Conoscenze di base sui LED

Che tu stia producendo o acquistando strisce luminose a LED, è fondamentale comprendere i fondamenti dei LED.

Come componente di emissione di luce di base, le caratteristiche dei LED determinano direttamente le prestazioni delle strisce luminose. Per i produttori, questa conoscenza guida la selezione dei chip a LED, la progettazione di circuiti e il controllo dei processi. Per gli acquirenti, è fondamentale distinguere tra prodotti di alta qualità e di bassa qualità ed evitare la trappola di "specifiche fuorvianti".

Solo comprendendo i principi alla base dei LED si può garantire che le strisce luminose a LED soddisfino le aspettative in termini di metriche come luminosità, efficienza energetica e durata della vita. Di seguito, ti guiderò attraverso alcune conoscenze di base sui LED.

Cos'è un LED?

Il LED (diodo a emissione luminosa)‌ è una sorgente di luce allo stato solido a semiconduttore‌.Il chip a semiconduttore è costituito da due parti: una è un semiconduttore di tipo P, dove dominano i buchi e l'altro è un semiconduttore di tipo N, dove dominano gli elettroni. Quando questi due semiconduttori sono collegati, formano una giunzione P-N. Quando la corrente scorre attraverso il filo e agisce sul chip, gli elettroni vengono spinti verso la regione di tipo p. Nella regione di tipo p, gli elettroni si ricombinano con i buchi, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Questo processo è il principio alla base dell'illuminazione a LED. La lunghezza d'onda della luce, che determina il suo colore, è determinata dai materiali utilizzati per formare la giunzione P-N.

I LED possono emettere direttamente luce rossa, gialla, blu, verde, ciano, arancione, viola e bianca. Un pacchetto LED è un alloggiamento in plastica contenente un chip LED e una fosforo. Il chip LED è un materiale semiconduttore che emette luce (luce blu), mentre il materiale fosforo converte alcune di questa luce in lunghezze d'onda verdi e rosse. La luce bianca risultante viene emessa dal pacchetto LED. Il materiale di imballaggio svolge un ruolo significativo nella dissipazione del calore dei LED (ad es. PPA, PCT e ceramica).

Le sorgenti luminose a LED offrono vantaggi come l'alimentazione a bassa tensione, il basso consumo energetico, l'elevata adattabilità, l'elevata stabilità, il breve tempo di risposta, l'ambiente e le emissioni multicolori, rendendole la scelta ideale per l'illuminazione moderna.

Quali sono i principali tipi di packaging a LED?

Le forme di imballaggio a LED includono DIP passante, SMD a montaggio superficiale e pannocchia integrata.

‌foro passante (dip)‌: L'imballaggio a LED DIP ha una forma cilindrica con lunghi cavi, con il chip situato all'interno dell'alloggiamento in plastica. I LED DIP hanno due cavi paralleli in metallo. Mentre alcuni prodotti utilizzano ancora questo design oggi, rispetto ai nuovi pacchetti LED, i LED DIP hanno un indice di resa luminosa e di resa cromatica inferiore. Questi LED sono utilizzati principalmente per luci di segnalazione e applicazioni decorative, come le corde della luce di Natale. Tuttavia, hanno una scarsa dissipazione del calore e una bassa efficacia luminosa (<50 lm/W) e vengono gradualmente eliminati.

Montato a superficie (SMD): I LED SMD sono stati sviluppati dopo i LED DIP. Rispetto ai LED DIP, i LED SMD offrono un'efficacia luminosa maggiore e un consumo energetico inferiore. Rispetto ai LED DIP, hanno un design più piccolo, un'altezza inferiore, una durata maggiore, un consumo energetico ridotto fino a 75% e minori costi di manutenzione. I tipi di montaggio superficiale mainstream (come 2835, 3030, 5050, ecc.) presentano dimensioni compatte, dissipazione del calore superiore ed efficienza della luce >120 lm/W, che li rendono ampiamente utilizzati negli apparecchi di illuminazione.  Per ulteriori informazioni sui LED SMD, leggi il blog: SMD3528 vs SMD2835 vs SMD5050: quale striscia LED è la migliore per l'illuminazione commerciale e architettonica?

Integrato (PONNO): L'imballaggio di pannocchie prevede il posizionamento di più trucioli (tipicamente 9 o più) su un substrato di alluminio, integrando più trucioli in uno spazio limitato per ottenere una maggiore intensità luminosa in un'area più piccola. Questo design occupa meno spazio massimizzando il potenziale di illuminazione. Questa tecnologia elimina la necessità di una base e di saldatura, riducendo i tempi di montaggio di quasi un terzo e riducendo i costi. I tipi di pannocchie sono tipicamente utilizzati in apparecchi di illuminazione ad alta efficienza come luci industriali, lampioni, parcheggi e spazi aperti che richiedono ampie aree di illuminazione. A causa della loro elevata luminosità per unità di superficie, generano anche calore significativo, quindi devono essere utilizzati con grandi dissipatori di calore.  Per ulteriori informazioni sulle differenze tra LED COB e LED SMD, leggi il blog: Differenza tra LED SMD e LED COB: Qual è il migliore?

Qual è l'indice di resa cromatica (CRI)?

L'indice di resa cromatica (CRI) è una misura della capacità di una sorgente di luce di riprodurre accuratamente i colori degli oggetti. Descrive principalmente quanto i colori degli oggetti appaiano sotto una sorgente di luce rispetto ai loro colori sotto la luce naturale (come la luce del sole). Più alto è il valore CRI, più forte è la capacità della sorgente luminosa di riprodurre i colori e più i colori degli oggetti appaiono sotto quella sorgente di luce per assomigliare ai loro colori alla luce naturale.  Per ulteriori informazioni su CRI, leggi il blog: Quanto è importante l'indice di resa cromatica delle strisce LED?

Le sorgenti luminose con la stessa temperatura di colore possono avere composizioni spettrali diverse. Le sorgenti luminose con composizioni spettrali più ampie hanno maggiori probabilità di fornire una migliore qualità della resa cromatica. Quando lo spettro di una sorgente luminosa manca o ha molto poco della lunghezza d'onda dominante riflessa da un oggetto sotto una sorgente luminosa di riferimento, può causare differenze di colore significative. Maggiore è la differenza di colore, maggiore è la prestazione di resa cromatica della fonte di luce per quel colore. Il coefficiente CRI è un metodo ampiamente utilizzato per valutare le prestazioni di resa cromatica di una sorgente luminosa.

Il CIE definisce il radiatore Planckiano come sorgente luminosa di riferimento, impostando il suo indice di resa cromatica su 100 e specifica otto campioni di colore. Se, sotto una sorgente di luce, il colore del campione corrisponde a quello sotto la sorgente luminosa di riferimento, l'indice di resa cromatica della sorgente luminosa è 100; se il colore cambia, l'indice di resa cromatica della sorgente luminosa è inferiore a 100.

L'indice di resa cromatica è di grande importanza nella progettazione e nelle applicazioni del lumino, in particolare negli scenari che richiedono un'accurata riproduzione dei colori di oggetti, come gallerie d'arte, studi fotografici e strutture mediche. In queste impostazioni, la selezione di sorgenti luminose con indici di resa cromatica elevati assicura l'autenticità e la precisione dei colori degli oggetti. È importante notare che l'indice di resa cromatica non è l'unico criterio per valutare la qualità della sorgente luminosa; si concentra principalmente sulla capacità della fonte di luce di riprodurre i colori. Quando si seleziona una sorgente luminosa, è necessario considerare in modo completo anche altri fattori come la luminosità, la temperatura del colore e l'efficienza energetica.

Cos'è la temperatura del colore?

La temperatura del colore è un'unità di misura che indica i componenti del colore contenuti nella luce. Teoricamente, la temperatura di colore di un corpo nero si riferisce al colore che mostra quando riscaldato da zero assoluto (-273°C). Quando il colore di una sorgente luminosa corrisponde al colore di un corpo nero a una certa temperatura, la temperatura assoluta di quel corpo nero viene definita temperatura del colore della sorgente di luce. È anche noto come "temperatura colorimetrica". L'unità è Kelvin (K).

La gamma di colori dell'illuminazione comunemente usata è di circa 2700K a 6500K. Più basso è il valore della temperatura del colore, più il colore è rossastro; più alto è il valore, più bluastro è il colore; i valori intermedi appaiono più bianchi. Le temperature di colore tra 2200K e 3750K sono indicate come luce bianca calda; da 4000K a 5000K è bianco neutro; da 5700K a 8000K è luce bianca fredda.

1. La temperatura del colore e le coordinate del colore hanno una relazione da uno a molti; la stessa temperatura di colore può avere valori X e Y diversi.

2 . In altre parole, può essere chiamata temperatura colore solo quando cade sulla curva di radiazione del corpo nero.

3. La stessa temperatura di colore può produrre diverse percezioni del colore.

Per ulteriori informazioni sulla temperatura del colore, leggi il blog:

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K: Qual è la differenza?
Confronto tra le temperature di colore dell'illuminazione LED: 5000K vs 6000K
Confronto tra le temperature di colore dell'illuminazione LED: 4000K vs 5000K
Confronto tra le temperature di colore dell'illuminazione LED: 3000K vs 4000K
Confronto tra le temperature di colore dell'illuminazione LED: 2700K vs. 3000K

Qual è la temperatura del colore correlata?

Quando il punto di cromaticità di una sorgente luminosa non si trova sulla traiettoria del corpo nero e la cromaticità della sorgente luminosa è più vicina a quella di un corpo nero a una certa temperatura, la temperatura assoluta di quel corpo nero è la temperatura di colore correlata (CCT) della sorgente luminosa. L'unità è Kelvin (K).

Nell'uso quotidiano, vediamo i dati di prova da strumenti spettroscopici. Questa è la temperatura di colore correlata (CCT), non la temperatura del colore. Qual è la differenza tra loro? Naturalmente c'è: la temperatura di colore di una sorgente luminosa è la temperatura di un radiatore ideale in corpo nero la cui luce emessa corrisponde al colore della sorgente luminosa. In altre parole, solo quando cade sulla linea di radiazione del corpo nero può essere chiamata temperatura di colore.

La temperatura del colore è definita sulla linea standard, mentre la temperatura di colore correlata è definita in relazione a questa temperatura di colore standard. La luce bianca che produciamo potrebbe non allinearsi esattamente con la linea di temperatura di colore standard; invece, troviamo il punto più vicino e leggiamo la sua temperatura di colore, che viene definita "temperatura colore correlata".

Pertanto, anche se la temperatura del colore correlata è la stessa, ad esempio 3000K, se la tolleranza del colore è di 7 passi, l'intervallo di temperatura del colore può essere 2870-3220K, con una differenza di quasi 350K, il che può comportare differenze visive significative.

Cos'è la tolleranza al colore?

La tolleranza al colore viene utilizzata per caratterizzare la differenza tra i valori X e Y calcolati dal software del sistema di misurazione del colore e dalla sorgente luminosa standard. Più piccolo è il valore, più le coordinate di colore del prodotto sono vicine ai valori standard. Minore è lo spazio tra lo spettro della sorgente luminosa e lo spettro standard, maggiore è la precisione e più puro è il colore della luce.

Potresti essere confuso: ci sono molte combinazioni XY per la stessa temperatura di colore. Quale temperatura e coordinate soddisfano le esigenze di comfort sensoriale dell'illuminazione a stato solido e dell'occhio umano? Come si può risolvere questo problema? Per affrontare questo problema, è necessario introdurre il concetto di tolleranza al colore.

A causa delle diverse densità di fosfori rosso, verde e blu, durante la produzione possono verificarsi facilmente differenze di temperatura del colore. Una volta che tali differenze si verificano, devono essere regolate attraverso la tolleranza del colore per garantire il colore della luce della lampada. Come fonte di illuminazione, l'illuminazione a LED bianca dovrebbe aderire agli standard di tolleranza al colore per guidare lo sviluppo e l'applicazione di nuove sorgenti luminose a LED bianche.

La relazione tra temperatura del colore e tolleranza del colore

La temperatura del colore è un'unità di misura che indica i componenti del colore presenti alla luce. Teoricamente, la temperatura di colore di un corpo nero si riferisce al colore che emette quando riscaldato da zero assoluto (-273°C). Quando un corpo nero viene riscaldato a una certa temperatura e il colore della luce che emette corrisponde al colore della luce emesso da una specifica sorgente di luce, la temperatura alla quale viene riscaldata il corpo nero viene indicata come la temperatura del colore di quella sorgente di luce, cioè la temperatura del colore, con l'unità di misura che è "K". Più basso è il valore, più il colore è rossastro; più il valore è bluastro; i valori intermedi tendono al bianco. Il tipico intervallo di temperatura del colore per l'illuminazione in uso normale è di circa 2700K a 6500K, corrispondente alla luce bianca calda e alla luce bianca neutra.

Lo spettro standard cambia con la temperatura del colore. Per la stessa sorgente luminosa, se lo spettro standard è diverso, varia anche la differenza di colore. Tuttavia, durante la misurazione, un sistema di analisi del colore della luce standard identifica in genere automaticamente l'intervallo di temperatura del colore della sorgente luminosa misurata per determinare il valore della temperatura del colore dello spettro standard. Alla stessa temperatura del colore, se lo spettro standard di riferimento è coerente ma le coordinate di colore X e Y differiscono, anche la differenza di colore varia.

Le coordinate di colore e la differenza di colore sono correlate. Le coordinate di colore sono calcolate in base alla cartella colori e la differenza di colore è la differenza tra le coordinate di colore misurate effettive e lo standard. La differenza di colore è la differenza tra i valori X e Y del prodotto e i valori X e Y della sorgente luminosa standard. Minore è la distanza, minore è l'SDCM.  Per ulteriori informazioni su SDCM, leggi il blog: Tutto su SDCM per strisce luminose a LED

Usiamo SDCM per valutare il colore della luce, quindi come misuriamo questo parametro? Tipicamente, uno spettrofotometro come quello mostrato nella figura seguente può essere utilizzato per testare la temperatura del colore e la differenza di colore.

Fattori che influenzano la tolleranza al colore

1) Variazione del chip: I chip LED di diversi lotti o modelli hanno differenze intrinseche nelle loro caratteristiche di emissione di luce, portando a spostamenti delle coordinate di colore.

2) Influenza del processo: La distribuzione irregolare del fosforo causata dall'erogazione, con deviazioni dello spessore dello strato adesivo superiore a 5%, riduce significativamente la consistenza delle coordinate del colore.

3) Effetti materiali: La composizione del materiale, il rapporto e l'uniformità del rivestimento dei fosfori influiscono direttamente sulla distribuzione spettrale e sulla consistenza della temperatura del colore.

4) Effetti strumentali: Ad esempio, le differenze tra spettrofotometri e sfere integrative, o tra diversi modelli dello stesso strumento, possono comportare diversi risultati di misurazione. Inoltre, le discrepanze nei parametri critici impostati dai clienti rispetto ai produttori di apparecchiature originali (OEM), come i diversi tempi di integrazione per l'integrazione delle sfere, possono anche introdurre errori di misurazione.

5) Impatto di gestione termica: Se la gestione termica della lampada è insufficiente, gli aumenti di temperatura possono causare un vertice del colore. I materiali a emissione di luce a LED presentano caratteristiche significative dipendenti dalla temperatura; all'aumentare della temperatura di emissione, lo spettro di emissione si sposta verso il rosso, il picco di emissione si allarga e, ad una certa temperatura, l'emissione cessa. Per garantire la durata della lampada e il flusso luminoso soddisfano i requisiti, la temperatura di giunzione della lampada a LED deve essere mantenuta entro un intervallo specifico.

6) Effetti di corrente: Al variare della corrente di azionamento, vengono influenzate anche le proprietà del materiale emettitore di luce. Maggiore è la stabilità che emette luce, minore è l'effetto della temperatura del colore e minore è la tolleranza del colore.

Perché le luci a LED con la stessa temperatura di colore sembrano avere colori diversi?

Alcuni potrebbero chiedersi perché, nonostante abbia la stessa temperatura di colore di 3000K, le luci mostrano colori diversi, suggerendo che le tolleranze della temperatura del colore potrebbero non affrontare efficacemente il problema. Infatti, all'interno del range di tolleranza della temperatura del colore specificato, i produttori di illuminazione a LED hanno costantemente affrontato sfide legate all'incoerenza della temperatura del colore. Questo fenomeno non solo si manifesta come differenze di colore significative nonostante identici valori di temperatura del colore, noto come "stessa temperatura, colore diverso", ma esiste anche nei casi in cui i colori sono simili, ma i valori di temperatura del colore testati sono molto diversi, noti come "stesso colore, temperatura diversa".

Come mostrato nella figura seguente, i tre punti A, B e C sulla linea blu appartengono alla stessa temperatura di colore di 3000K. Il punto A è esattamente di 3000K di luce bianca calda, mentre il punto B è leggermente verdastro a 3050K e il punto C è leggermente rossastro a 2950K. Differiscono di circa 50K. Sebbene la differenza di temperatura del colore non sia significativa, i colori percepiti effettivi sono distinti.

Inoltre, al diminuire della temperatura del colore, i fenomeni di “stessa temperatura, colore diverso” e “stesso colore, temperatura diversa” diventano sempre più pronunciati. Pertanto, se si desidera che i colori del prodotto raggiungano la coerenza, dobbiamo utilizzare la tolleranza alla differenza di colore (SDCM) per affrontare questo problema. Se il punto centrale del colore del prodotto coincide con il punto centrale di tolleranza alla differenza di colore, è possibile utilizzare la tolleranza alla differenza di colore per caratterizzare le differenze di colore; maggiore è la tolleranza alla differenza di colore, maggiore è la differenza di colore.

Diamo prima un'occhiata al seguente confronto di immagini della differenza di colore per le luci a LED della temperatura del colore di 3000K: se le due coordinate di colore rientrano in un'ellisse in due fasi, l'occhio umano riesce a malapena a distinguere la differenza tra di loro. Se si tratta di un'ellisse a 5 fasi, la differenza di colore diventa evidente; se si tratta di un'ellisse a 3 fasi, la differenza tra il colore del confine e il colore centrale non è immediatamente evidente a colpo d'occhio. Pertanto, per l'illuminazione della temperatura di colore di 3000K, se l'obiettivo è quello di raggiungere la differenza di colore vicino allo zero, la tolleranza del colore dovrebbe essere generalmente impostata entro 3 passi.

Dall'analisi di cui sopra, è chiaro quanto sia importante la differenza di colore. Se la differenza di colore non è controllata, le strisce luminose a LED prodotte potrebbero mostrare un colore incoerente quando sono illuminate. Immaginate una striscia di luce lineare; se ci sono differenze di colore tra i LED, possono essere facilmente rilevati dall'occhio umano. Quando il colore dell'intera striscia luminosa è incoerente, si traduce in un'esperienza di scarsa illuminazione. Per ottenere effetti di luce di alta qualità, dovresti acquistare strisce luminose con maggiore efficacia luminosa e valori SDCM più piccoli.

Standard di tolleranza al colore del settore LED

Nel 1942, lo scienziato Macadam condusse esperimenti su 25 colori utilizzando principi correlati, misurando da 5 a 9 lati relativi di ciascun punto colore e registrando i due punti in cui potevano distinguere le differenze di colore. Il risultato fu un'ellisse di varia dimensione e lunghezza, nota come ellisse di macadam.

All'interno dell'ellisse di Macadam, anche se ci sono differenze di colore, i nostri occhi non possono rilevarli. Tuttavia, una volta che il colore non rientra in questa ellisse, possiamo facilmente discernere la differenza di colore. Pertanto, all'interno dell'ellisse di Macadam, possiamo considerare i colori dei punti coerenti.

La dimensione dell'ellisse di macadam è anche indicata come la deviazione standard della corrispondenza del colore (SDCM), una metrica importante per valutare la coerenza del colore. Aumentando il rapporto tra gli assi maggiori e minori dell'ellisse di macadam, possiamo ottenere ellissi di macadam di ordini diversi, come secondo ordine, terzo ordine e così via. Queste ellissi di ordini diversi ci forniscono standard più dettagliati per valutare la consistenza del colore.

1. Temperatura colore europea e americana Coordinata X.Y Punti standard

I principali standard di differenza di colore attualmente in uso sono lo standard ANSI nordamericano e lo standard europeo IEC. I corrispondenti punti centrali della differenza di colore sono riassunti come segue:

2. Gamme standard di differenza di colore Energy Star e European

● Energy Star ANSI C78.376, differenza di colore ≤7 SDCM, suddivisa in regioni in base alle caratteristiche LED.

● Unione Europea Norma IEC 60081, tolleranza colore ≤7 SDCM, con regioni LED definite in base ai requisiti tecnici luminosi.

Riepilogo

Dopo l'introduzione di cui sopra, credo che tutti ora abbiano una migliore comprensione della temperatura del colore LED.

SignLiteled è un'impresa high-tech specializzata nella ricerca, sviluppo e produzione di luci a nastro a LED, con innovazione tecnologica e test rigorosi come competenze chiave. L'azienda dispone di un sistema completo di ricerca e sviluppo, assicurando che la deviazione della temperatura del colore di tutte le luci a LED sia controllata entro 3 passi per temperature di colore calde e entro 5 passi per temperature di colore bianco freddo.

Dalla selezione dei chip alla progettazione del circuito del driver, tutto è controllato internamente. La gamma di prodotti comprende Strisce di luce a LED flessibili, Strisce di luce a LED COB, Strisce di luce al neon a LEDe altre categorie ad alto valore aggiunto. Dotando all'azienda di spettrofotometri, camere di prova costanti e di umidità e altri dispositivi, ha stabilito oltre 20 standard di test, tra cui test di invecchiamento di 72 ore e classificazioni IP impermeabili, per garantire la stabilità e l'affidabilità delle prestazioni del prodotto. Se sei interessato a questi prodotti, contatta il nostro team aziendale.