Basiskennis over LED's

Of u nu LED-lichtstrips maakt of koopt, het is cruciaal om de grondbeginselen van LED's te begrijpen.

Als kern-lichtgevende component bepalen de kenmerken van LED's direct de prestaties van de lichtstrips. Voor fabrikanten begeleidt deze kennis LED-chipselectie, circuitontwerp en procesbesturing. Voor kopers is het essentieel om onderscheid te maken tussen hoogwaardige en lage kwaliteitsproducten en de val van "misleidende specificaties" te vermijden.

Alleen door de onderliggende principes van LED's te begrijpen, kan men ervoor zorgen dat LED-lichtstrips aan de verwachtingen voldoen in kernstatistieken zoals helderheid, energie-efficiëntie en levensduur. Hieronder zal ik je door wat basiskennis over LED's leiden.

Wat is een LED?

‌LED (Light-Emitting Diode) is een halfgeleider vaste lichtbron ‌ De halfgeleiderchip bestaat uit twee delen: de ene is een P-type halfgeleider, waar gaten domineren, en de andere is een N-type halfgeleider, waar elektronen domineren. Wanneer deze twee halfgeleiders zijn verbonden, vormen ze een n-overgang. Wanneer stroom door de draad stroomt en op de chip inwerkt, worden elektronen naar het p-type gebied geduwd. In het p-type gebied recombineren elektronen met gaten, waardoor energie vrijkomt in de vorm van fotonen. Dit proces is het principe achter LED-verlichting. De golflengte van licht, die de kleur bepaalt, wordt bepaald door de materialen die worden gebruikt om de pn-overgang te vormen.

LED's kunnen direct rood, geel, blauw, groen, cyaan, oranje, violet en wit licht uitstralen. Een LED-pakket is een plastic behuizing met een LED-chip en een fosfor. De LED-chip is een halfgeleidermateriaal dat licht uitstraalt (blauw licht), terwijl het fosformateriaal een deel van dit licht omzet in groene en rode golflengten. Het resulterende witte licht wordt uitgezonden door het LED-pakket. Het verpakkingsmateriaal speelt een belangrijke rol bij de warmteafvoer van LED's (bijv. PPA, PCT en keramiek).

LED-lichtbronnen bieden voordelen zoals laagspanningsstroom, laag energieverbruik, hoge aanpassingsvermogen, hoge stabiliteit, korte responstijd, milieuvriendelijkheid en meerkleurige emissie, waardoor ze een ideale keuze zijn voor moderne verlichting.

Wat zijn de belangrijkste soorten LED-verpakkingen?

Led-verpakkingsvormen omvatten doorgaande gat-dip, opbouwmontage SMD en geïntegreerde COB.

‌Door-gat (DIP)‌: DIP LED-verpakking heeft een cilindrische vorm met lange draden, met de chip in de plastic behuizing. Dip-LED's hebben twee parallelle metalen draden. Hoewel sommige producten dit ontwerp vandaag de dag nog steeds gebruiken, hebben DIP-LED's in vergelijking met nieuwere LED-verpakkingen een lagere lichtopbrengst en een kleurweergave-index. Deze LED's worden voornamelijk gebruikt voor signaallampen en decoratieve toepassingen, zoals kerstlichtsnaren. Ze hebben echter een slechte warmteafvoer en een lage lichtgevende werkzaamheid (<50 lm/w) en worden geleidelijk uitgefaseerd.

Opbouwmontage (SMD): SMD LED's werden ontwikkeld na dip-LED's. In vergelijking met DIP LED's bieden SMD-LED's een hogere lichtopbrengst en een lager stroomverbruik. Vergeleken met DIP LED's hebben ze een kleiner ontwerp, een lagere hoogte, een langere levensduur, een lager energieverbruik tot 751 TP3T en lagere onderhoudskosten. De reguliere opbouwtypes (zoals 2835, 3030, 5050, enz.) hebben een compact formaat, superieure warmteafvoer en lichtrendement >120 lm/W, waardoor ze veel worden gebruikt in verlichtingsarmaturen.  Lees de blog voor meer informatie over SMD LED's: SMD3528 vs SMD2835 vs SMD5050: welke LED-strip is het beste voor commerciële en architecturale verlichting?

Geïntegreerd (COB): COB-verpakking omvat het plaatsen van verschillende chips (meestal 9 of meer) op een aluminiumsubstraat, waarbij meer chips worden geïntegreerd in een beperkte ruimte om een hogere lichtintensiteit in een kleiner gebied te bereiken. Dit ontwerp neemt minder ruimte in beslag en maximaliseert het lichtpotentieel. Deze technologie elimineert de noodzaak voor een basis en soldeerwerk, waardoor de montagetijd met bijna een derde wordt verkort en de kosten worden verlaagd. COB-types worden meestal gebruikt in hoogrendementsverlichtingsarmaturen zoals industriële verlichting, straatlantaarns, parkeerplaatsen en open ruimtes die grote verlichtingsgebieden vereisen. Vanwege hun hoge helderheid per oppervlakte-eenheid, genereren ze ook aanzienlijke warmte, dus ze moeten worden gebruikt met grote koellichamen.  Lees de blog voor meer informatie over de verschillen tussen COB LED's en SMD LED's: Verschil tussen SMD LED en COB LED: welke is beter?

Wat is de kleurweergave-index (CRI)?

De kleurweergave-index (CRI) is een maat voor het vermogen van een lichtbron om de kleuren van objecten nauwkeurig te reproduceren. Het beschrijft vooral hoe dicht de kleuren van objecten onder een lichtbron verschijnen in vergelijking met hun kleuren onder natuurlijk licht (zoals zonlicht). Hoe hoger de CRI-waarde, hoe sterker het vermogen van de lichtbron om kleuren te reproduceren, en hoe beter de kleuren van objecten onder die lichtbron lijken om op hun kleuren te lijken onder natuurlijk licht. Lees de blog voor meer informatie over CRI: Hoe belangrijk is de kleurweergave-index van LED stripverlichting?

Lichtbronnen met dezelfde kleurtemperatuur kunnen verschillende spectrale samenstellingen hebben. Lichtbronnen met bredere spectrale samenstellingen bieden meer kans op een betere kleurweergavekwaliteit. Wanneer het spectrum van een lichtbron mist of heel weinig van de dominante golflengte heeft die wordt gereflecteerd door een object onder een referentielichtbron, kan dit aanzienlijke kleurverschillen veroorzaken. Hoe groter het kleurverschil, hoe slechter de kleurweergaveprestaties van de lichtbron voor die kleur. De CRI-coëfficiënt is een veelgebruikte methode voor het evalueren van de kleurweergaveprestaties van een lichtbron.

De CIE definieert de Planckian radiator als de referentielichtbron, stelt de kleurweergave-index in op 100 en specificeert acht kleurmonsters. Als onder een lichtbron de kleur van het monster overeenkomt met die onder de referentielichtbron, is de kleurweergave-index van de lichtbron 100; als de kleur verandert, is de kleurweergave-index van de lichtbron lager dan 100.

De kleurweergave-index is van groot belang in lichtontwerp en toepassingen, met name in scenario's die nauwkeurige kleurreproductie van objecten vereisen, zoals kunstgalerijen, fotostudio's en medische voorzieningen. In deze instellingen zorgt het selecteren van lichtbronnen met hoge kleurweergave-indexen voor de authenticiteit en nauwkeurigheid van objectkleuren. Het is belangrijk op te merken dat de kleurweergave-index niet het enige criterium is voor het evalueren van de lichtbronkwaliteit; het richt zich voornamelijk op het vermogen van de lichtbron om kleuren te reproduceren. Bij het selecteren van een lichtbron moeten ook andere factoren zoals helderheid, kleurtemperatuur en energie-efficiëntie volledig worden overwogen.

Wat is kleurtemperatuur?

Kleurtemperatuur is een meeteenheid die de kleurcomponenten in het licht aangeeft. Theoretisch verwijst de kleurtemperatuur van een zwartlichaam naar de kleur die het vertoont wanneer het wordt verwarmd vanaf het absolute nulpunt (-273°C). Wanneer de kleur van een lichtbron bij een bepaalde temperatuur overeenkomt met de kleur van een zwartlichaam, wordt de absolute temperatuur van dat zwartlichaam de kleurtemperatuur van de lichtbron genoemd. Het wordt ook wel 'colorimetrische temperatuur' genoemd. De eenheid is Kelvin (K).

Het kleurenbereik van veelgebruikte verlichting is ongeveer 2700K tot 6500K. Hoe lager de kleurtemperatuurwaarde, hoe roodachtiger de kleur, hoe hoger de waarde, hoe blauwer de kleur; tussenliggende waarden lijken witter. Kleurtemperaturen tussen 2200K en 3750K worden warm wit licht genoemd; 4000K tot 5000K is neutraal wit; en 5700k tot 8000k is koel wit licht.

1. Kleurtemperatuur en kleurcoördinaten hebben een een-op-veel-relatie; dezelfde kleurtemperatuur kan verschillende X- en Y-waarden hebben.

2 . Met andere woorden, het kan alleen kleurtemperatuur worden genoemd als het op de stralingscurve van het zwartlichaam valt.

3. Dezelfde kleurtemperatuur kan verschillende kleurwaarnemingen produceren.

Voor meer informatie over de kleurtemperatuur, lees de blog:

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K: Wat is het verschil?
Vergelijking kleurtemperatuur LED verlichting: 5000K vs. 6000K
Vergelijking kleurtemperatuur LED verlichting: 4000K vs. 5000K
Vergelijking kleurtemperatuur LED verlichting: 3000K vs. 4000K
Vergelijking kleurtemperatuur LED verlichting: 2700K vs. 3000K

Wat is gecorreleerde kleurtemperatuur?

Wanneer het chromaticiteitspunt van een lichtbron niet op het traject van het zwarte lichaam is, en de chromaticiteit van de lichtbron het dichtst bij dat van een zwartlichaam bij een bepaalde temperatuur, is de absolute temperatuur van dat zwarte lichaam de gecorreleerde kleurtemperatuur (CCT) van de lichtbron. De eenheid is Kelvin (K).

Bij dagelijks gebruik zien we de testgegevens van spectroscopische instrumenten. Dit is de gecorreleerde kleurtemperatuur (CCT), niet de kleurtemperatuur. Wat is het verschil tussen hen? Natuurlijk is er: De kleurtemperatuur van een lichtbron is de temperatuur van een ideale blackbody radiator waarvan het uitgestraald licht overeenkomt met de kleur van de lichtbron. Met andere woorden, alleen als het op de Blackbody-stralingslijn valt, kan het kleurtemperatuur worden genoemd.

Kleurtemperatuur wordt gedefinieerd op de standaardlijn, terwijl gecorreleerde kleurtemperatuur wordt gedefinieerd ten opzichte van deze standaard kleurtemperatuur. Het witte licht dat we produceren, is mogelijk niet precies uitgelijnd met de standaard kleurtemperatuurlijn; in plaats daarvan vinden we het "dichtstbijzijnde" punt en lezen we de kleurtemperatuur, die wordt aangeduid als de "gecorreleerde kleurtemperatuur".

Daarom, zelfs als de gecorreleerde kleurtemperatuur hetzelfde is, zoals 3000K, als de kleurtolerantie 7 stappen is, kan het kleurtemperatuurbereik 2870-3220K zijn, met een verschil van bijna 350K, wat kan resulteren in aanzienlijke visuele verschillen.

Wat is kleurtolerantie?

Kleurtolerantie wordt gebruikt om het verschil te karakteriseren tussen de X- en Y-waarden die worden berekend door de software voor het meten van het kleurmeetsysteem en de standaard lichtbron. Hoe kleiner de waarde, hoe dichter de kleurcoördinaten van het product bij de standaardwaarden zijn. Hoe kleiner de kloof tussen het spectrum van de lichtbron en het standaardspectrum, hoe hoger de nauwkeurigheid en hoe zuiverder de kleur van het licht.

U kunt in de war raken: er zijn veel XY-combinaties voor dezelfde kleurtemperatuur. Welke kleurtemperatuur en coördinaten voldoen aan de sensorische comfortvereisten van solid-state verlichting en het menselijk oog? Hoe kan dit probleem worden opgelost? Om dit probleem aan te pakken, moet het concept van kleurtolerantie worden geïntroduceerd.

Vanwege de verschillende dichtheden van rode, groene en blauwe fosforen kunnen kleurtemperatuurverschillen gemakkelijk optreden tijdens de productie. Zodra dergelijke verschillen ontstaan, moeten ze worden aangepast door middel van kleurtolerantie om de lichte kleur van de lamp te garanderen. Als lichtbron moet witte LED-verlichting voldoen aan de kleurtolerantienormen om de ontwikkeling en toepassing van nieuwe witte LED-verlichtingsbronnen te begeleiden.

De relatie tussen kleurtemperatuur en kleurtolerantie

Kleurtemperatuur is een meeteenheid die de kleurcomponenten aangeeft die aanwezig zijn in het licht. Theoretisch verwijst de kleurtemperatuur van een zwartlichaam naar de kleur die het uitstraalt bij verhitting vanaf het absolute nulpunt (-273°C). Wanneer een zwartlichaam tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd en de kleur van het licht dat het uitstraalt overeenkomt met de kleur van het licht dat wordt uitgezonden door een specifieke lichtbron, wordt de temperatuur waarbij het zwart wordt verwarmd, de kleurtemperatuur van die lichtbron genoemd, d.w.z. kleurtemperatuur, waarbij de maateenheid "K is." Hoe kleiner de waarde, hoe roodachtiger de kleur; hoe groter de waarde, hoe meer blauwachtig de kleur; tussenliggende waarden neigen naar wit. Het typische kleurtemperatuurbereik voor verlichting bij normaal gebruik is ongeveer 2700K tot 6500K, wat overeenkomt met warm wit licht en neutraal wit licht.

Het standaard spectrum verandert met kleurtemperatuur. Voor dezelfde lichtbron, als het standaardspectrum verschilt, varieert het kleurverschil ook. Tijdens het meten, een standaard lichtkleuranalysesysteem, identificeert echter doorgaans automatisch het kleurtemperatuurbereik van de gemeten lichtbron om de kleurtemperatuurwaarde van het standaardspectrum te bepalen. Bij dezelfde kleurtemperatuur, als het referentiestandaardspectrum consistent is, maar de x- en y-kleurcoördinaten verschillen, zal het kleurverschil ook variëren.

Kleurcoördinaten en kleurverschillen zijn gerelateerd. Kleurcoördinaten worden berekend op basis van de kleurenkaart en het kleurverschil is het verschil tussen de werkelijk gemeten kleurcoördinaten en de standaard. Kleurverschil is het verschil tussen de X- en Y-waarden van het product en de X- en Y-waarden van de standaard lichtbron. Hoe kleiner de afstand, hoe lager de SDCM.  Lees de blog voor meer informatie over SDCM: Alles over SDCM voor LED Stripverlichting

We gebruiken SDCM om de lichtkleur te evalueren, dus hoe meten we deze parameter? Doorgaans kan een spectrofotometer zoals die in de onderstaande afbeelding wordt getoond, worden gebruikt om kleurtemperatuur en kleurverschil te testen.

Factoren die de kleurtolerantie beïnvloeden

1) Chip-variatie: LED-chips van verschillende partijen of modellen hebben inherente verschillen in hun lichtgevende kenmerken, wat leidt tot verschuivingen in kleurcoördinaten.

2) Procesinvloed: Ongelijkmatige verdeling van fosfor veroorzaakt door doseren, met afwijkingen van de dikte van de lijmlaag van meer dan 51 TP3T, vermindert de consistentie van de kleurcoördinaten aanzienlijk.

3) Materiële effecten: De materiaalsamenstelling, verhouding en coatinguniformiteit van fosforen hebben een directe invloed op de spectrale verdeling en kleurtemperatuurconsistentie.

4) Instrumentatie-effecten: Verschillen tussen spectrofotometers en integrerende bollen, of tussen verschillende modellen van hetzelfde instrument, kunnen bijvoorbeeld resulteren in verschillende meetresultaten. Bovendien kunnen discrepanties in kritische parameters die zijn ingesteld door klanten versus originele equipmentfabrikanten (OEM's), zoals verschillende integratietijden voor het integreren van bollen, ook meetfouten introduceren.

5) thermisch beheer Impact: Als het thermisch beheer van de lamp onvoldoende is, kunnen temperatuurstijgingen kleurdrift veroorzaken. LED-lichtgevende materialen vertonen significante temperatuurafhankelijke kenmerken; naarmate de emissietemperatuur stijgt, verschuift het emissiespectrum naar het rood, de emissiepiek verbreedt en bij een bepaalde temperatuur stopt de emissie. Om de levensduur en lichtstroom van de lamp te garanderen, moet de aansluitingstemperatuur van de LED-lamp binnen een bepaald bereik worden gehouden.

6) Huidige effecten: Naarmate de aandrijfstroom verandert, worden ook de eigenschappen van het lichtgevende materiaal aangetast. Hoe hoger de lichtgevende stabiliteit, hoe kleiner het kleurtemperatuureffect en hoe kleiner de kleurtolerantie.

Waarom lijken LED-lampen met dezelfde kleurtemperatuur verschillende kleuren te hebben?

Sommigen vragen zich misschien af waarom, ondanks dat ze dezelfde kleurtemperatuur van 3000.000.000.000.000.000.000.000 hebben, verschillende kleuren vertonen, wat suggereert dat kleurtemperatuurtoleranties het probleem mogelijk niet effectief aanpakken. Binnen het gespecificeerde kleurtemperatuurtolerantiebereik hebben fabrikanten van LED-verlichting consequent te maken gehad met uitdagingen met betrekking tot inconsistentie in kleurtemperatuur. Dit fenomeen manifesteert zich niet alleen als significante kleurverschillen ondanks identieke kleurtemperatuurwaarden, bekend als "dezelfde temperatuur, andere kleur", maar bestaat ook in gevallen waarin de kleuren vergelijkbaar zijn, maar de geteste kleurtemperatuurwaarden zijn enorm verschillend, bekend als "dezelfde kleur, verschillende temperatuur."

Zoals in de onderstaande afbeelding wordt getoond, behoren de drie punten A, B en C op de blauwe lijn tot dezelfde 3000K-kleurtemperatuur. Punt A is precies 3000K warm wit licht, terwijl punt B licht groenachtig is bij 3050K, en punt C licht roodachtig is bij 2950k, ze verschillen ongeveer 50k. Hoewel het kleurtemperatuurverschil niet significant is, zijn de werkelijke waargenomen kleuren verschillend.

Bovendien, naarmate de kleurtemperatuur afneemt, worden de verschijnselen van "dezelfde temperatuur, andere kleur" en "dezelfde kleur, verschillende temperatuur" steeds uitgesprokener. Daarom, als u wilt dat uw productkleuren consistentie bereiken, moeten we kleurverschiltolerantie (SDCM) gebruiken om dit aan te pakken. Als het kleurcentrum van het product samenvalt met het kleurverschiltolerantiecentrum, kan de kleurverschiltolerantie worden gebruikt om kleurverschillen te karakteriseren; hoe groter de kleurverschiltolerantie, hoe groter het kleurverschil.

Laten we eerst eens kijken naar de volgende vergelijking van kleurenverschilafbeeldingen voor LED-verlichting met 3000K kleurtemperatuur: als de twee kleurcoördinaten binnen een 2-staps ellips vallen, kan het menselijk oog nauwelijks het verschil tussen hen onderscheiden. Als het een 5-staps ellips is, wordt het kleurverschil merkbaar; als het een 3-staps ellips is, is het verschil tussen de grenskleur en de centrale kleur niet meteen duidelijk in één oogopslag. Daarom moet voor 3000K kleurtemperatuurverlichting, als het doel is om een ​​kleurverschil van bijna nul te bereiken, de kleurtolerantie doorgaans binnen 3 stappen worden ingesteld.

Uit de bovenstaande analyse is duidelijk hoe belangrijk kleurverschil is. Als het kleurverschil niet wordt geregeld, kunnen de geproduceerde LED-lichtstrips inconsistent kleuren vertonen wanneer ze worden verlicht. Stel je een lineaire lichtstrip voor; als er kleurverschillen zijn tussen LED's, kunnen ze gemakkelijk worden gedetecteerd door het menselijk oog. Wanneer de kleur van de hele lichtstrip inconsistent is, resulteert dit in een slechte lichtervaring. Om hoogwaardige lichteffecten te bereiken, moet u lichtstrips kopen met een hogere lichtopbrengst en kleinere SDCM-waarden.

LED-industrie kleurtolerantienormen

In 1942 voerde wetenschapper Macadam experimenten uit op 25 kleuren met behulp van gerelateerde principes, meting 5 tot 9 relatieve zijden van elk kleurpunt en de twee punten waarop ze kleurverschillen konden onderscheiden. Het resultaat was een ellips van verschillende grootte en lengte, bekend als de Macadam Ellips.

Binnen de Macadam-ellips, zelfs als er kleurverschillen zijn, kunnen onze ogen ze niet detecteren. Zodra de kleur echter buiten deze ellips valt, kunnen we gemakkelijk het kleurverschil onderscheiden. Daarom kunnen we binnen de Macadam-ellips de kleuren van de punten als consistent beschouwen.

De grootte van de Macadam-ellips wordt ook wel de standaarddeviatie van kleuraanpassing (SDCM) genoemd, een belangrijke maatstaf voor het beoordelen van de kleurconsistentie. Door de verhouding van de grote en kleine assen van de Macadam-ellips te vergroten, kunnen we macadam-ellipsen van verschillende ordes verkrijgen, zoals tweede-orde, derde orde, enzovoort. Deze ellipsen van verschillende bestellingen bieden ons meer gedetailleerde normen voor het evalueren van kleurconsistentie.

1. Europese en Amerikaanse kleurtemperatuur X.Y coördineren standaardpunten

De belangrijkste kleurverschilstandaarden die momenteel in gebruik zijn, zijn de Noord-Amerikaanse ANSI-standaard en de IEC European Standard. De overeenkomstige kleurverschil-midden worden als volgt samengevat:

2. Energy Star en Europese kleurverschil standaardbereiken

● ENERGY STAR ANSI C78.376, kleurverschil ≤7 SDCM, verdeeld in gebieden volgens LED-kenmerken.

● Europese Unie IEC 60081 Standaard, Kleurtolerantie ≤7 SDCM, met LED-gebieden gedefinieerd volgens lichtgevende technische vereisten.

Samenvatting

Na de bovenstaande introductie geloof ik dat iedereen nu een beter begrip heeft van de LED-kleurtemperatuur.

Siglitetled is een hightech onderneming die gespecialiseerd is in het onderzoek, de ontwikkeling en de productie van LED-striplampen, met technologische innovatie en rigoureus testen als kerncompetenties. Het bedrijf heeft een compleet R&D-systeem, dat ervoor zorgt dat de kleurtemperatuurafwijking van alle LED-striplampen binnen 3 stappen wordt geregeld voor warme kleurtemperaturen en binnen 5 stappen voor koele witte kleurtemperaturen.

Van chipselectie tot het ontwerp van het stuurprogramma, alles wordt in eigen huis geregeld. Het productassortiment omvat Flexibele LED-lichtstrips, COB LED-lichtstrips, LED neonlichtstripsen andere categorieën met een hoge toegevoegde waarde. Door het bedrijf uit te rusten met spectrofotometers, testkamers met constante temperatuur en vochtigheid, en andere apparaten, heeft het meer dan 20 testnormen vastgesteld, waaronder 72-uurs verouderingstests en IP-waterdichte beoordelingen, om de stabiliteit en betrouwbaarheid van de productprestaties te garanderen. Als u geïnteresseerd bent in deze producten, neem dan contact op met ons business team.