Lumen, lux och nit: beräkna ljusstyrka för LED-ljuslådor

När man säger att en ljuslåda ska vara ”tillräckligt ljus” blandas ofta olika måttenheter ihop: lumen, lux, candela och nit. De hör ihop, men beskriver olika saker.

För en LED-ljuslåda spelar skillnaden roll. En modul med högt ljusflöde kan ändå ge en mörk grafik om ljusvinkeln är fel, tyget släpper igenom lite ljus, lådan är för djup eller grund eller LED-enheterna sitter olämpligt. Den här guiden visar hur du kan uppskatta ljusbehovet och diskutera specifikationer mer exakt.

Snabb översikt

• Lumen (lm) anger en ljuskällas totala synliga ljusflöde.
• Candela (cd) anger ljusstyrka i en viss riktning.
• Lux (lx) anger belysningsstyrka: lumen som träffar varje kvadratmeter av en yta.
• Nit (cd/m²) anger luminans: hur ljus den belysta ytan framstår för ögat eller kameran.
• För en diffuserande ljuslådeyta kan en grov uppskattning vara: luminans ≈ belysningsstyrka x transmission / pi.

Den sista formeln är bara en uppskattning. SEG-tyg, akryl och tryckt grafik är inte perfekta matematiska diffusorer. Testa helst det verkliga materialet med luxmätare eller luminansmätare.

1. Lumen: totalt ljusflöde

Ljusflöde mäts i lumen och beskriver hur mycket synligt ljus en källa avger totalt. Om en LED-modul anges till 1000 lumen gäller det ljuset som lämnar LED och optik under angivna mätförhållanden.

Lumen ensamt säger inte hur mycket ljus som når det tryckta tyget. En del kan förloras i linsen, absorberas av ramen, reflekteras i lådan eller blockeras av grafiken. Därför kan två LED-moduler med liknande lumen ge olika resultat i samma ram.

Vid planering ger lumen ett mått på systemets totala ljusflöde, men komplettera med ljusvinkel, modulavstånd, ramdjup och mätning på ytan.

2. Candela: ljus i en riktning

Ljusstyrka i en bestämd riktning mäts i candela. Den beskriver hur ljusflödet fördelas i den riktningen. Grundsambandet är:

I = F / Ω

Här är I ljusstyrka i candela, F ljusflöde i lumen och Ω rymdvinkel i steradianer.

Det är särskilt relevant för riktade LED-moduler. En smal lins kan samla mer ljus i en användbar riktning och hjälpa en kantbelyst modul att nå längre över tyget. En bredare lins kan blanda ljus bättre i en kortare eller djupare låda, men kan ge mindre räckvidd i en stor kantbelyst panel.

Se även vår guide till linsvinklar för LED-ljuslådor.

3. Lux: ljuset som når grafiken

Belysningsstyrka mäts i lux och anger hur mycket ljus som träffar en yta. Den förenklade ytformeln är:

E = F / A

Här är E belysningsstyrka i lux, F ljusflödet i lumen och A den belysta ytan i kvadratmeter.

Om 2000 lumen fördelas jämnt över 2 kvadratmeter blir den genomsnittliga belysningsstyrkan omkring 1000 lux. I en verklig ljuslåda är fördelningen sällan perfekt. Kanter, hörn och mitt kan ge olika värden. Därför är ett prov med 9 eller 25 mätpunkter mer användbart än ett enda mittvärde.

Vårt 25-punktsprov för ljuslådors jämnhet visar hur linsvinkel, tygavstånd och mätplats påverkar resultatet.

4. Nit: synlig ytluminans

Luminans mäts i candela per kvadratmeter, även kallat nit. Det ligger närmare det man vanligtvis menar med en ljuslådas synliga ”ljusstyrka”.

För en ideal diffust reflekterande yta kan luminansen uppskattas med:

L = ρE / π

Här är L luminansen i cd/m², ρ reflektansen och E belysningsstyrkan.

För ett bakbelyst eller kantbelyst tygmotiv är transmissionen viktigare än reflektionen. En praktisk uppskattning är:

L ≈ T x E / π

Här är T den effektiva transmissionen genom diffusorn eller det tryckta tyget. Om tyget släpper igenom mindre ljus krävs mer invändigt ljus för samma synliga luminans.

En praktisk formel för ljuslådans ljusstyrka

För en första planering kan formeln vändas:

Nödvändig invändig belysningsstyrka ≈ önskad luminans x π / transmission

Uppskatta sedan hur många LED-lumen som behövs:

Nödvändigt LED-ljusflöde ≈ önskad luminans x π x area / (transmission x optiskt utnyttjande)

Optiskt utnyttjande är ett antaget mått på förluster inne i lådan. Det beror på ramens reflektion, linsens effektivitet, LED-position, grafikens material och hur mycket ljus som når den användbara ytan.

Exempel: en LED-ljuslåda på 2 m x 1 m

Anta att en tygljuslåda har:

• Grafisk yta: 2 m x 1 m = 2 m²
• Önskad ytluminans: 700 cd/m²
• Antagen effektiv transmission genom tyget: 35%
• Antaget optiskt utnyttjande: 60%

Uppskattat nödvändigt LED-ljusflöde blir:

700 x 3.14 x 2 / (0.35 x 0.60) ≈ 20 900 lumen

Det betyder inte att varje ljuslåda på 2 m x 1 m behöver exakt 20 900 lumen. Använd storleksordningen som start, bygg ett prov och justera för tyg, ramdjup, betraktningsmiljö, modulavstånd och ljusvinkel.

Varför avstånd och vinkel spelar roll

En förenklad optisk modell utgår från en ideal punktkälla ovanför ett plan. Då beror belysningsstyrkan på avstånd och vinkel. En vanlig formel är:

E = I cosθ / r²

Här är I ljusstyrka i en riktning, θ vinkeln mellan infallande ljus och ytans normal och r avståndet från ljuskällan till punkten.

Om källan finns direkt ovanför planet på höjden L och punkten ses vid vinkeln α från lodaxeln är r = L / cosα. Den förenklade relationen blir då:

E = I cos³α / L²

Modellen visar varför avlägsna hörn och kanter kan få mindre ljus: sträckan är längre och infallsvinkeln mindre gynnsam. En lämplig lins, bättre avstånd mellan modulerna eller belysning från två sidor kan minska skillnaden. I en verklig ljuslåda påverkar också reflektioner och tyg.

Om din display har mörka hörn, läs även så åtgärdar du mörka hörn i en ljuslåda.

Lumen, lux och nit: vanliga misstag

• Misstag 1: Välja bara efter watt. Watt anger effektförbrukning, inte synlig ljusstyrka. LED-effektivitet, optik och layout avgör hur mycket användbart ljus som når grafiken.
• Misstag 2: Behandla lumen som ytluminans. Lumen gäller ljuskällans ljusflöde, inte luminansen från den färdiga ljuslådans framsida.
• Misstag 3: Mäta bara i mitten. En ljus mitt kan dölja mörka kanter eller synliga band. Mät flera punkter.
• Misstag 4: Bortse från grafiken. Vitt tyg, tryckt tyg, tät färg och dubbelsidiga motiv släpper igenom ljus olika.
• Misstag 5: Använda samma modulavstånd i alla lådor. En grund kantbelyst ram och en djupare bakbelyst låda kräver olika layouter.

Så mäter du en ljuslåda

Mät den färdiga konstruktionen i stället för bara en lös LED-modul för ett mer tillförlitligt resultat.

• Använd verkligt ramdjup och grafiskt material.
• Låt LED-systemet nå normal driftstemperatur före mätning.
• Mät ett rutnät, till exempel 9 eller 25 punkter, inte bara mitten.
• Anteckna avståndet från LED-enheterna till tyget.
• Anteckna om systemet är kantbelyst, bakbelyst eller belyst från två sidor.
• Mät belysningsstyrka med luxmätare och synlig ytluminans med luminansmätare när det går.
• Kontrollera både medelvärde och jämnhetsförhållande.

Välj LED-moduler utifrån beräkningen

När målluminans och grafisk yta är kända blir produktvalet tydligare. Rätt typ beror på ljusets riktning:

• För allmänna projekt med ljuslådor, börja med BOOTH LIGHTS LED-moduler för ljuslådor.
• För grunda eller sidobelysta ramar, se kantbelysta LED-lister.
• För direkt bakbelysning bakom grafiken, välj bakbelysta LED-moduler.
• För allmän mässbelysning runt montern, se LED-lampor för mässor.

Om du är osäker på konstruktionen är guiden till kantbelysning och bakbelysning en bra nästa läsning.

Avslutande råd

En LED-ljuslådas ljusstyrka är inte ett enda tal. Lumen beskriver ljuskällan, lux ljuset som når ytan och nit luminansen från den belysta framsidan. En användbar beräkning behöver ta hänsyn till area, tygtransmission, optiska förluster, avstånd, ljusvinkel och modulavstånd.

Därför bör ljusstyrka behandlas som ett resultat av hela systemet, inte enbart som en produktsiffra. Börja med önskad ytluminans, uppskatta ljusbehovet, välj modultyp och bekräfta resultatet med riktiga mätningar före serietillverkning.