LED に関する基本的な知識

LED ライト ストリップの製造であろうと、購入であろうと、LED の基礎を理解することが重要です。

コアの発光コンポーネントとして、LED の特性が光ストリップの性能を直接決定します。 製造業者の場合、この知識により、LED チップの選択、回路設計、およびプロセス制御がガイドされます。 バイヤーにとって、高品質と低品質の製品を区別し、「誤解を招く仕様」の罠を避けることが重要です。

LED の基本原理を理解することによってのみ、LED ライト ストリップが明るさ、エネルギー効率、寿命などの主要な指標で期待に応えることができます。 以下に、LED に関する基本的な知識をいくつか紹介します。

LEDとは何ですか？

LED (発光ダイオード) は半導体の固体光源であり、半導体チップは 2 つの部分で構成されています。1 つは p 型半導体で、もう 1 つは正孔が優勢な、もう 1 つは電子が支配的な n 型半導体です。 この 2 つの半導体が接続されると、p-n 接合が形成されます。 電流がワイヤに流れてチップに作用すると、電子が p 型領域に向かって押し出されます。 p 型領域では、電子が正孔と再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。 このプロセスは、LED 照明の背後にある原理です。 色を決定する光の波長は、p-n 接合を形成するために使用される材料によって決まります。

LED は、赤、黄、青、緑、シアン、オレンジ、紫、白の光を直接放出することができます。 LED パッケージは、LED チップと蛍光体を含むプラスチック ハウジングです。 LED チップは、発光する半導体材料であり (青色光)、蛍光体材料はこの光の一部を緑と赤の波長に変換します。 結果として生じる白色光は、LED パッケージから放出されます。 包装材料は、LED (PPA、PCT、セラミックなど) の放熱に重要な役割を果たします。

LED 光源は、低電圧電源、低エネルギー消費、高適応性、高い安定性、短い応答時間、環境への配慮性、多色発光などの利点を備えており、現代の照明に最適な選択肢です。

LED パッケージの主な種類は何ですか?

LED パッケージ フォームには、スルーホールディップ、表面実装 SMD、および統合された COB が含まれます。

スルーホール（ディップ）: DIP LED パッケージは、リードが長い円筒形で、チップはプラスチック ハウジングの内側にあります。 DIP LED には、2 つの平行な金属リードがあります。 一部の製品は、今日でもこのデザインを使用していますが、新しい LED パッケージに比べて、DIP LED は光出力と演色指数が低くなります。 これらの LED は、主に信号灯やクリスマス ライト ストリングなどの装飾用途に使用されます。 ただし、放熱が悪く、発光効率が低く (<50 lm/w) であり、段階的に廃止されています。

表面実装 (SMD): SMD LED は、ディップ LED の後に開発されました。 SMD LED は、DIP LED と比較して、より高い発光効率と低消費電力を提供します。 DIP LED に比べて、設計が小さく、高さが低く、寿命が長く、エネルギー消費量が最大 75% 削減され、メンテナンス コストが削減されます。 主流の表面実装タイプ（2835、3030、5050 など）は、コンパクトなサイズで、優れた放熱と 120 lm/w を超える光効率を備えているため、照明器具で広く使用されています。 SMD LED の詳細については、ブログをお読みください。 SMD3528 vs SMD2835 vs SMD5050: 商業照明や建築照明に最適な LED ストリップ ライトはどれですか?

統合 (COB): COB パッケージでは、アルミニウム基板上にいくつかのチップ (通常は 9 つ以上) を配置し、より多くのチップを限られたスペースに統合して、より小さな領域でより高い発光強度を実現します。 この設計は、照明の可能性を最大限に引きながら、スペースを占有することは少なくなります。 この技術により、ベースとはんだ付けが不要になり、組み立て時間がほぼ 3 分の 1 短縮され、コストが削減されます。 COB タイプは、通常、工業用照明、街路灯、駐車場、広い照明エリアを必要とするオープン スペースなどの高効率照明器具で使用されます。 ユニット面積あたりの明るさが高いため、かなりの熱も発生するため、大きなヒートシンクで使用する必要があります。 COB LED と SMD LED の違いについて詳しくは、ブログをお読みください。 SMD LEDとCOB LEDの違い：どっちがいいの？

演色インデックス (CRI) は何ですか?

カラー レンダリング インデックス (CRI) は、オブジェクトの色を正確に再現する光源の能力の尺度です。 主に、自然光の下での色 (日光など) の下での色と比較して、光源の下にオブジェクトの色がどの程度近く表示されるかを示します。 CRI 値が高いほど、光源の色の再現能力が強くなり、自然光の下での色に似たオブジェクトの色がその光源の下に近く表示されます。 CRI の詳細については、ブログをお読みください。 LEDストリップライトの演色評価数はどれほど重要か？

同じ色温度の光源は、異なるスペクトル組成を有する場合があります。 より広いスペクトル合成を持つ光源は、より優れた演色品質を提供する可能性が高くなります。 光源のスペクトルが、参照光源の下で物体によって反射される主波長が不足しているか、ほとんどない場合、大きな色の違いが生じる可能性があります。 色の違いが大きいほど、その色の光源の演色性能が低下します。 CRI 係数は、光源の演色性能を評価するために広く使用されている方法です。

CIE は、プランクの放射器を参照光源として定義し、その演色インデックスを 100 に設定し、8 つの色のサンプルを指定します。 光源の下で、サンプルの色が基準光源の下で一致する場合、光源の演色指数は 100、色が変化すると、光源の演色指数は 100 未満になります。

演色のインデックスは、照明のデザインやアプリケーションにおいて非常に重要です。特に、アート ギャラリー、写真スタジオ、医療施設などのオブジェクトの正確な色再現が必要なシナリオでは重要です。 これらの設定では、演色の高い色の光源を選択すると、オブジェクトの色の真正性と正確さが保証されます。 演色インデックスは、光源の品質を評価する唯一の基準ではなく、主に光源の色の再現性に焦点を当てていることに注意することが重要です。 光源を選択するときは、明るさ、色温度、エネルギー効率などの他の要素も包括的に考慮する必要があります。

色温度は？

色温度は、光に含まれる色成分を表す単位です。 理論上、黒体の色温度は、絶対零度 (-273°C) から加熱したときに表示される色を指します。 光源の色が特定の温度で黒体の色と一致する場合、その黒体の絶対温度を光源の色温度と呼びます。 「比色温度」とも呼ばれます。 単位はケルビン (K) です。

一般的に使用される照明の色範囲は約 2700k ～ 6500k です。色温度値が低いほど赤みが増し、値が大きいほど色が青みがくなって中間値が白くなります。 2200K から 3750K の色温度は、白色光と呼ばれ、4000K ～ 5000K は中性白色、5700K ～ 8000K は冷たい白色光です。

1. 色温度と色座標は 1 対多の関係にあり、同じ色温度で異なる x と y の値を持つことができます。

2です 。 つまり、黒体放射曲線に当たった場合にのみ、色温度と呼ぶことができます。

3. 同じ色温度で、異なる色の認識が生じる可能性があります。

色温度の詳細については、ブログをお読みください。

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K：違いは何ですか？
LED照明の色温度の比較：5000Kと6000Kの比較
LED照明の色温度の比較：4000Kと5000Kの比較
LED照明の色温度の比較：3000Kと4000Kの比較
LED照明の色温度の比較: 2700K vs 3000K

相関色温度とは何ですか?

光源の色度が黒体軌道上になく、光源の色度が特定の温度で黒体の色度に最も近い場合、その黒体の絶対温度は光源の相関色温度 (CCT) です。 単位はケルビン (K) です。

日常使用では、分光器具からのテスト データが表示されます。 これは相関色温度 (CCT) であり、色温度ではありません。 何が違うの? もちろん、光源の色温度は、理想的な黒体放射器の温度であり、その光は光源の色に対応しています。 つまり、黒体放射線に落ちた場合にのみ、色温度と呼ぶことができます。

色温度は標準線で定義され、相関色温度はこの標準色温度に対して定義されます。 白色光は、標準の色温度線と正確に一致しない場合があります。代わりに、「最も近い」点を見つけて、「相関色温度」と呼ばれる色温度を読み取ります。

したがって、相関色温度が 3000K など、同じであっても、色許容範囲が 7 ステップの場合、色温度範囲は 2870 ～ 3220K で、350K 近くの差があり、視覚的な違いが生じる可能性があります。

色の許容範囲とは何ですか?

カラー トレランスは、カラー測定システム ソフトウェアと標準光源によって計算された X 値と Y 値の差を特徴付けるために使用されます。 値が小さいほど、製品の色座標は標準値に近づきます。 光源のスペクトルと標準スペクトルの間のギャップが小さいほど、光の精度が高くなり、より純粋になります。

混乱しているかもしれません: 同じ色温度の XY の組み合わせがたくさんあります。 固体照明と人間の目には、どの色の温度と座標が感覚的な快適さの要件を満たしていますか? この問題はどのように解決できますか? この問題に対処するには、色の許容範囲の概念を導入する必要があります。

赤、緑、青の蛍光体の密度が異なるため、製造中に色温度の違いが生じやすくなります。 このような違いが生じたら、ランプの明るい色を確保するために、色の許容範囲によって調整する必要があります。 照明源として、白色 LED 照明は、新しい白色 LED 照明源の開発と適用を導くために、色の許容基準に準拠する必要があります。

色温度と耐色性の関係

色温度は、光の中に存在する色成分を示す測定単位です。 理論上、黒体の色温度は、絶対零度 (-273°C) から加熱されたときに発色する色を指します。 黒体が特定の温度に加熱され、その光の色が特定の光源から発する光の色と一致する場合、黒体が加熱される温度は、その光源の色温度、つまり、測定単位が「k」の場合、色温度と呼ばれ、値が赤くなるほど赤色になります。値は赤みがみのよい色になります。中間値は白になります。 通常の照明の色温度範囲は、白色光と中性白色光に対応して、約 2700k ～ 6500k です。

標準スペクトルは色温度によって変化します。 同じ光源の場合、標準スペクトルが異なる場合、色の違いも異なります。 ただし、測定中、標準的な光色分析システムは、通常、測定された光源の色温度範囲を自動的に識別し、標準スペクトルの色温度値を決定します。 同じ色温度で、基準の標準スペクトルが一貫しているが、X と Y の色座標が異なる場合、色の違いも変化します。

色の座標と色の違いは関連しています。 カラー 座標はカラー チャートに基づいて計算され、色差は実際の測定された色座標と標準の差分です。 色の違いは、製品の X 値と Y 値と標準光源の X 値と Y 値の差です。 距離が狭いほど、SDCM は低くなります。 SDCM の詳細については、ブログをお読みください。 LEDストリップライト用SDCMのすべて

SDCM を使用して明るい色を評価しますが、このパラメーターをどのように測定しますか? 通常、下図のような分光光度計を使用して、色温度と色差をテストできます。

色の許容範囲に影響を与える要因

1) チップの変動: 異なるバッチまたはモデルの LED チップは、発光特性に固有の違いがあり、色座標のシフトにつながります。

2) プロセスの影響: 接着剤層の厚さの偏差が 5% を超えると、分注による蛍光体の偏在は、色の座標の一貫性を大幅に低下させます。

3) 材料効果: 蛍光体の材料組成、比率、およびコーティングの均一性は、スペクトル分布と色温度の一貫性に直接影響します。

4) 計装効果: たとえば、分光光度計と積分球の違い、または同じ機器の異なるモデル間の違いにより、測定結果が変化する可能性があります。 さらに、球を積分するための積分時間の違いなど、顧客が設定した重要なパラメーターの不一致も、測定誤差を引き起こす可能性があります。

5) 熱管理への影響: ランプの熱管理が不十分な場合、温度の上昇により色ドリフトが発生する可能性があります。 LED 発光材料は、温度依存性が大きく、発光温度が上昇すると、発光スペクトルが赤色にシフトし、発光ピークが広がり、一定の温度では発光が停止します。 ランプの寿命と光束が必要条件を満たすようにするには、LED ランプの接合温度を特定の範囲内に維持する必要があります。

6) 現在の影響: 駆動電流が変化すると、発光材料の特性にも影響があります。 発光安定性が高いほど、色温度効果が低くなり、色の許容範囲が小さくなります。

同じ色温度の LED ライトが異なる色をしているように見えるのはなぜですか?

同じ 3000K の色温度であるにもかかわらず、光が異なる色を呈する理由を疑問に思う人もいるかもしれません。これは、色温度の許容範囲が問題に効果的に対処できない可能性があることを示唆しています。 実際、指定された色温度許容範囲内で、LED 照明メーカーは、色温度の不一致に関連する課題に一貫して直面してきました。 この現象は、「同じ温度、異なる色」として知られる同一の色温度値にもかかわらず、大きな色の違いとして現れるだけでなく、色が似ているが、テストされた色温度の値が「同じ色、温度」として知られている場合にも存在します。

下の図に示すように、青線上の 3 つの点 A、B、C は同じ 3000K の色温度に属します。 点 A は正確に 3000k の暖かい白色光で、点 B は 3050k でわずかに緑色で、点 C は 2950k でわずかに赤みを帯びています。それらは約 50k で異なります。 色温度の差は大きくありませんが、実際に知覚される色は異なります。

さらに、色温度が下がると、「同じ温度、異なる色」、「同じ色、異なる温度」という現象がますます顕著になります。 したがって、製品の色の一貫性を実現する場合は、色差許容範囲 (SDCM) を使用して対処する必要があります。 製品のカラー中心点が色差公差の中心点と一致する場合、色差公差を使用して色差を特徴付けることができます。色差公差が大きいほど、色の違いが大きくなります。

まず、3000K 色温度 LED ライトの色差画像の次の比較を見てみましょう。2 つの色座標が 2 段階の楕円に収まる場合、人間の目はそれらの違いをほとんど識別できません。 5 段階の楕円であれば、色の違いが顕著になります。3 段階の楕円であれば、境界色と中心色の違いは一目でわかりません。 したがって、3000K の色温度照明の場合、ほぼゼロの色差を達成することが目標である場合、色の許容範囲は通常 3 段階で設定する必要があります。

上記の分析から、色の違いがいかに重要かは明らかです。 色差を制御しないと、生成された LED ライト ストリップが照らされたときに色が一貫していない場合があります。 直線的な光ストリップを想像してみてください。LED 間に色の違いがある場合は、人間の目で簡単に検出できます。 ストリップ全体の色に一貫性がない場合、照明が不十分になります。 高品質の照明効果を実現するには、より高い発光効率とより小さな SDCM 値のライト ストリップを購入する必要があります。

LED業界の色許容規格

1942 年、科学者のマカダムは、関連する原理を使用して 25 色の実験を行い、各色点の 5 ～ 9 辺を測定し、色の違いを区別できる 2 つの点を記録しました。 その結果、マカダム楕円として知られる、さまざまなサイズと長さの楕円が得られました。

マカダムの楕円の中で、たとえ色の違いがあっても、私たちの目はそれらを検出できません。 ただし、色がこの楕円の外に出たら、色の違いを簡単に識別できます。 したがって、マカダム楕円内で、ポイントの色が一貫していると考えることができます。

マカダム楕円のサイズは、カラー マッチングの標準偏差 (SDCM) とも呼ばれ、色の一貫性を評価するための重要な指標です。 マカダム楕円の長軸と短軸の比率を大きくすることにより、2 次、3 次など、さまざまな次数のマカダム楕円を取得できます。 さまざまな順序の楕円は、色の一貫性を評価するためのより詳細な基準を提供します。

1. ヨーロッパとアメリカの色温度 X.Y 座標標準点

現在使用されている主な色の違いの規格は、北米の ANSI 規格と IEC ヨーロッパ規格です。 対応する色の違いの中心点は、次のようにまとめられています。

2. Energy Star とヨーロッパの色差標準範囲

● Energy Star ANSI C78.376、色差 ≤7 SDcm、LED の特性に応じて領域に分割されます。

● 欧州連合 IEC 60081 規格、カラー トレランス ≤7 SDCM で、LED 領域は発光技術要件に従って定義されています。

まとめ

上記の導入後、誰もが LED の色温度をよりよく理解できるようになったと思います。

SignLiteLED は、LED ストリップ ライトの研究、開発、製造を専門とするハイテク企業であり、技術革新と厳格なテストをコア コンピテンシーとして使用しています。 同社は完全な研究開発システムを備えており、すべての LED ストリップ ライトの色温度偏差を、暖色温度では 3 段階、冷たい白色温度では 5 ステップ以内に制御します。

チップの選択からドライバ回路設計まで、すべてが社内で制御されます。 製品範囲には以下が含まれます フレキシブルな LED ライト ストリップ, COB LED ライト ストリップ, LEDネオンライトストリップ、およびその他の高付加価値カテゴリ。 同社に分光光度計、一定の温度および湿度テスト チャンバー、およびその他のデバイスを装備することにより、製品の安定性と信頼性を確保するために、72 時間のエージング テストと IP 防水評価を含む 20 以上のテスト基準を確立しました。 これらの製品に興味がある場合は、当社のビジネス チームにお問い合わせください。