Inte en glödlampa
LED-armatur 35000 timmar till
Not a lightbulb
LED luminaire 35000 hours more
Erik Tell
Huvudområde: Produktdesign
Inte en glödlampa -
LED-armatur 35000 timmar till
Not a lightbulb -
LED luminaire 35000 hours more
Erik Tell
Examensarbete 22,5 Hp
Produktdesign HT 2010 – HT 2013
Malmö Högskola, Centrum för teknik och samhälle
Handledare: Jonas Tuvesson
Sammanfattning
Uppsatsen behandlar belysningsarmaturer inom LED-segmentet. Uppsatsen behandlar i
synnerhet varför ljuskällan i LED-belysningsarmaturer oftast konstrueras så att ljuskällorna inte är utbytbara.
Metoder som har använts i förstudien har varit; informationssökning, kvalitativa intervjuer, teknisk LED-modulsinventering samt konstruktionsundersökningar. Metoder som använts i produktutvecklingsfasen har varit; tekniska informationsstudier, Idéinventering genom visuell idégenerering, imageboards och skissprocess (att tänka med en penna).
Syftet med projektet har varit att utveckla en LED-armatur med utbytbar ljuskälla. Projektets resultat blev en LED-golvarmatur med utbytbar ljuskälla. Ljuskällan som används i armaturen är enligt den unga branschfrivilliga standarden för LED-moduler, Zhaga.
Abstract
The essay deals with luminaries in the LED segment. The essay deals in particular with why the light sources in LED lighting fixtures usually is designed so that the light sources are not replaceble.
Methods used in this work has been; information searching, qualitative interviews, technical LED module inventory and construction surveys. Methods used in the product development phase have been; technical information studies, Idea inventory by visual idea generation, image boards and sketching process (thinking with a pen).
The aim of the project was to develop an LED fixture with a replaceable light source. The result of the project became an LED floor fixture with replaceable light source. The light source used in the luminarie is of the young voluntary industry standard for LED modules, Zhaga.
Ordlista/ Ordförklaring
LED Light Emitting Diode (LjusEmitterande Diod) Luminans: ljusflöde
Lumen: måttenhet för ljusflöde Lux: lumen per kvadratmeter Kelvin: ljustemperatur
Halvledare: material som bara släpper igenom ström i en riktning (likström)
Retrofit
Branschbenämning för LED-lampor med traditionell infästning i armatur
(skruvsockel, stift och lysrörsinfattningar)
Innehållsförteckning
Försättsblad 1 1 Försättsblad 2 2 Sammanfattning / Abstract 3 Ordförklaring 4 Innehållsförteckning 5-7 1. Inledning 8 1.1 Bakgrund 8 1.2 Problemformulering 8 1.3 Syfte 8 1.4 Fördjupning 8-9 1.5 Mål 9 1.5.1 Bakgrund mål 9 1.5.2 Tekniska mål 9 1.5.3 Designmål 9 1.6 Målgrupp 9 1.7 Frågeställningar för förstudie 9-10 1.8 Avgränsningar av förstudie 10 2. Metoder Förstudie 112.1 Litteratur och informationssökning 11
2.2 Marknadsstudier 11
2.2.1 Teknisk inventering 12-13
2.2.2 Konstruktionsundersökning 13-14
2.3 Intervjuer 14-16
2.4 Utformning av kravspecifikation 16
3. Resultat Litteratur och Informationssökning 17
3.1 Ljus 17
3.2 LED kort historieöverblick 17-18
3.3 LED Material och uppbyggnad 18
3.4 LED energi och effektivitet 18-19
3.5 LED livslängd och hållbarhet 19-20
3.6 Driftdon för LED 20-21
3.7 LED-moduler 21
3.8 Utbytbarhet enligt branschen 21
3.9 Belysningsbranschen 22 3.10 Zhaga 22-24 4. Resultat Marknadsstudier 25 4.1 Teknisk inventering 25-26 4.2 Konstruktionsundersökning 26 5. Resultat Intervjuer 27
5.2 LED-teknik 27-28
6. Analys och Resultat 29-30
7. Kravspecifikation 31
8. Metoder produktutveckling 32
8.1 Tekniska förutsättningar för konceptualisering 32 8.1.1 Studier av LED-moduler enligt Zhaga Book 3 32 8.1.2 Studier av material för armatur och värmeavledning 32
8.2 Visuell konfetti - Alternativ infästning 32-33
8.3 Imagesboards 33
8.4 Idéskisser – Armaturer och armaturdetaljer 33
9. Resultat Produktutveckling 34
9.1 Teknisk bakgrund för konceptualicering 34
9.1.1 LED-moduler enligt Book 3 34-36
9.1.2 Material för värmeavledning från LED-modul 36-37
9.1.3 Kylflens för ny armatur 38
9.2 Idéinventering – Alternativ infästning 38
9.2.1 Resultat - Visuell konfetti 38-39
9.2.2 Urval 39
9.2.3 Skruvkorksinfästning 40
9.3 Imagesboar och Moodboards 40
9.3.1 Imagesboard – Belysningsarmaturer 41
9.3.3 Imagesboard – Material och form 42
9.3.4 Imagesboard – Vridbart lock 43
9.4 Armaturvalet 43-44
9.5 Utformning av armatur 44-45
9.5.1 Armaturkoncept 45-48
9.5.2 Urval 49
9.5.3 Test med lins och reflektor 49-50
9.6 Utformning av vridbart lock 51
9.6.1 Skissidéer – vridbart lock 51-52
9.6.2 Urval 52-53
9.7 Utformning av armaturfot och stativ 53
9.8 Resultat konceptualicering 54-55
10. Material, tillverkningsmetoder och ytbehandling 56
10.1 CNC-bearbetning 56 10.1.1 Basplatta 57 10.1.2 Lock för infästning 57 10.1.3 Båttenplatta 58 10.1.4 Stödfot 58 10.1.5 Hölje 59 10.2 Extrudering 59 10.2.1 Kylflens 60
10.3 Laser 60 10.3.1 Reflektor 61 10.4 Trycksvarvning 61 10.4.1 Armaturfot 61 10.5 Ytbehandling 62 10.5.1 Anodisering 62 10.5.2 Kromplätering 63 10.6 Sprängskiss 64 11. Funktionsmodell - prototyp 65-66 11.1 Byte av ljuskälla 67
11.2 Driftdon – Dimra (möjligheter) 68
12. Miljö för användning 69
13. Analys av armaturen i förhållande till kravspecifikation 70-71
14. Slutsats och diskussion 72
14.1 Förstudien 72-73
14.2 Produktutveckling 73-75
Referenser 76
Litteratur och publikationer 76-77
Internet 77-78
Figurförteckning 79-81
1. Inledning
1.1 Bakgrund
LED är en förkortning av Light Emitting Diode, översatt till svenska betyder det ljusemitterande
diod. Under de fem senaste åren har den tekniska utvecklingen av LED som ljuskälla gått i ett
hastigt tempo. Ljuskällor med LED har på stort allvar börjat konkurrera med traditionella glödtrådslampor och kompaktlysrörslampor med skruvsockel (bl.a. modell E14 & E27). Den snabba utvecklingen gör det högintressant att titta närmre på hur belysningsbranschen valt att konstruera belysningsarmaturer för LED. Fokus i projektet har därför varit på
belysningsarmaturer med integrerad LED som ljuskälla.
1.2 Problemformulering
På många belysningsarmaturer med LED är lysdioden/ lysdioderna integrerade med armaturen, vilket innebär att armaturen är förbrukad när dioden är uttjänt eller går sönder. Med dessa konstruktionslösningar uppmanas brukaren att kassera hela armaturen trots att det endast är dioden som är uttjänt. Konstruktionslösningarna bidrar därför inte heller till ett långsiktigt hållbart miljötänkande.
1.3 Syfte
Syftet med detta projekt har varit att utreda hur en belysningsarmatur med utbytbar LED-ljuskälla kan förverkligas, samt att utveckla dessa lösningar till att samspela väl med formspråk och funktion för en belysningsarmatur.
Förstudiens syfte har varit att fördjupa sig i LED-teknik och utreda förutsättningarna för utbytbarhet av LED-ljuskällor, samt att efterforska varför belysningsbranschen valt att tillverka belysningsarmaturer utan utbytbar ljuskälla.
1.4 Fördjupning
Fördjupningen i projektet har varit produktutveckling utifrån ett LED-tekniskt perspektiv. Fördjupningen i LED-teknik har syftat till att erhålla kunskap om hur en belysningsarmatur med utbytbar LED-ljuskälla skall utvecklas på ett optimerat sätt. Det vill säga; under vilka
förutsättningar kan ljuskällan ges optimerad livslängd och under vilka förutsättningar kan LED-ljuskällan bli utbytbar. Dessa frågor kan te sig enkla att besvara om en LED-ljuskälla betraktas ur samma perspektiv som en utbytbar glödtrådslampa med skruvsockel. Teknikerna skiljer sig dock mycket åt. LED-tekniken är mer komplex och kräver mer ämnesspecifik kunskap av produktutvecklaren om denne skall förstå hur en belysningsarmatur med LED-ljuskälla skall utvecklas och formges utifrån LED-ljuskällans tekniska förutsättningar.
Kunskap i arbetet har getts av en bas i studier av bland annat LED-teknisk ämnesspecifik facklitteratur och en LED-teknisk vetenskaplig rapport i hållbar LED-teknik. Kunskapsbasen har utvecklats med genomförande av intervjuer med experter inom belysningsbranschen och med en oberoende expert inom teoretisk elektronik. Vidare har även teoretiska och praktiska studier av LED-armaturer och LED-moduler genomförts.
1.5 Mål
1.5.1 Bakgrund mål
Inför arbetet genomfördes en enkel marknadsundersökning. En produktinventering av
belysningsarmaturer inom LED-segmentet vars syfte var att kartlägga vilka typer av armaturer som var vanligt förekommande och vilka typer av armaturer som inte var vanligt
förekommande. Denna inventering låg sedan till grund för valet av vilken armaturtyp som skulle bli aktuell för produktutvecklingsprojektet i arbetet (inventeringen i sin helhet återfinns i
Bilaga 2).
Vanligaste förekommande armaturer enligt undersökningen var tak och vägg-monterad armaturer för allmänbelysning samt vägg och tak-monterade spot och downlight-belysning. Minst förekommande armaturtyp inom LED-segmentet var golvarmaturer. Den vanliga förekomsten av till exempel spotligt skulle kunna tala för behovet att utveckla ny spotlight-armatur med utbytbar LED-ljuskälla. Samtidigt bedömdes det vara intressant att utveckla en ny armatur inom ett segment där LED-ljuskälla inte är lika vanligt förekommande, då
formgivningsprocessen inte behöver ta lika stor hänsyn till befintliga armaturer samt att risken minskar att en armatur utvecklas som redan finns. Beslut togs därför att i
produktutvecklingsprojektet i arbetet utveckla en golvarmatur med utbytbar LED-ljuskälla.
1.5.2 Tekniska mål
Den tekniska målsättningen har varit att visa på en lösning där ljuskällan för
belysningsarmaturen är LED och utbytbar. Lösningen har integreras i den belysningsarmatur som utvecklas för ändamålet.
1.5.3 Designmål
Målet är att utveckla och formge en golvarmatur där LED-ljuskällan är inte bara tekniskt utbytbar utan där belysningsarmaturens design också låter förklara att dess ljuskälla är utbytbar. Belysningsarmaturen utvecklas och formges med ett formspråk som skall eftersträvar att vara minimalistisk, neutralt och mindre känsligt för övergående trender.
1.6 Målgrupp
Målgruppen i arbetet är inte självklar. Då arbetet har en teknisk fördjupning är prioriteten att utveckla en teknisk lösning på ett tekniskt problem före prioriteten att utveckla en armatur för en specifik målgrupp. Klart är dock att förstudien i det här arbetet visar att utbytbarheten för LED-ljuskällor är mer motiverad desto fler timmar per dygn en LED-armatur är i bruk. En möjlig målgrupp är ett hotell eller en hotellkedja som söker en belysningsprodukt för
allmänbelysning av till exempel en hotellobby, detta då många hotell är öppna hela eller större delar av dygnet och därför är i behov av belysning hela eller större delar av dygnet.
Målgruppen kan också vara privatkonsumenter som söker en miljöanpassad belysningsarmatur för till exempel ett vardagsrum och har för avsikt att behålla armaturen under lång tid. Även om utbytbarheten av ljuskällan inte är lika stark motiverad då det kan antas att det aktiva antalet belysningstimmar för armaturen inte är lika stort.
1.7 Frågeställningar för förstudie
Varför konstruerar belysningsbranschen LED-armaturer med icke utbytbar ljuskälla?
Kan utbytbarhet för dessa ljuskällor påvisas?
Vilka tekniska och materiella krav förhåller sig LED-tekniken till och hur påverkas formgivningen till en LED-armatur av dessa krav?
Hur ser forskningen och utvecklingen inom LED-teknikområdet och kan formgivning av en ny LED-armatur anpassas för att vara brukbar även med framtida LED-teknik?
1.8 Avgränsning av förstudie
I ett arbete om ljus och teknik för ljus är det viktigt att förhålla sig till ljusstyrka (lux) och ljustemperatur (kelvin) inom ramen för ljusergonomi. Förstudiens primära syfte är dock inte att utreda vad som är god ljusergonomi. En mindre ämnesstudie om ljus och ljusergonomi för kännedom inom området har gjorts. Förhållningen kommer att baseras helt och hållet på tidigare studier samt på de rekommendationer som företag inom belysningsbranschen redovisar.
Förstudien kommer inte innefatta belysningsarmaturer med sockelpassning för LED med ”retrofit”, det vill säga lampor med sockelpassning för E14/E27-socklar eller T5/T8-lysrörsocklar med flera. Ersättningsprodukter med LED-ljuskälla för dessa armaturer finns redan i relativt god eller god utsträckning.
2. Metoder förstudie
2.1 Litteratur och informationssökning
Projektet handlar till stora delar om LED. Därför har det varit viktigt att sätta sig in i tekniken som ligger till grund för LED-belysning. Hur en lysdiod fungerar och vilka material den består av. Ämnesstudier i LED-specifik facklitteratur och studier i en vetenskaplig publikation av LEDs hållbarhet och tillförlitlighet har genomförts.
En annan viktig källa för information inom området har varit att studera de företag som är aktiva inom belysningsbranschen. De som tillverkar lysdioderna och belysningsarmaturerna. En informationssökning med utgångspunkt i medlemsföretagen från svenska belysningsföretags branschorganisation Belysningsbranschen och dess litterära publikationer har därför
genomförts.
I ett arbete om ljus och teknik för ljus är det viktigt att ha grundläggande kunskaper om de parametrar som definierar ljus. En mindre ämnesstudie om ljusflöde (lumen), ljustemperatur (kelvin) och belysningsstyrka (lux) har genomförts. Ämnet ljusergonomi har också berörts med utgångspunkt från en vetenskaplig publikation som avhandlar tillfredsställande ljusstyrka på kontorsarbetsplatser.
Information har också sökts med hjälp av Googels sökmotorer på internet.
2.2 Marknadsstudie
Marknadsstudien har genomförts i två olika delar; teknisk inventering och
konstruktionsundersökning. Metoderna har utförts med inspiration från riktlinjer ur
MARKETING RESEARCH - An Applied Approachs, Marknadsundersökningsprocessens sex
steg1.
Ramen för Marknadsundersökningsprocessen, sex steg ser ut enligt följande:
1. Identifiera problem/ -en 2. Hur skall problemet närmas?
3. Bestäm/ skapa ramverk för informationsinsamling 4. Utför informationsinsamling
5. Organisera och utvärdera insamlad information 6. Presentera resultat.
1Malhotra, Naresh K. & Birks, David F. “The marketing research process”, in Marketing research: an applied
2.2.1 Teknisk inventering
En marknadsstudie genomfördes inom området LED-moduler. Studiens syfte var att samla in teknisk information om på marknaden existerande moduler för inbyggnad i
LED-armaturer, för att utreda om och i vilken utsträckning det finns LED-moduler som skulle kunna användas som utbytbar ljuskälla i en belysningsarmatur. Informationsinsamlingen utformades som en inventering av LED-moduler. Produktsortimentet av LED-moduler hos tre
modultillverkare; Philips Lighting, Osram och Tridonic granskades. Samtliga företag har lång erfarenhet av arbete och utveckling inom LED-segmentet. Företagen Philips Lighting och Osram valdes ut på grund att de är två i LED-branschen dominerande företag som kan antas representera stora marknadsandelar i LED-modulsegmentet. Företaget Tridonic valdes ut att granskas som alternativ till de två större konkurrenterna. Samtliga tre bolag är aktiva på den svenska marknaden och tillsammans kan de anses spegla en rättvis bild av utbudet av LED-moduler. De tre företagen och Belysningsbranschen har tillfrågats om det finns tillgänglig statistik över företagens respektive marknadsandelar inom LED-segmentet.
Belysningsbranschen, Osram och Tridonic har i mailkommunikation svarat att sådan statistik ej finns tillgänglig (Se Bilaga 7), Philips Lighting har på denna fråga inte svarat alls. Inventeringen genomfördes på internet dels 11/2 - 13/2 2013 och dels 1/3 2013. Faktorer och egenskaper som inventerades var; infästning av modulen, elektronisk infästning av modulen, modulens
utbytbarhet enligt Zhagastandard, modulens utbytbarhet enligt producerande företag, modulens användningsområde, modulens dimensioner, modulens effekt och modulens ljusflöde.
Inventeringen utformades med utgångspunkt från Marknadsundersökningsprocessen, sex steg enligt följande:
1.Problemställning
Hur ser LED-moduler ut?
Finns det redan existerande moduler som skulle kunna användas i LED-armaturer och medge utbytbarhet.
2.Angreppsvinkel
Inventering av LED-moduler
3.Ramverk
Vilka är LED-modulernas tekniska data? På vilket sätt infästes modulerna i armaturen?
Inventeringen begränsas till tre olika tillverkare av LED-moduler. Tillverkarna är Philips Lighting, Osram och Tridonic.
4.Informationsinsamling
LED-moduler inventeras.
5.Organisering av insamlad information.
Informationen organiseras i tabellform tillsammans med bilder av inventerade objekt.
6.Utverdering - Resultat.
Resultatet presenteras under “Resultat” för Marknadsstudier – Teknisk Inventering.
2.2.3 Konstruktionsundersökning
En konstruktionsundersökning har genomförts med syfte att undersöka hur LED-armaturer är konstruerade och för att försöka matcha teoretiskt insamlad empiri från litterära källor och intervjuer med praktiskt insamlad empiri. För ändamålet införskaffades tre LED-armaturer för demontering och undersökning. Antalet begränsades till tre på grund av ekonomiska
förutsättningar. Konstruktionsundersökningen genomfördes som fallstudier, fallstudierna skall ses som indicieinriktade och inte som vetenskapliga underlag. Fallstudierna bekräftar en förekomst, inte omfattningen av den. Resultatet betraktas som ett komplement till intervjuerna och informationssökningen2.
Inventeringen utformades med utgångspunkt från Marknadsundersökningsprocessen, sex steg enligt följande:
1.Problemställning
Hur är LED-armaturer konstruerade?
2.Angreppsvinkel
Demontering och undersökning av LED-armaturer
3.Ramverk
Vilka är armaturens tekniska data? Hur är LED-modulen monterad?
Hur sker kylning av LED-modulen i armaturen?
4.Informationsinsamling
Tre LED-armaturer införskaffas, demonteras och undersöks.
5.Organisering av insamlad information.
Informationen organiseras i tabellform tillsammans med bilder från demonteringen.
6. Utvärdering - Resultat.
Resultatet presenteras under “Resultat” för Marknadsstudier – Fallstudier.
2.3 Intervjuer
Intervjuerna har genomförts med kvalitativt inriktade semistrukturerad intervjumetodik. Den semistrukturerade intervjun tillåter intervjuaren att formulera en lista med ett antal områden som skall beröras. Respondenten för intervjun har sedan stor frihet att resonera kring och utforma svar för dessa områden och ger intervjuaren möjligheten att ställa följdfrågor3.
Intervjuerna delades in i tre delar. Den första delen utformades med lättare personliga frågor, för att försöka skapa en för intervjuns huvuddel mer avslappnad och förtroendeingivande situation. Den andra delen är intervjuns mer tekniska och ämnesspecifika del, huvuddelen. Den tredje delen innefattar avrundning och avslutning av intervjun. Här fanns även plats för ytterligare genomgång av svar som upplevts som otydliga eller tvetydiga.
Intervjuernas syfte var att bredda kunskaperna om belysningsbranschens syn på LED-teknik och armaturkonstruktioner för LED-moduler. Intervjuerna fungerade också som komplement till litteratur och informationssökning samt till marknadsstudien.
Respondenternas anknytning till ämnesområdet har varit avgörande när intervjuförfrågningar har gjorts. Tre av respondenterna är eller har varit tekniska chefer inom olika belysningsföretag aktiva i Sverige och en av respondenterna är doktor i teoretisk elektronik.
Intervjuaren har tidigare haft kontakt med två av respondenterna. Den ena är doktor i teoretisk elektronik och verksam lärare på Malmö Högskola och har tidigare undervisat intervjuaren. Den andra är teknisk chef på Philips Lighting och har tidigare tjänat som respondent för en annan ämnesspecifikt liknande intervju i en tidigare högskolekurs. Intrycket är att dessa tidigare kontakters relation till intervjuaren inte har påverkat svaren. De övriga respondenterna är en utvecklings- och teknikchef på Fagerhult och den andra är en pensionerad teknisk chef från Philips Lighting numera aktiv inom Belysningsbranschens expertgrupp för LED-frågor, ingen av dessa har någon tidigare relation till intervjuaren.
Alla respondenter erbjöds delta i intervjun via epost, telefonsamtal eller personligt möte. Samtliga respondenter fick ett utkast till frågeställningarna i intervjuns huvuddel skickade till
3Patel, Runa & Davidson, Bo. “Kvalitativa intervjuer”, i Forskningsmetodikens grunder: att planera, genomföra och
sig med epost minst en vecka innan själva intervjutillfället. Detta för att underbygga kvalitativa och genomtänkta svar.
Tre av fyra intervjuer genomfördes med ljudupptagning. Vid en av intervjuerna medgav inte respondenten ljudupptagning, därför gjordes löpande anteckningar under intervjun gång. Tre av intervjuerna genomfördes via telefon och en av intervjuerna genomfördes som ett personligt möte.
Intervjusvaren har sedan transkriberats dock inte till fullo. Ämnen som inte transkriberats är diskussioner om respondentens yrkesbakgrund, från diskussionsämnena tydligt avvikande sidospår samt av respondenten rena upprepningar. Transkriberingen har således koncentrerats till intervjuernas huvuddel och till intervjuns avslutande del när detta varit ämnesspecifikt intressant.
Intervjuns huvuddel hanterade fem huvudfrågeställningar om LED-teknik, LED-armaturer och LED-ljus. Antalet följdfrågor som ställdes varierade mellan de olika respondenterna. Frågorna byggde till stor del på förstudiens problemställning och frågeställningar.
Nedan presenterade frågeställningar utgjorde intervjuernas huvuddel och den text som respondenterna fick ta del av i god tid före intervjuns genomförande.
1. Varför konstruerats det idag LED-armaturer med icke utbytbar ljuskälla?
Vad kan fördelarna/ nackdelarna vara med denna typ av design?
Vilka typer av armaturer anser du vara berättigade innehålla icke utbytbar ljuskälla?
2. Skulle utbytbarhet för dessa ljuskällor kunna påvisas?
3. Vilka tekniska och materiella krav finns det för LED-tekniken?
Hur påverkas formgivningen till en LED-armatur av dessa krav?
4. Hur ser forskningen och utvecklingen inom området LED-teknik ut?
Kan formgivning av en ny LED-armatur anpassas för att vara brukbar även med framtida LED-teknik?
5.LED-dioder går i regel inte sönder som glödtrådslampor eller kompaktlysrörslampor. Ljusflödet från dioden minskar istället kontinuerligt men långsamt. Gränsen för tolererat minskat ljusflöde rekommenderas av ASSIST (The Alliance for Solid-State Illumination Systems
branschorganisationen Belysningsbranschen också rekommenderar. Där efter skall ljuskällan betraktas som förbrukad.
Hur blir en konsument varskodd om att det är dags att byta ut en LED-ljuskälla som passerat denna gräns? (oavsett om ljuskällan är integrerad eller utbytbar)
Hur påverkar LEDs sjunkande ljusflöde branschens syn på ljusergonomi? Hur påverkar LED-tekniken i övrigt området ljusergonomi
2.4 Utformning av kravspecifikation
En kravspecifikation kan liknas vid en beställning. Beställningen specificerar en produkt som skall utvecklas eller utveckling av en redan befintlig produkt4. I det här fallet är
uppdragsgivaren och produktutvecklaren samma person, det vill säga skribenten av arbetet. Kravspecifikationens angivna huvudfunktion sammanfattades ur; 1.4 Mål och 1.5 Målgrupp Kravspecifikationens nödvändiga krav sammanfattades och utarbetades ur; 1.3 Syfte och 1.4
Mål, detta för att uppfylla studiens syfte och mål.
Kravspecifikationens tekniska aspekter i samband med nödvändiga krav sammanfattades ur; 3.5
Resultat – LED livslängd och hållbarhet, 4.3 Resultat – Konstruktionsundersökning, 5.2 Resultat intervjuer LED-teknik samt ur 6. Analys och slutsats.
Kravspecifikationens önskvärda krav sammanfattades och utvecklades ur; 1.2
Problemformulerings miljöproblematik.
Kravspecifikationens utformades också med stöd och inspiration från; Bo Löfgren – Design och produktutveckling.
4 Löfgren, Bo. ”Från idé till färdig produkt: Kravspecifikation”, i Design och produktutveckling, (Liber, Stockholm, 2002), 90-94
3 Resultat Litteratur och informationssökning
3.1 Ljus
För att förstå egenskaperna hos ett speciellt ljus måste ljuset kunna beskrivas utifrån ett antal givna parametrar.
Ljusflöde mäts i lumen, lumen talar om hur mycket ljus en ljuskälla avger. Uppmätt lumen per kvadratmeter yta anges i lux och definierar belysningsstyrkan. En lux motsvarar ungefär belysningsstyrkan från ett stearinljus som faller över en kvadratmeter en meter bort5. Färgtemperatur mäts i Kelvin och anger hur varmt respektive kallt ljuset är. Desto lägre färgtemperatur desto varmare/ gulaktigare upplevs ljuset. 2700 Kelvin motsvarar ungefär ljustemperaturen från en vanlig glödlampa, 10000 Kelvin motsvarar ett kallt blått vinterdagsljus med soldis6.
Inom ram för ljusergonomi anses 500 lux generellt vara tillräcklig belysningsstyrka för god arbetsmiljö7. 3000 kelvin anses kunna erbjuda en ljustemperatur som lämpar sig för arbetsljus8.
Med åldern ökar vårt behov av ljus, vid 60 års ålder kan en människa behöva upp till tre gånger så mycket ljus som en 20-åring för att erhålla samma visuella prestanda. Det ökade behovet av ljus kan ses som ett argument för nödvändigheten att kunna byta ut ljuskällorna i sina
armaturer9.
3.2 LED; kort historieöverblick
Den första lysdioden utvecklas 1962 av amerikanen Nick Holonyak. Skenet från dioden var rött och luminansen var 0,1 lumen per watt. 1972 utvecklade M. George Carford under företaget Monsanto lysdioder med orangt, gult och grönt sken. Samma år tillverkades även den första digitala klockan med LED-display10.
1993 utvecklade det japanska företaget Nichia Company en blåa lysdiod. 1996 introducerade Nichia den första lysdioden med vitt sken. Den nya lysdioden utvecklades från den blå och det
5 Reiter, Peter. The illumination level in LUX, tr. Csitkovits, Vanessa. Revision: 0102, elektronisk version, (Gleichenberg, Hiquel GMBH, 20070502)
6 Ahlsell. Utvald Belysning 2011-2012, Ahlsell, elektronisk version, Hämtad mars 10, 2013, från http://np.netpublicator.com/netpublication/n49159158 112-113
7 Mui, K.W. & Wong, L.T. “Acceptable Illumination Levels for Office Occupants” i Architectural Science Review, volym 49, nr 2, (2006), 116-119
8 Ahlsell. Utvald Belysning 2011-2012, 112-113
9 Anshel, Jeffrey R. ”Visual Ergonomics in the Workplace”, i Professional Safety, volym 51, nr 8, (2006), 22 10 Sheng, Liu. & Xiaobing, L. ”Development of LEDs” i LED Packaging for Lighting Applications: Design,
vita skenet erhölls efter att dioden dopats med ett gult fosforlager11.
Under 1990-talet hade den tekniska utvecklingen av LED-teknik lett till energieffektivare dioder. Luminansen från lysdioden var nu uppe i ett energiutbyte på 20 lumen per watt12.
2006 demonstrerar företaget Cree den första lysdioden med en luminans på över 100 lumen per watt. I april 2012 presenterar Cree lysdiod med luminansen 252 lumen per watt13.
3.3 LED; Material och uppbyggnad
Huvuddelen i lysdioden är en halvledare. När elektronerna i strömkretsen ”hoppar” från den positiva till den negativa sidan i halvledaren faller de ner i en lägre energinivå och avger energi i form av fotoner14. Halvledarmaterialet kan bestå av olika ämnen. Den första halvledaren som
producerade vitt ljus bestod av ett safirsubstrat, InGaN-legering (Indium, Gallium, Kväve) och var täckt av ett lager fosfor15.Halvledaren är fäst vid en kylfläns och är inkapslat i ett skyddande
hölje som består av antingen epoxy-, harts-, silikon- eller glasfiberpolymerer16.
Fig nr 1: Snittvy lysdiod
3.4 LED; energi och effektivitet
Energiförbrukningen i en LED är låg, förbrukningen mäts i lumen per watt. LED-belysning som finns tillgänglig på marknaden för närvarande producerar omkring 100 lumen per watt17. Denna
effektivitet är dock i stigande. Tester med LED i laboratoriemiljö har uppnått resultat av 250 lumen per watt. Detta kan jämföras med en ljusproduktion på mellan 10 och 17 lumen per watt för vanliga glödlampor18. LED är effektiv bland annat på grund av att LED endast producerar
11 Sheng, Liu. Xiaobing, L. ”Development of LEDs” i LED Packaging for Lighting Applications, 2-4 12 Ibid.
13 Cree. ”2012” i Milestones, Hämtad mars 12, 2013, från http://www.cree.com/about-cree/history-and-milestones/milestones
14 Sheng, Liu. Xiaobing, L.”Basic Physics of LEDs” i LED Packaging for Lighting Applications, 6 15 Sheng, Liu. Xiaobing, L.” Development of LEDs” i LED Packaging for Lighting Applications, 4
16 Chang Moon-Hwan, Das D, Varde P.V. och Pecht M. “Light emitting diodes reliability review”, i Microelectronics
Reliability, volym 52, nr 5, (2012), 773
17 Cree. ”2012” i Milestones
ljus i det synliga spektrumet. Energi går då inte till spillo i form av IR-strålning (infrarött ljus/ värmestrålning). LED producerar inte heller UV-strålning. Vilket t.ex. gör LED-belysning användbar vid t.ex. belysning av konstverk i muséehallar då belysning som emitterar UV-ljus kan bleka konstverken19.
3.5 LED; livslängd och hållbarhet
LED kan vara mycket tåliga och ha en lång livslängd. Enligt flera källor, bl.a. Light Emitting
Diode Reliability Review20 kan en lysdiod hålla upp till 50000 timmar. Detta kan jämföras med
en vanlig glödlampa vars hållbarhet är ca 1000 timmar21. Men definitionerna kan inte likställas. När en glödtrådsbaserad glödlampa går sönder går glödtråden av och lampan slutar producera ljus. Lysdioden kan producera ljus i upp till 100000 timmar22. Men under dess livslängd producerar den kontinuerligt svagare ljus2324. När luminansen understiger L70 (70% av det
ursprungliga ljusflödet) räknas därför lysdioden som förbrukad. Siffran 70% som gäller för ljusflödet kommer från en rekommendation mellan medlemsorganisationerna i ASSIST (The
Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies) år 200525. Enligt
Belysningsbranschen föreskriver även en internationell standard att ljusflöden vid L70, L80 och L90 skall redovisas för LED-armaturer. Belysningsbranschen rekommenderar att L80 används som definition av användbar livslängd för LED-armaturer26. Livslängder i år vid olika
förbrukning redovisas i tabell (Se fig nr 2: nästa sida) enligt L70 vid 50000 timmar samt L80 vid 35000 timmar. (50000 timmar bygger på hållbarheten definierad av Light Emitting Diode
Reliability Review. 35000 timmar bygger på ett marknadsgenomsnitt vid L80 enligt Belysningsbranschen27.)
Fig nr 2: Årstabell för L70 vid 50000 brinntimmar samt L80 vid 35000 brinntimmar för olika genomsnittsförbrukningar per dag.
Brinntid: Timmar per dag
År i bruk vid L70
År i bruk vid L80
24
5.7
4
16
8.6
6
8
17.1
12
1
137
96
19 Ljuskultur. ”Lysdiodens egenskaper” i Värt att veta om LED, (Stockholm, Ljuskultur, 2009) 4
20 Moon-Hwan, Das, Varde och Pecht. “Light emitting diodes reliability review”, i Microelectronics Reliability, 777 21 Allt om LED. Jämförelsetabeller, Hämtad mars 12, 2013, från http://www.alltomled.se/guider/jamforelsetabell/ 22 Ljuskultur. ”Från komponent till färdig armatur – Faktorer som påverkar prestandan” i Värt att veta om belysning
med LED, (Stockholm, Ljuskultur, 2011) 6-7
23 Ljuskultur. ”Lysdiodens egenskaper” i Värt att veta om LED, 6-7
24 Moon-Hwan, Das, Varde och Pecht. “Light emitting diodes reliability review”, i Microelectronics Reliability, 765 25 ASSIST. ”Life Definition”, i LED Life for General Lighting: Definition of Life, Alliance for Solide-State Illumination Systems and Technologies, Volym 1, nr 1, (2005) 4
26 Belysningsbranschen. Ljuskällors livslängder, Belysningsbranschen, rev 2013-01-16, (2013) 27 Ibid.
Essentiellt för lysdiodens hållbarhet är värmeutvecklingen. Även om lysdioden inte producerar värmestrålning så producerar halvledaren i dioden värme. Att denna värmeutveckling kan ledas bort är kritiskt för diodens livslängd2829. När temperaturen i dioden överstiger 85° sker en drastisk nedbrytning av diodens komponenter och livslängden förkortas avsevärt. Högre temperaturer i halvledaren i dioden påverkar också direkt ljusflödet i negativ bemärkelse30. Vikten av kylning och värmeavledning för en LED kan därför inte underskattas. Vid formgivningen av en ny LED-armatur måste detta finnas i åtanke.
3.6 Driftdon för LED
Lysdioderna drivs av likriktad svagström och är inte kompatibla med den 220-volts
växelspänning som generellt finns i tillgängligt i eluttagen i Sverige. LED-belysning är därför beroende av transformatorer och likriktare som transformerar ner och likriktar spänningen till mellan 8 och 24 volt likström31. Kvalitéten och livslängden på dessa drivdon är därför också
kritiska moment för hållbarheten på lysdioden. Ett driftdon som levererar felaktig för hög spänning och strömstyrka bidrar direkt till lysdiodens förkortade livslängd32.
Belysningsbranschens tidning Ljuskulturs rekommendationer gällande driftdon för LED är att
de skall ha en livslängd på minst 50 000 timmar. Extra uppmärksamhet bör riktas mot driftdon som är integrerade i belysningsarmaturer;
”[...]eftersom det kan begränsa armaturens livslängd i förhållande till vad som förväntas av LED-ljuskällan”33.
Belysningsbranschens definition av livslängd för LED-driftdon enligt Ljuskultur är:
”Normal livslängd bör vara 50 000 timmar med ett förväntat bortfall på 0,2% per 1000 timmars drift. Lägre nivåer än så bör inte accepteras i en professionell
belysningsinstallation”34.
Det vill säga att driftdonet kan anses förbrukat efter ett bortfall om 10%. Vid utveckling av en ny LED-armatur bör därför också utbytbarhet för driftdon också tas i beaktande.
28 Ljuskultur. ”Lysdiodens egenskaper” i Värt att veta om LED, 4
29 Moon-Hwan, Das, Varde och Pecht. “Light emitting diodes reliability review”, i Microelectronics Reliability, 768-769, 776-777
30 Ibid.
31 Norberg, Henrik. ”Värt att veta om LED-driftdon”, i Ljuskultur, nr 2, (2011), 23
32 Moon-Hwan, Das, Varde och Pecht. “Light emitting diodes reliability review”, i Microelectronics Reliability, 776 33 Norberg, Henrik. ”Värt att veta om LED-driftdon”, i Ljuskultur, 23
3.7 LED-moduler
En LED-modul är ett kretskort med en eller flera lysdioder. LED-moduler kan delas in i två kategorier:
1. Integrerade LED-moduler som är inbyggda i belysningsarmaturer och inte kan bytas ut (se fig
nr 3).
2. LED-moduler för inbyggnad som kan bytas ut utan att skada armaturen
LED-moduler för inbyggnad kan i sin tur delas in i moduler med inbyggda driftdon (se fig nr 5) och moduler med separata driftdon35 (se fig nr 4).
Fig nr 3: Exempel på icke utbytbar LED-modul. Tridonic: TALEXXmodule STRIP P130-2
Bild 4: Fortimo LED high brightness module Gen2 (HBMt). Exempel på utbytbar modul med externt driftdon.
Bild 5: TALEXXengine STARK DLE TWIST CLASSIC. Exempel på utbytbar modul med integrerat driftdon.
3.8 LED; utbytbarhet enligt branschen
I skriften ”Värt att veta om belysning med LED” som är utgiven av tidskriften Ljuskultur i samarbete med Belysningsbranschens LED-grupp presenteras synen på belysningsarmaturer med icke utbytbara LED-moduler på följande vis:
”Detta är en försvarbar lösning om den förväntade användbara livslängden på dioderna är längre än armaturens förväntade tekniska livslängd.36”
Ljuskultur rekommenderar vidare lösningar med utbytbara LED-moduler där armaturens
tekniska livslängd förväntas vara längre än ljuskällans.
Ljuskultur skriver dock inget om vilka typer av armaturer som tillhör respektive kategori. Ljuskultur omnämner inte heller problematiken om att det för utbytbara LED-moduler enda
fram tills nyligen inte funnits några former för standardisering när det gäller utbytbarhet.
35 Ljuskultur. ”Grunder om LED” i Värt att veta om belysning med LED, 5 36 Ibid.
3.9 Belysningsbranschen
Belysningsbranschen är en svensk branschorganisation bestående av ett 60-tal medlemsföretag
från Sveriges tillverkare och importör av ljuskällor, belysningsarmaturer och komponenter37.
3.10 Zhaga
Former för standardisering på interkompatibla LED-moduler börjar dock ta form. Zhaga är en relativt ung branschorganisation som startades i februari 2010. Organisation är global och medlemsföretagen är till största delen intressenter på olika nivåer aktiva inom LED och belysningsindustrin. För närvarande har Zhaga knappt 300 medlemmar38. Zhaga arbetar för att möjliggöra interkompabillitet för ljuskällor, skapa ökat förtroende i användning av LED-ljuskällor samt bidra till att zhagastandardiserade produkter skall vara kommersiellt tillgängliga från flera leverantörer39. Standardisering bidrar också till att enskilda armaturtillverkare inte blir
drabbade om deras underleverantör av LED-moduler skulle gå i konkurs.
Att Zhagas definierar standarder för utbytbara interkompatibla LED-moduler skall inte likställas med att en Zhagastandardiserade LED-moduler i armaturer är ersättbara eller utbytbara. Dessa beslut är upp till tillverkarna och förklaras på Zhagas hemsida under stycket What is an
interchangeable light source? på följande vis:
”In Zhaga we consider two light sources interchangeable when one light source can be substituted by other light source without any change in the design of the luminaire. Interchangeability means that the manufacturer can switch from one supplier to another without modification in the manufacturing process of the luminaire. Note that
“interchangeable” does not always imply “replaceable”: Zhaga-certified LED modules can be used in luminaires that have no field-replaceable parts, as well as in luminaires
that have field-replaceable parts40.”
Översättning
”I Zhaga anser vi två ljuskällor utbytbara när en ljuskälla kan ersättas med annan ljuskälla utan någon förändring i designen av armaturen. Utbytbarhet innebär att tillverkaren kan byta från en leverantör till en annan utan ändringar i
tillverkningsprocessen av armaturen. Observera att "ersättbar" inte alltid innebär "utbytbar": Zhaga-certifierade LED-moduler kan användas i armaturer som inte har några fält-utbytbara delar, liksom i armaturer som har fält-utbytbara delar”
(Översatt 2013.05.06 Erik Tell)
37 Belysningsbranschen. Medlemmar, Belysningsbranschen, Hämtad mars 20, 2013, från http://belysningsbranschen.se/om-belysningsbranschen/medlemmar/
38 Zhaga. Frequently Asked Questions (FAQs), Hämtad mars 12, 2013, från http://www.zhagastandard.org/faq/ 39 Zhaga. Our Vision, Hämtad mars 12, 2013, från http://www.zhagastandard.org/about-us/our-vision/
40 Zhaga. What is an interchangeable light source, Hämtad mars 12, 2013, från http://www.zhagastandard.org/about-us/our-vision/
Tolkningen av ”What is an interchangeable light source?” är att den frivilliga branschstandard som Zhaga utarbetar, inte automatiskt betyder att belysningskonsumenter får tillgång till långlivade belysningsarmaturer med utbytbara LED-moduler, även om zhagastandardiserade komponenter skulle användas. Dessa beslut lämnas ut till de enskilda medlemsföretagen. Zhaga anser att LED-belysning erbjuder belysningsmarknaden bättre och effektivare
belysningslösningar. Zhagas roll är att underlätta och förespråka utbytbarhet för LED-moduler och LED-drifdon, samt att specificera dess gränssnitt och skapa förutsättningar för
framtidssäkra lösningar för LED-applikationer41.
Typiska problem som Zhaga identifierat med icke standardiserade LED-moduler är bland annat olika gränssnitt för infästning mot kylfläns och olika gränssnitt för den ljusemitterande ytan av LED-modulen. Problemet som uppstår är att ett utbyte av ljuskälla också leder till ett byte av kylfläns samt ett byte av reflektor42.Detta leder således till onödiga merkostnader då
konsumenter vid byte av en komponent måste byta flera komponenter, alternativt skulle konsumenten bli beroende av en tillverkare förutsatt att denne fortfarande tillverkar samma komponent.
Fig nr 6: Exempel på icke standardiserade LED-moduler
Zhagas branschstandard delas för närvarande in i åtta ”books”. Book 1 innehåller övergripande information samt standarddimensioner för driftdon. Book 2-8 anger standarder för LED-moduler. För närvarande har Zhaga offentliggjort Book 1, Book 2, och Book 3.
Book 1
Book 1 innehåller allmän och övergripande information om Zhaga, samt specificerar dimensioner och infästningar för integrerade och externa LED-driftdon. Driftdon delas in i; kompakta integrerade, avlånga integrerade och externa driftdon43.
41 Zhaga. Making LED light sources interchangeable: Introduction, version 20120927, (2012) 2 42 Ibid. 4
Book 2 (Se fig nr 8)
Specificerar standarden för en LED-modul med integrerat drivdon innehållande en eller flera lysdioder, den totala ljusemitterande ytan skall vara minst 57 mm i diameter. Standarden reglerar mekaniskt, fotometriskt, elektriskt och termiskt gränssnitt. Basmåtten på modulen är; höjd 45 mm och diameter 70 mm. Modulen infästs med ”twist and lock”-funktion. Book 2 offentliggjordes av Zhaga i februari 201344.
Book 3 (Se fig nr 7)
Specificerar standarden för en Spot Light LED-modul innehållande en eller flera lysdioder. Standarden reglerar mekaniskt, fotometriskt, elektriskt och termiskt gränssnitt. Basmåtten på modulen är; höjd 7.2 mm och diameter 50 mm. Modulen infäst med två st M3-skruvar. Book 3 offentliggjordes av Zhaga i oktober 201245.
Bild 7: Osram PrevaLED Core Z2. Exempel på LED-Modul enligt Zhaga Book 3.
Bild 8: Philips Fortimo LED Twistable DLM Module Gen2. Exempel på LED-modul enligt Zhaga Book 2.
44 Zhaga. Zhaga Interface Specification Book 2 - Overview, Edition 1.2, (februari 2013) 45 Zhaga. Zhaga Interface Specification – Book 3, Edition 1.2, (oktober 2012)
4 Resultat Marknadsstudier
4.1 Teknisk inventering
Information och teknisk data av 48 olika LED-moduler från Philips Lighting, Tridonic och Osram har studerats. Varje modul kan förekomma i upp till ett 20-tal olika modeller där ljusstyrka och ljustemperatur varierar. Storlekarna på modulerna varierar i höjd från ca 2-45 mm, i bredd från 10-270 mm och i längd 18-280 mm. Enskilt minsta modulen mäter i höjd 3.5 mm, bredd 10 mm och i längd 18 mm, enskilt största modulen i yta mäter i höjd 5.5 mm, bredd och längd 270 mm. De allra flesta LED-modulerna fästs i armaturen med skruv, ett par moduler fästs med dubbelhäftande termiskt ledande tejp och ett fåtal fästs med snabbkoppling ”twist and lock”. (Se även bilaga nr 1)
Philip Lighting är det enda av de tre företagen som marknadsför LED-moduler i sitt
produktsortiment som framtidssäkra. År 2008 införde Philips LED-moduler under kategorin ”Future proof systems” i sitt sortiment. Kategorin infördes enligt Philips för att kunna erbjuda armaturtillverkare ett smidigare sätt att uppgradera ljuskällorna till armaturerna utan att behöva ställa om produktionen. Future proof reglerar LED-modulens form och ljusflöde46. Exakt hur lång tid Future proof sträcker sig är oklart.
Zhagastandardiserade LED-moduler enligt Book 3 har påträffats hos samtliga inventerade företag. Tre LED-moduler i 36 varianter av Philips Lighting, en modul i femton varianter av Tridonic och en modul i arton varianter av Osram.
Zhagastandardiserade LED-moduler enligt Book 2 har påträffats hos ett inventerat företag. En modul i två varianter av Philips Lighting.
I Philips Lightings kategori Future proof påträffades åtta moduler, zhagastandardiserade moduler ej inräknade.
Förutom LED-moduler i kategorin Future proof och Zhagastandard påträffades en intressant LED-modul i Osrams sortiment. Modulen är 22 mm i diameter, 33 mm i höjd. Modulen upplevs som liten och smidig och utnyttjar den metriska standarden för gängor för infästning i armatur med en integrerad M10-gänga. Tyvärr presenterar Osram ingen information om utbytbarhet eller användningsområde för denna modul.
46 Philips sense and simplicitiy. Fortimo LED Catalogue, Utgåva 4, (2013) 3
Fig nr 9: Osram DRAGONeye LED-modul
4.2 Konstruktionsundersökning
Samtliga tre LED-armaturer som ingått i undersökningen har integrerade LED-moduler. Samtliga elektroniska anslutningar till LED-modulerna är lödade. Två av modulerna är fixerade med skruv och kylpasta mot en kontaktyta som tillhör armaturernas ytterhölje. Detta hölje består av metall och fungerar även som kylfläns. Den tredje modulen är fixerad med skruv mot ett invändigt hölje av plast och saknar kylande kontaktyta.
Intressanta observationer i undersökningen var också att två av armaturerna har utbytbara drivdon. Ett antagande kan vara att det bland armaturtillverkarna finns större tilltro till
hållbarheten i LED-modulen än i den övriga elektroniken och att utbytbarhet av dessa moduler endast kan ske av person med tillräcklig kunskap om elektronik och lödning. (För samtliga
insamlade data från undersökningen se bilaga nr 3)
Fig nr 12: LED-modul monterad med skruv mot armaturen. Bakom modulen påträffas ett tunt lager kylpasta.
Fig nr 13: Integrerat drivdon, ej utbytbart.
Fig nr 14: Externt drivdon, utbytbart.
5. Resultat Intervjuer
Intervjuernas syfte var att bredda kunskaperna om belysningsbranschens och oberoende elektronikexperters syn på LED-teknik och armaturkonstruktioner för LED-moduler. Fyra intervjuer genomfördes, dock endast en av dem med oberoende elektronikexpert.
5.1 LED-Moduler och Utbytbarhet
Intervjuerna bekräftar i stort samma synsätt som redovisats tidigare i studien under
Belysningsbranschen syn på utbytbarhet; att det är försvarbart att tillverka LED-armaturer utan
utbytbar ljuskälla om armaturens tekniska livslängd förväntas understiga ljuskällans tekniska livslängd. Detta skulle enligt en av de branschanknutna respondenterna kunna gälla speciellt väldigt ”slimmade” armaturer där allt är optimerat.
Åsikterna bland respondenterna går däremot isär om varför det inte tillverkas LED-armaturer med utbytbar ljuskälla. Olika åsikter som presenterades var bland annat att; det har saknats standard för LED-moduler samt att våra köpbehov leder till att vi köper nya armaturer innan den gamla har gått sönder. Oberoende expert menar att konstruktionen av armaturer utan utbytbarhet blir billigare att tillverka, men även att integrerad ljuskälla kan erbjuda enklare designlösningar. Andra synpunkter som är relevanta i sammanhanget är att lägga större vikt vid utbytbarhet för trafikarmaturer och att det i samband med utbytbara LED-moduler också måste finnas utbytbara driftdon. Oberoende expert menar också att standardisering för driftdon måste finnas då
drivningen kan vara annorlunda till olika LED-ljuskällor.
För att kunna skapa utbytbarhet över ett större område av LED-armaturer finns åsikter om att en ny standard för minimoduler med någon typ av klicksammansättning skulle kunna utvecklas och optimeras. Svårigheten skulle vara att bibehålla effektiv kylning för dessa LED-moduler, då respondenten menar att det inte går att få samma kontaktytor om LED-modulen inte skruvas fast.
5.2 LED-Teknik
Branschrespondenterna bekräftar och understryker att kylningen av lysdioderna är en kritisk punkt för dess hållbarhet samt att kylpasta skulle behöva appliceras mellan modul och kylfläns vid utbyte av LED-modul. Här visade det sig också skepticism över huruvida en
privatkonsument skulle klara av ett sådant byte.
Intervjuerna pekar också mot att den av Belysningsbranschen antagna rekommendationen från
ASSIST att LED-ljuskällans livslängd skall definieras vid L70 är ogenomtänkt och att
definitionen som kommer att användas mer i framtiden är L80. Anledningen är bland annat att ljusstyrkan i kontorslokaler inte får understiga 500 lux. Vid belysningsinstallationer måste
därför ljusstyrkan överkompenseras med 30% för att definitionen L70 skall kunna gälla för LED-ljuskällan. Denna överkompensering menar flera av respondenterna inte vara rimlig. En av respondenterna påpekar också att ljuset från en kompakta ljuskälla, som LED är kan upplevas som mycket bländande. Därför är det viktig att LED-armatur utformas så att de förebygger bländning. Oberoende expert menar också att det är viktigt att tänka på att ljustemperaturen en LED inte dämpas när den ”dimmas”, utan att den bara lyser svagare i samma färg. När en vanlig glödtrådslampa ”dimmas” förskjuts hela färgspektret till en rödare nyans, något som många upplever som något som ger ”myskänsla”. Detta kan man alltså inte uppnå på det här viset med LED. (För de fullständiga intervjuerna se bilaga 4)
6. Analys och Resultat
Flera av respondenterna i intervjuerna har eller har haft liknande yrkesbakgrunder, men inom snarlika ämnesområden representerade de skilda uppfattningar. Detta gäller speciellt i den för studien viktiga frågan om ”Varför belysningsbranschen inte tillverkar LED-armaturer med
utbytbar ljuskälla?”. De olika uppfattningarna och den under studien tidigare insamlade
information skapar dock inte några större konflikter med varandra. Däremot kan de betraktas var och ett och på så vis komplettera varandra och ge ett större helhetsperspektiv. När
belysningsbranschen valt att konstruera LED-armaturer utan utbytbar ljuskälla är upplevelsen att branschen gjort det av flera anledningar, följande:
- På grund av att ljuskällans livslängd beräknas överstiga armaturens livslängd är det inte lönt. - På grund av att modetrender i samhället gör att armaturer byts ut innan de är förbrukade. - På grund av att armaturer utan utbytbarhet kan tillåta en smalare och kompaktare design - På grund av att det har saknats och fortfarande i stor utsträckning saknas standarder för utbytbarhet.
Inget av argumenten kan bedömas som felaktigt, men de kan ändå upplevas som ofullständiga, både för sig själva och tillsammans. Det må vara så att modetrender gör att vi byter ut våra produkter långt innan de är förbrukade. Om det är så att produkter utvecklas efter trenden, i det här fallet LED-armaturer, utvecklas de inte ens med förutsättningar för utbytbara ljuskällor. Detta innebär inte bara att produkten blir ointressant för en andrahandsmarknad. Det innebär även att valmöjligheten för vidare användning av armaturen efter att ljuskällan är förbrukad och lång livslängd för armaturen överhuvudtaget uteblir.
Ovanstående resonemang kanske inte är lika relevant i förhållande till de armaturer där det är armaturens och inte ljuskällans livslängd som avgör hela produktens livslängd. Frågan är då vilka typer av armaturer som kan anses inte behöva utbytbar ljuskälla. Låt anta att en LED-ljuskälla som sitter monterad i ett kylskåp har en brinntid på ungefär tio minuter om dagen. Denna ljuskälla kommer under kylskåpets livslängd aldrig att behöva bytas ut. Här skulle ”icke utbytbarhet” kanske kunna vara motiverat. Samtidigt kan driftsäkerheten varken för dioden eller kylskåpet garanteras till 100% och därför kan icke utbytbarhet inte heller här vara 100%
motiverat.
Om förutsättningarna för utbytbarhet finns blir det lättare att motivera den. Eftersom det till så sent som oktober 2012 inte funnits några som helst standarder eller internationella
överenskommelser gällande utbytbarhet och interkompabilitet för LED kan det också antas att belysningsföretag hittills inte ha varit speciellt motiverade att utveckla LED-armaturer med utbytbara ljuskällor då det har saknats ramverk för just utbytbarheten. De LED-moduler som nu
finns tillgängliga inom den frivilliga Zhagastandarden är en spotlight-modul och en downlight-modul och de kommer förmodligen att öka den här motivationen inom respektive
användningsområde. Resultatet i marknadsstudiens armaturinventering pekar just på att dessa belysningsområden är populära för tillämpning av LED-moduler för spot och downlight. Frågan kvarstår dock i vilken utsträckning dessa zhagastandardiserade LED-moduler kommer att vara tillgängliga för privatkonsumenter då Zhaga inte tar ställning i hur armaturtillverkarna väljer att använda eller marknadsföra LED-modulerna. Frågan som också kvarstår är om Zhaga kommer att utveckla en standard för interkompatibla LED-moduler till mindre och smalare armaturer för att på så sätt kunna bibehålla en kompakt design som även medger utbytbarhet. När det gäller hållbarheten för lysdioder pekar alla källor nästan uteslutande mot samma håll. För att maximera livslängden av en lysdiod krävs det att den värmeutveckling som sker när dioden är i bruk effektivt kan avledas. Detta innebär att dioden måste integreras termisk mot armaturen eller mot en kylfläns i armaturen. De värmeavledande egenskaperna i dessa material måste därför vara goda. Om armaturer med utbytbara LED-moduler skall argumenteras och utvecklas på ett seriöst och hållbart sätt måste utbytbarheten kunna tillämpas utan att ske på bekostnad av god termisk integration. LED-modulen får heller inte begränsas av hållbarheten i drivdonet, därför är det viktigt att även drivdonet är utbytbart oavsett om det placeras inuti eller utanför armaturen.
För att på bästa sätt argumentera utbytbarhet för LED-ljuskällor kommer studien att ta tillvara på den frivilliga standard som finns definierad enligt Zhaga Book 3. Zhaga Book 3 är att föredra jämfört med Book 2 av den enkla anledningen att Book 2 definierar en LED-modul med
integrerat drivdon, vilket gör lysdiod och drivdon i förhållande tillvarandra ej utbytbara. Zhagastandarden är ung, frivillig och i stort sett oprövad, men för närvarande bedöms den vara det bästa att tillgå som utgångspunkt vid utveckling av en LED-armatur som medger utbyte av ljuskälla. Zhagastandarden bedöms också vara den bästa utgångspunkt att utgå ifrån i fråga om att LED-armaturen skall vara kompatibel med framtida LED-teknik. Denna teknik skulle till exempel kunna innebära ett större ljusflöde vid samma energiförbrukning, alternativt samma ljusflöde till lägre energiförbrukning. Detta kan också anses vara ett argument för utbytbarhet för LED-moduler då utveckling pågår för fullt47. Eftersom Zhaga Book 3 definierar en ljuskälla ämnad för specifika belysningsområden kan detta komma att påverka belysningsarmaturens användningsområde, andra belysningsområden skall dock inte uteslutas i den här studien. För att utbytbarheten skall upplevas nödvändig bör armaturen som utvecklas, utvecklas för ett belysningsområde, där den är i bruk minst åtta timmar om dygnet. Till exempel kan en säng-lampa som används en timme om dagen hålla i upp till 75 år. I det fallet kan inte ljuskällan utbytbarhet anses lika motiverad. (användning per dag/ år i bruk, se fig nr 2; stycke 3.5)
7. Kravspecifikation
Kravspecifikation för armaturprojekt: Inte en glödlampa
Golvarmaturen skall utvecklas för att fylla belysningsbehov i en miljö där belysningsbehovet kan antas uppgå till åtta eller fler timmar om dygnet. Armaturen kan med fördel utvecklas i en lätt konstruktion för att underlätta hantering och ommöblering av armaturen. Armaturen skall utvecklas i ett eller flera åldersbeständiga återvinningsbara material. Armaturen skall vara ett alternativ för brukare/ konsumenter som efterfrågar kvalité, hållbarhet och miljöanpassade produkter som inte är en del av ”slit och släng”-samhället. Armaturen skall utvecklas och formges med ett formspråk som eftersträvar att vara minimalistiskt neutralt och mindre känsligt för övergående trender.
Armaturens huvudfunktion
Medge belysning.Nödvändiga krav
Armaturens ljuskälla skall vara LED (Light Emitting Diode). Av standard enligt Zhaga Book 3. Armaturens livslängd skall inte begränsas av ljuskällans eller drivdonets livslängd. Ljuskällan och drivdonet skall vara utbytbara.
Armaturens design och formgivning får inte ske på bekostnad av ljuskällans livslängd, värmeavledning från ljuskällan måste garanteras.
Armaturens design och formspråk skall eftersträva att förtydliga ljuskällans utbytbarhet.
Önskvärda krav
Armaturens övriga elektriska komponenter (kablar och kontakter) skall vara utbytbara.
Armaturens icke elektriska komponenter skall bestå till minst 99% av återvinningsbara material. (Återvinningsgraden sätts till 99% då det skulle kunna behövas små mängder av härdplaster i form av lim för att fixera olika maskinelement i armaturen)
8. Metoder produktutveckling
8.1 Tekniska förutsättningar för produktutveckling
8.1.1 Studier av LED-moduler enligt Zhaga Book 3
Den valda LED-modulens förutsättningar studerades för att erhålla större förståelse om hur modulen på ett utbytbart sätt skulle kunna integreras i en armatur. Syftet var att erhålla en uppfattning om hur en belysningsarmatur skall utvecklas till förmån för ljuskällan. Det vill säga (som specificerats i kravspecifikationen): Armaturens design och formgivning får inte ske på bekostnad av ljuskällans livslängd, värmeavledning från ljuskällan måste garanteras.
8.1.2 Studier av material för armatur och värmeavledning
Studier har genomförts i värmeavledande material som har rekommenderats enligt L. Sheng och L. Xiaobing i LED Packaging for Lighting Application (som studerats tidigare under förstudien) samt studier av företag som är specialiserade på kylning av LED-komponenter. Syftet var att erhålla kunskap om vilka material och vilka proportioner av dessa material som lämpar sig bäst för belysningsarmaturer med LED samt hur detta skulle komma att påverka formgivningen av en ny armatur.
8.2 Visuell konfetti – Idéinventering av alternativa infästningsmöjligheter
Hur kan en ny utbytbar ljuskälla på bästa sätt integreras i samhället? Formen för den nya ljuskällan är given enligt Zhagastandardens Book 3. Det som inte är givet är hur ljuskällan på bästa sätt kan upplevas som utbytbar och hur denna funktion blir så begriplig som möjligt för brukaren. Utförlig beskrivning av Book 3 och dess infästning i armaturer återfinns under punkt 9.1.1
En idégenerering om alternativa infästningsmöjligheter för den Zhagastandardiserade LED-modulen organiserades med syfte att utveckla, förenkla alternativt förtydliga nuvarande infästningsmöjligheter.
Idégenereringsmetoden som användes byggde på en utveckling av idégenereringmetoden;
Visuell konfetti enligt Idéagenten. Visuell konfetti är en idégenereringsmetod i grupp som utgår
från ett fokusområde samt bilder utvalda av initiativtagaren. Deltagarna skriver sedan ner sina idéer på post it-lappar. Initiativtagaren byter bild när denne märker att deltagarna börjar bli passiva48
Vid den här idégenereringen utgick deltagarna från ett fokusområde; alternativa
48Michanek, Jonas. Breiler, Andréas. Idéagenten: en handbok i att leda kreativa processer, 3. rev. uppl, (Arx, Malmö, 2012), 126-127
infästningsmöjligheter och en bild av den zhagastandardiserade LED-modulen.
Deltagarna ombads sedan att skissa ner idéer och lösningsförslag på post it-lappar, en ide per lapp. Eventuellt kunde deltagarna också styrka sina skisser med ett eller ett par ord. Deltagarna informerades om att modulen måste appliceras mot en värmeavledande yta, däremot
informerades inte deltagarna om att kylpasta måste appliceras mellan dessa ytor. Detta för att inte begränsa idégenereringen inom fokusområde allt för mycket.
Fig nr 15: Philips Fortimo LED SLM Gen 3, enligt Zhaga Book 3
Sju deltagare inklusive initiativtagaren var närvarande och aktiva i idégenereringen. Idegenereringen pågick under femton minuter.
8.3 Imagesboards
Som inledning till och som inspirationskälla för idéskissning av belysningsarmaturer och armaturkoncept togs en imagesboard över existerande inspirerande belysningsarmaturer fram, en imagesboard för material och form samt en imagesboard för kommunicerbar vridbarhet. Bildkollagen kan tjäna till att förmedla och bibehålla en känsla, den känsla som
produktutvecklaren/ designern vill ge den nya produkten som är under utveckling. I detta fallet en belysningsarmatur
8.4 Idéskisser – Armaturer och armaturdetaljer
Att tänka med en penna i handen kan vara ett effektivt verktyg när designern skall skissa ner, utveckla och visualisera sina idéer. Med hjälp av denna visualisering tvingar designern sina lösa tankar att ta form. Designern kan då få en bättre överblick av sina idéer, vad som är bra och vad som behöver utvecklas49. Framarbetning av armaturer och armaturdetaljer skedde med
idéskisser. Utgångspunkt för idéerna togs i kravspecifikation och imagesboardssamt med resultat från 9.2 Konceptualisering - alternativ infästning och 9.1 Teknisk bakgrund för
produktutveckling.
49 Österlin, Kenneth. ”Visualisering”, Design i fokus för produktutveckling, (Kenneth Österlin och Liber AB, Malmö, 2003), 59
