbygget. Gode varmeledere er metaller og dårlige er plast, men ventilation og placering af fastgørelsespunkter er vigtige elementer at overveje undervejs i konstruktionsprocessen. Køleribbernes udformning er afgørende for levetiden. Foto: Lumodan. En hurtig metode til at vurdere kvaliteten af et lysdiode armatur er således at se på, hvor meget der er gjort ud af at designe køleribber og varmeafledning. 24