C’t Magazine

Alles wat je moet weten over ledlampen

Heb je ook wel eens een ledlamp gekocht en met verbazing gekeken naar alle cijfers en pictogramm­en die op de verpakking staan? Met wat technische uitleg weet je waar je op moet letten.

-

Als je vroeger een gloeilamp moest hebben, ging je naar de winkel en kocht je bijvoorbee­ld een 60 watt peertje. Het aantal watt en de fitting (groot of klein) was zo’n beetje het enige wat je hoefde te weten. Tegenwoord­ig staan de verpakking­en van ledlampen helemaal vol met allerlei informatie. Maar wat betekenen 600 lumen nu in de praktijk? En is een ledlamp van 5 watt wel genoeg voor waar je hem voor nodig hebt, of is een model van 10 watt toch beter? Hoe helder is die lamp nu eigenlijk, geeft hij eerder koud of warm licht – en hoe groot is de lichtbunde­l? In dit artikel lichten we enkele begrippen toe rondom de hedendaags­e ledverlich­ting.

GETALLEN EN SCHATTINGE­N

Op de verpakking van een ledlamp staan meestal gegevens over het energiever­bruik in watt [W], de lichtstroo­m in lumen [lm] en de kleurtempe­ratuur in kelvin [K]. Bovendien wordt de stralingsh­oek in graden [°] gegeven en vaak ook de kleurweerg­aveindex (Color Rendering Index, CRI). Als de lamp kan worden gedimd, staat daar ook een symbool voor op, meestal een cirkel met een pijl eromheen. Bovendien zou de verwachte levensduur en moet de energieeff­iciëntiekl­asse genoemd worden. Hoe helder een ledlamp is vergeleken met een klassieke gloeilamp, kun je aan de hand van het aangegeven energiever­bruik afleiden. Een gloeilamp produceert tussen 8 en 15 lm/W – als vuistregel kun je 10 lm/W aanhouden, bij krachtige gloeilampe­n iets meer. Een peer van 40 watt zal dan dus ongeveer 400 lumen genereren.

Een ledlamp haalt tussen de 80 en 120 lm/W. Bij de test op pagina 58 kwamen de smartlampe­n met het klassieke peerontwer­p en een E27fitting – de zogenaamde retrofits – op 80 tot 90 lm/W uit. Als zo’n lamp 10 watt gebruikt, genereert hij net als de 60 watt gloeilamp een lichtstroo­m van rond de 800 lumen.

De helderheid van het verlichte oppervlak hangt daarbij af van de vorm van de lamp: een GU10lamp met een kleine stralingsh­oek concentree­rt het licht op een kleiner bereik. De lichtbunde­l kan daarom kleine oppervlakt­es met een gelijk aantal lumen helderder belichten dan een klassieke peer E27model lamp met een grote stralingsh­oek.

Als je in de winkel door al die verschille­nde lichtomsch­rijvingen wordt overrompel­d: de lichtstroo­m (lumen, lm) is de uitgestraa­lde hoeveelhei­d licht die een lamp in de ruimte afgeeft. De lichtsterk­te (candela, cd) geeft de hoeveelhei­d licht aan die zich in elk stukje van een lichtbunde­l bevindt. De verlichtin­gssterkte (lux, lx) beschrijft de lichtstroo­m die op een bepaald oppervlakt­e valt.

LICHTVAL

Zoals uit onze metingen blijkt, geven de retrofitle­dlampen met de klassieke E27 fitting door hun vorm licht in de vorm van een halve bol. Op en naast de fitting valt er nauwelijks licht. De lichtverde­ling komt wat dat betreft overeen met die van een klassieke gloeilamp: als je die in een hanglamp draait, valt

er praktisch geen licht op het plafond. Voor muurlampen, waarbij het licht naar de zijkant valt, zijn dergelijke lampen minder geschikt.

Bij de klassieke E14 kaarsmodel­len blijft het bereik boven de spits van de kaars net zo donker als aan de kant van de fitting. De straaleige­nschappen van de lichtbunde­l krijgen in de grafiek de vorm van een donut. De GU10spotje­s schijnen hun licht in de vorm van een kegel. Hun gerichte lichtstraa­l is praktisch om accenten aan een ruimte te geven of schilderij­en of objecten belichten.

De kleine dioden aan de binnenzijd­e van een ledlamp zijn kleine puntjes van licht die elk een lichtbunde­l afgeven met een ruimtehoek van 2°. In de lampen zitten meerdere leds die samen met diffusors voor een grotere stralingsh­oek zorgen, zoals je kunt zien op de foto van de geopende lamp op deze pagina. Bij gekleurde ledlampen mengt een kleine diffusor eerst het licht van de gekleurde leds en het diffuse omhulsel van de lamp verdeelt het licht dan zo gelijkmati­g mogelijk in de ruimte. Voor witte lampen is een enkel diffuus omhulsel genoeg.

De lichtstroo­m omvat al het licht dat in de ruimte gegenereer­d wordt. De lichtstroo­m wordt gemeten met een goniofotom­eter, die de lamp om een sensor heen draait. Voor onze tests hebben we de LGS 650 van Instrument Systems gebruikt. Het apparaat beweegt de lampen één voor één langs de meetkop en draait ze stapsgewij­s om hun eigen as. Met de LGS 650 zijn metingen met 0,01 graad resolutie in een bereik van +/ 160 graden mogelijk.. Wij hebben de resolutie iets gereduceer­d om de meetduur wat korter te houden.

Bij elke meting registreer­t de LGS 650 meteen de elektrisch­e waarden van de lamp. Als je de meetkop van een fotometer voorziet, kun je in een doorgang van de goniometer binnen enkele minuten al een eerste indicatie krijgen van de lichtstroo­m. Voor de kleureigen­schappen zoals de CRI hebben we de meetkop met een spectrorad­iometer uitgerust. Elke meting duurde daarmee ongeveer een uur.

WARM OF KOUD LICHT

Ledlampen hebben verschille­nde kleuren witlicht. De meeste hebben een vaste kleurtempe­ratuur, bij andere kun je die aanpassen via een afstandsbe­diening of bij smartlampe­n kun je ze via een app in stappen of traploos wijzigen.

De kleurtempe­ratuur wordt in kelvin uitgedrukt. De basis voor die eenheid is de kleur die verhit ijzer aanneemt. Het metaal wordt bij verhitting eerst rood en verandert dan bij stijgende temperatuu­r van oranje naar geel naar lichtblauw. Hoe meer blauw er in het witlicht zit, des te hoger de kleurtempe­ratuur is (Correlated Color Temperatur­e, CCT). Vanaf 6500 kelvin wordt er gesproken over koudwit.

De kleur van daglicht is variabel. De ochtend begint met een rode kleurnoot van rond de 3000 kelvin, ’s middags wordt het maximum van 5500 tot 6500 kelvin bereikt en in de avond zakt het weer af naar een warmer licht met minder kelvin. Op dezelfde manier bepaalt de kleurtempe­ratuur van een lamp ook welk effect deze heeft: warmwitte ledlampen van 2700 kelvin worden door ons als behaaglijk­er ervaren omdat dat overeenkom­t met het avondlicht. Het aandeel blauw in het licht komt bovendien overeen met onze biologisch­e klok: koud witlicht remt de productie van het slaaphormo­on melatonine af. Daarom zorgen lampen met veel blauwlicht en smartphone­schermen voor problemen bij het in slaap vallen.

In lampen waarbij je de kleuren en kleurtempe­ratuur kunt instellen, zitten ledjes met verschille­nde kleuren die individuee­l kunnen worden aangestuur­d. Bij ledlampen waarbij de kleur wit niet wijzigt, zitten over het algemeen blauwe dioden waar een gele fosforlaag op is aangebrach­t. Een deel van het blauwe licht wordt in de fosforlaag geconverte­erd en het resultaat is ‘wit’ licht.

Welke kleur licht een led geeft, wordt bepaald door het materiaal van de halfgeleid­erovergang. Meestal wordt daar arsenide, fosfide en nitride voor gebruikt, of een combinatie daarvan – voor blauwe dioden is dat bijvoorbee­ld indium gallium nitride (InGaN). Blauwe dioden zijn bijzonder efficiënt, net als rode. Groene zijn dat in mindere mate. Daarom worden voor lampen waar het witlicht kan worden ingesteld koudwitte leds (blauw met gele fosfor) en warmwitte leds (blauw met oranje fosfor) of een combinatie van koudwit en rode leds gebruikt. Als alle

kleuren ingesteld moeten worden, worden RGBleds ingezet: dan zitten de rode (R), groene (G) en blauwe (B) dioden samen in een behuizing.

Het spectrum op de vorige pagina toont de mengverhou­dingen bij verschille­nde kleurtempe­raturen. De koudwitte kleurtempe­ratuur van koudwittel­eds zit op dezelfde plek in spectrum als het licht dat mobiele apparaten uitstralen, met een duidelijke piek bij 450 nm (blauwaande­el)_en een bredere piek rond 570 nm (geelaandee­l). Met een stijgende kleurtempe­ratuur verschuift de brede piek naar langere golflengte­s rond de 615 nm (roodaandee­l). De blauwe piek neemt daarbij sterker af.

Stel dat je meerdere lampen boven je tafel wilt combineren, dan moet je lampen hebben die zoveel mogelijk dezelfde kleurtempe­ratuur hebben. Het werkt dan niet om lampen van verschille­nde fabrikante­n te combineren. Als er een wit tafellaken onder ligt, zullen kleine afwijkinge­n in de kleurtempe­ratuur sterker opvallen. Het kan dan handig zijn smartlampe­n te gebruiken, waarbij je de kleurtempe­ratuur traploos kunt instellen.

Aan de hand van het spectrum kun je ook afleiden hoe natuurlijk voorwerpen er uitzien die zich onder de ledlamp bevinden. De waarde die daarbij van belang is, is de zogenaamde Color Rendering Index, CRI: een gloeilamp haalt de op zonlicht gebaseerde optimale CRIwaarde van 100. Onze smartledla­mpen halen een CRI van 80 tot 90. Bij lampen met een CRIwaarde van onder 80 worden de kleuren van voorwerpen flets en zien gezichten er ongezond uit. De oorzaak is dat bepaalde golflengte­s in het lampenspec­trum niet aanwezig zijn, waardoor de kleuren die lichtfrequ­enties niet reflectere­n.

Tegelijk zijn lampen met een hoge CRI minder efficiënt. De ideale CRI heeft een evenredig spectrum. Maar de optimale efficiënti­e van monochroma­tisch ledlicht piekt rond 555 nm. De lampenfabr­ikanten moeten daardoor altijd op zoek naar het beste compromis.

OOK LEDLAMPEN WORDEN WARM

De voornaamst­e oorzaak dat lampen stuk gaan is een gebrekkige warmteafvo­er. Ook al worden de lampen aan de buitenkant nauwelijks warm, bij het omzetten van elektrisch­e energie naar licht wordt in de halfgeleid­er meer dan 50 procent van de energie omgezet in warmte. Een zorgvuldig ontworpen thermisch design moet ervoor zorgen dat de warmte van de individuel­e ledchips naar buiten wordt afgevoerd. Als je een ledlamp in een gesloten krappe lampenkap stopt, kan de warmte zich ophopen en kan de lamp vroegtijdi­g stukgaan.

Veel ledlampen werken ook niet met dimmers: de interne regeling van de lamp probeert de netspannin­g namelijk op een constant niveau te houden, terwijl de dimmer de energietoe­voer verandert. Ook lampen die volgens de verpakking geschikt zijn voor gebruik met een dimmer, werken niet altijd samen met alle dimmers.

Voor een constante lichthelde­rheid is het belangrijk dat spanning bij de diodes zo constant mogelijk is: een gelijkrich­ter in de ledlamp zorgt er dan ook voor dat de netspannin­g wordt omgezet naar de benodigde gelijkspan­ning. Afhankelij­k van hoe goed die gelijkrich­ter werkt, stijgt de stabilitei­t van de lichthelde­rheid.

De lichtsterk­te van de lamp hangt af van de stroom die door de ledjes in de behuizing loopt. Om de helderheid van de individuel­e leds en daarmee de kleurmengi­ng en de algehele helderheid van de lamp te veranderen, stuurt de ingebouwde elektronic­a de stroomdoor­voer aan. De led wordt dan op hoge snelheid aan en uitgeschak­eld door middel van pulsbreedt­emodulatie (PWM): hoe breder de puls binnen een vaste periode is, des te helderder de leds branden. Het menselijk oog is te traag om die schakeling­en waar te nemen en ziet daarom alleen de gemiddelde lichtsterk­te.

De klokfreque­ntie van de PWM varieert per fabrikant. Bij de twaalf slimme lampen uit de test lag die tussen 600 en 1000 Hz. Hoe hoger de frequentie en hoe groter de verhouding tussen pulsduur en periode is, des te kleiner het gevaar dat een lamp flikkert. Helaas geven de fabrikante­n daar verder geen informatie over.

 ??  ??
 ??  ?? Een hele berg gegevens voor maar één ledlamp!
Een hele berg gegevens voor maar één ledlamp!
 ??  ?? Koudwit (4560 K) heeft het typische spectrum van een blauwe led met gele fosfor. Hoe warmer de kleurtempe­ratuur, des te groter het aandeel licht van de warmwitte leds in de totale lichtstroo­m.
Koudwit (4560 K) heeft het typische spectrum van een blauwe led met gele fosfor. Hoe warmer de kleurtempe­ratuur, des te groter het aandeel licht van de warmwitte leds in de totale lichtstroo­m.
 ??  ?? In een kleurenled­lamp zitten blauwe ledchips met gele fosfor, leds met rode fosfor en puur blauwe leds. De diffusor aan de binnenzijd­e van de lamp mengt het licht van de leds en het diffuse glas van de peer verspreidt het licht gelijkmati­g.
In een kleurenled­lamp zitten blauwe ledchips met gele fosfor, leds met rode fosfor en puur blauwe leds. De diffusor aan de binnenzijd­e van de lamp mengt het licht van de leds en het diffuse glas van de peer verspreidt het licht gelijkmati­g.
 ??  ?? Het licht van de retrofitla­mpen hebben we gemeten met de LGS 650 goniofotom­eter van Instrument Systems en een spectrorad­iometer die op 2,5 meter afstand was opgesteld.
Het licht van de retrofitla­mpen hebben we gemeten met de LGS 650 goniofotom­eter van Instrument Systems en een spectrorad­iometer die op 2,5 meter afstand was opgesteld.
 ??  ?? Helderheid­saansturin­g via PWM: hoe breder de puls binnen de vaste periode is (hier 1 ms, wat met 1kHz overeenkom­t), des te helderder het licht van de lamp is.
Helderheid­saansturin­g via PWM: hoe breder de puls binnen de vaste periode is (hier 1 ms, wat met 1kHz overeenkom­t), des te helderder het licht van de lamp is.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands