Elsparefondens “Lysdioder til belysning” - Dansk Center for Lys

lysteknisk.dk

Elsparefondens “Lysdioder til belysning” - Dansk Center for Lys

Elsparefondens

Lysdioder til belysning”

- status for fremtidens lyskilde

Udarbejdet af Lysteknisk Selskab

Status for lysdioder

Lysdioder som belysning

Lysdioders egenskaber

Energibesparelser med lysdioder


Et kølerum hos Chr. Hansen i Avedøre

med lysdiodebelysning

Foto: Chr. Hansen/Lumodan


1

2

3

4

5

6

Indledning

Opfundet i 1962

Hvad er en lysdiode?

Status for lysdioder

Markedsudvikling

Effektive hvide lysdioder

Lysudsendelse (Lumen)

Effektive farvede lysdioder

Pris pr. lumen

11 myter om LED

Lysdioder som belysning

Hvad kan lysdioder ?

Farvegengivelse

Effektivitet

Farvetemperatur

Fordele ulemper

Udformning

Lysdioders egenskaber

Lystekniske egenskaber

Termisk design

Sikkerhed

Farvestabilitet

Energibesparelser med lysdioder

Besparelsespotentiale

Eksempler

Litteraturliste

Litteraturhenvisninger og hjemmesider

LYSDIODER er udarbejdet af Kenneth Munck, LYSTEKNISK SELSKAB marts 2006 for ELSPAREFONDEN.

ELSPAREFONDEN, Amagerfælledvej 56, 2300 København S - TLF: 7026 9009 - WEB: http://www.sparEl.dk

LYSTEKNISK SELSKAB, Engholmvej 19, 3660 Stenløse - TLF: 4717 1800 - FAX: 4717 0832 - WEB: http://www.lysteknisk.dk - E-MAIL: information@lysteknisk.dk

GRAFISK TILRETTELÆGGELSE: Ulrich Spahn Klausen.

DOWNLOAD: Pjecen kan downloades på ELSPAREFONDENS hjemmeside - http://www.sparEl.dk

4

4

6

8

9

9

11

11

12

12

14

16

17

18

18

18

21

22

22

24

24

24

26

26

26

32

32

Indhold


INDLEDNING

1Formålet med denne

statusrapport er at give

et billede af lysdioder til

belysning

Udviklingen inden for lysdioder går meget stærkt og 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.

Publikationen er tænkt som et opslagsværk og en grundlægende

indføring i, hvordan lysdioden eller LED (Light

Emitting Diode) fungerer, hvilke fordele og ulemper lysdioderne

har, og hvilke energibesparelser man kan forvente

ved at anvende fremtidens lyskilde.

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 5-10 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 indehol-

4

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

der oplysninger til dem, der skal i gang med at designe belysning

med lysdioder. Kapitel 5 gennemgår en række anvendelseseksempler

og viser hvor store energibesparelser,

der kan opnås ved at anvende lysdioder. Kapitel 6 samler

kildehenvisninger og links til yderligere oplysninger.

Opfundet i 1962

Lysdioden blev opfundet i 1962 af General Electric, men

først i 1968 kunne HP og Monsanto lancere 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 lys, eller at de kunne anvendes til andet end

indikatorer på radioer, fjernsyn og andre elektriske apparater.

En lysdioderække monteret på print og med optikker

Foto: Lysteknisk Selskab


Først sidst i 80’erne begyndte de farvede lysdioder at blive

så kraftige, at der kom lys ud af dem. Lysdioderne var nu så

kraftige, at de kunne anvendes til farvet 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

lag fosfor kan konvertere det blå lys til hvidt.

I dag har vi så fået lysdioder på markedet, der kan anvendes

til egentlig belysning både som hvide i forskellige farvetemperaturer

og som farvede. Vi har fået en 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. Endnu er lysdioderne ikke

så gode og effektive, at de umiddelbart kan udkonkurrere

de eksisterende lyskilder, men de har vist deres potentiale

og vil udvikle sig ganske hurtigt i årene fremover.

Effektiviteten stiger ganske voldsomt svarende til en fordobling

i lysudbyttet hvert 3. år, hvilket giver en sikkerhed

for, at lysdioder er kommet til belysningsbranchen for at

blive.

I takt med at kvaliteten og effektiviteten bliver forbedret

Lysdiodens udvikling fra 1962-2005

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 lumen/watt

LED med 20 lumen/watt med

ny lysdiode teknologi

Gennembrud for den blå LED

75 lumen/watt for røde LED

30 lumen/watt for hvide LED

74 lumen/watt hvide i

laboratorium

1000 lumen fra én hvid LED i

laboratorium

INDLEDNING

Lysdioderne er interessante som lyskil-

der blandt andet fordi:

• De lyser fremad

• De har lang levetid

• De giver øjeblikkeligt fuld styrke

• De er fuldt dæmpbare uden farveændring

• De giver ingen infrarød stråling

• Der er ingen varme- eller ultraviolet stråling i

lyset

• De har en højere effektivitet end glødepærer

og halogenpærer

• De er mekanisk robuste

• De er små

• De tåler kulde

• De kan give meget mættede farver

• De indeholder ikke kviksølv som lysstofrør

80 lumen/watt for hvid i

laboratoriet

1962 1968 1976


INDLEDNING

LED Chip

Reflektor

Tværsnit af en diode

6

Kunststof linse

Tilslutnings tråd

Katode Anode

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

vil lysdioderne i løbet af de næste 5-10 år oversvømme boligen,

kontoret og vejene både i den private og offentlige

sektor. Årsagen er, at lysdioderne har mange fordele, der

er interessante i den traditionelle belysning, samt 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 snart nå samme effektivitetsniveau som

sparepærer og lysstofrør og dermed kunne konkurrere

energimæssigt med de mest udbredte lyskilder til indendørs

brug.

Udendørs på gader, veje, parker og stier har levetid, størrelse

og robustheden så stor økonomisk betydning, at der

også her vil blive integreret mange lysdioder i løbet af de

kommende år på trods af, at lysdioderne endnu ikke kan

måle sig med de lyskilder, der i dag anvendes udendørs,

hverken hvad angår pris eller effektivitet.

Der vil således gå en del år,inden lysdioderne bliver ligeså

effektive som de gule højtryksnatriumslamper, de kølige

kviksølvdamplamper og flotte metalhalogen lyskilder.

Men allerede i dag er der stor interesse for også at anvende

lysdioder til disse områder i forventning om, at effektiviteten

vil nå så langt, at lysdioderne bliver økonomisk attraktive.

Lysdioderne er derfor fremtidens lyskilde og ventes om få

år at kunne slå sparepærer, halogenpærer og glødepærer

både på effektivitet og kvalitet, men der vil 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 glødetråde, glas eller gasser under

tryk. De fås både i farvede (rød, grøn, blå og en række

andre farver) samt i hvide.


INDLEDNING

Glasgow Bridge oplyst af LED

Foto: Philips

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 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 anvendelserne 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 første anvendelser af lysdioder til belysningsformål er i

skilte på butikker, tankstationer og virksomheder, der ønsker

deres navn eller logo oplyst, når det bliver mørkt. Lysdioderne

bruges også til markeringsarmaturer til at vise vej, til at

adskille vejbaner, til trafiksignaler og til informationstavler.

Diodebelysning anvendes i lystbåde, i køkkenskabe, integreret

i trapper, hylder og mange andre steder, hvor kravet til

lysmængden ikke er så stort.

I takt med at lysdioderne er blevet mere effektive, kan de nu

anvendes til egentlige belysningsformål i arbejdslamper, til

gangbelysning, til scenebelysning, facadebelysning og som

nedgravningsspots, der skal belyse vægge, beplantning eller

andre ting i det offentlige rum. Vi har set lysdiodernes farvespil

anvendt til terapeutiske formål f.eks. på hospitaler og

8

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

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.

Bilindustrien og digitalkameraindustrien er de områder, der

skubber kraftigst til udviklingen af billigere og mere kraftige

lysdioder. De fleste moderne biler har i dag lysdioder som

stop-, bag- og baklygter og 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.

De store aftagere er i dag ud over bilindustrien også mobiltelefonindustrien,

og det er godt, for de aftager rigtigt store

mængder, der får teknologien til at udvikle sig hurtigt og priserne

til at falde. Netop prisen er en af de parametre, som i

dag gør, at lysdioderne ikke altid er første valg, når der skal

vælges lyskilder, men det vil ændre sig.

Et eksempel på anvendelse af LED til skilte- og butiksbelysning

Foto: Lumodan


Markedsudvikling

Markedet for lysdioder vokser med 40-50 % om året og har

gjort det siden 1995. Markedsmæssigt deler man i almindelige

lysdioder og de såkaldte high-brightness lysdioder, der er

de kraftigste. Salget af high-brightness lysdioder i alle farver

ventes i følge analysevirksomheden Strategies Unimited at

vokse fra 2,6 milliarder dollars i 2003 til 5,4 milliarder dollars

i 2007. Ingen andre lyskilder kan fremvise sådanne 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,

og af om effektiviteten på lysdioderne når

et godt stykke op over 50 lumen/watt.

50 lumen/watt, der er et udtryk for lysudsendelsen pr. watt,

har i de sidste år været et strategisk mål for lysdiodeproducenterne

og for belysningsbranchen, og det ventes nået i løbet

af det næste års tid. Faktisk er der nået over 80 lumen/watt

for hvide lysdioder i laboratoriet, og det viser at diodeteknologien

kan nå langt og at meget effektive laboratoriemodeller

allerede findes.

Hvis lysdiodeindustrien når 100 lumen/watt, vil de mulige

energibesparelser alene i USA løbe op i hvad der svarer til 29

store kraftværker i USA. Det er så store energibesparelser, at

udbredelse og udvikling af lysdioderne er kommet på listen

over den nationale forsyningssikkerhed i USA, og det er baggrunden

for at den amerikanske regering satser store ressourcer

på lysdiodeudvikling. Samtidig ses der naturligvis på, at

lysdiodeindustrien vil skabe en lang række arbejdspladser og

indtægter.

Ser man alene på energibesparelsen ved lysdioder, findes der

ingen anden teknologi med et større energispare- og effektivitetspotentiale

hverken inden for køle-, varme- eller maskinområdet,

hvilket sætter teknologien i et meget interessant

perspektiv.

Bilindustri 13%

Skilte 13%

Andet 9%

STATUS FOR LYSDIODER

Belysning 5%

Signaler 2%

Mobiltel. 58%

Mobiltelefoner og andre håndholdte enheder dominerer LED markedet,

men nye områder vinder større og større indpas

Kilde: Strategies Unlimited

Effektive hvide lysdioder

De mest effektive hvide lysdioder i handlen har nået en effektivitet

38 lumen/watt. Samtidig er deres farvegengivende

egenskaber på niveau eller lidt bedre end 3-pulver lysstofrør,

hvilket vil sige et farvegengivelsesindeks (Ra-værdi) på 80-

85. 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.

Effektivitetsmæssigt er lysdioder mere end dobbelt så gode

som glødepærer, lidt bedre end halogenpærer, men et stykke

fra lysstofrørene, der har effektiviteter fra 50-90 lumen/watt.

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 9


STATUS FOR LYSDIODER

10

200

175

150

125

100

75

50

25

lm/w

0

1970

Udviklingen inden for lyskilder

1980

Lysstofrør

1990

Farvede

lysdioder

Organiske

lysdioder

(OLED)

2000

Intensiv investering

i forskning

2010

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

2020

Hvide

LED

2030

Grafen viser udviklingen i lyskilders effektivitet. Ved kraftig investering i forskning og udvikling kan lysdioder nå over 150 lumen/watt.

Kilde: US Energy Department


Dog har de største lysdiodeproducenter Osram, Lumiled, Nichia

og Cree samt de forskere, som arbejder intenst på dette

område, forudset, at vi i løbet af 2006 vil se hvide lysdioder i

handlen med 50 lumen/watt, og at der i løbet af de næste 3-5

år vil komme hvide lysdioder med op imod 80 lumen/watt.

Selv om der er langt igen til 80 lumen/watt, så har vi set hvide

lysdioder i laboratorieversioner, der giver 74-80 lumen/watt

og lysdioder, som kan give en lysmængde på 1000 lumen.

Forskere fra blandt andet National Sandia Laboratorium i

USA har beregnet en mulig teoretisk grænse på 200 lumen/

watt, hvis der investeres intensivt i udviklingen. 200 lumen/

watt er langt højere end nogen anden lyskilde på markedet

og kan måske nås i 2025, hvis der investeres intenst i diodeforskning.

Lysudsendelsen (lumen)

En af lysdiodernes klare fordele er deres små dimensioner. Til

gengæld er den samlede lysudsendelse (lumen) lille. Den svinger

fra 0,1 til ca. 120 lumen for de kraftigste lysdioder.

Det er i dag tilstrækkeligt til spotlamper, cykellygter og lommelygter

samt steder, hvor der ikke er brug for store lysmængder.

Men når man skal anvende dem til generelle belysningsformål,

hvor der skal opnås væsentligt større belysningsstyrker som i

kontorer, på arbejdspladser og på veje, skal der samles mange

lysdioder for, at lysniveauet kan nå op på samme niveau som de

almindelige lyskilde typer.

STATUS FOR LYSDIODER

Men også den samlede lysudsendelse arbejdes der intenst med

i forsknings- og udviklingslaboratorierne. De kraftigste lysdioder

på markedet har i dag nået 120 lumen, hvilket er langt fra

lysudsendelsen fra et almindeligt 36W lysstofrør, der giver 3350

lumen og også langt fra en 60 W glødepære, som giver 720 lumen.

Alligevel er der mange muligheder ved at sammensætte lysdioderne

i grupper og rækker for på den måde at forøge den samlede

lysmængde.

Rekorden på 1000 lumen fra en lysdiode er opnået i forskningslaboratorium

i 2005, og det viser, at der er et stort udviklingspotentiale,

og at udviklingen kun lige er begyndt.

Effektive farvede lysdioder

En del af lysdiodernes store fremgang har fra start været de

mange farvemuligheder. De farvede anvendes i stor udstrækning

til skilte, farveeffekter i butikker, barer, hoteller samt til

trafiklyssignaler.

Lysdioder findes i dag i mange forskellige farver, og de farvede

er mere effektive end de hvide. Op til 53 lumen/watt

for de røde og 79 lumen/watt for amber (rød-brun). De blå

lysdioder, som er de nyeste farvede lysdioder på markedet,

giver op til 12 lumen/watt. I kapitel 5 beskrives en række eksempler

på hvordan der er opnået store energibesparelser ved

hjælp af farvede lysdioder til blandt andet skiltebelysning på

tankstationer og i trafiklys.

Med farvede

lysdioder kan man

skabe stemning

og liv. Her er lysdioderne

monteret

i store

cirkulære fordybninger

i loftet

Foto: Lysteknisk

Selskab


STATUS FOR LYSDIODER

Pris pr. lumen

Prisen på en lyskilde sammenholdt med levetiden og lysmængden

er afgørende for hvilke anvendelser, der er relevante.

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

med prisen pr. 1000 lumen.

En standard 60 W glødepære, der giver 720 lumen til 12 kr.

koster således 17 kr. pr. 1000 lumen. Tilsvarende koster hvide

lysdioder fra 1000-5000 kr. pr. 1000 lumen.

Tommelfingerreglen er at lysdioder er ca. 100 gange dyrere pr.

1000 lumen end tilsvarende andre 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 lysdioderne

væsentlig længere end andre lyskilder og skal typisk slet ikke

udskiftes, før hele installationen skal ændres. Det betyder, at

hvis omkostninger til lyskildeudskiftning i belysningsanlæggets

levetid medregnes, så vil regnskabet se mere positivt ud

for lysdioder, da de har levetider, der er op til 50-100 gange

længere end glødepærer, 25-50 gange længere end halogenpærer

og op til 5 gange længere end 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 lysdioderne bliver mere

effektive og kan udsende mere lys.

12

Lyskilder

Lysmængde

(lm)

Stykpris

Pris

(pr. 1000 lm)

Effektivitet

(lm/w)

11 myter om LED

1. Lysdioder afgiver ikke varme

2. Lysdioder lever i 100.000 timer

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

3. Lysdioder giver ikke tilstrækkeligt lys til belysningsformål

4. Lysdioder har ikke tilstrækkelig farvegengivelse

til belysningsformål

5. Højeffektive lysdioder er dyre

6. Lysdioder er mere effektive end nogen anden

lyskilde

7. Lysdioder bruger næsten ingen energi

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

Levetid Effektforbrug Størrelse (mm)

Lysdiode 120 150 1.250 20 50.000 5 Ø20 inkl. køleplade

Glødepære 710 12 17 12 1.000 60 60x100

Lysstofrør (36 w) 3.350 43 13 85 15.000 39 1200x26

Grøn er bedst, rød er dårligst


Myterne passer ikke

1. En af de mest forkerte antagelser er, at lysdioderne ikke

afgiver varme. Faktisk er varmeproblemerne en af de

vigtigste parametre at have styr på, når man designer

armaturer til lysdioder. Det termiske design er altafgørende

for levetiden, idet lysdiodernes levetid reduceres

væsentligt, hvis de ikke kan komme af med varmen.

(læs mere i kapitel 4). Lysdiodernes lysudsendelse

indeholder derimod ikke varmestråling, da de ikke

udsender lys i det infrarøde område som glødepærer

og halogenpærer.

2. Levetiden er en af lysdiodernes afgørende styrker. Der

er ingen tvivl om, at lysdioder godt kan leve i 100.000

timer, men spørgsmålet er hvor meget lys, der kommer

ud af dem til den tid. Der findes ingen standardmetode

til at specificere levetiden for lysdioder og de to

største producenter opgør lysdiodernes levetider på

hver sin måde. Mange mindre seriøse leverandører

opgiver uden yderligere dokumentation en levetid på

100.000 timer og ikke under hvilke betingelser, så her

bør man være opmærksom på dokumentationen. For

høj temperatur ødelægger enhver lysdiode.

3. Lysdioder kan i en række tilfælde give tilstrækkeligt lys

til egentlige belysningsformål. Lysdiodernes styrke ligger

i dag i områder med mindre afstande, og hvor der ikke

er behov for store belysningsstyrker, eller hvor andre

lyskilder ikke kan anvendes.

4. Farvegengivelsen (Ra-værdi) for lysdioder svinger

meget fra 40 til omkring 85. Det betyder, at man kan

få kvalitetslysdioder, som er på højde med lysstofrør,

og som er i nærheden af gløde- og halogenpærer.

Til en række formål spiller farvegengivelsen ikke den

afgørende rolle, men til almene belysningsformål skal

den være over 80 for at være relevant.

5. Prisen er jo altid et relativt spørgsmål. I nogle tilfælde

giver den lange levetid og de reducerede udskiftningsomkostninger

en bedre økonomi end med traditionelle

lyskilder. Ser man alene på stykprisen eller på kroner/

STATUS FOR LYSDIODER

lumen, så er lysdioderne i dag væsentligt dyrere end

traditionelle lyskilder, men prisen falder løbende.

6. Lysdioderne er i dag ikke den mest effektive lyskilde.

Der findes mange andre og væsentlige mere energieffektive

lyskilder som lysstofrør, metalhalogenlamper

og kviksølvlamper. Målt i lysmængde pr. tilført effekt

(lumen/watt) er de bedste lysdioder mere effektive

end glødepærer og halogenpærer.

7. Lysdioderne bruger naturligvis energi, men kan man

nøjes med lidt lys, og er det små arealer og er der små

afstande til det, der skal belyses, kan man allerede

i dag finde eksempler hvor lysdiodeløsninger bliver

mere energieffektive end traditionelle lyskilder. Lysdioder

bruger enkeltvis fra 0,1-5 watt i dag, men der skal

som nævnt flere til for at opnå samme lysmængde

som traditionelle lyskilder.

8. Lysdioder fås i dag i med mange forskellige farvetemperaturer

– både kolde 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 samt

prisen gør, at lysdioder ikke er velegnet til alle formål.

10. En række armaturproducenter har udviklet armaturer,

som gør det enkelt at anvende lysdioder på samme

måde som traditionelle lyskilder. Skal man selv udvikle

armaturer er der en række nye områder, man skal tage

hensyn til blandt andet varme, 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. Det anbefales dog, at man ikke ser

direkte ind i lysdioden i længere tid. Man skal dog

være opmærksomhed på dette område i takt med,

at lysdioderne bliver kraftigere, eller hvis der anvendes

linser eller optik foran lysdioderne.

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 13


LYSDIODER SOM BELYSNING

3Over det meste af

verden forventes det,

at lysdioder til belysning

vil vinde kraftigt

ind på markedet

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

deres tidlige udvikling, er der ingen tvivl om, at lysdioderne

hurtigt vil vokse sig store. Over det meste af verden forventes

det, at lysdioder til belysning vil vinde kraftigt ind på

markedet i løbet af de næste 10-15 år. Alene i USA ventes

lysdioderne i 2025 at dække over 40 % af det samlede marked

for belysning. Forudsætningen er, at lysdioderne udvikler

sig i samme hastighed, som vi har set i de sidste 5-6 år.

Med de lovende resultater, der er fremvist i laboratorierne,

er kursen for kraftigere lysdioder stukket ud. Både 60, 80

og 100 lumen/watt 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 lumen/watt har længe været en magisk

grænse, og den ventes nået i løbet af 2006. Når denne grænse

nås og lysdioderne bliver billigere, vil lysdioderne være gan-

14

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

ske attraktive til en række forskellige belysningsløsninger.

Den store anvendelse af både hvide og farvede lysdioder i

dag er til markering, skilte, og signaler. Belysning af gange,

trapper, biografer og ved montre er også områder, som

vokser med stor hast ligesom anvendelserne i bil- og flyindustrien.

Sammen med mobiltelefonindustrien er det bilindustrien,

der presser mest på udviklingen af kraftigere lysdioder

og de første biler med lysdiodeforlygter er lanceret

blandt andet Audi A8.

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

eller farvesskiftende armaturer med meget klare farver.

Andet trin har været områder, som ikke tidligere har kunnet

belyses med traditionelle lyskilder, eller hvor monte-

Lysdioder er her anvendt til at markere broens længde - Kastrup Søbad

Foto: Erco Lighting


ingsforholdene 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, rækværk eller nedgravet

i jorden.

Lysdioderne gør det nemlig muligt at designe meget små og

flade armaturer.

Hertil kommer områder, hvor det er dyrt at udskifte lyskilderne.

Det er typisk højt placerede steder og steder hvor det

kræver lift eller er besværligt og tidskrævende at komme til.

Tredje udviklingstrin for lysdioderne bliver spot- og effektbelysning

i boliger, hoteller, butikker, bygninger, trapper

gange og museer og så videre.

Fjerde trin bliver til kontorbelysning og vejbelysningen som

først om nogle år vil blive hjemmebane for lysdioderne. Endnu

er der kun kommet få løsninger på markedet til disse områder

og det skyldes tre ting:

1. Effektiviteten er ikke tilstrækkelig.

2. Farvekvaliteten er endnu ikke god nok

3. Lysmængden fra den enkelte lysdiode er ikke høj nok til

at det er rentabelt at skifte til lysdioder.

I kontorer kræves normalt farvegengivelsesindeks over 80 og

farvetemperaturer omkring 3000 K og det har de fleste lysdioder

svært ved at klare.

I takt med at lysdioderne bliver kraftigere, vil hele området

for udendørsbelysning blive et interessant område, idet den

lange levetid og tiden mellem serviceintervallerne gør lysdioderne

særdeles interessante. Hertil kommer de mange arkitektoniske

muligheder på facader, på pladser og stier hvor

lysdioderne kan indbygges og nedgraves og samtidig sikres

mod hærværk og fugt.

LYSDIODER SOM BELYSNING

Operaen i København

benytter LED i balkonkanten

som kan styres i

takt med stemningen.

Foto: Lysteknisk Selskab

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 15


LYSDIODER SOM BELYSNING

Hvad kan lysdioder?

Lyskilder har alle en lang række spændende egenskaber og

en række ulemper. Det vigtigste er at vurdere, hvad lyskilden

kan tilføre en løsning, før man vælger. 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 lumen/watt 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 lysdioderne endnu ikke på niveau med de bedste lyskilder

som halogen og glødepærer, men de er på niveau med 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 opfattes af øjet og kan ødelægge

oplevelsen af belysningen på en hvid væg.

Produktionstolerancerne betyder, at producenterne må sortere

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.

Der er i dag stor forskel på levetiden og på kvaliteten fra producent

til producent. Selv om der specificeres meget lange

levetider så afhænger levetiden af mange ting. Man skal være

opmærksom på de betingelser, der skal opretholdes hvis de

lange levetider skal opnås.

A: Spektralfordeling for et 1-pulver lysstofrør på 2700 K

B: Spektralfordeling for et 3-pulver lysstofrør på 4000 K

C: Spektralfordeling for en hvid lysdiode

Kilde: Elektriske Lyskilder

16

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

A

B

C

400 500 600 700 nm


Farvegengivelse

Lyskilders evne til at gengive farver hænger sammen med det

farvespektrum, som lyskilden selv udsender (se illu. A-C).

Udsendes ingen stråling med bølgelængder i en del af farvespektret,

kan lyskilden ikke gengive de pågældende farver.

Giver lyskilden kun lidt lys i et farveområde, vil de pågældende

farver godt kunne gengives, men farverne vil ikke træde

så tydeligt frem. Omvendt 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 de hvide lyskilder

og angives med et farvegengivelsesindeks – en Ra-værdi

mellem 0-100, hvor 100 er det højest opnåelige. Værdien angiver,

hvor god lyskilden er til at gengive 8 eller 14 reference

farver

Gløde- og halogenpærer og dagslys har den bedste farvegengivelse

på 100, mens sparepærer og almindelige lysstofrør

har en Ra-værdi omkring 80. Lysstofrør produceres dog med

Ra-værdier fra 50-90 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

på 80-85 og enkelte producenter angiver et farvegengivelsesindeks

over 90, hvilket er tæt på glødepærer og de bedste

lysstofrør.

Lysstofrør kan normalt gengive de fleste farver, men har huller

eller dybe ”dale” i farvespektret (se illu. B), 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 måden, som benyttes

til at skabe det hvide lys (se illu. C).

Effektivitet

Når man skal sammenligne lyskilders effektivitet, anvendes

en række parametre. Lumen/ watt er en af dem. For at

LYSDIODER SOM BELYSNING

kunne sammenligne hvor meget lys en lyskilde udsender i

forhold til den forbrugte energi, benyttes lumen/watt eller

den samlede lysudsendelse pr. tilført watt. Tallet udtrykker

direkte, hvor effektivt lyskilden omformer energien til

synligt lys, men altså ikke noget om hvor i det synlige spektrum

lyset udsendes. Derfor har vi lyskilder som højtryks-

natriumlamperne. De anvendes primært til vejbelysningen,

og har en effektivt på over 120 lumen/watt, men som udelukkende

udsender lyset omkring den gule farve (hvor øjet er

mest følsomt). Det betyder, at deres farvegengivelsesindeks

er lavt mellem 20-50 og de kan derfor kun anvendes til områder

som vejbelysning, hvor det primære krav er en effektiv og

billig lyskilde, og ikke den bedste farvegengivelse.

Ser man personer i dette lys, bliver de nærmest grøngule i hovederne,

og farverne på tøjet bliver nærmest grå. Det skyldes,

at de røde og blå farver ikke findes i lyset.

Der er meget fokus på lysdiodernes effektivitet, men man

skal være opmærksom på, at det ikke alene er lyskildens effektivitet,

der bestemmer, hvor meget lys der kommer på et

givet sted. Afstanden og tab fra reflektor og skærm har stor

betydning for den samlede mængde lys, der falder på et givet

område, som også kaldes belysningsstyrken og angives i lux.

Da lysdioderne er små, kan de normalt placeres tættere på

området, der skal belyses, og da de kun lyser i den ene retning

i modsætning til de rundstrålende glødepærer og lysstofrør,

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, hvor de farvede lysdioder fra

starten er født til kun at give en bestemt farve.

Farvet lys fra traditionelle lyskilder kommer altid via filtrering

gennem farvefiltre og det reducerer effektiviteten betydeligt.

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 energibesparelser.

Samtidig sender lysdioderne kun lyset fremad,

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 17


LYSDIODER SOM BELYSNING

og det er derfor ikke nødvendigt med en reflektor (med tab)

til at sende det bagudrettede lys ud af trafiksignalet.

En anden effektivitetsparmeter er lyskildens samlede lysudsendelse,

der måles i lumen (lm). De kraftigste lysdioder på

markedet udsender 120 lumen. Til sammenligning giver en

standard 60 W glødepære 720 lumen og et 36W lysstofrør giver

omkring 3350 lumen.

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 vinderdag med klar himmel,

der opleves kold. Farvetemperaturen angives i grader

Kelvin (K).

En glødepære har et varmt lys og en farvetemperatur omkring

2700 K. Halogenpæren er lidt koldere og ligger omkring

3200 K. På en vinterdag med blå himmel har lyset en

farvetemperatur på over 10.000 K. Jo højere farvetemperatur,

jo koldere og jo mere blåligt bliver lyset.

Den præcise målemetode bygger på lyskildens frekvensspektrum

og en beregning, men svarer til, at man sammenligner

lyset fra lyskilden (kun hvidt lys) med et såkaldt

sort legeme, der opvarmes. Når lyskilden udsender 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 mere orange og mere hvidt, for

senere at blive hvidglødende og nærmest blålig hvidt, når

temperaturen er meget høj.

Farvetemperaturen har således ikke en direkte sammenhæng

med temperaturen på lyskilden. 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 under på 2700-3000 K.

18

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

Denne lampe (Diva) fås både med lysstofrør og lysdioder som lyskilde

Producent: Waldmann

Fordele og ulemper med lysdioder

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 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. Op til 100.000 timer, opgiver

leverandører. Sandheden er, at de fleste lysdioder godt

kan holde i 100.000 timer, da de sjældent brænder af (hvis de

behandles efter forskrifterne), men i mange tilfælde vil der

ikke komme ret meget lys ud efter 100.000 timer. Årsagen

er, at de materialer lysdioderne er opbygget af, ældes med


tiden. Levetiden afhænger desuden af, hvordan lysdioderne

behandles. For høj temperatur og kraftige strømbelastninger

kan hurtigt tage livet af en lysdiode, der på mange måder ligner

en almindelig elektronikkomponent.

En af lysdiodernes 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.

Kulde er også et område, som lysdioderne tåler, idet lav temperatur

afkøler dem, og 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.

Lysdioderne tænder meget hurtigt, hvilket faktisk udnyttes

i bilernes bremselys. Selv om de kun er ca. 50 millisekunder

hurtigere end glødepærer om at tænde, så betyder den længere

reaktionstid, at bremselængden bliver ca. 2 meter kortere,

hvilket i en bil kan give en dramatisk forskel mellem liv

og død.

En anden fordel ved lysdioder er, at de ikke udsender ultraviolet

lys eller infrarødt lys (varmestråling). Varme fra halogen

og metalhalogen 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 får

udsættes for varmestråling og ultraviolet stråling.

Da lysdioderne forsynes med 1,5-24 volt og ikke trækker de

store strømme, kan batteriforsyning også anvendes, hvilket

specielt ses i mobiltelefoner og lignende. Fremkomsten af

mobiltelefoner med billige kameratelefoner med flash skyldes

i høj grad lysdioder.

Farveskift og farvet lys hører også til lysdiodernes indbyggede

fortrin. Farveskift kan opnås ved at anvende lysdioder,

der har indbygget tre farvede lysdioder i henholdsvis rød,

LYSDIODER SOM BELYSNING

grøn og blå. Ved at blande de tre farver kan fås hvidt lys, og

samtidig kan man blande alle mulige farver ved at ændre på

styrken på hver farve.

Til ulemperne hører, at hver enkelt lysdiode endnu ikke udsender

ret meget lys sammenlignet med de traditionelle lyskilder.

De bedste udsender omkring1/3 del af en glødepære

og kun ca. 1/15 af et lysstofrør.

E-14 lyskilde med blå lysdioder

Foto: Lysteknisk Selskab

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 19


LYSDIODER SOM BELYSNING

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 at fremstille hvidt lys.

Den ene metode er at benytte de tre grundfarver rød, grøn

og blå (RGB-metoden) og at blande disse til hvidt lys. Da

de farvede lysdiodechip fås meget små, kan de tre farver

placeres sammen i et lille hus, der blander lyset, så det er

hvidt, når det kommer ud af lysdioden.

Den anden metode anvender en blå lysdiode, hvor lyset

bliver konverteret til hvidt lys med fosforbelægning inde

i lysdioden. Begge typer findes på markedet i mange forskellige

udformninger.

Større lysdiode-pærer med E 27 eller E 14 gevind eller med

halogensokkel findes også på markedet. Disse anvender normalt

et større antal lysdioder samlet ved siden af hinanden

20

Blanding af rød-grøn-blå Fosfor konvertering

Fordele Fordele

Højere effektivitet

God farvegengivelse

Mange muligheder for farveskift

Ulemper Ulemper

Svært at blande lyset 100%

Randeffekter af farvet lys kan opstå

Svært at styre farvestabiliteten over levetiden

Mange lysdioder fylder

De to metoder til at skabe hvidt lys med lysdioder, giver hver deres fordele og ulemper.

Lys fra én kompakt enhed

Meget små dimensioner

Lavere effektivitet

Kompliceret produktionsproces

Begrænset antal farver

Modul af lysdioder. Modulet kan deles i flere mindre stykker

Foto: Lysteknisk Selskab

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde


Denne slags lysdiodepærer er beregnet til direkte erstatning

af gløde- og halogenpærer med sokkel, men lysteknisk

opfører de sig anderledes, end de pærer de erstatter,

idet geometrien og lyspunkternes placering er anderledes.

Der findes også hybrider på markedet, der blander de hvide

fosforbaserede lysdioder med farvede for at forbedre

farvetemperatur og farvegengivelse.

Udformning

Diodeproducenterne leverer normalt ikke færdige lyskilder,

der bare kan monteres i et eksisterende armatur.

Derimod produceres lysdiode-halvfabrikata i mange

forskellige udformninger til specielle formål. Lysdioder

fås monterede på print i lange fleksible bånd med tape på

bagsiden, på stive print, på ringformede, med skruehuller

i fleksible fugtisolerede enheder og som byggeklodser

i forskellig indpakning. Desuden findes de som 5 mm

lysdioder med to ledningsben, som rå chip, med præmonteret

optik klar til lodning på print.

Alle typerne fås normalt både i hvide i forskellige varian-

Lysdiode

Foto: Philips

LYSDIODER SOM BELYSNING

Foto: Philips

ter og som farvede.

Lysdioderne leveres også med meget forskellige lysfordelinger,

som er optimeret til forskellige anvendelser. De fås

bl.a. som sidelysende, smalstrålet til skiltebelysning, bredstrålet

til anvendelse med reflektor eller optiske linser.

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 21


LYSDIODERS EGENSKABER

4Lysdioderne til belysning

er et relativt

nyt fænomen. Man

skal derfor være opmærksom

på hvilke

lysdioder man køber

Lysdioder er stadig i deres barndom med hensyn til belysning

og er en lyskilde under udvikling. Derfor er der

mange forskelligartede og upræcise lysdata om lysdioderne.

Man skal derfor være opmærksom på, hvad man køber

og hvilken leverandør man vælger.

Der findes endnu ikke standardiserede målemetoder og

standarder for, hvordan man opgør de forskellige data

for lysdioderne. Eksempelvis opgiver de to største producenter

Osram og Lumiled (Philips) levetiden på hver sin

måde, og mange andre lysdiodeproducenter opgiver slet

ikke de mest almindelige lysdata, som vi kender dem fra

de øvrige lyskilder, så her bør man være opmærksom.

Skal lysdioderne anvendes til seriøse formål, må man kræve

en fornuftig dokumentation på specifikationerne og levetiden,

inden man investerer store beløb i lysdioder.

Der er eksempler på, at lysdioderne kan undergå endog

meget store ændringer i både lysstyrke og i farveskift i løbet

af levetiden, men de største producenter, der har været

på markedet i mange år, garanterer lange levetider og ydel-

22

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

ser, når lysdiodernes driftsparametre overholdes.

Når lysdioder skal anvendes til belysning, kræves væsentlig

mere lys, end når lysdioderne anvendes som indikatorlampe,

der blot skal lyse sig selv op. Med dagens lysdioder

stiller det store krav til armaturernes effektivitet, placering

og udformning. De første armaturer, der kom frem med

lysdioder, var blot traditionelle armaturer med lysdioder i

stedet. Efterhånden som designere og producenter er blevet

mere fortrolige med lysdiodernes muligheder, ses flere

og flere løsninger, hvor lysdiodernes specielle fysiske og

lysmæssige egenskaber udnyttes. 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 farvekvalitet og farvetemperaturen

ikke så stor rolle.

Det gør derimod effektiviteten. Højere effektivitet giver

flere og flere anvendelsesmuligheder inden for belysning.

Til almene belysningsformål er farvegivelsesindekset og

farvetemperaturen særdeles vigtig.

I Danmark har vi tradition for at foretrække varme lyskilder

på omkring 2700 K i boliger og på kontorer. Lidt koldere

farvetemperaturer anvendes normalt i industrien. I

Sydeuropa anvendes normalt endnu koldere lysfarver, end

der foretrækkes i Danmark og Norden.

På grund af lysdiodernes meget lille udstrækning er linsesystemer

meget velegnet til at sprede eller styre lyset.


For at kunne styre lyset designes bl.a. forskellige linsesystemer

Foto: Lysteknisk Selskab

Plastlinser kan i dag fremstilles effektivt og relativt billigt,

og mange lysdiodeproducenter har lysdioder med

linsesystemer 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 til

specifikke anvendelser.

Et andet forhold i relation til design af armaturer og lam-

LYSDIODERS EGENSKABER

per med lysdioder er lysdiodens ekstremt punktformige

natur. 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/mm2) meget høj. Det

betyder, at lysdioder nemt blænder, hvis man kigger ind

i lyskilden eller i reflekterede flader. Men da øjet fanges

af høje luminanser og spil i overflader, giver lysdioderne

samtidig en ny opmærksomhedsværdi. Lyset spiller nemmere

med i blanke overflader, hvilket guldsmedeforretninger

allerede har fundet ud af. Det er således altid

en balance mellem at blænde og udnytte den høje luminans.

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 23


LYSDIODERS EGENSKABER

Termisk design

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

normalt ledes væk gennem armaturet via køleribber, metalplader

eller ved hjælp af naturlig ventilation.

Der er en direkte sammenhæng mellem temperaturen inde

i lysdioden og levetiden og som med al anden elektronik, så

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 bestemme, 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 har fået opbygget.

Gode varmeledere er metaller og dårlige er plast, men ventilation

og fastgørelsespunkterne er vigtige elementer at

overveje undervejs i konstruktionsprocessen.

Sikkerhed

Lysdioder hører i dag sikkerhedsmæssigt sammen med lasere.

I EU kræves, at produkter der skal CE mærkes, overholder

standarden EN 60825-1 ”Safety of laserproducts”.

24

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

Det betyder at man skal være opmærksom på risikoen for

øjenskader. Undersøgelser fra blandt andet Agilent har

dog vist at dagens lysdioder ikke giver nogen risiko for

øjenskader, men i takt med at lysdioderne bliver kraftigere

skal man være opmærksom på dette. Anvendes lysdioder

i udstyr med optik og linser kan der være risiko for øjenskader,

så man bør derfor ikke se direkte ind i lysdioderne

på kort afstand.

Farvestabilitet – binnings

Som det også kan være tilfældet med lysstofrør, så kan der

være forskel i udseende af lysdioder, der opsættes lige ved

siden af hinanden. Anvendes lysdioder som spots på en

hvid væg, skal man sikre sig, at de har den samme hvide

farve. Produktionstolerancerne er i dag så store, at de seriøse

producenter sorterer de hvide lysdioder i såkaldte

binnings eller grupper, der har samme lysfarve. Øjet har en

meget høj følsomhed over for små variationer i den hvide

farve, hvorimod øjet ikke er særlig følsomt for variationer

i intensiteten eller lysmængden, som også kan variere

kraftigt fra lysdiode til lysdiode. Der er således en række

stabilitetsforhold, der skal tages hensyn til.

Produkter der skal CE mærkes er omfattet af sikkerhedsstandarden

for lysdioder EN 60825-1


LYSDIODERS EGENSKABER

Forskellige typer lysdioder

med linser og reflektorer

Foto: Lysteknisk Selskab

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 25


ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER

5Der kan være storeenergibesparelser

ved at skifte til

lysdioder

Vi har kun lige set begyndelsen af energibesparelserne med

lysdioder. Alligevel findes der en lang række eksempler, hvor

løsninger med lysdioder allerede nu giver store besparelser.

Der vil derfor i løbet af de kommende år kunne findes en lang

række områder både i private og offentlige virksomheder,

hvor lysdioder kan give meget store nationale energibesparelser.

I det følgende beskrives en række konkrete eksempler

fra Danmark og udlandet, hvor lysdioderne anvendes, og

hvor de giver anledning til store energibesparelser.

Lighting Research Center (New York) har demonstreret, at

man ved at erstatte en halogenbaseret vinduesbelysning med

farvet lysdiodebelysning i et stormagasin i Los Angeles, fik

en energibesparelse på 30-50 %. 700 mennesker blev bedt om

at svare på, hvad de synes om en ny belysning med farvet lys,

der blev sat i stedet for en kraftig halogenbelysning for at tiltrække

opmærksomheden for forbipasserende.

Ud af 700 adspurgte synes 74 % at den nye farvede belysning

vakte mere opmærksomhed og 91 % var enige om at den lys-

26

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

diode-baserede effektbelysning med farvede lysdioder ikke

reducerede den visuelle effekt af mannequinerne i vinduerne.

Det interessante er, at der ved skiftet til den farvede belysning

med lysdioder kunne spares mellem 30-50 % af energiforbruget

til belysning for at tiltrække de forbipasserendes

opmærksomhed.

Danske eksempler

Der findes allerede en lang række eksempler på diodebelysning

i Danmark. Blandt andet Rosenborg Slot hvor montrerne

med udstillingen ”Dronningens kjoler” belyses med lysdioder.

Lysdioderne anvendes på grund af sine små dimensioner,

og især fordi der ikke er ultraviolet og infrarød stråling i diodelyset,

der nedbryder de gamle kjolestoffer. Der anvendes

typisk 1 watt lysdioder med batteriforsyning, der holder 4-6

dage. Tidligere blev anvendt to 35-50W halogenpærer uden

for montrene.

Lysdioder skåner genstande som er følsomme over for UV-stråling. Lysdioder

er derfor velegnet som lyskilde til spotbelysning på museer

Foto: Lumodan


ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER

Fra udstillingen ”Dronningens kjoler”.

Lysdioderne er skjult i montrerne og

forsynes med strøm fra batterier

Lysdioder til belysning - status for fremtidens

Foto:

lyskilde

Lumodan

27


ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER

Her er der trafiklys i Odense med lysdioder som har valgt at få H.C.

Andersen til at vise, hvornår man må gå over.

Foto: Lysteknisk Selskab

28

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

Et andet eksempel er et kølerum hos medicinalvirksomheden

Chr. Hansen i Avedøre (se billede s.2). Her er der installeret

lysdiodebelysning i et stort kølerum, der køles til -55 grader.

Før var der installeret en glødepærebelysning på 20 kW, som

var den eneste mulighed, der kunne fungere ved de lave temperaturer.

I dag er der installeret en lysdiode-belysning med

en samlet effekt på 4,5 kW, hvilket giver en samlet besparelse

på 77 %. Da der samtidig går ca. 2 kW køleeffekt til at fjerne 1

kW varme fra belysningen, spares der udover store mængder

energi til belysningen også ca. det dobbelte i reduceret kølebehov.

Hertil kommer, at der kan anvendes et mindre kølesystem,

så den samlede energibesparelse årligt bliver over

500.000 kr.

Trafiklys

I 2003 udarbejdede Institut for Miljøvurdering en analyse

af energibesparelserne for lysdiode trafiklys i Danmark og

beregnede en tilbagebetalingstid for trafiklys med lysdioder

på 6-7 år ud fra en merpris for lysdiode-trafiklys på 3500 kr.

Denne merpris vil givet vis falde i de kommende år på grund

af prisfald på lysdioder.

I Californien er der gennemført den vel nok største udskiftning

af trafiklys. Alle trafiksignaler er blevet udskiftet til tilsvarende

med lysdiode-trafiklys i 55 byer. I projektet, der fik

tilbudt lånefinansiering fra staten til investeringen, er der opnået

en samlet energibesparelse på 6,632 MW.

I den californiske by Pasadena blev 1688 trafiklys udskiftet

for 926.229 $, mens energibesparelsen alene gav en årlig

energibesparelse på 109.000 $, hvilket svarer til en tilbagebetalingstid

på 9 år. Hertil kommer de sparede omkostninger til

udskiftning og vedligehold.

Derudover er der en væsentlig sikkerhedsforbedring, idet

glødepærebaserede trafiklys hyppigere brændte ud og gav tilfælde,

hvor lyssignal let var slukket. Det risikerer man ikke

med lysdiode-løsningerne, der anvender mange lysdioder i

hvert signal, som ikke går ud og som har en betydeligt længere

levetid.


Turning Torso, Malmø

Malmøs 190 meter høje tårn Turning Torso har en af Europas

største lysdiode-installationer. Alle gangene i den krumme

bygning er forsynet med lysdiode-paneler som gangbelysning.

Målet var at integrere diodebelysning som alternativ til

den traditionelle lysstofrørs-løsning.

Til at løse opgaven med et krav om 100 lux på gulvet i gangarealet

udviklede Louis Poulsen en reflektorprofil, der fordeler

lyset fra lysdioderne ned på gangarealet og samtidig leder

varmen fra lysdioderne væk. Det modulopbyggede krumme

lysdiode-panel indeholder 12 x 1,2 watt lysdioder pr. meter.

Fordelene er et lavere energiforbrug end en tilsvarende lysstofrørsløsning,

en væsentligt lavere indbygningshøjde og en

længere levetid samt en meget ensartet belysning. I alt er der

installeret ca. 15.000 lysdioder i Turing Torso.

Der er i alt installeret 15.000 lysdioder Turning Torso, der gør det til en af

Europas største LED-installationer

Foto: Louis Poulsen Lighting

ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 29


ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER

Elevatorlys

Elevatorproducenten Westinghouse Lighting Corp. ombyggede

en elevator på LRC til lysdiode-belysning. Ombygningen

viste at der kunne spares 45 % af energiforbruget ved at

skifte fra glødepærer til lysdioder i elevatorbelysningen og

samtidig opnå en levetidsforbedring fra 1500 timer med halogenpærer

til 40.000 timer med lysdioder.

Et samarbejde med en anden elevatorproducent Otis Elevator

viste, at der ved at skifte fra glødepærer eller lysstofrør i

elevatorer, kunne spares 4-6 tommer af elevatorhøjden, hvilket

både reducerer elevatoromkostningerne og energiforbruget

til at drive elevatormotorerne op og ned.

30

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

Tankstationer

En række tankstationer verden over er i gang med at udskifte

den lysstofrørsbaserede skiltebelysning til lysdioder. I Danmark

har olieselskaberne Q8 og F24 udskiftet betydelige dele

af skiltebelysningen på deres tankstationer og har opnået

energibesparelser til belysningen i størrelsesorden 80 % i forhold

til de eksisterende anlæg. Q8 har for denne udskiftning

fået Greenlight prisen, som er en europæisk miljøpris.

Tilsvarende besparelser er fundet i udlandet, hvor der er opnået

besparelser på op til 90 %

BP har udskiftet neonskilte i 5000 af sine 17 000 tankstationer

i USA og har sparet 25 Megawatt siden skiftet til lysdioder.

Hertil kommer miljøbesparelsen idet der ikke indgår

kviksølv i lysdiodebelysningen, som der gør i både neon og

lysstofrør. Endvidere er der mindre materialemængder, der

skal bortskaffes.

Markerings- og effektlys

I Sønderborg Havn anvendes lysdiodebelysning til markering

af bassinkanten. Her er anvendt nedgravede armaturer.

På Flintholm Station anvendes lysdiodebelysning som effektbelysning

på stationens store tagkonstruktion.

Bjælkerne på tagkonstruktionen oplyses af lysdioder

Foto: Osram


ENERGIBESPARELSER MED LYSDIODER

Q8 har skiftet til lysdioder på en lang række

tankstationer og opnået store energibesparelser

og længere serviceintervaller

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 31


LITTERATURLISTE

6

CIE

http://www.cie.co.at/

Lighting Research Center

LED life for general lighting

http://www.lrc.rpi.edu

Louis Poulsen Lighting

http://www.louispoulsen.dk

Lumiled (Philips)

www.lumileds.com

www.lighting.philips.com

32

Lumodan

http://www.lumodan.dk

Lysteknisk Selskab

Elektriske Lyskilder - 1993

Lysdioder på vej frem”, Lys nr. 01/2004

Lysdioder er mere end en lyskilde”, Lys nr. 02/2004

Lysdioder sætter spor på dronningens kjoler, Lys nr. 03/2004

http://www.lysteknisk.dk

Osram

www.led.dk

www.osram-os.com

Strageties Unlimited (Analysevirksomhed)

Lighting Research Center

http://su.pennnet.com/

US Department of Energy

DOE Solid State Lighting Status and future, 2004

http://www.energy.gov/engine/content.do

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde

ZVEI

LED in General Lighting - Optical Radiation Safety, 2002

LED definitions

www.zvei.org

Notater

Notat om LED trafiklys, 2003, Institut for Miljøvurdering:

Lighting Answers, NLPIP, 2003, John D. Bullough.

Solid-State Lighting Planning Workshop Report, 2005, US

Department of energy.


LITTERATURLISTE

Lysdiodernes lave effektforbrug gør dem

ideelle til batteridrevne enheder

Foto: Lysteknisk Selskab

Lysdioder til belysning - status for fremtidens lyskilde 33


Foto: Lysteknisk Selskab

Denne publikation er en statusrapport og er tænkt som et opslagsværk og

en grundlæggende indføring i, hvordan lysdioder eller LED fungerer. Lysdioder

har en række helt nye egenskaber og har på sigt et meget stort

energisparepotentiale.

Rapporten gør status over de lystekniske egenskaber og anvendelsesmuligheder

netop nu og tegner nogle af de mange fremtidige muligheder for

lysdioder til belysning.

Målet er at inspirere arkitekter, ingeniører, installatører, konstruktører, designere,

el-selskaber, kommuner, belysningsbranchen og andre til at udnytte

denne nye lyskilde, der uden tvivl vil få en stor plads i alle former for belysning

i løbet af de næste 5-10 år.

More magazines by this user
Similar magazines