Kolorimetrie a LED BINy

Popis vlastností světla

viditelne_svetoViditelné světlo je část spektra elektromagnetického záření vlnové délky 380 – 780nm.

Základní kolorimetrické popisy vlastností světla v osvětlovací technice :

  • popis světelného spektra podle podílu jednotlivých vlnových délek
  • CIE 1931 color space – diagram chromatičnosti popisující světlo pomocí barevných souřadnic x,y (kolorimetrický trojúhelník)
  • MacAdam ellipse – systém v rámci CIE 1931 založený na fyziologických vlastnostech lidského oka, který sdružuje barvy vnímané subjektivně jako stejné

V rámci CIE 1931 vznikly normativy pro různé světelné zdroje, případně výrobci LED si vytvořili standardy vlastní. Důležité je, že tyto standardy pracují se stejným barevným prostorem a proto se dají snadno navzájem porovnávat. Mezinárodně uznávaný je pro LED normativ ANSI C78.377A LED. I tento si však výrobci LED modifikovali podle svých potřeb. Z praktického hlediska je důležité, že při dodávce LED jsou v jednom balení LED stejného BINu a v rámci BINu jsou všechny LED cca “stejné”. Někteří výrobci používají i systémy vycházející z MacAdamových elips (např. EASY WHITE firmy CREE).

barevne_systemy_2

ANSI1

 ANSI3

binning CREE+OSRAM

cree_easy_white_2

LED  BINy

Výroba LED čipů je technologicky náročný sofistikovaný proces, který sice lze změnou technologických parametrů zásadním způsobem ovlivnit, ale v procesu výroby vždy vznikne na základě statistického rozložení dle Gaussovy vícerozměrné křivky velké množství čipů s různými vlastnostmi. Takto vyrobené LED čipy se pak dále třídí podle svých dominantních vlastností do skupin – BINů. Z těchto důvodů nelze nikdy vyrobit ani objednat ani opakovaně dodávat přesný BIN, resp. konkrétně vždy stejnou barevnou teplotu a svítivost. Vše je záležitost hromadnosti výroby a následného třídění. V rámci jednoho BINu jsou pak rozdíly vlastností jednotlivých čipů, resp. LED diod nevýznamné. V jednom základním balení (kole) jsou LED diody stejného BINu. I samotný BIN je však toleranční pásmo vlastností daného parametru LED diod a, pokud se v praxi pro zjednodušení udává konkrétní údaj, mj. například konkrétní barevná teplota, je to vždy střed tolerančního pásma. Podrobný popis vlastností BINů, zejména tolerančních pásem je součástí datasheetů k LED diodám.

LED  BIN tedy vedle označení typu LED dále upřesňuje vlastnosti konkrétních LED. Kompletní znění BINu se skládá z informací o :

  • svítivosti –  svítivostní BIN = Luminous Intensity Bin Code
  • barevné teplotě LED – BIN barevné teploty = Chromaticity Coordinates Bin Code
  • předním napětí – napěťový BIN = Forward Voltage Bin Code

Svítivost LED objektivně změříte pouze v měřící kouli. Po srovnávací měření lze použít měření osvětlenosti plochy pomocí luxmetru za definovaných podmínek. Světelný tok LED diody je závisly na teplotě – s teplotou klesá.

Měření barevné teploty je v běžné praxi poměrně obtížné. Lze to provést např. kapesním analyzátorem MK350 UPRtek, ale ten je pro každodenní praxi poměrně drahý. Proto ve většině případů je jedinou jednoduchou metodou vizuální srovnání. Evidujte proto prosím BINy resp. výrobní série použité ve Vaší konkrétní instalaci a zbytky pásků dávejte zpět do výrobních balení. Při delším provozu však bohužel dochází ke změnám svítivosti LED (doba života L70) i k mírnému posunu barevné teploty, takže po cca několika letech ani tyto informace nebudou mít potřebnou vypovídací hodnotu a doplnit takovou instalaci LED diodami stejných vlastností je velmi obtížné. S  BINem barevné teploty úzce souvisí rovněž parametr CRI. Bližší informace naleznete v dokumentaci výrobců.

Při instalaci je velmi důležité dbát na to, aby v jedné vizuální jednotce (linie, místnost aj.) byly použity LED světelné zdroje stejného BINu !!!
Toto platí i pro LED pásky !!!

Přední napětí na LED diodě změříte při stejnosměrném napájení voltmetrem. Přední napětí na LED je závislé na protékajícím proudu a teplotě – s proudem roste a s teplotou klesá. Hodnota předního napětí je nesmírně důležitá u napěťového napájení pro stanovení hodnoty předřadných odporů a nebo u proudového napájení pro volbu zdroje – přední napětí LED sestavy se musí nacházet ve všech provozních režimech v regulačním rozsahu výstupního napětí zdroje.

Každý výrobce LED nabízí k objednání tzv. Order Code. Order Code se volí podle požadované barevné svítivosti, barevné teploty a CRI a rozsahu možných barevných BINů v dodávce. Čím užší je rozsah barevných BINů, tím je cena LED vyšší a naopak. Znamená to, že dodávka LED se pak bude skládat z některého z obsažených barevných BINů nebo jejich mixu.  V jednom balení jsou samozřejmě vždy LED diody jednoho BINu.

Pro zjednodušení problematiky binování LED interně u námi dodávaných pásků vážeme BIN LED k dodavatelským výrobním sériím. Číslo výrobní série je uvedeno na balení pásku označení ŠARŽE.

Míchání LED různých BINů

led_color_mixingZatímco v obvyklých případech je rozdíl barevných teplot nežádoucí – např. pásek pak svítí “strakatě”, v jiných případech je míchání barevných teplot nanejvýš přínosné. Vzhledem k problémům opakovatelnosti dodávek jednotlivých barevných BINů a z důvodů ekonomičnosti provozu se používá princip, kdy je např. deska plošného spoje osazena LED s podobnými, ale mírně odlišnými barevnými teplotami tak, aby výsledná barevná teplota odpovídala požadavkům. Podobná technika se používá i u LED vícečipových polí, kdy v jedné COB jednotce jsou osazeny čipy různých barevných teplot tak, aby výsledná barevná teplota odpovídala typicky používaným hodnotám. Tímto způsobem lze ve většině případů dosáhnout velmi snadno a za minimálních nákladů plně reprodukovatelnosti výroby LED svítidel, resp. COB čipových polí. Potřebné výpočetní nástroje naleznete na webových stránkách výrobců LED.

Jestliže do jednoho svítidla použijete světelnou výzbroj, na které jsou fyzicky v mixu osazeny a samostatně ovládány dvě (bílá studená+teplá) případně i tři (bílá studená+neutrální+teplá) nezávisle elektricky zapojené skupiny LED, můžete vhodným způsobem ovládání měnit barevnou teplotu světla svítidla. Nevýhodou je bohužel vyšší cena řešení – na stejný světelný tok, stejný pro libovolnou nastavenou barevnou teplotu, potřebujete dvojnásobek, resp. trojnásobek LED diod.

Lidské oko je k rozdílům ve svítivosti díky své logaritmické charakteristice vnímání jasu velmi tolerantní. Technika kombinování různých svítivostních BINů se z ekonomických důvodů při výrobě  LED svítidel používá rovněž.

Kombinování LED diod s různými napěťovými BINy není v sériovém zapojení problém. Výsledné přední napětí sestavy je dáno součtem předních napětí všech v sérii zapojených LED diod. U paralelního zapojení a sérioparalelního zapojení LED obecně LED různých napěťových BINů kombinovat nelze. Speciální technická řešení (pomocné linearizační předřadné odpory, různé předřadné odpory v paralelních větvích, zapojení do matice s rezervou parametrů) ale existují.