LED-binning: Garantera belysningsstandarder

När vita LED-chips tillverkas för belysning liknar de varandra när det gäller ljusflöde (ljusstyrka) och ljusfärg, men varje batch kommer sällan att vara densamma. Detta är helt enkelt produktionsprocessens natur.

Dessa variationer i chipsen innebär att de måste testas och sedan sorteras så att liknande chips grupperas för att säkerställa enhetlighet i ljusegenskaper. Denna sorteringsprocess kallas binning och den utförs med hjälp av specialutrustning. Flisen läggs i princip i separata behållare beroende på testresultaten. Målet är att minska stora avvikelser i ljusflöde och färg hos de chip som används för en viss belysningsprodukt. När sorteringen av ett parti chips har slutförts paketeras de ihop och är redo att användas i glödlampor eller armaturer. Högkvalitativa armaturer som high bays, shoeboxes, flood lights och stadionljus använder alla chips och är en del av denna binningprocess.

När LED-tillverkare utveckla sin sorteringsprocess kan de välja att använda större (och färre) sorteringskärl eller mindre (och fler) sorteringskärl. Det är mindre kostsamt att använda större fack, men det ger större variationer i LED-lampa egenskaper. Att använda mindre behållare ger mindre variationer men kostar mer och därför blir kostnaden för slutprodukten högre.

De två viktigaste kriterierna (bland andra, t.ex. LED-spänning) som beaktas vid testning av LED-chip är färgtemperatur och Luminositet.

• Att testa ett chips ljusstyrka är ganska enkelt. En uppsättning intervall för lumenutgång bestäms före testning och sedan placeras chips med liknande utgång tillsammans.
• Att testa för variationer i färgtemperatur är mycket mer komplicerat.

David MacAdam, en färgforskare, introducerade sin forskning om människans färguppfattning i mitten av 1900-talet. Han undersökte färgskillnader i visuella observationer och kartlade dem i en färgrymd. Den mest använda är CIE:s färgrymd från 1931 (som visas i bilden till vänster).

Grafen visar färgrymden som en X-Y-graf, där värdena för x och y definierar kromaticiteten hos en ljuskälla.

MacAdams observatörer tenderade att gruppera likartade färger som “nästan samma”. När MacAdam mätte klustrets kromaticitet bildade de ellipser i färgdiagrammet. MacAdams ellipser (även kända som Standard Deviation Color Matching) representerar det område som är tillräckligt märkbart för att skilja sig från den ursprungliga ljuskällan, vilket indikeras som en svart punkt (som visas i bilden till höger).

LED Binning baseras på MacAdam-ellipser som placeras runt mitten av en referenskromaticitetspunkt. Den visar områden på kromaticitetsdiagrammet som har alla färger som inte kan skiljas av det mänskliga ögat från färgen i mitten. Lysdioder som är indelade i enlighet med dessa områden har garanterat enhetliga ljusfärger.

Färgtemperatur och korrelerad färgtemperatur

Färgen temperatur på en lampa källan definieras i jämförelse med en idealiserad svartkroppsstrålare. Den svarta kroppen avger synligt ljus när den värms upp. Ju mer den värms upp, desto kallare blir färgtemperaturen. Ju lägre temperaturen är, desto varmare är radiatorns ljusfärg. Temperaturintervallet för en svartkroppsradiator kallas för en svartkroppslinje. De ideala kromaticitetsvärdena för vit färg ligger på den linjen.

På grund av produktionsprocesser och material ligger färgtemperaturen för en ljuskälla inte på svartkroppskurvan. Ljusfärgen definieras som korrelerad färgtemperatur och är en approximation av den färgtemperatur som inte ligger på svartkroppskurvan men som motsvarar linjer som korsar svartkroppskurvan.

Tillämpning

Binning-system hanterar variationer i LED-prestanda som kromaticitet och ljusflöde under massproduktion. Tillverkarna tenderar att utveckla sitt binningssystem så att det passar produktionsresultaten. På grund av detta publicerade NEMA SSL 3-2010 “High Power White LED Binning for General Illumination”. Dokumentet standardiserar de minsta binningområdena och intervallen (se bilden nedan).

Att välja en liten binning är inte den övergripande lösningen. Tillverkningsprocessen är förknippad med variationer. Beslutet att välja en liten binning kommer att leda till extraordinära kostnader eftersom alla andra lysdioder i samma tillverkningsmönster är svåra att sälja till andra kunder. Det är inte givet vad som är rätt och fel när det gäller binning. Du måste först bestämma vilka färgvariationer som är acceptabla för din speciella produkt eller ditt projekt.

Prata med belysningsexperterna på LED Lighting Supply för ytterligare råd och information.

Framtidsutsikter

Under rubriken “Ny binningstrategi för vita lysdioder” Tekniska universitetet i Darmstadt i Tyskland har ett nytt sätt att närma sig detta ämne. Forskarna vill koppla LED-binning till visuellt acceptabla kromaticitetsskillnader.