Mikä on LED

LED, eli Light Emitting Diode, on valoa lähettävä puolijohdekomponentti, diodi. Puolijohteena LED toimii täysin samoilla periaatteilla, kuin mikä tahansa muu puolijohde, kuten diodi, transistori ja mikropiirit. LED puolijohde (seostettu) lähettää valoa, kun sen läpi johdetaan virtaa. Puolijohde johtaa sähköä vain toiseen suuntaan eli LED pitää kytkeä jännitelähteen oikeisiin plus- ja miinusnapoihin.

Koska LED on puolijohde, pitää sen läpi kulkevaa virtaa kontrolloida. LED komponenteille on aina annettu nimellisvirta, jota ei tule ylittää. LED komponettia ohjataankin vakiovirtalähteellä (CC) joka on jännitelähde, jossa lähtövirta (I) on vakio (esim. 700 mA) kaikissa olosuhteissa esim. lähtöjännitteen (U) vaihdellessa.

Lisätietota saat vakiovirtaohjauksesta: Vakiovirtaohjaus (CC): himmennys ohjausvirtaa säätämällä.

FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mikä on LED:in historia?

Alunperin LED on kehitetty 1960- luvulla merkkivaloksi. Siitä saatiin valoa vain noin 0,001..0,010 candelaa (1…10 mcd) 10 mA virralla. Ensimäinen väri oli punainen (aallonpituus 655 nm). Tämän jälkeen kehitettii keltainen ja vihreä LED, sekä tietenkin IR eli infrapuna, jota käytetään mm. TV:n kauko-ohjaimissa. Kesti pitkään, ennen kuin sininen väri saatiin kehitettyä 1980-luvulla. Valkoinen väri sai odottaa pitkään, kunnes sitten 1990-luvun puolen välin jälkeen saatiin vihdoin valkoisiakin LED:ejä markkinoille.

Vuonna 2006 LED:in keksiminen palkittiin kansainvälisellä Millenium -palkinnolla.

Mikä on LED:in etu valasituksessa

Uuden teknologian LED:it ovat tavalliseen hehkulamppuun verrattuna energiatehokkaita, erittäin pienikokoisia, mekaanisesti kestäviä (niissä ei ole helposti rikki menevää lasikuorta tai hehkulankaa), kirkkaita ja todella pitkäikäisiä. Kun valitaan valaistusjärjestelmiä ahtaisiin tiloihin, joissa valon lämpötilat eivät saa kasvaa ja lampulle on vähän tilaa asentaa, tulee uuden LED-tekniikan edut esiin. Kohdevalaistus sovellutuksissa helppo valonhallinta ja hyvä hyötysuhde, ovat lisäksi LED-valoilla käytettävissä. Innovatiivinen tuotekehityksemme hyödyntää viimeisintä LED-teknologiaa.

Mikä on valkoinen LED ja miloin se keksittiin?

Aluksi, valkoista väriä ei ole olemassa. Puhdas valkoinen valo on kaikkien värien sekoitus eli se sisältää kaikkia värejä. Ns. RGB-putkilla (televisio, tietokoneen monitori) valkoinen tehdään niin, että kaikkia kuvaputken lähettämiä värejä laitetaan yhtä paljon. RGB = Red, Green, Blue eli kuvaputken elektronitykit ampuvat punaista, vihreää ja sinistä väriä yhtä paljon.

Japanilainen professori Shuji Nakamura kehitti ensimmäisenä kirkkaat sinisen ja vihreän ja lopulta valkoisen LED-valon. Vuonna 1993, julkaisi hän uuden keksintönsä, kirkkaan sinisen GaN-pohjaisen LEDin. Pian sen jälkeen hän esitteli myös vihreän GaN-pohjaisen LED-valon ja lopulta valkoisen LED-valon.

Nykyisin LED-tekniikassa valloilla on kaksi eri pääteknikkaa, jolla valkoinen ”väri” saadaan aikaan. Toisessa käytetään kolmea eri LED:iä, eli punaista vihreää ja sinistä, joiden välisillä suhteilla tehdään valkoinen ”väri”, aivan kuten TV:n ja tietokoneenkin kuvaputkella (ns. RGB-putki). Tämän LED:in ongelmat liittyvät puolijohteen toimintaan eri olosuhteissa (ks. ”Mitä ongelmia on etuvastukseen perustuvassa LED:in käytössä” ja ”Teknisempi vastaus”), valon väri vaihtee kovasti eri olosuhteissa ja sen ohjaus on hankalaa. Lisäksi kolme puolijohdetta yhden LED:in sisällä maksaa paljon. Viime aikoina markkinoita onkin hallinnut toinen tapa, jossa LED:in sisällä on oikealla tavalla ”heijastavaa” (Flueresoivaa) ainetta, joka sopivasti vahvistaa ja suodattaa valon aallonpituuksia sinisestä valosta, tehden siitä ”valkoista”. Valkoinen LED onkin oikeasti sininen LED, jonka väriä manipuloidaan ja siitä saadaan valkoinen.

Kumpikin edellä mainittu tapa on on kallis ja hankala tehdä. Jälkimäisessä tuotannon prosessin laatu näkyykin suoraan LED:in värisävyssä. Jos sanottu valkoinen väri onkin lähes sininen, ei tuotannon prosessi ole täysin hallinnassa ja siihen ei ole panostettu riittävästi. Tässä on yksi syy siihen, miksi jotkut valkoiset LED:it sinertävät? Toinen selitys löytyy myös tuotekehityksestä. Itse LED chippien (se mikä on siellä LED:in sisällä) tuotekehitys ja tuotanto on keskittynyt halvan työvoiman maihin Aasiaan, joissa on totuttu käyttämään ”kylmän” sinertävää valkoista valoa. Mm. suurin osa loisteputkista on kylmän värisiä.FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Voiko LED-nauhaa käyttää ajoneuvossa tai aurinkosähköjärjestelmissä.

Normaalin LED-nauhan käyttö ajoneuvossa tai akkupohjaiseissa yksinkertaisissa aurinkosähköjärjestelmissä ei ole mahdollista, koska ajoneuvon syöttöjännite on LED-nauhan käyttöjännitettä suurempi. Tällöin LED-nauha toimii ylikuormalla ja sen elinikä on huomattavasti lyhyempi. Jos LED nauhan käyttöjännite on 12 volttia, ei sitä saa käyttää 13,7 voltin latausjännitteellä. Ajoneuvokäyttöön löytyy kuitenkin sopivia LED tuotteita. Lisää aiheesta saat artikelista https://valokas.fi/led-nauha-autoon/FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Voinko asentaa LED-valot saunaan?

Et, paitsi jos… Kysymys on LED:in sisäisestä lämpötilasta. Yleisesti LED:in puolijohteen liitosrajapinta ei saa nousta paljoakaan yli 120 asteen. Yleensä LED:iellä tämä puolijohteen liitosrajapinta lämpenee LED:in toimiessa noin 30-40 astetta korkeammaksi kuin LED:in ympärillä oleva lämpötila. Jos saunan katossa on esim. 100 astetta, niin LED:in sisäinen liitosrajapinnan lämpötila nousee liikaa ja se romahduttaa LED:in luotetavuuden ja eliniän. Käytänössä mitä kuumempi LED on, sen vähemmän se tuottaa valoa ja sen lyhyempi on sen elinikä. Monilla LED komponenteilla niiden valontuotto laskee noin 60% ja elinikä romahtaa joihinkin tuhansiin tunteihin, kun liitosrajapinnan /Junction temperature) lämpötila saavuttaa n. 80 astetta. Yleensä liitosrajapinnan lämpötila on noin 30 astetta ympäristöä korkeampi eli 80 asteen saunassa se on jo noin 110 astetta, jolloin elinikä ei kovin montaa tuhatta tuntia ole.

Millään ulkoisella suojalla, jonka tarkoitus on estää säteilylämpö, ei voida laskea LED:in ulkopuolella olevaa lämpötilaa. Jos LED -saunasarjaan myydään ”suojaa”, niin se on huijausta. Suoja lämpenee luonollisesti samaan lämpötilaan, mikä on sen ulkopuolella, jolloin tämä suoja alkaa luonollisesti lämmittämänä myös LED-komponenttia.

Jos haluat asentaa LED-valot saunaan, niin se onnistuu kuituvaloilla. Näissä LED-komponetti asennetaan huoneen lämpöön, ja valo johdetaan saunaan kuitua pitkin.

Mitä kylmempi LED on, sen enemmän se tuottaa valoa ja sitä pidempi on sen käyttöikä.
FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mihin punaista ja vihreää valoa käytetään?

Punaista valoa on perinteisesti käytetty kohteissa, joissa on haluttu ylläpitää hämärä- tai pimeänäkö. Mm. veneen sisällä voidaan pitää punaista valoa, kun navigoidaan pimeässä. Oikein sijoitetut punaiset valot eivät vie pimeänäköä, vaan ne sallivat kartan luvun sekä merimerkkien etsimisen samaan aikaan. Punaisen valon sijaan joissain sovelluksissa käytetään vihreää valoa, jolla on samat ominaisuudet. Eri värien välinen valinta pitääkin tehdä lähinnä oman mieltymyksen mukaan.

Toimiiko sininen valo hyvin pimeässä

Ei toimi. Jos haluat ettei valaistus vie pimeänäköä, käytä mielummin punaista tai vihreää. Sinisen ongelmana on mysö se, että se huonontaa ihmissilmän syvyysnäköä.FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mitä ongelmia on etuvastukseen perustuvassa LED:in käytössä?


Yleisempi vastaus:

Suurimmat ongelmat liittyvät energiatehokkuuteen (hyötysuhteeseen) ja LED:in elinikään. Koska vastus on passiivinen komponentti, se ei osaa mukautua jatkuvasti vaihteleviin olosuhteisiin, jolloin LED:iä ohjataan välillä väärin, jopa niin paljon että sen odotettu elinikä voi romahtaa 100.000 tunnista muutamiin satoihin tunteihin. Energiatehokkuuden kannalta ei ole mitään järkeä siinä, että jopa suuri osa käytetystä energiasta (akun kapasiteetista) käytetään LED:in käytön sijaan etuvastuksessa, ympäröivän ilman lämmittämiseen. Tällöin tunnin valaistuksella voidaan akusta ottaa jopa 3-4 tunnin valastuksen viemä energiamäärä. Tämä ylimääräinen 2-3 tuntia hukataan vastuksessa lämpönä.

Teknisempi vastaus:

Etuvastus kytketään LED:in kanssa sarjaan, jolloin kytkennässä kulkeva virta aiheuttaa jännitehväviön vastuksessa. Tällä esim. 12 V akkujännite (joka vaihtelee välillä 12,3…13,7 V) tiputetaan LED:in vaatimaksi jännitteeksi. Yksittäisellä LED:illä se voi LED:in väristä riippuen vaihdella välillä 2,0…3,5 V. Tällöin vastuksessa pitää ”hukata” pahimmillaan 11,7 V verran jännitettä. Jos 3 W LED:in käyttövirta on esimerkiksi 700 mA, niin tällöin vastuksessa pitää hukata 8,2 W tehon verran energiaa. Eli 3 W LED:in polttamiseen käytetään noin 11 W tehoa. Tässähän ei ole energiatehokkuuden kannalta mitään järkeä.

Pelkästään vastukseen perustuvassa ohjauksessa osa käytetystä energiasta siis ”hävitetään” vastuksessa. Riippuen kytkennästä ja LED:in väristä, tämä hukattavan tehon osuus voi olla jopa kolminkertainen suhteessa saatavaan valomäärään. Tällöin yksittäisen 3 W LED-valon käytössä hukattaisiin tehoa yli 8 W edestä. Tämä hukkateho käytetään ainoastaan ympäröivän ilman lämmitykseen. Teoreettisissa laskennallisissa ihanneolosuhteissakin (tälläisiähän ei käytänössä ole koskaan) hukattavan energian määrä on yli 10%, eli 9 W LED-valo kuluttaisi etuvastuksen takia yli 10W tehon. Tämäkin 1 W häviää vastuksessa lämpönä ilmaan.

LED:in läpi kulkeva virta ja LED:in sisäinen lämpötila ovat tärkeät parametrit LED:in ohjauksen kannalta, koska ne vaikuttavat LED:in elinikään, kirkkauteen ja värisävyyn . Kumpikin parametri vaikuttaa toisiinsa. Kun LED sytytetään, se alkaa lämpenemään. Tämä muuttuva lämpö sitten muuttaa virtaa. Mitä enemmän LED:in lämpötila kasvaa, sen suuremmaksi virta nousee. Ja mitä suuremmaksi virta nousee, sen enemmän lämpötila kasvaa, koska LED on ns. puolijohde. Puolijohteille tyypilliseen tapaan sen virta vaihtelee mm. sen sisäisen lämpötilan (ns. liitoslämpötila, junction temperatre) mukaan. Lisäksi kytkentään syötettävän jännitteen muutos (esim. veneen akun jännite vaihtelee välillä) muuttaa LED:in läpi kulkevan virran voimakkuutta, joka taas muuttaa lämpötilaa ja tämä muuttaa virtaa. Veneen akun akkujännite voi vaihdella tyypilliseti lataustilanteessa esim. välillä 12,3…13,9 V. Usein käytänössä se vaihtelee vielä enemmän. Vaihtelu voi siis olla luokaa 2,0 V. Koska erään LED:in puolijohteen kynnysjännite on 2,0 V, niin tämä vaihtelu on saman verran, ja tämä akkujännitteen vaihtelu vaikuttaa paljon LED:in läpi kulkevan virran voimakkuuteen, joka taas vaikuttaaa…. Koska vastus on passiivinen komponentti, se ei osaa mukautua jatkuvasti vaihteleviin olosuhteisiin, jolloin se pitää mitoittaa hankalimman tilanteen mukaan. Tällöin normaaliolosuhteissa, joissa LED-valoa käytetään suurimman osan aikaa, sen kaikkea valotehoa ei voida ottaa käyttöön. Vastus mitoitetaankin siten, että tyypillisesti LED valosta saadaan noin 20% vähemmän tehoa, mitä siitä saisi aktiivisella ohjauksella.

Eli kun syöttöjännite (akkujännite) kasvaa, kasvaa samalla LED:in yli oleva osajännite ja virta lähtee myös kasvuun ja aiheuttaa ylikuormitusen.
FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Miksi LED:in ohjaukseen tarvitaan oma erillinen, aktiivinen LED-ohjain?

Katso ensin vastaus kysymykseen ” Mitä ongelmia on etuvastukseen perustuvassa LED:in käytössä”. Ensinnäkin, aktiivinen LED-ohjain osaa mukautua vallittseviin olosuhteisiin, jolloin LED:ejä ohjataan oikein kaikissa olosuhteissa. Tämä pidentää huomattavasti LED:ien elinikää. Toiseksi, aktiivinen ohjain on energiatehokkaampi, samasta määrästä enrgiaa saadaan tuotettua enemmän valoa. Kolmanneksi, aktiivinen ohjain ohjaa LED:iä siten, että se palaa kokonaisvaltaisesti kirkkaammin, LED:in eliniän tästä kuitenkaan alenematta.

Aktiivisella ohjaimella voidaan ohjata erillaisilla säätimillä (1-10V, DALi, ZigBee jne) LED valoja helposti. Valoja voidaan himmentää ja niiden väriä muuttaa.

Lisätietota saat vakiovirtaohjauksesta: Vakiovirtaohjaus (CC): himmennys ohjausvirtaa säätämällä.

FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Ostin kaupasta 5mm pyöreän LED:in, jonka tiedoissa lukee 12.000 mcd ja 4 astetta. Mitä nämä luvut oikeen kertovat LED:istä?

Kyseiset tekniset tiedot kertova valovoiman ja LED:in valon keilan avautumiskulman. Valovoiman yksikkö, candela (cd), ilmaisee paljonko LED antaa valoa määräsuuntaan ja 4 astetta kertoo, mikä on sen keilan avautumiskulma. Varsinaisesti luvut eivät suoraan kerro mitään todellista, mutta luvuista voi päätellä, että LED:in valon keilan leveys on pieni (4 astetta on todella pieni avautumiskulma). Se vain tarkoittaa, että LED antaa hyvin pistemäisen keilan, eikä siksi sovi sellaisenaan yleisvalaistukeen. Tuo 12.000 mcd on sama kuin 12 candelaa (cd), joka on vanhan tekniikan LED:iksi kohtalaisen hyvä, mutta ei sillä valaistusta rakenneta. Esimerkiksi yhdelle kapeakeilaiselle(10 astetta) 35 W halogeenipolttimolle annetaan lukuarvo 5400 cd, eli noita vanhan teknologian LED:ejä pitää laittaa hirveä määrä, jotta päästään samaan valovoimaan. Usein LED:ien valon avautumiskulma halutaan hyvin pieneksi, koska silloin siitä saadaan paljon valovoimaa mittauksissa. Avautumiskulmaa säädetään LED:in kärjessä olevalla linssillä, jota voi viilata, jos haluaa enemmän hajavaloa. Usein eri LED.eissä on sama chippi (valolähde, se puolijohde) sisällä. Eri LED versiot poikkeavat sitten toistaan tuon avautumiskulman verran. Mitä suurempi on tämä avautumiskulma, sen vähemmän valovoimaa LED:istä lähtee.
FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mitä ovats ns. ”uuden teknologian” LED:it?

Vuoden 2000 aikana LED-tekniikka on kehittynyt voimakkaasti. Viimeisen parin vuoden aikaan alalla on tapahtunut suuri harppaus eteenpäin, jolloin LED:ien valoteho on kasvanut rähädyksen omaisesti. Aikaisemmasta merkkivalotyyppisestä perinteisestä pyöreästä johtoon tai piirilevyyn juotettavasta merkkilampputyylisestä LED:istä on siirrytty pintaliitosmallisiin koteloihin, jolloin LED:in sisällä oleva chippi (disc) on kokenut suuren muutoksen mm. koon suhteen, koska nyt tältä chipiltä voidaan johtaa lämpö tehokkaammin pois. LED:ien tehokkuutta rajoittaa suurelta osin juuri tämä lämmön pois johto. Perinteisillä johtoon juotettavilla halkaisijaltaan 5 mm LED:eillä tätä lämpöä ei voida johtaa minnekkään, niinpä niiden tehotkin jäävät erittäin pieniksi, noin 0,1…0,2 Wattiin. Uuden teknologian LED:ien tehot ovat 1…100 W, joten kasvu on ollut hyvin suurta.
FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mikä on valo avautumiskulma eli valokeilan kulma

Valolähteen valon keilan leveyttä eli avautumsikulmaa käytetän ilmaisemaan miten leveällä (tai kapealla) heijastimella tai linssillä varustettu lamppu antaa valoa. Avautumsikulma annetaan asteina. Yleisvalaistuksessa tulee käyttää mahdollsiimman leveää keilaa (40 asteesta ylöspäin) ja esim. kapeissa kohdevaloissa (esim. taskulampuissa, lukuvaloissa) mahdollisimman kapeaa keilaa (jopa alle 10 astetta). Avautumsikulma ilmoittaa kulman, jossa valovoima (cd) on vähintään puolet maksimiarvostaan. Niinpä avautumiskulman reunalla onkin puolet vähemmän valovoimaa kuin keilan keskellä.

Miksi valokeiloilla on erilaisia kulmia?

Valon keilan avautumsikulmia valolähteestä on erillaisia, koska käyttötarpeet vaihtelevat. Yleisvalaistukseen pitää valita mahdollisimman laaja kulma, spottiin hyvinkin kapea. Limic Oy:n LED-valoja saa erillaisilla valokeiloilla, joten valokeilan muoto ja avautumiskulma voidaan valita kohteen mukaan optimiksi.

Huomaa, että linssiä käytettäessä menetät aina kohtalaisen paljon valoa. Tyypillisesti linssi päästää vain noin 70% valosta läpi. Tästä syystä kannattaa suosia valoja, joissa on valokeila on tehty peilillä.
FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mitkä ovat LED:ien edut?

Uuden teknologian LED:it ovat tavalliseen hehkulamppuun verrattuna energiatehokkaita, erittäin pienikokoisia, mekaanisesti kestäviä (niissä ei ole helposti rikki menevää lasikuorta tai hehkulankaa), kirkkaita ja todella pitkäikäisiä. Kun valitaan valaistusjärjestelmiä ahtaisiin tiloihin, joissa valon lämpötilat eivät saa kasvaa ja lampulle on vähän tilaa asentaa, tulee uuden LED-tekniikan edut esiin. Kohdevalaistus sovellutuksissa helppo valonhallinta ja hyvä hyötysuhde, ovat lisäksi LED-valoilla käytettävissä. Innovatiivinen tuotekehityksemme hyödyntää viimeisintä LED-teknologiaa.

Mikä on värilämpötila

Värilämpötila (color temperature) on valkoista valoa tuottavan valon sävy. Tämä ilmoitetaan lämpötilan yksikköinä eli Kelvineinä (K). Tämä johtuu siitä, että ns. mustaa kappaletta (Musta kappale on ideaalinen kappale joka absorboi eli imee kaiken siihen kohdistuvan säteilyn) lämmitetään ja se alkaa tuottamaan valoa. Tämän valon spektriä ja tiettyjä muita ominaisuuksia kutsutaan esim. termeillä lämmin valkoinen, puhtaan eli neutraalivalkoinen, päivänvalo ja kylmän valkoinen. Mitä korkeampi kelvin-arvo on, sitä kylmempi ja sinertävämpi lampun tuottaman valon väri on. Arkikielessä keltaiseen (ja edelleen oranssiin ja punaiseen) vivahtavia valonlähteitä kutsutaan ”lämpimiksi” ja sinertäviä ”viileiksi” tai ”kylmiksi”. Jaottelu kylmiin ja kuumiin väreihin ei ole yksiselitteinen ja perustuu enemmänkin havaintoihin ihmisten tuntemuksista

Esimerkkejä värilämpötiloista:

Hehkulamppu 2700 Kelvin (2400 astetta Celsiusta)
Halogeenilamppu 3000 Kelvin (2700 astetta Celsiusta)
Puhtaan valkoinen LED valo 4000 Kelvin (3730 astetta Celsiusta)
Päivänvalo 5500 Kelvin (5230 astetta Celsiusta)

Perinteisen hehkulampun värilämpötila on noin 2700 K ja halogeenilampun noin 3000 K. Kotikäytössä on perinteisesti suosittu matalahkon värilämpötilan lamppuja, koska niihin on totuttu ja monet kokevat niiden valon kodikkaan miellyttäväksi. Valaistus on kuitenkin hyvin keltaisen sävyinen. Nykyisin onkin suositumpaa käyttää kodin valaistuksessa 4000 K valoja, jotka eivät ole niin keltaisia. Toimistoissa ja julkisissa tiloissa tavanomaisia ovat valkoisemmat noin 5500 K LED valot. Päivänvalolampuiksi nimitetään lamppuja, joiden värilämpötila on yli 5000 K ja värintoisto on hyvä (yli 90). Yli 6000 K valo taas alkaa jo näyttää ihmisestä sinertävältä ja jopa kuutamomaiselta. Yleensä myös värintoisto heikkenee mitä korkeampi värilämpötila on.

Ihmisilmä on tottunut n. 2800-4000 Kelvinin värilämpötilaan sisällä, vaikka tälläinen valo ei vielä kovin valkoinen valo olekkaan. Noin 3000 K:n valossa on hyvin paljon keltaista, 4000 K:n valossa jo maltillisemmin. Suosittelemme sisätiloihin yleisesti neutraalin eli puhtaan valkoista (n. 4000 K) LED -valoa, joka toimii hyvin myös ulkotiloissa.

FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mikä on värintoistoindeksi

Värintoistoindeksi (lyhenne CRI, englanniksi colour rendering index) eli Ra-indeksi on suure, jolla mitataan valolähteen kykyä toistaa värejä verrattuna vertailuvalonlähteeseen. Värintoistoindeksi ilmoitetaan lukuarvona 0…100 jossa 100 tarkoittaa täydellistä värintoistoa. Värintoistoindeksi on perinteisesti laskettu kahdeksalla referenssivärillä (R1-R8), jotka on määritelty sen ajan valolähteiden tarpeisiin. Koska LED on nykyisin vallitseva valolähde, on referenssivärjä pitänyt laajentaa referensseillä R9-R15. Näkyvän valon spektrissä punainen (suurin aallonpituus noin 640 nm) on viimeinen näkyvä väri ennen infrapunaa. Valon spektrissä se on vaaka-akselilla oikeassa reunassa. Tämä on LED valoille yleensä hyvin hankala väri ja siksi kannattaa kiinnittää huomiota värintoistossa referenssiin R9 (kirkas punainen).

Perinteisesti valo, jonka värintoistoindeksi on yli 80, koetaan yleensä kohtuu hyvin värejä toistavaksi. LED valojen maailmassa tämä ei enää päde, koska LED valo jonka Ra=80…85 ei vielä toista kirkasta punaista juuri lainkaa (yleensä R9<50). Vasta kun värintoistoindeksi Ra on yli 90, toistuu myös punainen väri riittävän hyvin. Muita laajennettuja referenssejä ovat R10(kirkas keltainen), R11 (kirkas vihreä), R12 (kirkas sininen), R13 (eurooppalaisen ihonväri), R14 (lehtivihreä) ja R15 (aasialaisen ihon väri).

Valoa jonka värintoistoindeksi Ra on pienempi kuin 80 ei missään nimessä kannata hankkia. Indeksiltään alle 80:n jäävä LED valo koetaan luonnottomaksi tai värittyneeksi, tai jotkin tietyt kohteet näyttävät valossa hyvin omituisilta. Valo- tai videokuvauksessa käytettävän valonlähteen värintoistoindeksin on aina syytä olla vähintään 90.

Lisätietoa värintoistoindeksistä löydät artikkelista Onko värintoistoindeksi CRI tärkeä lukema ja mitä se kertoo?
FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

Mikä on valovirta (valomäärä) eli luumen (lm)

Valovirta kertoo kuinka paljon valolähde säteilee valoa kokonaisuudessaan eli se kuvaa valolähteestä saatavaa valomäärää (tämä on eri asia kuin valovoima, älä sekoita). Valovirran SI-järjestelmän mukainen mittayksikkö on luumen eli lyhennettynä lm. Valovirtaa käytetään yleisesti apuna valaistussuunnittelussa ja sen avulla on helppo laskea ja mitoittaa tilaan saatava valaistusvoimakkuus.

LED valojen (kuten monien muidenkin valolähteiden) valovirran määrä (luminous flux, F) ilmaistaan lumeneina (lm). Valovirta määritellään lyhennettynä seuraavasti: 1 lumen on se valomäärä, jonka pinta-alaltaan 1/60 cm oleva puhdas platinapinta tuottaa, kun se on lämpötilaltaan juuri sulamispisteessä (noin 1770 astetta Celsiusta). Esimerkiksi 40 W hehkulampun valontuotto (valovirran määrä, luminous flux) on non 400-500 lm ja 40 W loisteputken noin 2300 lm. Hyvän LED-nauhan valovirta on noin 1300 lm/metri.

Valovoima eli kandela (cd)

Valovoima ilmaisee paljonko valolähde antaa valoa määräsuuntaan. Heijastimilla, peileillä tai linsseillä varustetuille valolähteille / lampuille annetaan yleensä valovoima (cd) valovirran (lm) sijaan. Valovoiman SI-järjestelmän yksikkö on kandela eli lyhennettynä cd. Myös useilla kapeakeilaisille linsseillä varustetuille LED-lampuille annetaan valovoiman arvo. Yhtä tärkeä arvo kuin valovoima, on näissä tapaukissa myös valon keilan asteluku. Mitä kapeampi keila, sen pienemmän pinta-alan valolähde valaisee. Usein valovoimaa saadaankin keinotekoisesti kasvatettua kaventamalla valolähteen valokeilaa, toki tälläisille kohdevaloille on usein tietty tarve. Valovoima onkin määräsuuntaan säteilevän valon voimakkuus. Valovoiman perusteella voidaan laskea valasitusvoimakkuus annetulla etäisyydellä valolähteestä.

Valaistuvoimakkuus eli luksi (lx)

Valasitusvoimakkuus (tunnus E) ilmaisee, paljonko valoa tulee tietylle pinnalle valolähteestä. Eri tiloille ja työtehtäviin annetaan suositeltavat valaistusvoimakkuudet. Valaistusvoimakkuus E ilmoitetaan SI-järjestelmässä lukseina jonka lyhenne on lx. Valaistusvoimakkuus lasketaan yksinkertaisesti jakamalla tuleva valovirta (lm) valaistavalla pinta-alalla (yleensä neliömetri). Suurre (tunnus) on E.

Ihmisen silmän värinäkö toimii parhaiten kun valasitusvoimakkuus on riittävä (luokkaa 50 lx). Värien näkeminen vääristymättöminä vaatii myös hyvälaatuisen valolähteen (tasaista spektriä ja hyväää värintoistoindeksiä) Hämärässä ihminen aistii lähinnä vain harmaasävyt ja tämäkin vaatii hetken totuttelua olosuhteisiin, mutta ihminen saa karkeita näköhavaintoja ympäristöstään noin sadasosa luksinkin valaistuksessa. Tarkkaan työhön tarvitaan päivänvaloa tai tehokas ja hyvin kohdennettu keinovalo.

Suositeltavia valaistusvoimakkuustasoja

Ulkoalueiden yleisvalaistus: 30 lx
Eteiset, aulat, käytävät, normaalit huoneent; 100 lx
Isot työtilat, toimistojen yleisvalaistus: 300 lx
Työtasot, työpöydät: 500 lx
Tarkkuutta vaativat työs: 1000 lx

Mikä on sähköteho tai hukkateho

Sähköteho (tunnus P) on käytetyn energian määrä aikayksikössä. SI-järjestelmässä tehon yksikkö on watti lyhennettynä W. Sähköteho lasketaan virran (tunnus I, yksikkö ampeeri A) voimakkuuden ja jännitteen (tunnus U, yksikkö voltti V) tulona. Siis P = U * I eli teho on virta kertaa jännite.

Perinteisissä lampuissa teho on ollut valintakriteeri, joka on aina helpotanut lampun valintaa. Lampun ottama sähköteho on samalla myös maanläheisesti kertonut, paljonko lamppu tuottaa valoa. Oikeasti tämä lukema kertoo vain sen, kuinka paljon sähkötehoa lamppu kuluttaa palaessaan. Kakki se teho, jota ei lampusta saada valona, muuttuu lämmöksi ja se on hukkatehoa. Suurin osa perinteisten lamppujen kuluttamasta sähkötehosta käytetäänkin hukkatehona ympäröivän ilman lämmittämiseen. Siksi kannattaa valita lamppu, joka tuottaa mahdollsiimman paljon valotehoa mahdollisimman pienellä sähköenergian määrällä (ks kohta valotehokkuus).

Energiatehokkuus eli valotehokkuus

Valon energiatehokkuus (valtehokkuus) kertoo valolähteestä saadun valomäärän suhteessa käytettyyn sähkötehoon. Valonlähteiden valotehokkuuden SI-järjestelmän mukainen yksikkö on luumen / Watti eli lyhennettynä lm / W. Tämä kuvaa suoraan lampun hyötysuhdetta. Valotehokkuus on olennainen suurre, kun vertaillaan eri valonlähteiden energiatehokkuutta ja valokokonaisuuksien (esim. lamppu) energiamerkki perustuu tähän lukuun. Valotehokkuus saadaan, kun valolähteen tuottama valomäärä (luumen, lm) jaetaan se kuluttamalla sähköteholla (Watti, W). Mitä suurempi luku on, sen energiatehokkaampi valonlähde on, eli se on hyötysuhteeltaan parempi.

Tyypillisesti hyvissä LED-nauhoissa (tai LED-valoissa) valotehokkuus on noin 85…100 lm/W. LED-nauhoissa on kuitenkin monia muitakin parametreja kuten värilämpötila ja värintoistoindeksi. LED-nauha (tai LED-valo yleensäkin) on usein kompromissi eri parametrien suhteen. Jos esimerkiksi parannetaan LED-nauhan värintoistoindeksiä, huononnetaan yleensä samalla valotehokkuutta koska hyvällä värintoistolla (leveä spektri) saadaan vähemmän valovirtaa (lm) samalla sähköteholla. Myös värilämpötilalla on sama ilmiö. Kylmän valkoisesta (korkea värilämpötila) valosta saadaan enemmän valovoimakkuutta (lm) samalla sähköteholla.

Mikä tarkoittaa elinaikaodote

LED-valojen elinikäodote perustuu LED komponenteille tehtävään standarditestiin ja standardin määrittelemiin kriteereihin. Testissä valolähdettä (yleensä LED-komponetti) vanhennetaan nopeutetulla aikataululla (mm. lämpö- ja sääkaapeissa) ja mitataan saatava valomäärä ajan suhteen. Elinaikaodote (lifetime) ei siten tarkoita koko tuotteen vähimmäiselinikää jonka jälkeen valo sammuu vaan testistandardin mukaista aikaa. Huomaa että testistandardeja on erillaisia ja elinajan yhteydessä olisi syytä mainita minka menetelmän perusteella elinaikaodote on ilmoitettu.

Esim. testistandardin LM80 (L80) mukaan määrätyn elinajan jälkeen valosta on vielä 80%  jäljellä, muttatoisen aika yleisesti käytetyn L70 testin jälkeen valosta on vain 70% jäljellä. Nämä ajat eivät tietenkään ole keskenään vertailukelposia, koska valomäärässä 70% valosta jäljellä saavutetaan huomattavasti myöhemmin kuin jälejllä 80%. Myös testien ympäristölämpötila vaikuttaa arvoon, koska korkeammissa lämpötiloissa LED-komponentin elinikä tippuu hyvin paljon. Testeissä on tosin ympäristöolosuhteet määäritelty hyvin tarkkaan.

Testeissä testataan otantana standardin määräämä määrä LED-komponetteja. Testissä osalla näytteistä voi olla lyhyempikin elinaika (esim. yksi kymmenestä), mutta suurimalla osalla tulee olla suurempi elinikä. Standardi kuitenkin kertoo miten elinikä on määritelty.

Huomaa ettei standardin mukaan kerrottu elinikä ole tae siitä, että kyseinen valo ei voi rikkoutua aiemmin. Mm. testin määrittelemät ympäristöolosuhteet voivat poiketa käyttökohteen olosuhteista. Lisäksi testissä LED-komponentin valmistaja testaa vain oman komponettinsa. LED-valo on kuitenkin kokonaisuus jossa on paljon muitakin komponentteja (usein jopa kymeniä). Vaikka näillä komponenteila MTBF (mean time between failure) lukema onkin huomattavasti korkeampi kuin LED-komponentin elinikäodote, perutuvat nämäkin ajat tilastomatematiikkaan. MTBF ajoissakin on siis hajontaa, joten on sallittua että joku yksittäinen komponentti rikkoutuu aiemmin kuin MTBF arvo kertoo.

Miksi sitten LED komponetille ilmoitetaan elinaikaodote? On kuitenkin hyvä että on olemassa edes joku standardi testi komponeteille, jolla niiden keskinäsitä elinikää voidaan vertailla. Esim. LED-nauhan osalta tuotteen yksinkertaisuuden takia LM80 luku kertoo yksinään jo kaiken oleellisen.

Perinteisesti lampun elinikä on kertonut lampun keskimääräisen paloajan testiolosuhteissa. Keskimääräinen elinikä on aika, jonka aikana puolet testiin laitetuista lampuista on palanut. Hehkulampuilla tämä aika on noin 500 – 2000 tuntia (20 – 83 päivää) ja halogeenilampuillakin vain 4000 tuntia (167 päivää).

Lampun testissä saama elinikä ei kerro koko totuutta kuten edellä kerrottiin. Lamppu joutuu käyttöolosuhteissa erillaisiin ympäristöolosuhteisiin, kuten alttiiksi tärinälle, kosteudelle, lämpötilan vaihetuille, syöttöjännitteen muutoksille yms. Se joutuu siis sähköisesti ja mekaanisesti koville. Lisäksi perinteisten lamppujen (halogeenit, hehkulamput ja jopa loisteputket) hehkulanka joutuu kovalle mekaaniselle rasitykselle, koska hehkulanka lämpenee nopeasti sytytettäessä (jolloin lanka venyy) ja se jäähtyy, kun lamppu sammutetaan (hehkulanka lyhenee). Tämä jatkuva lämpeneminen ja jäähtyminen on yksi yleisimmistä syistä, miksi perinteinen hehkulangallinen lamppu rikkoutuu. LED-valo on puolijohde eikä sen sisällä ole hehkulankaa. LED-valo on lähes immuuni tälläisille mekaanisille rasituksille, kuten tärinälle, mutta se on herkkä mm. syöttöjännitteen häiriöille (joille taas hehkulangallinen on melko immuuuni). LED:in eliniän kannalta sen ohjaimelle asetetaan suuret vaatimukset. Mikäli LED:ä ohjataan oikein, saavutetaan LED:in täysi etu. Huonolla ohjaimella tai väärällä syöttöjännitteellä LED:in elinikä on jopa huomattavasti huonompi kuin hekulampulla, jopa vain joitakin kymmeniä tunteja.

FAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic OyFAQ eli usein kysytyt kysymykset LED, FAQ, Limic Oy, Limic Oy

.

Lisää LED aiheesta voit löytää tekniikkaa kehittäneen henkilön sivuilta http://www.pouri.fi