In specificaties wordt nog steeds onduidelijk gecommuniceerd over het lumenbehoud. Meestal missen een aantal onderdelen van de specificatie. Dit zien we zowel bij armatuurspecificaties maar ook in uitvraagdocumenten. In uitvraagdocumenten geeft het de vrijheid een aanbod te doen wat de uitvrager waarschijnlijk niet heeft gewenst of bedoeld. Hoe zit het nu eigenlijk.
Allereerst spreken we over ledmodules1 of in de meeste gevallen over de led-chip1? De testresultaten en de daarbij behorende extrapolaties en bepalingen worden gewoonlijk gebaseerd op de resultaten van de testen van de led-chip1 of de led-package1. Maar zelden wordt de led-module1 aan een volledig onderzoek onderworpen. Het zou ook kostbaar worden om alle led-modules1 te testen op lumen behoud.
Hoe gaat een onderzoek naar lumenbehoud in zijn werk?
De leds worden onderzocht door ze te bedrijven met een vaste stroom en bij een specifieke temperatuur. Het onderzoek vindt plaats op 3 verschillende zogenaamde junction2 temperaturen. (normaliter 55/85/120 °C) De junction2 temperatuur is de temperatuur in de led-chip. Standaard worden 20 leds per temperatuur gemeten, in het totaal dus 60 stuks. Tenminste iedere 1000 uur wordt een meting gedaan. Dus bij 0 uur wordt de eerste meting gedaan en dan na 1000 uur veroudering de volgende. Dat tot tenminste 6 metingen zijn gedaan (dus 6000 uur verouderd). Gemeten wordt de lichtstroom van led en vaak wordt ook het kleurverloop mee gemeten. In veel gevallen wordt overigens om de 500 uur gemeten om een betere dichtheid van de meetresultaten te verkrijgen.
Van alle metingen wordt het gemiddelde bepaald. Dit gemiddelde wordt dan gebruikt om te extrapoleren. Volgens norm (TM21) mag 6 x ge-extrapoleert worden. Als we dus 6000 uur aan meetgegevens hebben mag volgens norm tot 36.000 h ge-extrapoleert worden. Voor wegverlichting is dat te weinig omdat de eisen zijn geschreven op een lumenbehoud na 100.000 h is. Dat betekend dat 17.000 h aan testresultaten nodig zijn. Dat impliceert 2 jaar meten!! Helaas zijn daar nog geen verdere versnelde meetmethoden voor gevonden.
In de praktijk worden dan ook vaak de resultaten van een voorgaande versie gebruikt. Men gaat er dan (tot nu toe terecht) vanuit dat de nieuwe versie een verbetering is op de oude. Het zou te lang duren om de resultaten van 2 jaar af te wachten voordat de chip daadwerkelijk in productie genomen zou kunnen worden en in de verkoop gaat.
Hoe verhoudt lumenbehoud led-chip zich naar module in een toepassing?
Mooi dat we het lumenbehoud van de leds kunnen bepalen met de resultaten die we hebben gemeten. Echter in de praktijk worden die leds op een printplaat gemonteerd en in een product gemonteerd, de wegverlichting. Dan moet die situatie gerelateerd worden aan de eerdere meetreultaten.
In de toepassing wordt dan de junction temperatuur bepaald en de driverstroom gemeten. De omgevingstemperatuur wordt in deze metingen meegenomen. Dat wil zeggen indien de toepassing bedoeld is voor een omgevingstemperatuur van bijvoorbeeld 35 °C, dan worden de metingen ook bij die omgevingstemperatuur worden uitgevoerd.
De gemeten temperatuur van de leds is dan bepalend samen met de stroom voor de calculatie/extrapolatie van het lumenbehoud. De resultaten van de metingen en de instellingen zoals in de toepassing gemeten kunnen worden ingevoerd in een excel werkblad welke dan de calculaties maakt.
Dan kan de L-waarde worden berekenend. Stel dat het lumenbehoud na 100.000 uur op 83 % uitkomt zal de L-waarde op L80 gespecificeerd worden.
Soms wordt gesproken over Tq in plaats van Ta.
Inderdaad. We kennen een Ta, dat is de temperatuur waarvoor een toestel geschikt is. Dus bijvoorbeeld 35 °C. In dat geval is het verstandig om de prestaties te kennen bij 25 °C. Dit is de prestatie temperatuur Tq genaamd. Tq kan dan 25 °C zijn terwijl de maximale Ta 35 °C is. Dit is belangrijk bij het lumenbehoud omdat die beter wordt als de omgevingstemperatuur lager is.
In Nederland kan gemiddeld met een temperatuur van 15 °C rekening worden gehouden. De wegverlichting is enkel in de avond en nacht aan en dan is de omgevingstemperatuur in de meeste gevallen onder of rond de 15 °C. Deze zomer is de temperatuur iets hoger geweest gedurende de nacht. Als standaard een Tq van 25 °C wordt aangenomen zitten we in de Nederlandse situatie prima.
Zijn we er dan? Is alleen de L vermelden voldoende?
De metingen zijn gemiddelden. Dat wil zeggen de berekening komt uit op een gemiddelde. De meetwaarde hebben echter een spreiding. Die spreiding van de leds kan groot of klein zijn en kan een flinke invloed hebben om het lumenbehoud en de gelijkmatigheid aan het einde van de geprognotiseerde levensduur.
De B-waarde geeft hier een inzicht in. De directe berekening zoals boven uitgevoerd levert een B-waarde op van 50%. Dat wil zeggen 50 % zal een hogere licht opbrengst hebben en 50 % zal er onder zitten aan het einde van de geprognotiseerde levensduur.
Is een B50 slecht of goed?
Het hangt natuurlijk erg van de situatie af. Hebben we te maken met een gemengd licht, dat wil zeggen alle leds dragen bij tot dezelfde verlichting dan heft de + de – op en komen we uit dat het gemiddelde dus goed is. In de binnen verlichting is dat vaak prima. In de buitenverlichting worden de leds vaak allemaal anders gericht en krijg je minder egaal lichtbeeld als de leds gaan afwijken.
De metingen die eerder zijn uitgevoerd geven ook de informatie over de verdeling van de veroudering van de led’s. De verdeling blijkt klokvormig te verlopen.
Als regel geldt dat er in het interval dat bepaald wordt door het gemiddelde plus één maal de standaardafwijking (de bovengrens) en het gemiddelde min één maal de standaardafwijking (de ondergrens), ongeveer 69% van alle waarden voor moet komen. Bij plus of min tweemaal de standaardafwijking ligt ongeveer 95%, en bij plus of min driemaal de standaardafwijking ligt 99%.
Als we dus 2 x de standaardafwijking aftrekken komen we op de B5 waarde. De L wordt dan dus lager maar we mogen verwachten dat 95 % boven de opgegeven waarde zal liggen aan het einde van de geprognotiseerde levensduur.
Let dus op als geen B is gespecificeerd en we nemen een B95 aan dat slechts 5 % boven de opgegeven waarde zal liggen aan het einde van de geprognotiseerde levensduur. Een dergelijke specificatie heb ik persoonlijk nooit gelezen maar als slechts een L waarde is gespecificeerd kan de leverancier met de B alle kanten op.
Wat is dan de C- en F-waarde?
De C-waarde is uitval. Dat wil zeggen de C-waarde is gedefinieerd als het percentage waarbij L0 is. Als er nog een beetje licht uit de led komt telt hij mee in de bepaling van de L/B waarde. Komt er geen licht meer uit de led dan telt hij enkel mee voor de C waarde.
Dus testen we bijvoorbeeld 20 leds en er valt er 1 volledig uit dan betekend dat een C-waarde van 5. Dit is geen prettige waarde om te vermelden dus het is verstandig om voor deze test een grotere populatie te testen zodat de waarde beter gedefinieerd wordt en mogelijk “lager” zal uitvallen.
De F-waarde is een samengesteld waarde. Dat wil zeggen het combineert de B- en de C-waarde. Ga eens uit van een B10 en C1. Dan betekend dat op een populatie van 100;
Te verwachten zijn 1 uitval en 10 stuks zitten onder de opgegeven L-waarde. De F wordt dan 11.
De norm schrijft voor dat als F specificatie 5 of 10 moet worden genomen. Hogere F-waarden worden door de norm als onwenselijke gekenmerkt.
Enkele overwegingen
In de praktijk worden de waardes zoals boven gespecificeerd bij een Tq van 25 graden. Dat wil zeggen de omgevingstemperatuur is 25 graden voor deze specificatie. Voor Nederland is dat voor wegverlichting ook prima. In de zomer is het soms wel warmer maar de nachtelijke uren zijn maar zelden warmer. Voor het midden Oosten kan dit bijvoorbeeld wel een probleem zijn. Dan zie je soms specificaties bij Tq 50 graden en dan zie je ook direct dat de levensduur drastisch naar beneden gaat. Meestal wordt dan op 50.000 h gespecificeerd.
Dus let op dat wanneer een Ta van 35 graden is gespecificeerd dat niet standaard ook voor de L/B/C/F-waarde is gebruikt.
Conclusie;
Specificeer de L-waarden, bijvoorbeeld L80 bij een B waarde van bijvoorbeeld 5 of 10 en een C waarde van bijvoorbeeld 1. Je kunt ook zeker de F-waarde nemen bijvoorbeeld F10. In Nederland is een specificatie bij 25 °C uitstekend.
Neem als overweging mee dat de uitval van led’s veelal de badkuip kromme volgen. Dat wil zeggen dat in de eerste periode en de einde levensduur fase de meeste uitval zal plaatsvinden. De eerste uitvallers moeten onder een goede garantie worden afgehandeld, de eerste 2-3 jaar. Een goede garantieregeling is dus essentieel.
Vergeet niet dat er verdere effecten zijn die het lumenbehoud van het armatuur beïnvloeden. Bijvoorbeeld veroudering van de lenzen, kunststof kappen die vergelen onder UV-invloed van de zon, etc etc. Deze vallen niet in de bepaling van L/B/C/F waarden!
Ook speelt de driver een belangrijke rol. Ook daarvan is het belangrijk dat de levensduur juist is vastgesteld. Vaak wordt klakkeloos overgenomen wat op de datasheet van de driver vermeld staat maar ook dat is bepaald onder specifieke condities. Ook daar moet gecontroleerd aan die condities wel wordt voldaan in het armatuur.
Denk niet dat als het lumenbehoud voor 100.000 uur is opgegeven dat daarmee het armatuur dus ook 100.000 uur mee zal gaan. Het lumenbehoud betreft enkel de led-module.
Ter illustratie;
Recentelijk te lezen in een uitvraag; Lichttechniek; Aantal branduren: L80 > 100.000
Verder niets. Stel ik kies een L80B10 of ik kies een L80B95? In beide gevallen wordt aangeboden wat gevraagd wordt echter zal de uitvrager niet blij worden als achteraf blijkt dat een B95 is aangeboden. Het betekent namelijk dat 95 % van de toestellen onder de 80% zal zitten en slechts 5 % erboven. Op die manier is veel makkelijker een lange levensduur aan te bieden dan wanneer de kiest voor een B10 of B5 sepcificatie.
Uitleg bij gebruikte termen;
1Ledmodule
Een ledmodule wordt ook wel de ledplaat of ledprint genoemd. De ledmodule bestaat over het algemeen uit een printplaat met ledpackages. Een ledpackage bevat de ledchip zelf en het fosfor conversie materiaal. Tevens worden de aansluitingen aan de chip gerealiseerd. De package wordt op de printplaat gesoldeerd. Soms zit er ook aanvullende elektronica op de printplaat gemonteerd.
2Junction
De junction temperatuur is de led interne temperatuur op de overgang van het P/N materiaal. Of te wel precies op de plek waar de omzetting van elektrische energie naar licht plaats vindt. Dit is ook de plaats waar de verliezen optreden en daarmee de hoogste temperaturen worden bereikt. Deze temperatuur is niet direct met een sensor meetbaar echter zijn er methoden ontwikkeld om die temperaturen toch correct vast te stellen.