Podstawowa wiedza na temat diod LED

Niezależnie od tego, czy produkujesz, czy kupujesz paski świetlne LED, zrozumienie podstaw diod LED jest kluczowe.

Jako element emitujący światło, charakterystyka diod LED bezpośrednio decyduje o wydajności pasków świetlnych. W przypadku producentów ta wiedza kieruje wyborem chipów LED, projektowaniem obwodów i kontrolą procesu. Dla kupujących kluczowe jest rozróżnienie między produktami wysokiej jakości i niskiej jakości oraz uniknięcie pułapki „błędnych specyfikacji”.

Tylko dzięki zrozumieniu podstawowych zasad diod LED można zapewnić, że paski oświetlenia LED spełniają oczekiwania dotyczące podstawowych wskaźników, takich jak jasność, efektywność energetyczna i żywotność. Poniżej przeprowadzę Cię przez podstawową wiedzę na temat diod LED.

Co to jest dioda LED?

‌LED (dioda elektroluminescencyjna) jest półprzewodnikowym źródłem światła półprzewodnikowego. Chip półprzewodnikowy składa się z dwóch części: jedna jest półprzewodnikiem typu P, w którym dominują otwory, a druga to półprzewodnik typu N, w którym dominują elektrony. Gdy te dwa półprzewodniki są połączone, tworzą złącze P-N. Gdy prąd przepływa przez drut i działa na chipie, elektrony są przesuwane w kierunku obszaru typu P. W obszarze typu P elektrony rekombinują z dziurami, uwalniając energię w postaci fotonów. Ten proces jest zasadą oświetlenia LED. Długość fali światła, która określa jej kolor, jest określona przez materiały użyte do utworzenia złącza P-N.

Diody LED mogą bezpośrednio emitować czerwone, żółte, niebieskie, zielone, cyjanowe, pomarańczowe, fioletowe i białe światło. Pakiet LED to plastikowa obudowa zawierająca chip LED i luminofor. Chip LED jest materiałem półprzewodnikowym, który emituje światło (niebieskie światło), podczas gdy materiał luminoforu przekształca część tego światła na fale zielone i czerwone. Wynikowe białe światło jest emitowane z pakietu LED. Materiał opakowaniowy odgrywa znaczącą rolę w rozpraszaniu ciepła diod LED (np. PPA, PCT i ceramiki).

Źródła światła LED oferują takie zalety, jak niskie napięcie zasilania, niskie zużycie energii, wysoka adaptacyjność, wysoka stabilność, krótki czas reakcji, przyjazność dla środowiska i wielokolorowa emisja, co czyni je idealnym wyborem dla nowoczesnego oświetlenia.

Jakie są główne rodzaje opakowań LED?

Formy opakowań LED obejmują zanurzenie przelotowe, SMD do montażu natynkowego i zintegrowany COB.

‌przez otwór (zanurzenie): Opakowanie LED DIP ma cylindryczny kształt z długimi przewodami, z chipem umieszczonym wewnątrz plastikowej obudowy. Diody zanurzeniowe mają dwa równoległe metalowe przewody. Chociaż niektóre produkty nadal używają tego projektu do dziś, w porównaniu z nowszym opakowaniem LED, diody LED DIP mają niższą moc świetlną i wskaźnik oddawania kolorów. Te diody LED są używane głównie do świateł sygnałowych i aplikacji dekoracyjnych, takich jak struny świetlne świąteczne. Mają jednak słabe rozpraszanie ciepła i niską skuteczność świetlną (<50 lm/W) i są stopniowo wycofywane.

Natynkowe (SMD): Diody SMD zostały opracowane po dipach dipowych. W porównaniu z dipami LED, diody SMD oferują wyższą skuteczność świetlną i niższe zużycie energii. W porównaniu z diodami LED mają mniejszą konstrukcję, niższą wysokość, dłuższą żywotność, zmniejszone zużycie energii nawet o 75% i niższe koszty konserwacji. Typy do montażu natynkowego głównego nurtu (takie jak 2835, 3030, 5050 itd.) charakteryzują się kompaktowymi rozmiarami, doskonałym odprowadzaniem ciepła i wydajnością świetlną >120 lm/W, co czyni je szeroko stosowanymi w oprawach oświetleniowych. Aby uzyskać więcej informacji na temat diody SMD, przeczytaj bloga: SMD3528 vs SMD2835 vs SMD5050: Która taśma LED jest najlepsza do oświetlenia komercyjnego i architektonicznego?

Zintegrowany (COB): Opakowanie COB polega na umieszczeniu kilku wiórów (zazwyczaj 9 lub więcej) na aluminiowym podłożu, integrując więcej wiórów w ograniczonej przestrzeni, aby uzyskać wyższą intensywność świetlną na mniejszym obszarze. Ten projekt zajmuje mniej miejsca, jednocześnie maksymalizując potencjał świetlny. Ta technologia eliminuje potrzebę stosowania podstawy i lutowania, skracając czas montażu o prawie jedną trzecią i obniżając koszty. Typy COB są zwykle używane w oprawach oświetleniowych o wysokiej wydajności, takich jak oświetlenie przemysłowe, latarnie uliczne, parkingi i otwarte przestrzenie wymagające dużych obszarów oświetlenia. Ze względu na wysoką jasność na jednostkę powierzchni generują również znaczne ciepło, dlatego muszą być używane z dużymi radiatorami. Aby uzyskać więcej informacji na temat różnic między diodą COB i diody LED SMD, przeczytaj blog: Różnica między SMD LED a COB LED: Co jest lepsze?

Co to jest indeks oddawania kolorów (CRI)?

Wskaźnik oddawania kolorów (CRI) jest miarą zdolności źródła światła do dokładnego odtworzenia kolorów obiektów. Opisuje przede wszystkim, jak bardzo kolory przedmiotów pojawiają się pod źródłem światła w porównaniu z ich kolorami w naturalnym świetle (takim jak światło słoneczne). Im wyższa wartość CRI, tym silniejsza zdolność źródła światła do odtworzenia kolorów i tym bardziej kolory obiektów pojawiają się pod tym źródłem światła, aby przypominały ich kolory w naturalnym świetle. Aby uzyskać więcej informacji na temat CRI, przeczytaj bloga: Jak ważny jest wskaźnik oddawania barw taśm LED?

Źródła światła o tej samej temperaturze barwowej mogą mieć różne składy widmowe. Źródła światła o szerszych kompozycjach spektralnych z większym prawdopodobieństwem zapewniają lepszą jakość oddawania kolorów. Gdy widmo źródła światła brakuje lub ma bardzo małą długość fali odbijanej przez obiekt pod referencyjnym źródłem światła, może to powodować znaczne różnice kolorów. Im większa różnica koloru, tym gorsza wydajność oddawania koloru źródła światła dla tego koloru. Współczynnik CRI jest szeroko stosowaną metodą oceny wydajności oddawania barw źródła światła.

CIE definiuje grzejnik Plancka jako odniesienia źródła światła, ustawiając jego wskaźnik oddawania kolorów na 100 i określa osiem próbek kolorów. Jeśli pod źródłem światła kolor próbki odpowiada temu pod referencyjnym źródłu światła, wskaźnik oddawania koloru źródła światła wynosi 100; jeśli kolor się zmieni, wskaźnik oddawania koloru źródła światła jest niższy od 100.

Wskaźnik oddawania kolorów ma ogromne znaczenie w projektowaniu oświetlenia i zastosowaniach, szczególnie w scenariuszach wymagających dokładnego odwzorowania kolorów obiektów, takich jak galerie sztuki, studia fotograficzne i placówki medyczne. W tych ustawieniach wybór źródeł światła o wysokich wskaźnikach oddawania barw zapewnia autentyczność i dokładność kolorów obiektów. Należy zauważyć, że wskaźnik oddawania kolorów nie jest jedynym kryterium oceny jakości źródła światła; skupia się przede wszystkim na zdolności źródła światła do odtwarzania kolorów. Przy wyborze źródła światła należy również rozważyć kompleksowe czynniki, takie jak jasność, temperatura barwowa i efektywność energetyczna.

Co to jest temperatura barwowa?

Temperatura barwowa to jednostka miary, która wskazuje składniki koloru zawarte w świetle. Teoretycznie temperatura barwowa ciała doskonale czarnego odnosi się do koloru, który wykazuje po podgrzaniu od zera bezwzględnego (-273°C). Gdy kolor źródła światła dopasowuje się do koloru ciała doskonale czarnego w określonej temperaturze, bezwzględna temperatura tego ciała doskonale czarnego określana jest jako temperatura barwowa źródła światła. Jest również znany jako „temperatura kolorymetryczna”. Jednostką jest Kelvin (K).

Zakres kolorów powszechnie używanego oświetlenia wynosi około 2700K do 6500K. Im niższa wartość temperatury barwowej, tym bardziej czerwonawy kolor; im wyższa wartość, tym bardziej niebieskawy kolor; wartości pośrednie wydają się bielsze. Temperatury barwowe między 2200K a 3750K są określane jako ciepłe światło białe; 4000K do 5000K to neutralna biel, a od 5700K do 8000K to chłodne białe światło.

1. Współrzędne temperatury barwowej i koloru mają zależność jeden-do-wielu; ta sama temperatura barwowa może mieć różne wartości x i y.

2 . Innymi słowy, można ją nazwać temperaturą barwową tylko wtedy, gdy spada na krzywą promieniowania ciała czarnego.

3. Ta sama temperatura barwowa może wytworzyć różne postrzeganie kolorów.

Więcej informacji na temat temperatury barwowej można znaleźć na blogu:

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K: Jaka jest różnica?
Porównanie temperatury barwowej oświetlenia LED: 5000K vs. 6000K
Porównanie temperatury barwowej oświetlenia LED: 4000K vs. 5000K
Porównanie temperatury barwowej oświetlenia LED: 3000K vs. 4000K
Porównanie temperatury barwowej oświetlenia LED: 2700K vs. 3000K

Co to jest skorelowana temperatura barwowa?

Gdy punkt chromatyczności źródła światła nie znajduje się na trajektorii ciała doskonale czarnego, a chromatyczność źródła światła jest najbliższa chromatyczności ciała czarnego w określonej temperaturze, bezwzględna temperatura tego ciała doskonale czarnego jest skorelowaną temperaturą barwową (CCT) źródła światła. Jednostką jest Kelvin (K).

W codziennym użytkowaniu widzimy dane testowe z instrumentów spektroskopowych. Jest to skorelowana temperatura barwowa (CCT), a nie temperatura barwowa. Jaka jest między nimi różnica? Oczywiście istnieje: Temperatura barwowa źródła światła to temperatura idealnego chłodnicy ciała doskonale czarnego, którego emitowane światło odpowiada kolorowi źródła światła. Innymi słowy, tylko wtedy, gdy spadnie na linię promieniowania ciała doskonale czarnego, można ją nazwać temperaturą barwową.

Temperatura barwowa jest określona na linii standardowej, natomiast skorelowana temperatura barwowa jest definiowana w stosunku do tej standardowej temperatury barwowej. Białe światło, które produkujemy, może nie być dokładnie zgodne ze standardową linią temperatury barwowej; zamiast tego znajdujemy „najbliższy” punkt i odczytujemy jego temperaturę barwową, która jest określana jako „skorelowana temperatura barwowa”.

Dlatego nawet jeśli skorelowana temperatura barwowa jest taka sama, na przykład 3000K, jeśli tolerancja barwy wynosi 7 kroków, zakres temperatury barw może wynosić 2870-3220K, z różnicą prawie 350 K, co może skutkować znacznymi różnicami wizualnymi.

Co to jest tolerancja barw?

Tolerancja koloru służy do scharakteryzowania różnicy między wartościami X i Y obliczonymi przez oprogramowanie systemu pomiaru koloru a standardowym źródłem światła. Im mniejsza wartość, tym bliższe współrzędne koloru produktu są do standardowych wartości. Im mniejsza różnica między widmem źródła światła a standardowym widmem, tym wyższa dokładność i czystszy kolor światła.

Możesz być zdezorientowany: istnieje wiele kombinacji XY dla tej samej temperatury barwowej. Jaka temperatura barwowa i współrzędne spełniają wymagania sensoryczne dotyczące oświetlenia półprzewodnikowego i ludzkiego oka? Jak można rozwiązać ten problem? Aby rozwiązać ten problem, należy wprowadzić pojęcie tolerancji koloru.

Ze względu na różne gęstości luminoforów czerwonych, zielonych i niebieskich, podczas produkcji mogą łatwo wystąpić różnice temperatur barwowych. Gdy takie różnice pojawią się, muszą być regulowane przez tolerancję kolorów, aby zapewnić kolor światła lampy. Jako źródło światła białe oświetlenie LED powinno przestrzegać standardów tolerancji kolorów, aby kierować rozwojem i zastosowaniem nowych białych źródeł światła LED.

Zależność między temperaturą barwową a tolerancją barwy

Temperatura barwowa to jednostka miary, która wskazuje składniki koloru obecne w świetle. Teoretycznie temperatura barwowa ciała doskonale czarnego odnosi się do koloru, który emituje po podgrzaniu od zera bezwzględnego (-273°C). Gdy ciało czarne jest podgrzewane do określonej temperatury, a kolor emitowanego światła odpowiada kolorowi światła emitowanego przez określone źródło światła, temperatura, w której ciało czarne jest podgrzewane, nazywana jest temperaturą barwową tego źródła światła, tj. temperaturą barwową, z jednostką miary jest „K”. Im mniejsza wartość, tym bardziej zaczerwieniona jest kolor; im większa wartość, tym bardziej posępne, wartościowe wartości pośrednie zmierzają w kierunku bieli. Typowy zakres temperatur barwowych dla oświetlenia w normalnym użytkowaniu wynosi około 2700K do 6500K, co odpowiada ciepłemu białemu światłu i neutralnemu światłu białego.

Standardowe widmo zmienia się wraz z temperaturą barwową. W przypadku tego samego źródła światła, jeśli standardowe widmo różni się, różnica koloru również się zmienia. Jednak podczas pomiaru standardowy system analizy koloru światła zazwyczaj automatycznie identyfikuje zakres temperatur barwowych mierzonego źródła światła, aby określić wartość temperatury barwowej widma standardowego. W tej samej temperaturze barwowej, jeśli widmo standardowe odniesienia jest spójne, ale współrzędne kolorów x i y różnią się, różnica koloru również będzie się różnić.

Współrzędne kolorów i różnica kolorów są ze sobą powiązane. Współrzędne kolorów są obliczane na podstawie wykresu kolorów, a różnica koloru to różnica między rzeczywistymi zmierzonymi współrzędnymi kolorów a standardem. Różnica kolorów to różnica między wartościami x i y produktu a wartościami x i y źródła światła. Im mniejsza odległość, tym niższy poziom SDCM. Aby uzyskać więcej informacji na temat SDCM, przeczytaj bloga: Wszystko o SDCM dla taśm LED

Używamy SDCM do oceny koloru światła, więc jak mierzymy ten parametr? Zazwyczaj spektrofotometr taki jak na poniższym rysunku może być wykorzystany do testowania temperatury barwowej i różnicy barw.

Czynniki wpływające na tolerancję barw

1) Zmienność chipa: Chipy LED z różnych partii lub modeli mają nieodłączne różnice w charakterystyce emitowania światła, co prowadzi do przesunięć we współrzędnych koloru.

2) Wpływ procesu: Nierównomierny rozkład luminoforu spowodowany dozowaniem, z odchyleniami grubości warstwy klejowej przekraczającej 5%, znacznie zmniejsza spójność współrzędnych kolorów.

3) Efekty materialne: Skład materiału, stosunek i jednorodność powłoki luminoforów bezpośrednio wpływają na rozkład widmowy i spójność temperatury barwowej.

4) Efekty oprzyrządowania: Na przykład różnice między spektrofotometrami a sferami integrującymi lub między różnymi modelami tego samego instrumentu mogą skutkować różnymi wynikami pomiaru. Dodatkowo rozbieżności w parametrach krytycznych ustawianych przez klientów w porównaniu z producentami oryginalnego sprzętu (OEM), takie jak różne czasy integracji dla sfer, mogą również wprowadzać błędy pomiarowe.

5) Wpływ zarządzania termicznego: Jeśli zarządzanie termiczne lampy jest niewystarczające, wzrost temperatury może powodować dryfowanie koloru. Materiały emitujące światło LED wykazują znaczne charakterystyki zależne od temperatury; wraz ze wzrostem temperatury emisji widmo emisji przesuwa się w kierunku czerwonego, szczyt emisji rozszerza się iw określonej temperaturze emisja zanika. Aby zapewnić, że żywotność lampy i strumień świetlny spełniają wymagania, temperatura złącza lampy LED musi być utrzymywana w określonym zakresie.

6) Aktualne efekty: Wraz ze zmianą prądu napędu wpływają również właściwości materiału emitującego światło. Im wyższa stabilność emitująca światło, tym mniejszy efekt temperatury barwowej i mniejsza tolerancja koloru.

Dlaczego diody LED o tej samej temperaturze barwowej wydają się mieć różne kolory?

Niektórzy mogą się zastanawiać, dlaczego pomimo tej samej temperatury barwowej 3000K, światła wykazują różne kolory, co sugeruje, że tolerancje temperatury barwowej mogą nie rozwiązać problemu skutecznie. Rzeczywiście, w określonym zakresie tolerancji temperatury barwowej producenci oświetlenia LED konsekwentnie stawiają czoła wyzwaniom związanym z niespójnością temperatury barwowej. Zjawisko to nie tylko przejawia się jako znaczące różnice kolorów pomimo identycznych wartości temperatury barwowej, znanej jako „ta sama temperatura, inny kolor”, ale występuje również w przypadkach, gdy kolory są podobne, ale testowane wartości temperatury barwowej są znacznie różne, znane jako „ten sam kolor, inna temperatura”.

Jak pokazano na poniższym rysunku, trzy punkty A, B i C na linii niebieskiej należą do tej samej temperatury barwowej 3000K. Punkt A to dokładnie 3000K ciepłego białego światła, podczas gdy punkt B jest lekko zielonkawy przy 3050K, a punkt C jest nieco czerwonawy przy 2950K. Różnią się o około 50K. Chociaż różnica temperatur barwowych nie jest znacząca, rzeczywiste postrzegane kolory są różne.

Co więcej, wraz ze spadkiem temperatury barwowej coraz wyraźniejsze stają się zjawiska „ta sama temperatura, inny kolor” i „ten sam kolor, inna temperatura”. Dlatego jeśli chcesz, aby kolory Twojego produktu osiągały spójność, musimy użyć tolerancji różnic kolorów (SDCM), aby rozwiązać ten problem. Jeśli punkt środkowy koloru produktu pokrywa się z punktem środkowym tolerancji różnicy kolorów, można użyć tolerancji różnicy kolorów do scharakteryzowania różnic kolorów; im większa tolerancja różnicy kolorów, tym większa różnica koloru.

Przyjrzyjmy się najpierw następującym porównaniu obrazów różnicy kolorów dla 3000K diody LED o temperaturze barwowej: jeśli dwie współrzędne kolorów mieszczą się w elipsy dwustopniowej, ludzkie oko ledwo może dostrzec różnicę między nimi. Jeśli jest to elipsa 5-stopniowa, różnica koloru staje się zauważalna; jeśli jest to elipsa 3-stopniowa, różnica między kolorem granicy a kolorem centralnym nie jest od razu oczywista. Dlatego w przypadku oświetlenia temperatury barwowej 3000K, jeśli celem jest osiągnięcie prawie zera różnicy kolorów, tolerancja koloru powinna być zwykle ustawiona w 3 krokach.

Z powyższej analizy jasno wynika, jak ważna jest różnica kolorów. Jeśli różnica kolorów nie jest kontrolowana, wytworzone paski świetlne LED mogą wykazywać niespójny kolor po podświetleniu. Wyobraź sobie liniowy pasek świetlny; jeśli istnieją różnice kolorów między diodami LED, można je łatwo wykryć ludzkim okiem. Gdy kolor całej paski świetlnej jest niespójny, powoduje to słabe wrażenia z oświetlenia. Aby uzyskać wysokiej jakości efekty świetlne, należy kupić paski świetlne o wyższej skuteczności świetlnej i mniejszych wartościach SDCM.

Standardowe standardy tolerancji kolorów LED w branży

W 1942 r. naukowiec MacAdam przeprowadził eksperymenty na 25 kolorach, wykorzystując powiązane zasady, mierząc od 5 do 9 względnych stron każdego punktu koloru i rejestrując dwa punkty, w których można było rozróżnić różnice kolorów. Rezultatem była elipsa o różnej wielkości i długości, znana jako elipsa makadam.

Wewnątrz elipsy makadam, nawet jeśli istnieją różnice kolorystyczne, nasze oczy nie mogą ich wykryć. Jednak gdy kolor wypadnie poza tę elipsę, możemy łatwo dostrzec różnicę koloru. Dlatego w elipsy makadamowej możemy uznać kolory punktów za spójne.

Wielkość elipsy makadamowej jest również określana jako odchylenie standardowe dopasowania kolorów (SDCM), ważną metrykę do oceny spójności koloru. Zwiększając stosunek głównych i mniejszych osi elipsy makadam, możemy uzyskać elipsy makadamowe o różnych rzędach, takich jak drugiego rzędu, trzeciego rzędu i tak dalej. Te elipsy o różnych zamówieniach zapewniają nam bardziej szczegółowe standardy oceny spójności kolorów.

1. Temperatura barwy barwnej Xy współrzędna w Europie i Ameryce

Główne stosowane obecnie standardy różnicy kolorów to standard północnoamerykański ANSI i norma europejska IEC. Odpowiednie punkty środkowe różnicy kolorów są podsumowane w następujący sposób:

2. Zakresy standardowe ENERGY STAR i europejskich różnic kolorów

● Energy Star ANSI C78.376, różnica koloru ≤7 SDCM, podzielona na regiony zgodnie z charakterystyką LED.

● Unia Europejska norma IEC 60081, tolerancja barw ≤7 SDCM, z regionami LED zdefiniowanymi zgodnie z świetlistymi wymaganiami technicznymi.

Streszczenie

Po powyższym wprowadzeniu uważam, że wszyscy lepiej rozumieją temperaturę barwową LED.

Signliteled to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w badaniach, rozwoju i produkcji oświetlenia taśmowego LED, z innowacjami technologicznymi i rygorystycznymi testami jako podstawowymi kompetencjami. Firma posiada kompletny system R&D, który zapewnia, że odchylenie temperatury barwowej wszystkich świateł LED jest kontrolowane w 3 krokach dla ciepłych temperatur barwowych i w 5 krokach dla chłodnych białych temperatur barwowych.

Od wyboru chipa po projekt obwodu sterownika, wszystko jest kontrolowane we własnym zakresie. W ofercie produktów znajdują się Elastyczne paski świetlne LED, Paski świetlne LED COB, neonowe paski świetlne LED, oraz inne kategorie o wysokiej wartości dodanej. Wyposażając firmę w spektrofotometry, komory do testowania stałej temperatury i wilgotności oraz inne urządzenia, ustanowiła ponad 20 standardów testowania, w tym 72-godzinne testy starzenia i wodoodporność IP, aby zapewnić stabilność i niezawodność wydajności produktu. Jeśli jesteś zainteresowany tymi produktami, skontaktuj się z naszym zespołem biznesowym.