Det globale lysmarked har gennemgået en radikal transformation drevet af den massivt voksende anvendelse af lysdiodeteknologi (LED). Denne solid state lighting (SSL) revolution ændrede fundamentalt den underliggende økonomi på markedet og dynamikken i industrien. Ikke kun forskellige former for produktivitet blev muliggjort af SSL-teknologi, overgangen fra konventionelle teknologier til LED-belysning ændrer også dybtgående måden, folk tænker om belysning på. Konventionelle lysteknologier blev designet primært til at imødekomme de visuelle behov. Med LED-belysning vækker den positive stimulering af lysets biologiske virkninger på menneskers sundhed og velvære stigende opmærksomhed. Fremkomsten af LED-teknologi banede også vejen for konvergensen mellem belysning og Internet of Things (IoT), som åbner op for en helt ny verden af muligheder. Tidligt har der været stor forvirring omkring LED-belysning. Høj markedsvækst og stor forbrugerinteresse skaber et presserende behov for at fjerne tvivlen omkring teknologien og informere offentligheden om dens fordele og ulemper.
Hvordan virker LED'er?
En LED er en halvlederpakke, der omfatter en LED-matrice (chip) og andre komponenter, der giver mekanisk støtte, elektrisk forbindelse, termisk ledning, optisk regulering og bølgelængdekonvertering. LED-chippen er dybest set en pn-forbindelsesenhed dannet af modsat dopede sammensatte halvlederlag. Den sammensatte halvleder i almindelig brug er galliumnitrid (GaN), som har et direkte båndgab, der giver mulighed for en højere sandsynlighed for strålingsrekombination end halvledere med et indirekte båndgab. Når pn-forbindelsen er forspændt i fremadgående retning, bevæger elektroner fra ledningsbåndet af n-type-halvlederlaget sig over grænselaget ind i p-forbindelsen og rekombinerer med huller fra valensbåndet af p-type-halvlederlaget i det aktive område af dioden. Elektron-hul-rekombinationen får elektronerne til at falde ned i en tilstand med lavere energi og frigive den overskydende energi i form af fotoner (lyspakker). Denne effekt kaldes elektroluminescens. Fotonen kan transportere elektromagnetisk stråling af alle bølgelængder. De nøjagtige bølgelængder af lys, der udsendes fra dioden, bestemmes af halvlederens energibåndgab.
Lyset, der genereres gennem elektroluminescens i LED-chippen, har en snæver bølgelængdefordeling med en typisk båndbredde på nogle få snese nanometer. Smalbåndede emissioner resulterer i, at lys har en enkelt farve som rød, blå eller grøn. For at give en bredspektret hvid lyskilde skal bredden af den spektrale strømfordeling (SPD) af LED-chippen udvides. Elektroluminescensen fra LED-chippen omdannes helt eller delvist gennem fotoluminescens i fosfor. De fleste hvide LED'er kombinerer kortbølgelængdeemission fra InGaN blå chips og det genudsendte lys med længere bølgelængde fra fosfor. Fosforpulveret er dispergeret i en silicium, epoxymatrix eller andre harpiksmatrixer. Den fosforholdige matrix er coatet på LED-chippen. Hvidt lys kan også produceres ved at pumpe rødt, grønt og blåt fosfor ved hjælp af en ultraviolet (UV) eller violet LED-chip. I dette tilfælde kan den resulterende hvide opnå overlegen farvegengivelse. Men denne tilgang lider under en lav effektivitet, fordi den store bølgelængdeforskydning involveret i nedkonverteringen af UV eller violet lys er ledsaget af et højt Stokes energitab.
Fordele ved LED-belysning
Opfindelsen af glødelamper for godt et århundrede siden revolutionerede kunstig belysning. På nuværende tidspunkt er vi vidne til den digitale lysrevolution, som SSL muliggør. Halvlederbaseret belysning leverer ikke kun hidtil uset design, ydeevne og økonomiske fordele, men muliggør også et væld af nye applikationer og værdiforslag, som tidligere blev anset for upraktiske. Afkastet ved at høste disse fordele vil stærkt opveje de relativt høje forudgående omkostninger ved at installere et LED-system, som der stadig er en vis tøven på markedet over.
1. Energieffektivitet
En af de vigtigste begrundelser for at gå over til LED-belysning er energieffektivitet. I løbet af det seneste årti er lysudbyttet af fosforkonverterede hvide LED-pakker steget fra 85 lm/W til over 200 lm/W, hvilket repræsenterer en elektrisk til optisk effektkonverteringseffektivitet (PCE) på over 60 procent ved en standard driftsstrøm densitet på 35 A/cm2. På trods af forbedringerne i effektiviteten af InGaN blå LED'er, fosfor (effektivitet og bølgelængde passer til det menneskelige øjes respons) og pakke (optisk spredning/absorption), siger det amerikanske energiministerium (DOE), at der stadig er mere frihøjde til PC-LED effektivitetsforbedringer og lysudbytte på ca. 255 lm/W burde være praktisk muligt for blå pumpe-LED'er. Høj lyseffektivitet er utvivlsomt en overvældende fordel ved LED'er i forhold til traditionelle lyskilder – glødelamper (op til 20 lm/W), halogen (op til 22 lm/W), lineær fluorescerende (65-104 lm/W), kompakt fluorescerende (46-87 lm/W), induktionsfluorescerende (70-90 lm/W), kviksølvdamp (60-60 lm/W), højtryksnatrium (70-140 lm/W) , kvartsmetalhalogenid (64-110 lm/W) og keramisk metalhalogenid (80-120 lm/W).
2. Optisk leveringseffektivitet
Ud over væsentlige forbedringer i lyskildeeffektiviteten er evnen til at opnå høj optisk armatureffektivitet med LED-belysning mindre kendt for almindelige forbrugere, men meget ønsket af lysdesignere. Den effektive levering af lyset fra lyskilder til målet har været en stor designudfordring i branchen. Traditionelle pæreformede lamper udsender lys i alle retninger. Dette medfører, at en stor del af den lysstrøm, som lampen producerer, bliver fanget inde i armaturet (f.eks. af reflektorer, diffusorer), eller til at flygte fra armaturet i en retning, der ikke er nyttig til den tilsigtede anvendelse eller blot stødende for øjet. HID-armaturer som metalhalogenid og højtryksnatrium er generelt omkring 60 procent til 85 procent effektive til at lede lys produceret af lampen ud af armaturet. Det er ikke ualmindeligt, at forsænkede downlights og troffere, der bruger fluorescerende eller halogenlyskilder, oplever 40-50 procent optiske tab. LED-belysningens retningsbestemte natur tillader effektiv levering af lyset, og den kompakte formfaktor af LED'er tillader effektiv regulering af lysstrømmen ved hjælp af sammensatte linser. Veldesignede LED-belysningssystemer kan levere en optisk effektivitet på mere end 90 procent.
3. Belysningsensartethed
Ensartet belysning er en af topprioriteterne i indendørs ambient og udendørs område/vejbelysningsdesign. Ensartethed er et mål for forholdet mellem belysningsstyrken over et område. God belysning bør sikre ensartet fordeling af indfaldende lumen over en opgaveoverflade eller et område. Ekstreme luminansforskelle som følge af uensartet belysning kan føre til visuel træthed, påvirke opgavens udførelse og endda udgøre et sikkerhedsproblem, da øjet skal tilpasse sig mellem overflader med forskellig luminans. Overgange fra stærkt oplyst område til et område med meget forskellig luminans vil forårsage et overgangsmæssigt tab af synsstyrke, hvilket har store sikkerhedsmæssige konsekvenser i udendørs applikationer, hvor en køretøjstrafik er involveret. I store indendørs anlæg bidrager ensartet belysning til høj visuel komfort, tillader fleksibilitet af opgaveplaceringer og eliminerer behovet for at flytte armaturer. Dette kan være særligt fordelagtigt i høje industri- og kommercielle faciliteter, hvor betydelige omkostninger og besvær er involveret i at flytte armaturer. Armaturer med HID-lamper har en meget højere belysningsstyrke direkte under armaturet end områder længere væk fra armaturet. Dette resulterer i en dårlig ensartethed (typisk maks/min forhold 6:1). Lysdesignere er nødt til at øge armaturets tæthed for at sikre, at ensartetheden af belysningsstyrken opfylder minimumsdesignkravet. I modsætning hertil producerer en stor lysemitterende overflade (LES) skabt af en række små LED'er lysfordeling med en ensartethed på mindre end 3:1 maks/min-forhold, hvilket oversættes til større visuelle forhold samt et betydeligt reduceret antal af installationer over opgaveområdet.
4. Retningsbestemt belysning
På grund af deres retningsbestemte emissionsmønster og høje fluxtæthed er LED'er i sagens natur velegnede til retningsbelysning. Et retningsbestemt armatur koncentrerer lys udsendt af lyskilden til en rettet stråle, der bevæger sig uafbrudt fra armaturet til målområdet. Snævert fokuserede lysstråler bruges til at skabe et hierarki af betydning gennem brug af kontrast, for at få udvalgte funktioner til at springe ud fra baggrunden og til at tilføje interesse og følelsesmæssig appel til et objekt. Retningsbestemte armaturer, herunder spotlights og projektører, bruges i vid udstrækning i accentbelysningsapplikationer for at fremhæve fremtrædende eller fremhæve et designelement. Retningsbestemt belysning bruges også i applikationer, hvor en intens stråle er nødvendig for at hjælpe med at udføre krævende visuelle opgaver eller for at give lang rækkevidde belysning. Produkter, der tjener dette formål omfatter lommelygter, søgelys, følgespots, kørelys til køretøjer, stadionprojektører osv. Et LED-armatur kan fylde nok i sit lysudbytte, uanset om det skal skabe en meget veldefineret "hård" stråle til høj dramatik med COB LED'er eller at kaste en lang stråle langt ude i det fjerne med højeffekt LED'er.
5. Spektralteknik
LED-teknologi tilbyder den nye mulighed for at styre lyskildens spektrale strømfordeling (SPD), hvilket betyder, at lysets sammensætning kan skræddersyes til forskellige applikationer. Spektral kontrollerbarhed gør det muligt at konstruere spektret fra belysningsprodukter til at engagere specifikke menneskelige visuelle, fysiologiske, psykologiske, plantefotoreceptor- eller endda halvlederdetektor- (dvs. HD-kamera)-responser eller en kombination af sådanne responser. Høj spektral effektivitet kan opnås gennem maksimering af ønskede bølgelængder og fjernelse eller reduktion af skadelige eller unødvendige dele af spektret til en given anvendelse. I hvidt lys applikationer kan SPD af LED'er optimeres til foreskrevet farvegengivelse og korreleret farvetemperatur (CCT). Med et multi-kanal, multi-emitter design, kan farven produceret af LED armatur være aktivt og præcist kontrollerbar. RGB-, RGBA- eller RGBW-farveblandingssystemer, der er i stand til at producere et fuldt spektrum af lys, skaber uendelige æstetiske muligheder for designere og arkitekter. Dynamiske hvide systemer bruger multi-CCT LED'er til at give varm dæmpning, der efterligner glødelampers farveegenskaber, når de er dæmpede, eller for at give justerbar hvid belysning, der tillader uafhængig kontrol af både farvetemperatur og lysintensitet. Menneskelig centreret belysning baseret på justerbar hvid LED-teknologi er et af momentum bag meget af den nyeste belysningsteknologiske udvikling.
6. Tænd/sluk kobling
LED'er tænder med fuld lysstyrke næsten øjeblikkeligt (i etcifret til snesevis af nanosekunder) og har en sluk-tid på snesevis af nanosekunder. I modsætning hertil kan opvarmningstiden, eller den tid, det tager pæren at nå sit fulde lysudbytte, for kompakte lysstofrør vare op til 3 minutter. HID-lamper kræver en opvarmningsperiode på flere minutter, før de giver brugbart lys. Hot restrike er meget mere bekymrende end den første opstart af metalhalogenlamper, som engang var den vigtigste teknologi, der blev brugt til belysning af høje rum og højeffektprojektørbelysning i industrianlæg, stadioner og arenaer. Et strømafbrydelse for et anlæg med metalhalogenbelysning kan kompromittere sikkerheden og sikkerheden, fordi den varme gentændingsproces for metalhalogenlamper tager op til 20 minutter. Øjeblikkelig opstart og hot genstart giver LED'er en unik position til effektivt at udføre mange opgaver. Ikke kun generelle belysningsapplikationer drager stor fordel af LED'ernes korte responstid, en lang række specialapplikationer høster også denne evne. For eksempel kan LED-lys fungere i synkronisering med trafikkameraer for at give intermitterende belysning til at fange køretøjer i bevægelse. LED'er tænder 140 til 200 millisekunder hurtigere end glødelamper. Fordelen med reaktionstid antyder, at LED-bremselys er mere effektive end glødelamper til at forhindre kollisioner bagfra. En anden fordel ved lysdioder i koblingsdrift er koblingscyklussen. Levetiden for LED'er påvirkes ikke af hyppige skift. Typiske LED-drivere til generelle belysningsapplikationer er vurderet til 50,000 koblingscyklusser, og det er ualmindeligt, at højtydende LED-drivere tåler 100,000, 200,000 eller endda 1 mio. skifte cyklusser. LED-levetid påvirkes ikke af hurtig cykling (højfrekvensskift). Denne funktion gør LED-lys velegnet til dynamisk belysning og til brug med lysstyringer såsom tilstedeværelses- eller dagslyssensorer. På den anden side kan hyppig tænd/sluk-skift forkorte levetiden for glødelamper, HID og lysstofrør. Disse lyskilder har generelt kun nogle få tusinde skiftecyklusser i løbet af deres nominelle levetid.
7. Dæmpningsevne
Evnen til at producere lysoutput på en meget dynamisk måde giver LED'er perfekt dæmpningsstyring, hvorimod lysstofrør og HID-lamper ikke reagerer godt på dæmpning. Dæmpning af fluorescerende lamper nødvendiggør brugen af dyre, store og komplekse kredsløb for at opretholde gasexcitations- og spændingsforholdene. Dæmpning af HID-lamper vil føre til en kortere levetid og for tidlig lampefejl. Metalhalogen- og højtryksnatriumlamper kan ikke dæmpes under 50 procent af den nominelle effekt. De reagerer også på dæmpningssignaler væsentligt langsommere end LED'er. LED-dæmpning kan laves enten gennem konstant strømreduktion (CCR), som er bedre kendt som analog dæmpning, eller ved at anvende pulsbreddemodulation (PWM) på LED'en, AKA digital dæmpning. Analog dæmpning styrer drevstrømmen, der løber igennem til LED'erne. Dette er den mest udbredte dæmpningsløsning til generelle belysningsapplikationer, selvom LED'er muligvis ikke fungerer godt ved meget lave strømme (under 10 procent). PWM-dæmpning varierer driftscyklussen af pulsbreddemodulationen for at skabe en gennemsnitsværdi ved dens output over et fuldt område fra 100 procent til 0 procent. Dæmpning af LED'er gør det muligt at tilpasse belysningen til menneskelige behov, maksimere energibesparelser, muliggøre farveblanding og CCT-indstilling og forlænge LED's levetid.
8. Styrbarhed
LED'ernes digitale natur letter sømløs integration af sensorer, processorer, controllere og netværksgrænseflader i belysningssystemer til implementering af forskellige intelligente belysningsstrategier, fra dynamisk belysning og adaptiv belysning til hvad IoT bringer næste gang. Det dynamiske aspekt af LED-belysning spænder fra simple farveændringer til indviklede lysshows på tværs af hundreder eller tusinder af individuelt kontrollerbare belysningsknuder og kompleks oversættelse af videoindhold til visning på LED-matrixsystemer. SSL-teknologi er kernen i et stort økosystem af forbundne belysningsløsninger, som kan udnytte dagslysindsamling, belægningsregistrering, tidsstyring, indlejret programmerbarhed og netværkstilsluttede enheder til at styre, automatisere og optimere forskellige aspekter af belysning. Migrering af lysstyring til IP-baserede netværk gør det muligt for intelligente, sensorladede belysningssystemer at interoperere med andre enheder inden for IoT-netværk. Dette åbner muligheder for at skabe en bred vifte af nye tjenester, fordele, funktionaliteter og indtægtsstrømme, der øger værdien af LED-belysningssystemer. Styringen af LED-lyssystemer kan implementeres ved hjælp af en række kablede og trådløse kommunikationsprotokoller, herunder lysstyringsprotokoller såsom 0-10V, DALI, DMX512 og DMX-RDM, bygningsautomatiseringsprotokoller såsom BACnet, LON, KNX og EnOcean, og protokoller implementeret på den stadig mere populære mesh-arkitektur (f.eks. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Designfleksibilitet
Den lille størrelse af LED'er gør det muligt for armaturetsdesignere at lave lyskilder i former og størrelser, der passer til mange applikationer. Denne fysiske egenskab giver designerne mere frihed til at udtrykke deres designfilosofi eller til at sammensætte brandidentiteter. Fleksibiliteten som følge af direkte integration af lyskilder giver muligheder for at skabe belysningsprodukter, der bærer en perfekt sammensmeltning mellem form og funktion. LED-lysarmaturer kan fremstilles til at udviske grænserne mellem design og kunst til applikationer, hvor der er et dekorativt fokuspunkt. De kan også designes til at understøtte et højt niveau af arkitektonisk integration og blande sig i enhver designsammensætning. Solid state belysning driver også nye designtrends i andre sektorer. Unikke stylingmuligheder giver bilproducenter mulighed for at designe karakteristiske for- og baglygter, der giver biler et tiltalende udseende.
10. Holdbarhed
En LED udsender lys fra en blok af halvledere - i stedet for fra en glaspære eller et glasrør, som det er tilfældet i ældre glødelamper, halogen, fluorescerende og HID-lamper, der bruger filamenter eller gasser til at generere lys. Solid state-enhederne er generelt monteret på et trykt kredsløbskort med metalkerne (MCPCB), med forbindelsen typisk tilvejebragt af loddede ledninger. Uden skrøbeligt glas, ingen bevægelige dele og ingen glødetrådsbrud, LED-belysningssystemer er derfor ekstremt modstandsdygtige over for stød, vibrationer og slid. Solid state-holdbarheden af LED-belysningssystemer har tydelige værdier i en række forskellige anvendelser. Inden for et industrielt anlæg er der steder, hvor lys lider under overdreven vibration fra store maskiner. Armaturer installeret langs vejbaner og tunneler skal tåle gentagne vibrationer forårsaget af tunge køretøjer, der passerer forbi med høj hastighed. Vibration udgør den typiske arbejdsdag for arbejdslygter monteret på bygge-, mine- og landbrugskøretøjer, maskiner og udstyr. Bærbare armaturer såsom lommelygter og campinglanterner er ofte udsat for stød fra fald. Der er også mange applikationer, hvor ødelagte lamper udgør en fare for beboerne. Alle disse udfordringer kræver en robust belysningsløsning, som er præcis, hvad solid state belysning kan tilbyde.
11. Produktlevetid
Lang levetid skiller sig ud som en af de største fordele ved LED-belysning, men påstande om lang levetid udelukkende baseret på levetidsmetrikken for LED-pakken (lyskilden) kan være vildledende. Levetiden for en LED-pakke, en LED-lampe eller et LED-armatur (lysarmaturer) nævnes ofte som det tidspunkt, hvor lysstrømmen er faldet til 70 procent af dens oprindelige output, eller L70. Typisk har LED'er (LED-pakker) L70-levetider mellem 30,000 og 100,000 timer (ved Ta=85 grader). Men LM-80-målinger, der bruges til at forudsige LED-pakkernes L70-levetid ved hjælp af TM-21-metoden, tages med LED-pakkerne, der arbejder kontinuerligt under velkontrollerede driftsforhold (f.eks. i et temperaturkontrolleret miljø og forsynes med en konstant DC-drevstrøm). I modsætning hertil er LED-systemer i virkelige applikationer ofte udfordret med højere elektrisk overbelastning, højere overgangstemperaturer og hårdere miljøforhold. LED-systemer kan opleve accelereret lumenvedligeholdelse eller direkte for tidlig fejl. Generelt har LED-lamper (pærer, rør) L70-levetider på mellem 10,000 og 25,000 timer, integrerede LED-armaturer (f.eks. high bay lights, street lights, downlights) har levetider mellem 30, 000 timer og 60,000 timer. Sammenlignet med traditionelle belysningsprodukter – glødelamper (750-2,000 timer), halogen (3,000-4,000 timer), kompaktlysstofrør (8,000-10 ,000 timer) og metalhalogenid (7,500-25,000 timer), giver LED-systemer, især de integrerede armaturer, en væsentlig længere levetid. Da LED-lys stort set ikke kræver vedligeholdelse, giver reducerede vedligeholdelsesomkostninger sammen med høje energibesparelser ved brug af LED-lys over deres forlængede levetid grundlaget for et højt investeringsafkast (ROI).
12. Fotobiologisk sikkerhed
LED'er er fotobiologisk sikre lyskilder. De producerer ingen infrarød (IR) emission og udsender en ubetydelig mængde ultraviolet (UV) lys (mindre end 5 uW/lm). Glødelamper, lysstofrør og metalhalogenlamper omdanner henholdsvis 73 procent, 37 procent og 17 procent af den forbrugte strøm til infrarød energi. De udsender også i UV-området af det elektromagnetiske spektrum – glødende (70-80 uW/lm), kompaktfluorescerende (30-100 uW/lm) og metalhalogenid (160-700 uW/lm) . Ved en høj nok intensitet kan lyskilder, der udsender UV- eller IR-lys, udgøre fotobiologiske farer for hud og øjne. Udsættelse for UV-stråling kan forårsage grå stær (uklarhed af den normalt klare linse) eller fotokeratitis (betændelse i hornhinden). Kortvarig eksponering for høje niveauer af IR-stråling kan forårsage termisk skade på øjets nethinde. Langvarig eksponering for høje doser infrarød stråling kan fremkalde glaspusterens grå stær. Termisk ubehag forårsaget af glødelampesystem har længe været et irritationsmoment i sundhedssektoren, da konventionelle kirurgiske arbejdslamper og tandoperationslys bruger glødelyskilder til at producere lys med høj farvegengivelse. Den højintensitetsstråle, der produceres af disse armaturer, leverer en stor mængde termisk energi, der kan gøre patienterne meget utilpas.
Diskussionen om fotobiologisk sikkerhed fokuserer uundgåeligt ofte på faren for blåt lys, som refererer til en fotokemisk beskadigelse af nethinden som følge af strålingseksponering ved bølgelængder primært mellem 400 nm og 500 nm. En almindelig misforståelse er, at LED'er kan være mere tilbøjelige til at forårsage blåt lysfare, fordi de fleste fosforkonverterede hvide LED'er bruger en blå LED-pumpe. DOE og IES har gjort det klart, at LED-produkter ikke adskiller sig fra andre lyskilder, der har samme farvetemperatur med hensyn til faren for blåt lys. Fosforkonverterede LED'er udgør ikke en sådan risiko selv under strenge evalueringskriterier.
13. Strålingseffekt
LED'er producerer kun strålingsenergi inden for den synlige del af det elektromagnetiske spektrum fra ca. 400 nm til 700 nm. Denne spektrale karakteristik giver LED-lys en værdifuld anvendelsesfordel i forhold til lyskilder, der producerer strålingsenergi uden for det synlige lysspektrum. UV- og IR-stråling fra traditionelle lyskilder udgør ikke kun fotobiologiske farer, men fører også til materialenedbrydning. UV-stråling er ekstremt skadelig for organiske materialer, da fotonenergi fra stråling i UV-spektralbåndet er høj nok til at producere direkte bindingsspaltning og fotooxidationsveje. Den resulterende forstyrrelse eller ødelæggelse af kromoforen kan føre til materialeforringelse og misfarvning. Museumsanvendelser kræver, at alle lyskilder, der genererer UV på over 75 uW/lm, skal filtreres for at minimere irreversibel skade på kunstværket. IR inducerer ikke den samme type fotokemiske skader forårsaget af UV-stråling, men kan stadig bidrage til skader. Forøgelse af overfladetemperaturen på en genstand kan resultere i accelereret kemisk aktivitet og fysiske ændringer. IR-stråling ved høje intensiteter kan udløse overfladehærdning, misfarvning og revner af malerier, forringelse af kosmetiske produkter, udtørring af grøntsager og frugter, smeltning af chokolade og konfekture mv.
14. Brand- og eksplosionssikkerhed
Brand- og eksponeringsfarer er ikke karakteristiske for LED-belysningssystemer, da en LED konverterer elektrisk strøm til elektromagnetisk stråling gennem elektroluminescens i en halvlederpakke. Dette er i modsætning til ældre teknologier, der producerer lys ved at opvarme wolframfilamenter eller ved at excitere et gasformigt medium. En fejl eller forkert betjening kan resultere i en brand eller en eksplosion. Metalhalogenlamper er særligt udsatte for eksplosionsrisiko, fordi kvartsbuerøret arbejder ved højt tryk (520 til 3.100 kPa) og meget høj temperatur (900 til 1.100 grader). Ikke-passive lysbuerørsvigt forårsaget af udtjente betingelser for lampen, af ballastfejl eller ved brug af en forkert lampe-ballastkombination kan forårsage brud på den ydre pære på metalhalogenlampen. De varme kvartsfragmenter kan antænde brændbare materialer, brændbart støv eller eksplosive gasser/dampe.
15. Synligt lyskommunikation (VLC)
LED'er kan tændes og slukkes med en frekvens, der er hurtigere end det menneskelige øje kan registrere. Denne usynlige tænd/sluk-funktion åbner en ny applikation til belysningsprodukter. LiFi (Light Fidelity) teknologi har fået stor opmærksomhed i den trådløse kommunikationsindustri. Den udnytter "ON" og "OFF" sekvenserne af LED'er til at transmittere data. Sammenlignet med nuværende trådløse kommunikationsteknologier, der bruger radiobølger (f.eks. Wi-Fi, IrDA og Bluetooth), lover LiFi tusind gange større båndbredde og en væsentlig højere transmissionshastighed. LiFi betragtes som en tiltalende IoT-applikation på grund af den allestedsnærværende belysning. Hvert LED-lys kan bruges som et optisk adgangspunkt til trådløs datakommunikation, så længe dens driver er i stand til at omdanne streaming indhold til digitale signaler.
16. DC belysning
LED'er er strømdrevne enheder med lav spænding. Denne karakter gør det muligt for LED-belysning at drage fordel af distributionsnet med lav spænding jævnstrøm (DC). Der er en accelererende interesse for DC mikronetsystemer, som kan fungere enten uafhængigt eller i forbindelse med et standard forsyningsnet. Disse små elnet giver forbedrede grænseflader med vedvarende energigeneratorer (sol, vind, brændselscelle osv.). Lokalt tilgængelig jævnstrøm eliminerer behovet for AC-DC strømkonvertering på udstyrsniveau, som involverer et betydeligt energitab og er et almindeligt fejlpunkt i AC-drevne LED-systemer. Højeffektiv LED-belysning forbedrer til gengæld autonomien for genopladelige batterier eller energilagringssystemer. Efterhånden som IP-baseret netværkskommunikation tager fart, opstod Power over Ethernet (PoE) som en laveffekts mikronetmulighed til at levere lavspændings jævnstrøm over det samme kabel, der leverer Ethernet-dataene. LED-belysning har klare fordele for at udnytte styrkerne ved en PoE-installation.
17. Koldtemperaturdrift
LED-belysning udmærker sig i kolde temperaturmiljøer. En LED konverterer elektrisk strøm til optisk strøm gennem injektion af elektroluminescens, som aktiveres, når halvlederdioden er elektrisk forspændt. Denne opstartsproces er ikke temperaturafhængig. Lav omgivelsestemperatur letter bortledning af spildvarme, der genereres fra LED'er og fritager dem således for termisk fald (reduktion i optisk effekt ved høje temperaturer). I modsætning hertil er koldtemperaturdrift en stor udfordring for lysstofrør. For at få lysstofrøret til at starte i et koldt miljø kræves en høj spænding for at starte lysbuen. Lysstofrør mister også en betydelig del af sin nominelle lyseffekt ved temperaturer under frysepunktet, hvorimod LED-lys yder deres bedste i kolde omgivelser – selv ned til -50 grader. LED-lys er derfor ideel til brug i frysere, køleskabe, kølerum og udendørs applikationer.
18. Miljøpåvirkning
LED-lys producerer væsentlig mindre miljøpåvirkning end traditionelle lyskilder. Lavt energiforbrug betyder lave kulstofemissioner. LED'er indeholder ikke kviksølv og skaber dermed færre miljømæssige komplikationer ved endt levetid. Til sammenligning indebærer bortskaffelse af kviksølvholdige lysstofrør og HID-lamper brugen af strenge affaldsbortskaffelsesprotokoller.
Ulemper og udfordringer ved LED-belysning
Bliv ikke begejstret over det væld af fordele, som LED-belysning tilbyder. Selvom denne teknologi absolut er en skelsættende præstation i elektrisk belysnings historie, rejser den sine egne problemer. Belysningsbranchen står over for en udfordring i en størrelsesorden, som den aldrig har skullet forholde sig til før. Solid state belysning ændrede filosofien om design og teknik. Belysningssystemer er ikke længere dumme lyskilder, de har udviklet sig til kraftelektronik. Designet af belysningssystemer er med andre ord uhørt komplekst. LED'er er selvopvarmende, strømfølsomme og lysintensive halvlederlyskilder. Dette giver anledning til den største bekymring for LED-belysning - ydeevnen og pålideligheden af et LED-system er stærkt afhængig af et multidimensionelt arbejde. LED-pakkemålingerne er blot ét aspekt af det holistiske design og systemudvikling af et LED-belysningssystem. Mange andre indbyrdes afhængige faktorer spiller ind, herunder termisk styring, regulering af drevstrøm og optisk kontrol.
Lænestolseksperter opstiller ofte en lang liste over ulemper ved LED-belysning. Og for at gøre historien sensationel, ville de aldrig glemme at nævne, at LED-belysning kan inducere blåt lys. Hvidt lys er dybest set en blanding af bølgelængder fra forskellige farvebånd. Alle hvide med samme farveudseende, uanset de lyskilder, hvorfra lyset udsendes, har nogenlunde samme andel af blå bølgelængder over det synlige spektrum. Farveudseendet af hvidt lys kan karakteriseres som havende en korreleret farvetemperatur (CCT). Det blå indhold i en lyskilde svarer generelt til dens CCT. Jo højere CCT jo højere andel af blå bølgelængder. Under de samme luminans- og belysningsforhold er blå stråling fra et 3000 K LED-produkt lige så lav som fra en 3000 K glødelampe, og blå stråling fra et 6000 K LED-produkt er lige så høj som fra en 6000 K fluorescerende lampe. Som med andre lyskilder er faren for blåt lys sjældent et problem for hvide LED'er. Evnen til at konstruere den spektrale sammensætning af hvidt lys er en stor fordel ved LED-teknologi. Med LED-belysning kan enhver spektral sammensætning af lys, der positivt bidrager til menneskers sundhed og velvære, fremstilles. Menneskelig centreret belysning, en stor teknologitrend, der driver væksten i belysningsindustrien, høster LED-systemernes CCT-indstillingsevne for at justere mængden af blå stråling til et sundt spektrum af hvidt lys.
Faktisk har LED-belysning kun nogle få iboende ulemper.
Den mest kendte svaghed ved LED-belysning er, at LED'er producerer et biprodukt - varme. LED'er kaldes salgsopvarmningsenheder, fordi de genererer varme i enhedspakken - i stedet for at udstråle varme i form af infrarød energi. Omkring halvdelen af den elektriske energi, der tilføres en LED, omdannes til varme, som skal ledes og konvektioneres gennem en fysisk termisk bane. Manglende opretholdelse af enhedens overgangstemperatur under en fastsat grænse kan accelerere kinetikken af fejlmekanismer, såsom atomare defektgenerering og vækst i det aktive område af dioden, karbonisering og gulfarvning af indkapslingsmidlet og misfarvning af plastemballagehus. Ud over den maksimale nominelle krydstemperatur reduceres levetiden for en LED med 30 procent til 50 procent for hver 10 graders stigning i krydstemperaturen.
Den mest ukendte, og også den største svaghed ved LED-belysning, er, at LED'er er delikat kraftelektronik. De er ekstremt kræsne med hensyn til deres mad - køre strøm. For LED'er er deres høje følsomhed over for fremadgående strøm et tveægget sværd. Det giver lyssystemer overlegen kontrollerbarhed, men gør også regulering af kørestrøm enormt udfordrende. En meget lille ændring i drevstrømmen vil få lysudgangen til at svinge. LED'er er DC-drevne enheder, men de skal ofte forsynes med en AC-strømkilde. Ufuldstændig undertrykkelse af den alternerende bølgeform efter ensretning kan resultere i en resterende rippel (resterende periodisk variation) i strømudgangen fra driveren til LED'erne. Denne krusning får LED'erne til at flimre ved dobbelt frekvens af den indgående linjespænding, dvs. 100Hz eller 120Hz. Den elektriske og termiske indbyrdes afhængighed af LED'er tilføjer også kompleksitet til belastningsregulering. Når overgangstemperaturen stiger, falder fremadspændingen, den elektriske effekt, der leveres til LED'en, reduceres også. På den anden side, jo højere drivstrømmen er, desto større er spildvarmen, der genereres ved halvledermatricen. Overstyring af, hvad en LED er klassificeret til, kan føre til tidlig fejl i LED på grund af termisk løb. Ikke desto mindre kommer den mest skadelige trussel mod LED'er fra elektriske overbelastninger (EOS). En EOS opstår, når drevstrømmen eller -spændingen overstiger komponentens maksimale nominelle værdier. Der er mange mulige kilder til elektriske overbelastninger, som omfatter elektrostatisk afladning (ESD), startstrøm eller andre typer af forbigående strømstød. LED'ers sårbarhed over for forskellige typer elektriske belastninger nødvendiggør derfor en stram regulering af drivstrømmen.
En tredje ulempe er, at LED'er har en høj fluxtæthed. De koncentrerede lyskilder af retningsbestemt lys kan potentielt skabe blænding. Høje luminanser i synsfeltet interfererer med at se (blænding med handicap) eller forårsager en følelse af irritation eller smerte (ubehagsblænding). Yderligere optik til at afbøde blænding kan indarbejdes i armaturernes design, men de resulterer ofte i store optiske tab.
Sidst men ikke mindst, øget kompleksitet af systemdesign fører til en højere førstepris for LED-produkter sammenlignet med ældre belysningsprodukter. Dette gør omkostningsoptimering til en vigtig del af armaturdesignprocessen. Når omkostningspresset opvejer produkternes ydeevne og pålidelighed, vil der opstå en strøm af problemer.
