Meny
Meny

Hva er LED?

En lysdiode (eller LED, fra engelsk light-emitting diode) er en en halvleder-diode som utstråler lys under tilførsel av elektrisk strøm. Strålingen er inkohorent smalbåndet, og resulterer i et énfarvet lys når elektrisk strøm føres inn i diodens anode og ut av katoden, såkalt elektroluminisens. Den synlige eller usynlige farven er avhengigig av halvledermaterialet i dioden, og kan strekke seg fra ultrafiolett over rødt, orange, gult, grønt eller blått til hvitt eller infrarødt.

Den store fordelen med LED er at den er veldig energieffektiv i forhold til de lyskildene vi har fra før og den har veldig lang levetid.

Lysdioder brukes en og en eller seriekoblet i en uendelighet av funksjoner i elektronisk utstyr eller til å lage lyspærer og lysrør. 

Effektivitet:

LED er veldig effektive sammenlignet med for eksempel glødepærer som har vært mest brukt i Norge. En glødepære omdanner hele 95% av tilført energi til varme mens bare 5% blir til synlig lys. Til sammenligning kan en vanlig billig LED gjøre om rundt 80% av energien til lys. I vår egenutviklede produktserie Maxlumen brukes utelukkende Samsung Middle Power LED Series 2835 LM281B som gir opptil 95% lysutbytte. Resultatet er da at vi får en lyskilde som bruker 90% mindre strøm på å produsere samme mengde lys. Det gir et stort potensiale til å spare mye strøm i gatelys, lysløyper, parkannlegg, boliger og næringsbygg. Siden LED-pærer er så effektive slipper de også ut veldig lite varme og utgjør dermed mindre brannfare.  

Levetid:

Levetiden på en lysdiode er veldig mye lenger enn tradisjonelle lyskilder. Hvor lenge en lysdiode varer er avhengig av kvaliteten på dioden og konstruksjonen på pæren eller lysrøret i forhold til hvordan varmen ledes bort fra dioden. Typisk levetid for billige LED-produkter er 15 000 til 30 000 timer. Alle Maxlumen produktene har en beregnet levetid på +50.000.timer. En vanlig glødepære lyser tilsvarende bare i ca. 1000 timer og en halogen pære 2000 til 5000 timer. Når en LED nærmer seg enden av sin satte levealder er det som oftest ikke at den dør og ikke lyser lenger, men at den vil lyse svakere og svakere. En LED kan leve langt over sin satte levetid, men med redusert lysstyrke. En annen fordel med LED er også at de er ganske robuste mot rystelser og tåler godt ytre påkjenninger siden de ikke har noen glødetråder som kan bli ødelagt, dette gir lengre levetid utendørs i for eksempel gate- og parkbelysning.

Fargegjengivelse:

LED har tidligere hatt et problem med fargegjengivelse for å skape et behaglig lys og riktige farger. Dette er i dag ikke et problem siden dioden kan produseres i den fargen man ønsker. Maxlumen produseres i dag som standar med 3000k og 4000k.

Kretsteknisk:

Strømbegrensende motstand.

Lysdioden fungerer typisk fra 1.8V til 3.5V og hvordan spenning den skal ha bestemmes ut ifra hvilken farge den har som er oppgitt i databladet. Hvis man setter på en for stor strøm så vil lysdioden brenne ut og bli ødelagt, for å forhindre dette bruker man en strømbegrensende motstand (driver) som setter strømmen igjennom lysdioden til ønsket verdi og passer på at spenningen er riktig.

 
Enkel LED krets med strømbegrensende motstand
 

For å få de riktige verdiene må vi først se på databladet til lysdioden for å se hva spesifikasjonene er for så å regne ut hvor stor motstand vi trenger. Denne motstanden blir satt i serie med lysdioden.

Formelen vi bruker for å regne ut strømbegrensende motstand:

{\displaystyle R=(Vs-Vd)/Id}

  • Vs er tilført spenning.
  • Vd er lysdiodens spenningsfall, dette finner man ved å se på databladet til lysdioden. For en rød lysdiode vil denne være omtrent 2V.
  • Id er ønsket strøm igjennom lysdioden som må være mindre enn den tåler før den blir utbrent (typisk Id < 30mA).

Enkel lysdiode i serie.

Vi ser her på hvordan vi ville regnet ut motstanden for en enkel lysdiode koblet i serie. En blå lysdiode trenger 3.5V for å lyse optimalt og tåler 25mA med en spenningsforsyning på 5V, finn motstanden.

{\displaystyle R=(5V-3.5V)/0.020A=1.5V/0.020A=75ohm}

Her velger vi en litt mindre strøm enn det lysdioden tåler slik at vi har en liten margin og får 75Ω. Det er ikke vanlig med 75Ω motstander så da velger man det nærmeste man kommer og gjerne en større motstandsverdi for å få enda en liten margin så vi ikke brenner ut lysdioden. I dette tilfellet ville en 80Ω motstand vært helt perfekt og hvis man ønsker et svakere lys kan man øke motstanden.

Flere lysdioder i serie.

 
Tre lysdioder koblet i serie.

Når man skal regne ut en krets hvor vi har flere lysdioder koblet i serie er det ganske lik fremgangsmåte. Den eneste forskjellen vi får er at vi må ta spenningsforsyningen minus alle lysdiodenes spenningsfall. Hvis vi antar tre lysdioder vil vi få formelen:

{\displaystyle R=(Vs-Vd1-Vd2-Vd3)/Id}

Vi tar for oss tre blå lysdioder koblet i serie som trenger 3.5V for å lyse optimalt og tåler maks 25mA med en spenningsforsyning på 12V. Vi regner da ut hvor stor motstand vi trenger ved å sette inn disse verdiene i formelen.

{\displaystyle R=(12V-3.5V-3.5V-3.5V)/0.020A=1.5V/0.020A=75ohm}

Her får vi 75Ω og velger nærmeste motstand oppover for å være på den sikre siden som er 80Ω. Legg også merke til at vi brukte en spenningsforsyning på 12V istedenfor 5V, grunnen til dette er at 5V vil bli for lite for å forsyne tre lysdioder det de trenger for å lyse optimalt. Det ville fortsatt fungert med 5V, men det ville lyst en god del svakere.

Lysdioder i parallell.

 
Lysdioder koblet i parallell

Det går an å koble lysdioder i parallell, men det skaper en del problemer så man kobler oftest i serie. Når en lysdiode blir produsert så dopes den med et halvledermateriale i en P-N kobling. Den ene siden er mer dopet enn den andre som gjør at den leder bare den ene veien og sperrer den andre. Når man doper disse diodene med halvledermateriale klarer man ikke å dope de helt nøyaktig like fordi dette er veldig mikroskopisk.

Dette fører til at man vil aldri få to helt eksakt like lysdioder og når man da kobler dem i parallell vil de heller ikke lede like mye strøm fordi noen av dem vil lede før de andre. Når en av lysdiodene fører mer strøm enn de andre vil den mest sannsynlig bli ødelagt og vi vil også få forskjell i lysstyrke. Dette er grunnen til at man prøver å unngå en parallell kobling og i hvert fall med kun en motstand.

Hvis man uansett må koble i parallell så minsker man denne faren ved å sette en strømbegrensende motstand på hver lysdiode eller lysdioderekke i parallellkoblingen. Så som i eksempelet med flere lysdioder i serie kunne vi hatt flere slike rekker i parallell med hver sin motstand per rekke. I bildet til venstre ser vi et eksempel på tre lysdioder koblet i parallell med hver sin strømbegrensende motstand.

Ulemper?

Det er få ulemper med å bruke LED men når man skal lage lyspærer så er det litt utfordrende å lage en lyspære som er pen å se på.

MaxLumen LED Lyskolbe er listet i "The DesignLights Consortium®" (DLC). DLC setter strenge krav til kommersielle belysningsløsninger, og fremmer energieffektive produkter av høy kvalitet.

Hvorfor LED?

  • Lysdioder er små og finnes i en mengde ulike varianter
  • Lysdioder gir mer lys per watt enn vanlige lamper
  • Lysdioder gir spesifikke farger uten behov for noe filter, noe som gjør det både billigere og enklere
  • Lysdioder tennes direkte og slås derfor raskere på enn vanlige lamper
  • Lysdioder kan lett dimmes, enten gjennom pulsbreddemodulering eller gjennom å minske strømmen
  • Lysdioder har lav varmeutvikling og avgir derfor veldig lite varme (infrarød stråling) som kan skade tekstiler og andre materialer
  • Lysdioder består av komponenter i fast form, ingen tynne glødetråder, og tåler derfor støt og vibrasjoner bedre enn lyspærer og lysrør

 

Lang levetid

Lysdioder kan ha en livslengde på 35 000 – 100 000 timer. Til sammenligning har vanlige lyspærer en levetid på ca. 1000 timer, en halogenlampe 2000 – 4000 timer og en bra lavenergilampe opp til 15 000 timer.

Lysspredning

Lysdioder kan utformes slik at de fokuserer lyset til en stråle med en bestemt spredningsvinkel. Til sammenligning må vanlige lyspærer og lysrør ha en ekstern reflektor for å kunne samle opp og fokusere lyset.

Ingen tungmetaller

Til forskjell fra vanlige lysrør inneholder lysdioder ikke kvikksølv.

Generelt om Lys

For å vurdere lys brukes ofte forskjellige terminologier som beskriver både styrken og kvaliteten på lyset.

• Lux: Et mål for lysintensitet – hvor kraftig fremstår belysningen.

• Kelvin: Lysets fargetemperatur – hvilken farve har lyset.

• Ra eller CRI: Lysets evne til korrekt fargereproduksjon i forhold til dagslys. Angis på en skala fra 1-100, hvor 100 tilsvarer kvaliteten på dagslys.

 

For å få en idé om disse begrepene kan det ofte hjelpe å sammenligne med andre kjente lyskilder:

Eksempler på lysstyrker i målt i Lux (målt på 1 m avstand):

• Et stearinlys gir ca. 1 lux

• Vanlig kontorbelysning vil ofte være på 400-500 lux.

• Under arbeidslampen på et skrivebord kan det være 1.000 lux.

• Ett tannlegearmatur kan gi 10-20.000 lux.

• Direkte sollys kommer lett opp på 50.000 lux.

Eksempler på farvetemperatur målt i Kelvin:

• 1200 K : et stearinlys

• 1800 K : sollys ved soloppgang

• 2800 K : en vanlig glødepære (ikke sparepære)

• 5000 K : gjennomsnittlig sollys

• 6000 K : kraftig sollys

• 7000 K : lettere overskyet himmel

• 8000 K : overskyet himmel

• 10000 K : kraftig overskyet himmel

• 11000 K : blå himmel sett i skyggen

En annen faktor, som ikke direkte kan relateres til lyskilden, men som også har stor betydning for arbeidsmiljøet er reflekterende overflater. Reflektert lys kan virke veldig trettende på øynene og bør, i likhet med direkte sollys, minimeres mest mulig.