Conhecimento básico sobre LEDs

Esteja você fabricando ou comprando tiras de luz LED, é crucial entender os fundamentos dos LEDs.

Como componente central de emissora de luz, as características dos LEDs determinam diretamente o desempenho das tiras de luz. Para os fabricantes, este conhecimento guia a seleção de chips de LED, o design do circuito e o controle de processos. Para os compradores, é fundamental distinguir entre produtos de alta qualidade e de baixa qualidade e evitar a armadilha de "especificações enganosas".

Somente por entender os princípios subjacentes dos LEDs, pode-se garantir que as faixas de luz LED atendam às expectativas em métricas essenciais, como brilho, eficiência energética e vida útil. Abaixo, vou levá-lo através de alguns conhecimentos básicos sobre LEDs.

O que é um LED?

‌LED (diodo emissor de luz)‌ é uma fonte de luz de estado sólido semicondutor. O chip semicondutor consiste em duas partes: uma é um semicondutor do tipo P, onde dominam os buracos e o outro é um semicondutor do tipo N, onde os elétrons dominam. Quando esses dois semicondutores são conectados, eles formam uma junção P-N. Quando a corrente flui através do fio e atua no chip, os elétrons são empurrados para a região do tipo p. Na região do tipo P, os elétrons se recombinam com os orifícios, liberando energia na forma de fótons. Este processo é o princípio por trás da iluminação LED. O comprimento de onda da luz, que determina sua cor, é determinado pelos materiais usados para formar a junção P-N.

Os LEDs podem emitir diretamente luz vermelha, amarela, azul, verde, ciano, laranja, violeta e branca. Um pacote de LED é um compartimento de plástico contendo um chip LED e um fósforo. O chip LED é um material semicondutor que emite luz (luz azul), enquanto o material de fósforo converte parte dessa luz em comprimentos de onda verdes e vermelhos. A luz branca resultante é emitida do pacote de LED. O material de embalagem desempenha um papel significativo na dissipação de calor dos LEDs (por exemplo, PPA, PCT e cerâmica).

Fontes de luz LED oferecem vantagens como fonte de alimentação de baixa tensão, baixo consumo de energia, alta adaptabilidade, alta estabilidade, curto tempo de resposta, emissão ambiental e emissão multicolorida, tornando-os a escolha ideal para a iluminação moderna.

Quais são os principais tipos de embalagens de LED?

Os formulários de embalagem de LED incluem mergulho com furo de orifício, SMD de montagem em superfície e espiga integrada.

‌através do orifício (mergulho)‌: A embalagem do LED DIP tem uma forma cilíndrica com cabos longos, com o chip localizado dentro do compartimento de plástico. Os LEDs DIP têm dois cabos de metal paralelos. Embora alguns produtos ainda usem esse design hoje, em comparação com as embalagens de LED mais recentes, os LEDs DIP têm menor saída de luz e índice de renderização de cores. Esses LEDs são usados principalmente para luzes de sinal e aplicações decorativas, como as cordas de luz de Natal. No entanto, eles têm baixa dissipação de calor e baixa eficácia luminosa (<50 lm/W) e estão sendo gradualmente eliminados.

Montado em superfície (SMD): LEDs SMD foram desenvolvidos após DIP. Comparados aos LEDs DIP, os LEDs SMD oferecem maior eficácia luminosa e menor consumo de energia. Comparados aos LEDs DIP, eles têm um design menor, altura mais baixa, vida útil mais longa, consumo de energia reduzido em até 75% e custos de manutenção mais baixos. Os tipos de montagem de superfície convencionais (como 2835, 3030, 5050, etc.) apresentam um tamanho compacto, dissipação de calor superior e eficiência de luz >120 lm/W, tornando-os amplamente utilizados em luminárias. Para obter mais informações sobre os LEDs SMD, leia o blog: SMD3528 vs SMD2835 vs SMD5050: Qual fita de LED é a melhor para iluminação comercial e arquitetônica?

Integrado (COB): A embalagem da COB envolve a colocação de vários chips (normalmente 9 ou mais) em um substrato de alumínio, integrando mais chips em um espaço limitado para atingir uma intensidade luminosa mais alta em uma área menor. Este design ocupa menos espaço, maximizando o potencial de iluminação. Essa tecnologia elimina a necessidade de uma base e solda, reduzindo o tempo de montagem em quase um terço e reduzindo custos. Os tipos de espiga são normalmente usados em luminárias de alta eficiência, como luzes industriais, postes de iluminação, estacionamentos e espaços abertos que exigem grandes áreas de iluminação. Devido ao seu alto brilho por unidade de área, eles também geram calor significativo, portanto, devem ser usados com grandes dissipadores de calor. Para obter mais informações sobre as diferenças entre LEDs COB e LEDs SMD, leia o blog: Diferença entre LED SMD e LED COB: Qual é o melhor?

Qual é o índice de renderização de cores (CRI)?

O Índice de Renderização de Cores (CRI) é uma medida da capacidade de uma fonte de luz de reproduzir com precisão as cores dos objetos. Ele descreve principalmente o quão próximo as cores dos objetos aparecem sob uma fonte de luz em comparação com suas cores sob luz natural (como a luz do sol). Quanto maior o valor do CRI, mais forte a capacidade da fonte de luz de reproduzir cores e mais próximo das cores dos objetos aparecem sob essa fonte de luz para se assemelhar às suas cores sob a luz natural. Para mais informações sobre o CRI, leia o blog: Qual é a importância do índice de reprodução de cores das luzes de faixa LED?

Fontes de luz com a mesma temperatura de cor podem ter diferentes composições espectrais. Fontes de luz com composições espectrais mais amplas são mais propensas a fornecer uma melhor qualidade de renderização de cores. Quando o espectro de uma fonte de luz não possui ou tem muito pouco do comprimento de onda dominante refletido por um objeto sob uma fonte de luz de referência, isso pode causar diferenças significativas de cor. Quanto maior a diferença de cor, mais pobre é o desempenho de renderização de cores da fonte de luz para essa cor. O coeficiente CRI é um método amplamente utilizado para avaliar o desempenho de renderização de cores de uma fonte de luz.

O CIE define o radiador Planckian como a fonte de luz de referência, definindo seu índice de renderização de cores para 100 e especifica oito amostras de cores. Se, sob uma fonte de luz, a cor da amostra corresponder à fonte de luz de referência, o índice de renderização de cores da fonte de luz é 100; se a cor mudar, o índice de renderização de cores da fonte de luz ficará abaixo de 100.

O índice de renderização de cores é de grande importância no design de iluminação e aplicações, principalmente em cenários que exigem reprodução de cores precisas de objetos, como galerias de arte, estúdios de fotografia e instalações médicas. Nessas configurações, selecionar fontes de luz com altos índices de renderização de cores garante a autenticidade e precisão das cores dos objetos. É importante notar que o índice de renderização de cores não é o único critério para avaliar a qualidade da fonte de luz; ele se concentra principalmente na capacidade da fonte de luz de reproduzir cores. Ao selecionar uma fonte de luz, outros fatores, como brilho, temperatura de cor e eficiência energética, também devem ser considerados de forma abrangente.

O que é temperatura de cor?

A temperatura da cor é uma unidade de medida que indica os componentes de cor contidos na luz. Teoricamente, a temperatura de cor de um corpo negro refere-se à cor que exibe quando aquecida do zero absoluto (-273°C). Quando a cor de uma fonte de luz combina com a cor de um corpo negro a uma determinada temperatura, a temperatura absoluta desse corpo negro é chamada de temperatura de cor da fonte de luz. Também é conhecida como "temperatura colorimétrica". A unidade é Kelvin (K).

A gama de cores da iluminação comumente usada é de aproximadamente 2.700K a 6.500K. Quanto menor o valor da temperatura da cor, mais avermelhada é a cor; quanto maior o valor, mais azulado é a cor; os valores intermediários parecem mais brancos. As temperaturas de cor entre 2200K e 3750K são chamadas de luz branca quente; 4000K a 5000K são brancos neutros; e 5700K a 8000K são luz branca fria.

1. As coordenadas de temperatura e cor têm uma relação de um para muitos; a mesma temperatura de cor pode ter valores x e y diferentes.

2 . Em outras palavras, ele só pode ser chamado de temperatura de cor quando cai na curva de radiação do corpo negro.

3. A mesma temperatura de cor pode produzir diferentes percepções de cores.

Para mais informações sobre a temperatura da cor, leia o blog:

3000K vs 4000K vs 5000K vs 6000K: Qual é a diferença?
Comparação da temperatura de cor da iluminação LED: 5000K vs. 6000K
Comparação da temperatura de cor da iluminação LED: 4000K vs. 5000K
Comparação da temperatura de cor da iluminação LED: 3000K vs. 4000K
Comparação da temperatura de cor da iluminação LED: 2700K vs. 3000K

O que é a temperatura de cor correlacionada?

Quando o ponto de cromaticidade de uma fonte de luz não está na trajetória do corpo negro, e a cromaticidade da fonte de luz é mais próxima da de um corpo negro a uma determinada temperatura, a temperatura absoluta desse corpo negro é a temperatura de cor correlacionada (CCT) da fonte de luz. A unidade é Kelvin (K).

No uso diário, vemos os dados de teste de instrumentos espectroscópicos. Esta é a temperatura de cor correlacionada (CCT), não a temperatura da cor. Qual é a diferença entre eles? Claro que existe: a temperatura de cor de uma fonte de luz é a temperatura de um radiador ideal de corpo negro cuja luz emitida corresponde à cor da fonte de luz. Em outras palavras, somente quando ela cai na linha de radiação do corpo negro, pode ser chamada de temperatura de cor.

A temperatura da cor é definida na linha padrão, enquanto a temperatura de cor correlacionada é definida em relação a essa temperatura de cor padrão. A luz branca que produzimos pode não se alinhar exatamente com a linha de temperatura de cor padrão; em vez disso, encontramos o ponto “mais próximo” e lemos a temperatura de cor, que é conhecida como “temperatura de cor correlacionada”.

Portanto, mesmo que a temperatura de cor correlacionada seja a mesma, como 3000K, se a tolerância de cor for 7 etapas, a faixa de temperatura da cor pode ser de 2870 a 3220K, com uma diferença de quase 350K, o que pode resultar em diferenças visuais significativas.

O que é tolerância de cor?

A tolerância de cor é usada para caracterizar a diferença entre os valores x e y calculados pelo software de medição de cores e pela fonte de luz padrão. Quanto menor o valor, mais próximo as coordenadas de cores do produto estão dos valores padrão. Quanto menor o espaço entre o espectro da fonte de luz e o espectro padrão, maior a precisão e mais pura a cor da luz.

Você pode estar confuso: existem muitas combinações XY para a mesma temperatura de cor. Que temperatura de cor e coordenadas atendem aos requisitos de conforto sensorial da iluminação de estado sólido e do olho humano? Como esse problema pode ser resolvido? Para resolver esse problema, o conceito de tolerância à cor deve ser introduzido.

Devido às diferentes densidades de fósforos vermelhos, verdes e azuis, as diferenças de temperatura de cor podem ocorrer facilmente durante a produção. Uma vez que essas diferenças surgissem, elas devem ser ajustadas por meio da tolerância à cor para garantir a cor clara da lâmpada. Como fonte de iluminação, a iluminação LED branca deve aderir aos padrões de tolerância de cores para orientar o desenvolvimento e a aplicação de novas fontes de iluminação LED brancas.

A relação entre a temperatura da cor e a tolerância da cor

A temperatura da cor é uma unidade de medida que indica os componentes de cor presentes na luz. Teoricamente, a temperatura de cor de um corpo negro refere-se à cor que ele emite quando aquecido do zero absoluto (-273°C). Quando um corpo negro é aquecido a uma determinada temperatura e a cor da luz que ele emite corresponde à cor da luz emitida por uma fonte de luz específica, a temperatura em que o corpo negro é aquecido é chamada de temperatura de cor dessa fonte de luz, ou seja, temperatura de cor, sendo a unidade de medida “K”. A faixa de temperatura de cor típica para iluminação em uso normal é de aproximadamente 2700K a 6500K, correspondendo à luz branca quente e à luz branca neutra.

O espectro padrão muda com a temperatura da cor. Para a mesma fonte de luz, se o espectro padrão for diferente, a diferença de cor também varia. No entanto, durante a medição, um sistema de análise de cores claras padrão normalmente identifica automaticamente a faixa de temperatura de cor da fonte de luz medida para determinar o valor da temperatura de cor do espectro padrão. Na mesma temperatura de cor, se o espectro padrão de referência for consistente, mas as coordenadas de cores X e Y forem diferentes, a diferença de cor também variará.

As coordenadas de cor e a diferença de cor estão relacionadas. As coordenadas de cores são calculadas com base na cartela de cores, e a diferença de cor é a diferença entre as coordenadas de cores reais medidas e o padrão. A diferença de cor é a diferença entre os valores x e y do produto e os valores x e y da fonte de luz padrão. Quanto menor a distância, menor o SDCM.  Para mais informações sobre o SDCM, leia o blog: Tudo sobre SDCM para fitas de LED

Usamos SDCM para avaliar a cor da luz, então como medimos esse parâmetro? Normalmente, um espectrofotômetro como o mostrado na figura abaixo pode ser usado para testar a temperatura de cor e a diferença de cor.

Fatores que afetam a tolerância à cor

1) variação do chip: Chips de LED de diferentes lotes ou modelos têm diferenças inerentes em suas características de emissora de luz, levando a mudanças nas coordenadas de cores.

2) influência do processo: Distribuição desigual de fósforo causada pela dispensação, com desvios de espessura de camada adesiva superiores a 5%, reduz significativamente a consistência das coordenadas de cor.

3) efeitos materiais: A composição do material, a proporção e a uniformidade do revestimento dos fósforos afetam diretamente a distribuição espectral e a consistência da temperatura da cor.

4) Efeitos da instrumentação: Por exemplo, diferenças entre espectrofotômetros e esferas integradas, ou entre diferentes modelos do mesmo instrumento, podem resultar em resultados variados de medição. Além disso, discrepâncias nos parâmetros críticos estabelecidos pelos clientes e fabricantes de equipamentos originais (OEMs), como tempos de integração diferentes para integrar esferas, também podem introduzir erros de medição.

5) Impacto do gerenciamento térmico: Se o gerenciamento térmico da lâmpada for insuficiente, o aumento da temperatura pode causar desvio de cor. Os materiais emissor de luz LED exibem características significativas dependentes da temperatura; à medida que a temperatura de emissão aumenta, o espectro de emissão se desloca em direção ao vermelho, o pico de emissão se amplia e, a uma determinada temperatura, a emissão cessa. Para garantir a vida útil da lâmpada e o fluxo luminoso, a temperatura de junção da lâmpada LED deve ser mantida dentro de uma faixa específica.

6) Efeitos atuais: À medida que a corrente do inversor muda, as propriedades do material emissor de luz também são afetadas. Quanto maior a estabilidade de emissão de luz, menor o efeito da temperatura da cor e menor a tolerância à cor.

Por que as luzes LED com a mesma temperatura de cor parecem ter cores diferentes?

Alguns podem se perguntar por que, apesar de terem a mesma temperatura de cor de 3.000K, as luzes exibem cores diferentes, sugerindo que as tolerâncias de temperatura de cor podem não resolver o problema de forma eficaz. De fato, dentro da faixa de tolerância à temperatura especificada, os fabricantes de iluminação LED enfrentaram consistentemente desafios relacionados à inconsistência da temperatura de cor. Esse fenômeno não se manifesta apenas como diferenças significativas de cores, apesar dos valores idênticos de temperatura de cor, conhecidos como “mesma temperatura, cor diferente”, mas também existem nos casos em que as cores são semelhantes, mas os valores de temperatura de cor testados são muito diferentes, conhecidos como “mesma cor, temperatura diferente”.

Conforme mostrado na figura abaixo, os três pontos A, B e C da linha azul pertencem à mesma temperatura de cor de 3000K. O ponto A é exatamente uma luz branca quente de 3.000K, enquanto o ponto B é ligeiramente esverdeado em 3.050K, e o ponto C é ligeiramente avermelhado em 2950K. Eles diferem em aproximadamente 50K. Embora a diferença de temperatura da cor não seja significativa, as cores percebidas reais são distintas.

Além disso, à medida que a temperatura de cor diminui, os fenômenos de “mesma temperatura, cor diferente” e “mesma cor, temperaturas diferentes” tornam-se cada vez mais pronunciados. Portanto, se você deseja que as cores do seu produto atinjam a consistência, devemos usar a tolerância da diferença de cor (SDCM) para resolver isso. Se o ponto central do produto coincidir com o ponto central da tolerância da diferença de cores, a tolerância da diferença de cor pode ser usada para caracterizar as diferenças de cor; quanto maior a tolerância da diferença de cor, maior a diferença de cor.

Vamos primeiro ver a seguinte comparação de imagens de diferença de cor para luzes LED de temperatura de cor de 3000K: se as duas coordenadas de cores cairem em uma elipse de 2 etapas, o olho humano mal consegue discernir a diferença entre elas. Se for uma elipse de 5 etapas, a diferença de cor se torna perceptível; se for uma elipse de 3 etapas, a diferença entre a cor do limite e a cor central não é imediatamente óbvia. Portanto, para uma iluminação de temperatura de 3.000 mil, se o objetivo é atingir uma diferença de cor quase zero, a tolerância de cor deve ser definida em 3 etapas.

A partir da análise acima, é claro o quão importante é a diferença de cor. Se a diferença de cor não for controlada, as tiras de luz LED produzidas podem apresentar uma cor inconsistente quando iluminada. Imagine uma faixa de luz linear; se houver diferenças de cor entre os LEDs, eles podem ser facilmente detectados pelo olho humano. Quando a cor de toda a faixa de luz é inconsistente, resulta em uma experiência de iluminação ruim. Para obter efeitos de iluminação de alta qualidade, você deve comprar tiras de luz com maior eficácia luminosa e menores valores de SDCM.

Padrões de tolerância de cor da indústria de LED

Em 1942, o cientista Macadam realizou experimentos em 25 cores usando princípios relacionados, medindo 5 a 9 lados relativos de cada ponto de cor e registrando os dois pontos em que podiam distinguir as diferenças de cor. O resultado foi uma elipse de tamanho e comprimento variados, conhecida como elipse de macadame.

Dentro da elipse de macadam, mesmo que haja diferenças de cor, nossos olhos não conseguem detectá-las. No entanto, uma vez que a cor cai fora desta elipse, podemos facilmente discernir a diferença de cor. Portanto, dentro da elipse de MacAdam, podemos considerar as cores dos pontos consistentes.

O tamanho da elipse de MacAdam também é conhecido como desvio padrão da correspondência de cores (SDCM), uma métrica importante para avaliar a consistência da cor. Ao aumentar a proporção dos eixos maiores e menores da elipse de MacAdam, podemos obter elipses de macadam de ordens diferentes, como segunda ordem, terceira ordem e assim por diante. Essas elipses de pedidos diferentes nos fornecem padrões mais detalhados para avaliar a consistência das cores.

1. temperatura de cor europeia e americana coordena os pontos padrão

Os principais padrões de diferença de cores atualmente em uso são o padrão ANSI norte-americano e o padrão europeu IEC. Os pontos centrais da diferença de cor correspondentes são resumidos da seguinte forma:

2. Energy Star e European Color Different Standard Ranges

● Energy Star ANSI C78.376, diferença de cor ≤7 SDCM, dividido em regiões de acordo com as características do LED.

● União Europeia IEC 60081 padrão, tolerância de cor ≤7 SDCM, com regiões LED definidas de acordo com os requisitos técnicos luminosos.

Resumo

Após a introdução acima, acredito que todos agora tenham uma melhor compreensão da temperatura da cor do LED.

A Signliteld é uma empresa de alta tecnologia especializada em pesquisa, desenvolvimento e fabricação de luzes LED, com inovação tecnológica e testes rigorosos como suas principais competências. A empresa possui um sistema completo de P&D, garantindo que o desvio da temperatura de cor de todas as luzes LED seja controlada em 3 etapas para temperaturas quentes de cor e em 5 etapas para temperaturas de cor branca fria.

Da seleção de chips ao design do circuito do driver, tudo é controlado internamente. A gama de produtos inclui tiras de luz led flexíveis, tiras de luz led de cob, tiras de luz de néon lede outras categorias de alto valor agregado. Ao equipar a empresa com espectrofotômetros, câmaras de teste de temperatura e umidade constantes e outros dispositivos, ela estabeleceu mais de 20 padrões de teste, incluindo testes de envelhecimento de 72 horas e classificações à prova d'água IP, para garantir a estabilidade e confiabilidade do desempenho do produto. Se você estiver interessado nesses produtos, entre em contato com nossa equipe de negócios.