LED: Lichtbron van de toekomst

Wat zijn LED’s nu eigenlijk?

LED’s (Light Emitting Diode) zijn elektronica, kleine stukjes halfgeleidermateriaal die bij een spanning van een paar Volt licht geven.
De eerste LED werd pas in 1969 gemaakt en gaf rood licht. Iedereen kent ze : de verklikkerlichtjes in de TV, … Enkele jaren later volgden de groene LED en in 1993 de blauwe. Pas sinds 1999 slaagt men erin om LED’s te maken die wit licht produceren!
De mogeljikheid om witte LED’s te produceren, heeft een ware revolutie teweeggebracht in de verlichtingswereld. De uiterst kleine, spaarzame en onderhoudsvriendelijke LED’s hebben immers heel wat voordelen. Er zijn echter ook nog nadelen die het toepassingsveld nog steeds beperken.

 

De werking van de LED en de soorten lichtbronnen

Lichtbronnen kunnen ingedeeld worden in 3 hoofdcategorieën :

1. Gloeidraadlampen
Hier wordt een elektrische stroom door een draad gestuurd waardoor deze opwarmt tot een temperatuur die zodanig hoog is dat er naast de warmte ook zichtbare straling vrijkomt. De klassieke gloeilamp is hét voorbeeld van deze soort lamp. Het grote nadeel van deze lamp is het lage rendement. Slechts 5% van het energieverbruik wordt omgezet in licht, al de rest gaat verloren in warmte!!!
De halogeenlamp is een verbeterde versie van de gloeilamp en geeft zo’n 10% meer rendement. Er zijn sinds kort ook verbeterde halogeenlampen. We noemen ze de "haloco" lampen. Ze geven een veel hoger rendement dan de vorige generatie halogeenlampen en besparen daardoor tot 40% energie.

2. Gasontladingslampen
Bij deze lampen wordt licht opgewekt door het laten botsen van elektronen met atomen. Deze atomen gaan daardoor in een gasfase. Bij terugkeer naar hun grondfase komt een foton vrij dat licht geeft. Er zijn veel soorten gasontladingslampen. Ze hebben allen een zeer hoog rendement, nog steeds hoger dan de meeste LED’s !!! Maar ze hebben ook één nadeel : in het gas zit kwik en dat is zeer belastend voor het milieu bij recyclage!

3. Vaste stof lichtbronnen (solid state lighting)
Dit zijn de LED’s. Ze hebben een totaal ander werkingsprincipe. Hier ontstaan fotonen - en dus licht – binnenin een vaste stof (halfgeleiderkristal) doordat bij stroomdoorgang de geleidingselektronen overgaan van een hoge energietoestand naar een lage energietoestand. Hiertoe is een lage elektrische gelijkspanning vereist.

 

Het licht opgewekt door een LED

Iedereen kent nu LED’s van toepassingen in lounge bars, reclamepanelen, … We zien enorm veel kleuren en dynamiek in deze verlichting. Hoe kan dit nu?
Zoals gezegd straalt een LED rood licht uit. (dit waren de eerste LED’s). Door de samenstelling van het halfgeleidermateriaal te wijzigen, kon men andere kleuren opwekken, zoals groen en blauw. Maar om echt als verlichting te kunnen dienen hebben we natuurlijk wit licht nodig. Dit maken met LED’s is niet zo simpel als het lijkt. Er zijn drie technieken om dit te bereiken :
1. Het additief mengen van een rode, groene en blauwe LED (RGB-LED).
Deze techniek heeft als voordeel dat er kleurdynamiek mogelijk wordt door de aansturing van de drie bronnen te wijzigen. Het nadeel is dat er kleurschakeringen kunnen optreden bij een eventuele schaduwwerking. Hoe dichter de drie bronnen bij elkaar staan, hoe kleiner dit effect zal zijn.
2. Een tweede manier is een UV-LED te gebruiken en de kleur te bepalen door het inbouwen van zowel rood- groen- en blauw fluorescerende materialen.
3. Een derde manier is het gebruiken van een blauw licht uitstralende LED en die te omgeven met een fluorescerend materiaal dat een deel van het blauw licht absorbeert en zelf geel en rood licht uitzendt. Samen met het oorspronkelijke blauw licht wordt op die manier wit licht verkregen. Een belangrijk nadeel is dat door dit proces de efficiëntie verlaagd wordt en er bij veroudering kleurverschuiving kan zijn.

 

De toekomst van de LED

Bij het opwekken van licht met de bovenvermelde technieken komt er ook warmte vrij. Deze warmte onder controle kunnen houden, is bepalend voor de toekomst van de LED en de mogelijke toepassingen.
De meeste mensen denken nu dat een LED quasi eindeloos meegaat. Dit is zo bij juiste toepassing en voor de zeer lage vermogens LED’s (5mm LED , gekend van de verklikkerlichtjes). Het grote nadeel van deze 5mm LED’s is dat ze slechts zeer weinig licht geven (enkele Lumen) waardoor de toepassingen beperkt blijven tot oriëntatieverlichting. Een levensduur van 50.000 uren is voor deze 5mm LED’s haalbaar.
Wanneer het vermogen van de LED opgetrokken word (de genaamde POWERLED’s) stijgt deze temperatuur aanzienlijk en daarmee daalt de levensduur ook aanzienlijk. Ook deze powerled’s geven nog steeds slechts enkele tientallen Lumen. Voor deze LED’s geeft bijvoorbeeld Philips, toch de toonaangevende LED fabrikant in de wereld – een gemiddelde levensduur van 6000 – 30.000 uren op. Dit is toch al ver verwijderd van de 100.000 uren waarmee men U om de oren slaat in allerlei slogans ! Toch slaagt men er steeds beter in om de koeling van de powerleds onder controle te houden. Dit resulteert in een betere lichtopbrengst en aanvaardbare levensduur. We zijn daarmee op een punt gekomen dat er voor zowat elke toepassing een LED oplossing bestaat.
Een zeer sterk punt van de LED’s is hun schokbestendigheid. Dit maakt ze uiterst interessant voor voertuigen.

 

LED en kleurweergave

Door het steeds verbeteren van de LED’s kunnen we deze nu ook gebruiken in de huiskamer, in musea, winkels, … Een belangrijk punt daarbij is echter de kleurweergave. Deze wordt uitgedrukt in Cri of Ra. Een traditionele gloeilamp werd daarbij aanzien als de standaard en kreeg een index Ra100. Dit houdt in dat alle kleuren bij het licht van een gloeilamp zo goed als perfect worden weergegeven.
Door de hoger beschreven wijze om licht op te wekken met een LED, is het heel wat moeilijker om een goede kleurweergave te bekomen met een LED lamp. De techniek om de kleurweergave te verbeteren, heeft immers als nadeel dat de LED minder efficiënt wordt. Toch slaagt men er nu ook al in om efficiënte LED lampen te maken met een kleurweergave boven Ra80. Om U een idee te geven van wat dat inhoudt : de TL-buizen en zelfs ontladingslampen hadden tot voor kort ook slechts een Ra waarde van iets boven de 80.
U dient echter te weten dat de Ra waarde alleen (die je terugvindt op de verpakking van de lamp) U geen zekerheid geeft dat het licht voor Uw toepassing perfect zal zijn ! De Ra waarde is immers een gemiddelde van de prestaties van 15 (CIE genormeerde) testkleuren. Als de verlichting bijvoorbeeld piekt in het blauw lichtspectrum, kan de Ra waarde zeer hoog zijn maar heb je toch een onaangenaam, koel licht. De belangrijkste kleuren voor een aangenaam licht zijn dan ook de R9 (rood) en R15 (huidskleur). Laat dit nu net de moeilijkste kleuren zijn voor LED …

 

Het dimmen van LED

Dimmen van led is geen sinecure. Met een bestaande dimmer voor Uw oude gloei- of halogeenlampen kan U niet zomaar de lampen vervangen door led alternatieven en denken dat U ze perfect kan dimmen. Er zijn enkele regels in acht te nemen.

- Kijk naar het vermogen van Uw oude dimmer voor halogeen

- of gloeilampen en belast hem met maximum 10% van dit vermogen indien U led lampen wil dimmen.

- Als de lampen flikkeren zal dit de levensduur van de lampen en van de dimmer inkorten. Onmiddellijk het flikkeren doen ophouden is de boodschap.

- De beste oplossing is om een dimmer speciaal geschikt voor het dimmen van led, te gebruiken. Intussen heeft elk merk zo’n dimmers in het gamma.

- Zelfs met dimmers voor led moet je de instellingen aanpassen aan de gebruikte lamp en aan het aantal led lampen dat je wenst te dimmen.

Wij raden in elk geval aan om Uw dimmer te vervangen door een led dimmer. Dat zal een veel beter resultaat geven.

 

Conclusie

De ideale LED bestaat niet!
We bedoelen hiermee dat er geen LED bestaat die voor alle toepassingen geschikt is en deze zal er ook nooit zijn! De ongelooflijke variatie in LED lampen, zowel qua kleur, kleurweergave, lichtsterkte, levensduur, … maken het meer en meer noodzakelijk om bij Uw verlichtingsspecialist te rade te gaan!

 

Bronnen:
Linda Claeys, “De ideale led bestaat niet” Spotlight, maart 2013
“Compatibiliteit tussen bestaande dimmers en retrofit ledlampen”, Elektrovisie juni 2013
Schoordijk, “RARA hoe kan dat” Allicht, juni 2013
P. Hanselaer, C. Lootens “LED’s toegelicht”, Groen Licht Vlaanderen, Laboratorium voor lichttechnologie; Ingelicht, magazine voor de vakhandel van Philips Lighting van mei 2007

design & implementation by e2e NV