LED-Binning: Gewährleistung von Beleuchtungsstandards

Wenn weiße LED-Chips für Beleuchtungszwecke hergestellt werden, ähneln sie sich zwar in Bezug auf Lichtleistung (Helligkeit) und Lichtfarbe, aber die einzelnen Chargen sind selten identisch. Das liegt einfach in der Natur des Produktionsprozesses.

Diese Unterschiede bei den Chips bedeuten, dass sie geprüft und dann sortiert werden müssen, damit ähnliche Chips gruppiert werden, um die Einheitlichkeit der Lichteigenschaften zu gewährleisten. Dieser Sortiervorgang wird als Binning bezeichnet und mit speziellen Geräten durchgeführt. Die Chips werden im Wesentlichen entsprechend den Testergebnissen in separate Behälter gelegt. Ziel ist es, große Abweichungen in Leistung und Farbe der für ein bestimmtes Beleuchtungsprodukt verwendeten Chips zu verringern. Sobald das Binning einer Charge abgeschlossen ist, werden die Chips zusammen verpackt und sind bereit für den Einsatz in Lampen oder Leuchten. Hochwertige Beleuchtungskörper wie Hochregale, Schuhkartons, Flutlichter und Stadionbeleuchtung verwenden alle Chips und sind Teil dieses Binning-Prozesses.

Wenn LED-Hersteller Bei der Entwicklung ihres Binning-Prozesses können sie entweder größere (und weniger) oder kleinere (und mehr) Bins verwenden. Die Verwendung größerer Bins ist weniger kostspielig, führt aber zu größeren Schwankungen in LED-Licht Eigenschaften. Die Verwendung kleinerer Behälter führt zu geringeren Abweichungen, ist aber teurer, so dass die Kosten des Endprodukts höher sind.

Die beiden wichtigsten Kriterien (neben anderen wie z. B. der LED-Spannung), die bei der Prüfung der LED-Chips berücksichtigt werden, sind Farbtemperatur und Leuchtkraft.

• Die Prüfung der Leuchtkraft eines Chips ist recht einfach. Vor dem Test wird eine Reihe von Bereichen für die Lumenleistung festgelegt, und dann werden Chips mit ähnlicher Leistung in Gruppen eingeteilt.
• Die Prüfung auf Farbtemperaturschwankungen ist wesentlich komplexer.

David MacAdam, ein Farbwissenschaftler, stellte Mitte des 20. Jahrhunderts seine Forschungen zur menschlichen Farbwahrnehmung vor. Er untersuchte Farbunterschiede bei visuellen Beobachtungen und ordnete sie einem Farbraum zu. Der am häufigsten verwendete ist der CIE-Farbraum aus dem Jahr 1931 (wie in der Abbildung links dargestellt).

Die Grafik zeigt den Farbraum als X-Y-Grafik, wobei die Werte für x und y den Farbwert einer Lichtquelle definieren.

MacAdam's Beobachter neigten dazu, ähnliche Farben als “fast dieselben” zu gruppieren. Als MacAdam die Farbigkeit der Cluster maß, bildeten sie Ellipsen im Farbdiagramm. Die MacAdam-Ellipsen (auch bekannt als Standard Deviation Color Matching) stellen den Bereich dar, der auffällig genug ist, um sich von der ursprünglichen Lichtquelle zu unterscheiden, und als schwarzer Punkt angezeigt wird (wie in der Abbildung rechts dargestellt).

LED-Binning basiert auf MacAdam-Ellipsen, die um den Mittelpunkt eines Referenzfarbortes angeordnet sind. Es zeigt Bereiche auf der Farbtafel an, die alle Farben enthalten, die für das menschliche Auge nicht von der Farbe im Zentrum zu unterscheiden sind. LEDs, die nach diesen Bereichen gebinnt sind, haben garantiert einheitliche Lichtfarben.

Farbtemperatur und korrelierte Farbtemperatur

Die Farbe Temperatur einer Leuchte Quelle wird im Vergleich zu einem idealisierten Schwarzkörperstrahler definiert. Der schwarze Körper strahlt sichtbares Licht aus, wenn er erhitzt wird. Je stärker er erwärmt wird, desto kühler ist die Farbtemperatur. Je niedriger die Temperatur ist, desto wärmer ist die Lichtfarbe des Strahlers. Der Temperaturbereich eines Schwarzkörperstrahlers wird als Schwarzkörperlinie bezeichnet. Die idealen Farbwerte für Weiß liegen auf dieser Linie.

Aufgrund von Produktionsprozessen und Materialien liegt die Farbtemperatur einer Lichtquelle nicht auf der Schwarzkörperkurve. Die Lichtfarbe wird als korrelierte Farbtemperatur definiert und ist eine Annäherung an die Farbtemperatur, die nicht auf der Schwarzkörperkurve liegt, sondern Linien entspricht, die die Schwarzkörperkurve schneiden.

Anmeldung

Mit Binning-Systemen lassen sich Schwankungen in der LED-Leistung wie Farbort und Lichtstrom während der Massenproduktion ausgleichen. Die Hersteller tendieren dazu, ihr Binning-System so zu entwickeln, dass es zu den Produktionsergebnissen passt. Aus diesem Grund hat die NEMA die SSL 3-2010 “High Power White LED Binning for General Illumination” veröffentlicht. Das Papier standardisiert die minimalen Binningflächen und -bereiche (siehe Abbildung unten).

Die Wahl eines kleinen Binnings ist nicht die Gesamtlösung. Der Herstellungsprozess ist mit Schwankungen verbunden. Die Entscheidung für ein kleines Binning wird zu außerordentlichen Kosten führen, da alle anderen LEDs desselben Produktionsmusters nur schwer an andere Hersteller verkauft werden können. Kunden. Es gibt keinen richtigen oder falschen Ansatz für das Binning. Sie müssen zunächst festlegen, welche Farbvarianten für Ihr spezielles Produkt oder Projekt akzeptabel sind.

Sprechen Sie mit den Lichtexperten von LED Lighting Supply für weitere Beratung und Informationen.

Zukunftsperspektiven

Unter der Überschrift “Neue Binning-Strategie für weiße LEDs” der Technischen Universität Darmstadt in Deutschland hat einen neuen Ansatz zu diesem Thema. Die Forscher wollen das LED-Binning mit visuell akzeptablen Farbunterschieden in Verbindung bringen.