Connaissances de base sur les LED

Que vous fabriquiez ou achetiez des bandes de lumière LED, il est essentiel de comprendre les principes fondamentaux des LED.

En tant que composant d'émission de lumière, les caractéristiques des LED déterminent directement les performances des bandes lumineuses. Pour les fabricants, cette connaissance guide la sélection des puces LED, la conception des circuits et le contrôle des processus. Pour les acheteurs, il est essentiel de distinguer les produits de haute qualité et de mauvaise qualité et d'éviter le piège des « spécifications trompeuses ».

Ce n'est qu'en comprenant les principes sous-jacents des LED que les bandes lumineuses LED répondent aux attentes en matière de mesures de base telles que la luminosité, l'efficacité énergétique et la durée de vie. Ci-dessous, je vais vous expliquer quelques connaissances de base sur les LED.

Qu'est-ce qu'une LED ?

La ‌LED (diode électroluminescente)‌ est une source de lumière à semi-conducteurs à semi-conducteurs. La puce semi-conductrice se compose de deux parties : l'une est un semi-conducteur de type p, où les trous dominent, et l'autre est un semi-conducteur de type n, où les électrons dominent. Lorsque ces deux semi-conducteurs sont connectés, ils forment une jonction p-n. Lorsque le courant circule à travers le fil et agit sur la puce, les électrons sont poussés vers la région de type p. Dans la région de type p, les électrons se recombinent avec des trous, libérant de l'énergie sous forme de photons. Ce processus est le principe derrière l'éclairage LED. La longueur d'onde de la lumière, qui détermine sa couleur, est déterminée par les matériaux utilisés pour former la jonction p-n.

Les LED peuvent émettre directement des lumières rouges, jaunes, bleues, vertes, cyan, orange, violettes et blanches. Un boîtier LED est un boîtier en plastique contenant une puce LED et un luminophore. La puce LED est un matériau semi-conducteur qui émet de la lumière (lumière bleue), tandis que le matériau phosphoral convertit une partie de cette lumière en longueurs d'onde vertes et rouges. La lumière blanche résultante est émise par le boîtier LED. Le matériau d'emballage joue un rôle important dans la dissipation thermique des LED (par exemple, PPA, PCT et céramique).

Les sources d'éclairage LED offrent des avantages tels que l'alimentation basse tension, la faible consommation d'énergie, une grande adaptabilité, une grande stabilité, un temps de réponse court, un respect de l'environnement et une émission multicolore, ce qui en fait un choix idéal pour un éclairage moderne.

Quels sont les principaux types d'emballages LED ?

Les formes d'emballage LED comprennent un trempage dans le trou, un SMD à montage en surface et un COB intégré.

‌Trou de trou (DIP)‌: L'emballage LED DIP a une forme cylindrique avec de longs fils, avec la puce située à l'intérieur du boîtier en plastique. Les LED DIP ont deux fils métalliques parallèles. Alors que certains produits utilisent encore cette conception aujourd'hui, par rapport aux emballages LED plus récents, les LED DIP ont un indice de sortie de lumière et un indice de rendu des couleurs inférieurs. Ces LED sont principalement utilisées pour les feux de signalisation et les applications décoratives, telles que les cordes de lumière de Noël. Cependant, ils ont une faible dissipation thermique et une faible efficacité lumineuse (<50 lm/W) et sont progressivement supprimées.

Monté en surface (SMD): Les LED SMD ont été développées après les LED DIP. Par rapport aux LED DIP, les LED SMD offrent une efficacité lumineuse plus élevée et une consommation d'énergie plus faible. Comparativement aux LED DIP, ils ont une conception plus petite, une hauteur plus faible, une durée de vie plus longue, une réduction de la consommation d'énergie jusqu'à 75% et des coûts de maintenance réduits. Les types de montage en surface grand public (tels que 2835, 3030, 5050, etc.) présentent une taille compacte, une dissipation thermique supérieure et une efficacité lumineuse > 120 lm/W, ce qui les rend largement utilisés dans les luminaires.  Pour plus d'informations sur les LED SMD, veuillez lire le blog : SMD3528 vs SMD2835 vs SMD5050 : quelle bande lumineuse LED est la meilleure pour l'éclairage commercial et architectural ?

Intégré (COB): L'emballage COB consiste à placer plusieurs copeaux (généralement 9) sur un substrat en aluminium, en intégrant plus de copeaux dans un espace limité pour obtenir une intensité lumineuse plus élevée dans une zone plus petite. Cette conception occupe moins d'espace tout en maximisant le potentiel d'éclairage. Cette technologie élimine le besoin d'une base et de soudure, réduisant le temps de montage d'un tiers et réduisant les coûts. Les types d'épis sont généralement utilisés dans les luminaires à haut rendement tels que les éclairages industriels, les lampadaires, les parkings et les espaces ouverts nécessitant de grandes zones d'éclairage. En raison de leur luminosité élevée par unité de surface, ils génèrent également une chaleur importante, ils doivent donc être utilisés avec de grands dissipateurs de chaleur.  Pour plus d'informations sur les différences entre les LED COB et les LED SMD, veuillez lire le blog : Différence entre les LED SMD et les LED COB : Quelle est la meilleure solution ?

Quel est l'index de rendu des couleurs (CRI) ?

L'indice de rendu des couleurs (IRC) est une mesure de la capacité d'une source lumineuse à reproduire avec précision les couleurs des objets. Il décrit principalement à quel point les couleurs des objets apparaissent sous une source de lumière par rapport à leurs couleurs sous la lumière naturelle (comme la lumière du soleil). Plus la valeur CRI est élevée, plus la source lumineuse est forte, plus la source lumineuse est capable de reproduire les couleurs, et plus les couleurs des objets apparaissent sous cette source de lumière pour ressembler à leurs couleurs sous la lumière naturelle.  Pour plus d'informations sur le CRI, veuillez lire le blog : Quelle est l'importance de l'indice de rendu des couleurs des bandes LED ?

Les sources lumineuses avec la même température de couleur peuvent avoir des compositions spectrales différentes. Les sources lumineuses avec des compositions spectrales plus larges sont plus susceptibles de fournir une meilleure qualité de rendu des couleurs. Lorsque le spectre d'une source lumineuse manque ou a très peu de longueur d'onde dominante réfléchie par un objet sous une source de lumière de référence, cela peut entraîner des différences de couleur importantes. Plus la différence de couleur est grande, plus la source de lumière de la source lumineuse est faible pour cette couleur. Le coefficient CRI est une méthode largement utilisée pour évaluer les performances de rendu des couleurs d'une source lumineuse.

Le CIE définit le radiateur Planckien comme source lumineuse de référence, définissant son index de rendu des couleurs à 100 et spécifie huit échantillons de couleurs. Si, sous une source de lumière, la couleur de l'échantillon correspond à celle sous la source de lumière de référence, l'indice de rendu des couleurs de la source lumineuse est de 100. Si la couleur change, l'indice de rendu des couleurs de la source lumineuse est inférieur à 100.

L'indice de rendu des couleurs est d'une grande importance dans la conception et les applications de l'éclairage, en particulier dans les scénarios nécessitant une reproduction précise des couleurs d'objets, tels que les galeries d'art, les studios de photographie et les installations médicales. Dans ces paramètres, la sélection de sources lumineuses avec des indices de rendu des couleurs élevés garantit l'authenticité et la précision des couleurs des objets. Il est important de noter que l'indice de rendu des couleurs n'est pas le seul critère d'évaluation de la qualité de la source de lumière, il se concentre principalement sur la capacité de la source lumineuse à reproduire les couleurs. Lors de la sélection d'une source de lumière, d'autres facteurs tels que la luminosité, la température de couleur et l'efficacité énergétique doivent également être pris en compte de manière exhaustive.

Quelle est la température de couleur ?

La température de couleur est une unité de mesure qui indique les composants de couleur contenus dans la lumière. Théoriquement, la température de couleur d'un corps noir fait référence à la couleur qu'il présente lorsqu'elle est chauffée à partir de zéro absolu (-273°C). Lorsque la couleur d'une source lumineuse correspond à la couleur d'un corps noir à une certaine température, la température absolue de ce corps noir est appelée la température de couleur de la source lumineuse. Il est également connu sous le nom de «température colorimétrique». L'unité est Kelvin (K).

La gamme de couleurs de l'éclairage couramment utilisée est d'environ 2 700 000 à 6 500 000 000 000 K. Plus la valeur de température de couleur est faible, plus la couleur est rouge, plus la valeur est élevée, plus la couleur est bleuâtre, les valeurs intermédiaires apparaissent plus blanches. Les températures de couleur comprises entre 2 200 000 et 3 750 000 000 et 3 750 000 sont appelées lumière blanche chaude, 4 000 000 à 5 000 000 000 000 000 k et une lumière blanche froide.

1. La température de couleur et les coordonnées de couleur ont une relation de un à plusieurs ; la même température de couleur peut avoir des valeurs X et Y différentes.

2 . En d'autres termes, il ne peut être appelé température de couleur que lorsqu'elle tombe sur la courbe de rayonnement du corps noir.

3. La même température de couleur peut produire des perceptions de couleur différentes.

Pour plus d'informations sur la température de couleur, veuillez lire le blog :

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K : Quelle est la différence ?
Comparaison des températures de couleur de l'éclairage LED : 5 000 K et 6 000 K
Comparaison de la température de couleur de l'éclairage LED : 4000K vs. 5000K
Comparaison de la température de couleur de l'éclairage LED : 3000K vs. 4000K
Comparaison de la température de couleur de l'éclairage LED : 2700K vs. 3000K

Quelle est la température de couleur corrélée ?

Lorsque le point de chromaticité d'une source lumineuse n'est pas sur la trajectoire du corps noir et que la chromaticité de la source lumineuse est la plus proche de celle d'un corps noir à une certaine température, la température absolue de ce corps noir est la température de couleur corrélée (CCT) de la source lumineuse. L'unité est Kelvin (K).

Dans une utilisation quotidienne, nous voyons les données de test des instruments spectroscopiques. Il s'agit de la température de couleur corrélée (CCT), et non de la température de couleur. Quelle est la différence entre eux ? Bien sûr, il y a : la température de couleur d'une source lumineuse est la température d'un radiateur de corps noir idéal dont la lumière émise correspond à la couleur de la source lumineuse. En d'autres termes, ce n'est que lorsqu'elle tombe sur la ligne de rayonnement du corps noir qu'elle peut être appelée température de couleur.

La température de couleur est définie sur la ligne standard, tandis que la température de couleur corrélée est définie par rapport à cette température de couleur standard. La lumière blanche que nous produisons peut ne pas s'aligner exactement avec la ligne de température de couleur standard ; au contraire, nous trouvons le point "le plus proche" et lisons sa température de couleur, appelée "température de couleur corrélée".

Par conséquent, même si la température de couleur corrélée est la même, telle que 3 000 K, si la tolérance de couleur est de 7 étapes, la plage de température de couleur peut être de 2 870 à 3 220 000, avec une différence de près de 350 000, ce qui peut entraîner des différences visuelles importantes.

Qu'est-ce que la tolérance de couleur ?

La tolérance aux couleurs est utilisée pour caractériser la différence entre les valeurs X et Y calculées par le logiciel de mesure de couleur et la source lumineuse standard. Plus la valeur est petite, plus les coordonnées de couleur du produit sont proches des valeurs standard. Plus l'écart entre le spectre de la source lumineuse et le spectre standard est petit, plus la précision est élevée et plus la couleur de la lumière est pure.

Vous pouvez être confus : il existe de nombreuses combinaisons XY pour la même température de couleur. Quelle température de couleur et quelles coordonnées répondent aux exigences de confort sensoriel de l'éclairage à semi-conducteurs et de l'œil humain ? Comment résoudre ce problème ? Pour résoudre ce problème, le concept de tolérance de couleur doit être introduit.

En raison des différentes densités de phosphores rouges, verts et bleus, des différences de température de couleur peuvent facilement se produire pendant la production. Une fois que ces différences se présentent, elles doivent être ajustées par la tolérance de couleur pour assurer la couleur claire de la lampe. En tant que source d'éclairage, l'éclairage LED blanc doit respecter les normes de tolérance de couleur pour guider le développement et l'application de nouvelles sources d'éclairage LED blanches.

La relation entre la température de couleur et la tolérance de couleur

La température de couleur est une unité de mesure qui indique les composants de couleur présents dans la lumière. Théoriquement, la température de couleur d'un corps noir fait référence à la couleur qu'il émet lorsqu'elle est chauffée à partir de zéro absolu (-273°C). Lorsqu'un corps noir est chauffé à une certaine température et que la couleur de la lumière émet correspond à la couleur de la lumière émise par une source de lumière spécifique, la température à laquelle le corps noir est chauffé est appelée la température de couleur de cette source de lumière, c'est-à-dire la température de couleur, avec l'unité de mesure étant "K". Plus la valeur est faible, plus la couleur est rouge; plus la valeur est grande, plus la couleur est bleutée ; les valeurs intermédiaires tendent vers le blanc. La plage de température de couleur typique pour l'éclairage en utilisation normale est d'environ 2 700 000 à 6 500 000, correspondant à une lumière blanche chaude et à une lumière blanche neutre.

Le spectre standard change avec la température de couleur. Pour la même source de lumière, si le spectre standard diffère, la différence de couleur varie également. Cependant, lors de la mesure, un système d'analyse de couleurs de lumière standard identifie généralement automatiquement la plage de température de couleur de la source lumineuse mesurée afin de déterminer la valeur de température de couleur du spectre standard. À la même température de couleur, si le spectre standard de référence est cohérent mais que les coordonnées de couleur X et Y diffèrent, la différence de couleur variera également.

Les coordonnées de couleur et la différence de couleur sont liées. Les coordonnées de couleurs sont calculées en fonction du nuancier, et la différence de couleur est la différence entre les coordonnées de couleur mesurées réelles et le standard. La différence de couleur est la différence entre les valeurs X et Y du produit et les valeurs X et Y de la source lumineuse standard. Plus la distance est petite, plus le SDC est faible.  Pour plus d'informations sur le SDCM, veuillez lire le blog : Tout savoir sur le DDCM pour les bandes LED

Nous utilisons le SDCM pour évaluer la couleur de la lumière, alors comment mesurer ce paramètre ? En règle générale, un spectrophotomètre comme celui illustré dans la figure ci-dessous peut être utilisé pour tester la température et la différence de couleur.

Facteurs affectant la tolérance aux couleurs

1) Variation de puces: Les puces LED de différents lots ou modèles ont des différences inhérentes dans leurs caractéristiques d'émission de lumière, entraînant des changements de coordonnées de couleur.

2) Influence du processus: Une distribution inégale du phosphore causée par la distribution, avec des écarts d'épaisseur de couche adhésive dépassant 5%, réduit considérablement la cohérence des coordonnées des couleurs.

3) Effets matériels: La composition, le rapport et l'uniformité du revêtement des matériaux affectent directement la distribution spectrale et la consistance de la température de couleur.

4) Effets d'instrumentation: Par exemple, les différences entre les spectrophotomètres et les sphères d'intégration, ou entre les différents modèles du même instrument, peuvent entraîner des résultats de mesure variables. De plus, les écarts entre les paramètres critiques définis par les clients et les fabricants d'équipements d'origine (OEM), tels que les différents temps d'intégration pour les sphères d'intégration, peuvent également introduire des erreurs de mesure.

5) Impact de la gestion thermique: Si la gestion thermique de la lampe est insuffisante, la température augmente peut entraîner une dérive des couleurs. Les matériaux électroluminescents à LED présentent des caractéristiques importantes en fonction de la température ; à mesure que la température d'émission augmente, le spectre d'émission se déplace vers le rouge, le pic d'émission s'élargit et, à une certaine température, l'émission cesse. Pour garantir la durée de vie de la lampe et le flux lumineux, les exigences doivent être maintenues, la température de jonction de la lampe LED doit être maintenue dans une plage spécifique.

6) Effets actuels: À mesure que le courant de l'entraînement change, les propriétés du matériau émettant des éclairages sont également affectées. Plus la stabilité de l'émission de lumière est élevée, plus l'effet de température de couleur est faible et plus la tolérance de couleur est faible.

Pourquoi les lumières LED avec la même température de couleur semblent-elles avoir des couleurs différentes ?

Certains pourraient se demander pourquoi, malgré la même température de couleur de 3 000 000, les lumières présentent des couleurs différentes, ce qui suggère que les tolérances de température de couleur peuvent ne pas résoudre efficacement le problème. En effet, dans la plage de tolérance de température de couleur spécifiée, les fabricants d'éclairage LED ont constamment dû faire face à des défis liés à l'incohérence de la température de couleur. Ce phénomène se manifeste non seulement par des différences de couleur importantes malgré des valeurs de température de couleur identiques, appelées « même température, couleur différente », mais existe également dans les cas où les couleurs sont similaires, mais les valeurs de température de couleur testées sont très différentes, appelées « même couleur, température différente ».

Comme le montre la figure ci-dessous, les trois points A, B et C de la ligne bleue appartiennent à la même température de couleur 3000K. Le point A est exactement 3000K blanc chaud, tandis que le point B est légèrement verdâtre à 3050K et le point C est légèrement rougeâtre à 2950K. Ils diffèrent d'environ 50K. Bien que la différence de température de couleur ne soit pas significative, les couleurs réelles perçues sont distinctes.

De plus, à mesure que la température de couleur diminue, les phénomènes de « même température, de couleur différente » et de « même couleur, de température différente » deviennent de plus en plus prononcés. Par conséquent, si vous souhaitez que les couleurs de votre produit obtiennent de la cohérence, nous devons utiliser la tolérance de différence de couleur (SDCM) pour résoudre ce problème. Si le point central des couleurs du produit coïncide avec le point central de tolérance de différence de couleur, la tolérance de différence de couleur peut être utilisée pour caractériser les différences de couleur ; plus la tolérance de différence de couleur est grande, plus la différence de couleur est grande.

Voyons d'abord la comparaison suivante des images de différence de couleur pour les lumières LED de température de couleur 3000K : si les deux coordonnées de couleur tombent dans une ellipse en deux étapes, l'œil humain peut à peine discerner la différence entre eux. S'il s'agit d'une ellipse en 5 étapes, la différence de couleur devient perceptible; s'il s'agit d'une ellipse en 3 étapes, la différence entre la couleur de la limite et la couleur centrale n'est pas immédiatement évidente en un coup d'œil. Par conséquent, pour un éclairage de couleur de 3 000 000 000, si l'objectif est d'obtenir une différence de couleur proche de zéro, la tolérance de couleur doit généralement être définie en 3 étapes.

D'après l'analyse ci-dessus, il est clair à quel point la différence de couleur est importante. Si la différence de couleur n'est pas contrôlée, les bandes lumineuses LED produites peuvent présenter une couleur incohérente lorsqu'elles sont éclairées. Imaginez une bande de lumière linéaire ; s'il existe des différences de couleur entre les LED, elles peuvent être facilement détectées par l'œil humain. Lorsque la couleur de toute la bande lumineuse est incohérente, cela se traduit par une mauvaise expérience d'éclairage. Pour obtenir des effets d'éclairage de haute qualité, vous devez acheter des bandes lumineuses avec une efficacité lumineuse plus élevée et des valeurs de SDC plus petites.

Normes de tolérance de couleur de l'industrie LED

En 1942, le scientifique MacAdam a mené des expériences sur 25 couleurs en utilisant des principes connexes, mesurant 5 à 9 côtés relatifs de chaque point de couleur et enregistrant les deux points auxquels ils pouvaient distinguer les différences de couleur. Le résultat était une ellipse de taille et de longueur variables, connues sous le nom de Macadam Ellipse.

Dans l'ellipse de Macadam, même s'il existe des différences de couleur, nos yeux ne peuvent pas les détecter. Cependant, une fois la couleur qui tombe en dehors de cette ellipse, nous pouvons facilement discerner la différence de couleur. Par conséquent, dans l'ellipse de MacAdam, nous pouvons considérer que les couleurs des points sont cohérentes.

La taille de l'ellipse de Macadam est également appelée l'écart type de l'appariement des couleurs (SDM), une mesure importante pour évaluer la cohérence des couleurs. En augmentant le rapport des axes majeurs et mineurs de l'ellipse de Macadam, nous pouvons obtenir des ellipses de Macadam de différents ordres, tels que le second ordre, le troisième ordre, etc. Ces ellipses de différentes commandes nous fournissent des normes plus détaillées pour évaluer la cohérence des couleurs.

1. Température de couleur européenne et américaine X.Y Coordination des points standard

Les principales normes de différence de couleur actuellement utilisées sont la norme ANSI nord-américaine et la norme européenne IEC. Les points centraux de la différence de couleur correspondants sont résumés comme suit :

2. Gammes standards de différence de couleur et européenne d'énergie

● ENERGY STAR ANSI C78.376, différence de couleur ≤7 SDCM, divisée en régions selon les caractéristiques LED.

● Union européenne CEI 60081 Norme, tolérance de couleur ≤7 SDCM, avec des régions LED définies selon des exigences techniques lumineuses.

Résumé

Après l'introduction ci-dessus, je pense que tout le monde a maintenant une meilleure compréhension de la température de couleur des LED.

Signiteled est une entreprise de haute technologie spécialisée dans la recherche, le développement et la fabrication de sommiers à LED, avec des innovations technologiques et des tests rigoureux comme compétences de base. La société dispose d'un système de R&D complet, garantissant que l'écart de température de couleur de toutes les lumières de bande LED est contrôlé en 3 étapes pour des températures de couleur chaudes et en 5 étapes pour des températures de couleur blanche froide.

De la sélection des puces à la conception du circuit conducteur, tout est contrôlé en interne. La gamme de produits comprend Bandes lumineuses LED flexibles, Bandes lumineuses LED COB, Bandes lumineuses au néon LED, et d'autres catégories à forte valeur ajoutée. En équipant l'entreprise de spectrophotomètres, de chambres de test de température et d'humidité constantes et d'autres appareils, elle a établi plus de 20 normes de test, dont des tests de vieillissement de 72 heures et des cotes d'étanchéité IP, pour assurer la stabilité et la fiabilité des performances du produit. Si vous êtes intéressé par ces produits, veuillez contacter notre équipe commerciale.