تجميع مصابيح LED: ضمان معايير الإضاءة المضمونة

عندما يتم تصنيع رقائق LED البيضاء للإضاءة، فإنها تتشابه مع بعضها البعض فيما يتعلق بإخراج الضوء (السطوع) ولون الضوء، ولكن نادرًا ما تكون أي دفعة متشابهة. هذه ببساطة طبيعة عملية الإنتاج.

وتعني هذه الاختلافات في الرقائق أنه يجب اختبارها ثم فرزها بحيث يتم تجميع الرقائق المتشابهة لضمان الاتساق في خصائص الضوء. وتسمى عملية الفرز هذه عملية تجميع الرقائق، ويتم إجراؤها باستخدام معدات متخصصة. يتم وضع الرقائق بشكل أساسي في حاويات منفصلة وفقًا لنتائج الاختبار. والهدف من ذلك هو الحد من الانحرافات الكبيرة في المخرجات والألوان في الرقائق المستخدمة في منتج إضاءة معين. وبمجرد الانتهاء من تجميع مجموعة من الرقائق، يتم تعبئتها معًا وتجهيزها للاستخدام في اللمبات أو التركيبات. تستخدم جميع التركيبات عالية الجودة، مثل المصابيح ذات الجودة العالية، وصناديق الأحذية، والأضواء الكاشفة وأضواء الملاعب، الرقائق وهي جزء من عملية التجميع هذه.

عندما الشركات المصنعة لمصابيح LED تطوير عملية التصنيف، يمكنهم اختيار استخدام حاويات أكبر (وأقل) أو حاويات أصغر (وأكثر). يعد استخدام حاويات أكبر أقل تكلفة ولكنه ينتج عنه اختلافات أكبر في ضوء LED الخصائص. ينتج عن استخدام حاويات أصغر حجمًا اختلافات أصغر ولكنها تكلف أكثر، وبالتالي فإن تكلفة المنتج النهائي ستكون أعلى.

إن أهم معيارين (من بين معايير أخرى مثل جهد الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) التي يتم أخذها في الاعتبار عند اختبار رقائق LED هما درجة حرارة اللون و اللمعان.

• اختبار إضاءة الرقاقة بسيط للغاية. يتم تحديد مجموعة من النطاقات لمخرجات اللومن قبل الاختبار، ثم يتم تصنيف الرقائق ذات المخرجات المتشابهة معًا.
• يعد اختبار الاختلافات في درجة حرارة اللون أكثر تعقيدًا بكثير.

ديفيد ماك آدم, وهو عالم ألوان، قدم أبحاثه حول إدراك الإنسان للألوان في منتصف القرن العشرين. قام بفحص الاختلافات اللونية في الملاحظات البصرية ورسم خريطة لها على مساحة لونية. أكثرها استخدامًا هو فضاء الألوان CIE من عام 1931 (كما هو موضح في الصورة على اليسار).

يُظهر الرسم البياني مساحة الألوان على هيئة رسم بياني X-Y-Graph، وتحدد قيم x و y اللونية لمصدر الضوء.

كان ملاحظو ماك آدم يميلون إلى تجميع الألوان المتشابهة على أنها “متشابهة تقريبًا”. عندما قام ماك آدم بقياس لونية العنقود، شكّلوا أشكالاً بيضاوية في مخطط الألوان. وتمثل علامات ماك آدم البيضاوية (المعروفة أيضًا باسم الانحراف اللوني القياسي لمطابقة الألوان) المنطقة التي يمكن ملاحظتها بشكل كافٍ لتكون مختلفة عن مصدر الضوء الأصلي، ويُشار إليها كنقطة سوداء (كما هو موضح في الصورة على اليمين).

يعتمد تجميع وحدات الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED Binning) على مخططات ماك آدم البيضاوية التي توضع حول مركز نقطة لونية مرجعية. وهي تعرض مناطق على مخطط اللونية تحتوي على كل الألوان التي لا يمكن للعين البشرية تمييزها عن اللون الموجود في المركز. تضمن مصابيح LED التي يتم تصنيفها وفقًا لهذه المناطق أن يكون لها ألوان إضاءة موحدة.

درجة حرارة اللون ودرجة الحرارة اللونية المترابطة

اللون درجة حرارة الضوء يُعرَّف المصدر بالمقارنة بمبرد الجسم الأسود المثالي. ينبعث من الجسم الأسود ضوء مرئي عند تسخينه. كلما زادت سخونته، زادت برودة درجة حرارة اللون. وكلما انخفضت درجة الحرارة، زاد دفء لون ضوء المبرد. يُطلق على نطاق درجة حرارة مبرد الجسم الأسود خط الجسم الأسود. وتقع القيم اللونية المثالية للون الأبيض على هذا الخط.

بسبب عمليات الإنتاج والمواد، لا تقع درجة حرارة اللون لمصدر الضوء على منحنى الجسم الأسود. يتم تعريف لون الضوء على أنه درجة حرارة اللون المترابطة وهو تقدير تقريبي لدرجة حرارة اللون التي لا تقع على منحنى الجسم الأسود ولكنها تتوافق مع الخطوط التي تعبر منحنى الجسم الأسود.

التطبيق

تعمل أنظمة التجميع على إدارة الاختلافات في أداء مصابيح LED مثل اللونية والتدفق الضوئي أثناء الإنتاج الضخم. تميل الشركات المصنعة إلى تطوير نظام تجميع وحدات الإضاءة الذي يناسب نتائج الإنتاج. لهذا السبب، نشرت NEMA ورقة SSL 3-2010 “تجميع وحدات الدايود المبتعث للضوء الأبيض عالي الطاقة للإضاءة العامة”. تقوم الورقة بتوحيد الحد الأدنى لمناطق ونطاقات التجميع (انظر الصورة أدناه).

اختيار تجميع صغير ليس الحل الشامل. ترتبط عملية التصنيع بالاختلافات. سيؤدي قرار التجميع الصغير إلى تكاليف غير عادية حيث يصعب بيع جميع مصابيح LED الأخرى من نفس عينة التصنيع إلى الزبائن. إن النهج الصحيح والخاطئ في تجميع الوحدات ليس أمراً مفروغاً منه. يجب عليك أولاً تحديد اختلافات الألوان المقبولة لمنتجك أو مشروعك الخاص.

تحدث إلى خبراء الإضاءة في مستلزمات إضاءة (ليد) لمزيد من النصائح والمعلومات.

الآفاق المستقبلية

تحت عنوان “استراتيجية تجميع جديدة لمصابيح LED البيضاء” لدى جامعة دارمشتات التقنية في ألمانيا مقاربة جديدة لهذا الموضوع. ويرغب الباحثون في ربط تجميع وحدات الصمام الثنائي الباعث للضوء بالاختلافات اللونية المقبولة بصرياً.