Ich habe auf element14 nach Kingbright-LEDs der Größe 0603 mit hoher Helligkeit gesucht. Die Ergebnisse sind hier .
Warum gibt es trotz gleicher Durchlassspannung, Durchlassstrom, Größe und Betrachtungswinkel auch innerhalb einer Farbe einen solchen Bereich der Lichtstärke?
Ich verwende die LEDs als Indikatoren in einem batteriebetriebenen Gerät mit sehr geringem Stromverbrauch. Die LEDs werden zu bestimmten Zeiten gepulst, um dem Benutzer eine Rückmeldung zu geben. Wäre die LED mit der hellsten Leistung die mit der höchsten Lichtstärke, oder gibt es eine andere Überlegung?
Antworten:
Das wird sehr lange dauern, also überspringen Sie einfach den zusammenfassenden Satz am Ende, um TL; DR zu vermeiden.
Es gibt mehrere Faktoren, die zu unterschiedlichen Millicandela-Bewertungen von LEDs beitragen, und vor allem die Relevanz der mcd-Bewertung für den beabsichtigten Zweck:
Abstrahlwinkel / Abstrahlwinkel :
Dieser ist der offensichtlichste und ziemlich intuitive, wie in der Antwort von user20264 dargelegt wurde. Je enger der Abstrahlwinkel (wie weit von der Achse entfernt das Licht der LED sichtbar ist), desto größer ist die Lichtstärke für einen bestimmten Lichtstrom: Grundsätzlich wird die gleiche Energiemenge durch einen größeren oder kleineren Raumwinkel gedrückt.
Um Wikipedia zu umschreiben , emittiert eine Lichtquelle eine Candela in einer bestimmten Richtung, wenn sie einfarbiges grünes Licht mit einer Frequenz von 540 THz (555 nm Wellenlänge, gelbgrün) mit einer Strahlungsintensität von 1/683 Watt pro Steradiant in dieser Richtung emittiert .
Aus diesem Grund werden Leuchtdioden häufig in Lumen anstatt in mCd bewertet, da die MCD in Abhängigkeit von zusätzlichen Elementen (Linsen, Diffusoren, Reflektoren), die den effektiven Abstrahlwinkel per Definition ändern würden, sehr irreführend sein kann.
Praktische Messung der " Spitzenlichtstärke ":
Während Spitzenlichtstärke sollte als zu vermessenden Einzelpunkt , auf der Achse Wert, gibt es keinen globalen Standard für die Geometrie und Größe von „Punkt“ Sensor:
Ist es 1 Grad um die Achse, 0,01 mm², quadratischer Bare-Wafer-Fotosensor / PIN-Fotodiode, kreisförmiger Linsensensor (wenn ja, welcher Durchmesser der Linse?), Halber Theta-Winkel (ja, einige wissenschaftliche Artikel verwenden dies als Maß Bereich) oder etwas ganz anderes? Wird der Abstand zum Sensor von der LED-Gehäuseoberfläche, der Waferoberfläche oder der inneren oder äußeren Oberfläche der LED-Linse gemessen?
Sie werden fast so viele Antworten finden, wie es Hersteller gibt, und wenn Sie diese Flexibilität beibehalten, können Sie mit etwas "kreativem Rechnungswesen" einen LED-Typ gegenüber einem anderen bevorzugen.
Geometrie der Linse :
Die für die LED-Linse verwendete spezielle optische Anordnung ändert die Verteilung der Lichtintensität über den Beleuchtungsstrahlwinkel - Man kann sehr intensives Licht in der Mitte des Strahls und einen langen Schwanz des Abfalls oder eine ziemlich gleichmäßige Verteilung der Intensität erhalten zwischen Achse und maximalem Betrachtungswinkel, genau wie bei der Kameraoptik.
Dies wirkt sich auf den " halben Theta " -Winkel aus, den Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte derjenigen an der Achse abfällt. Abhängig von der Linse und damit der Intensitätsverteilungskurve kann der halbe Theta-Winkel ein kleiner Bruchteil des Strahlwinkels (zentrumsintensive Strahlen) sein oder in Richtung des halben Strahlwinkels oder mehr weisen.
Ein kleinerer halber Theta-Winkel, dh eine dünne, hohe Glockenkurve mit langen Schwänzen, führt zu hohen mcd-Werten auf der Achse, jedoch zu einem starken Abfall der Sichtbarkeit von der Achse. Für eine größere Reichweite, z. B. für Infrarot-Fernbedienungen, ist eine kleinere Hälfte des Theta von Interesse, während eine größere Hälfte des Theta für die visuelle Anzeige / Beleuchtung selbst bei einem festen Abstrahlwinkel besser funktioniert.
Blickwinkel :
Dies hängt eng mit den beiden vorhergehenden Punkten zusammen:
Wenn die Halb-Theta-Werte oder Abstrahlwinkel eng sind, können die mcd-Werte sehr hoch erscheinen, aber die praktische Verwendbarkeit der LED als Indikator für sich ist fraglich. Wenn jedoch ein Lichtleiter verwendet wird, z. B. auf einigen Anzeigetafeln oder für Glasfasern, ist ein schmales halbes Theta eine gute Sache .
Transmissionsgrad der Linse
Dies bezieht sich auf die spezifische Lichtwellenlänge, die von einer LED ausgesendet wird:
Die Hersteller standardisieren in der Regel ein oder eine sehr geringe Anzahl von Materialien für die Gestaltung des Linsenelements ihrer LEDs. Offensichtlich hat jedes gegebene transparente Material unterschiedliche Transmissionseigenschaften für unterschiedliche Lichtwellenlängen.
Was also das bestmögliche Linsenmaterial für eine grüne LED ist, ist für Rot wahrscheinlich weniger als ideal.
Für Weiß ist dies noch komplexer, da gewöhnliche "weiße" LEDs eine Phosphorschicht aus Yttrium-Aluminium-Granat auf einem Galliumnitrid-Chip aufweisen, die eine tiefblaue Spektrallinie emittiert. Die Kombination der natürlichen und der Phosphoreszenzspektrallinie erfordert Kompromisse bei der Transmission und Phase, so dass die Kombination aufgrund der Art des optischen Designs bei der Transmission für jede Spektrallinie alles andere als ideal ist.
Klare durchscheinende v / s- LEDs:
Milchige LEDs machen die mcd-Bewertungen praktisch irrelevant, da sie das erzeugte Licht so gleichmäßig wie möglich über die Oberfläche der LED verteilen sollen - Raumwinkel nahe 180 Grad ( oder sollten es nahe 90 Grad sein? ) Und Raumwinkel halb Theta-Werte von nahezu denselben sind üblich und wünschenswert.
Somit hat eine milchige LED typischerweise schlechte mcd-Werte für dieselbe Chemie und Konstruktion wie eine "wasserklare" LED, und farbige klare LEDs liegen irgendwo in der Mitte. Zu Anzeigezwecken ist eine durchscheinende LED jedoch möglicherweise die idealste!
Wellenlänge des emittierten Lichts Wie aus den Definitionen der Lichtstärke hervorgeht, unterscheidet sich diese von der Strahlungsintensität durch Berücksichtigung der vom Menschen wahrgenommenen Intensität des betreffenden Lichts. Menschen sind charakteristischerweise am empfindlichsten für den gelbgrünen Teil des Spektrums (Wellenlänge ca. 555 Nanometer):
( Quelle ist Wikipedia, hochauflösendes Bild hier )
Somit würde für eine gegebene Menge an elektrischer Energie durch eine LED die Lichtintensität stark mit der LED-Farbe variieren und fällt natürlich für ultraviolettes und infrarotes Licht auf Null ab, was das menschliche Sehen nicht wahrnehmen kann.
Chemie des LED-Übergangs :
Es wurde genug darüber geschrieben, auch in anderen Antworten und an anderer Stelle im Internet, also nur eine kurze Erwähnung: Die Chemie bestimmt das emittierte Farbspektrum ( siehe vorherigen Punkt ) sowie die Umwandlungseffizienz des "Lichts" einer LED Emittierender Aspekt. Auch geringfügige Abweichungen verursachen Spektralverschiebungen, so dass zwei nominell identische Chemien nicht erforderlich sind . Es ist daher offensichtlich, dass dies sowohl den Lichtstrom als auch die Intensität bestimmt.
Effizienz von Wafer / Charge:
Trotz der besten Herstellungsprozesskontrollen ist die LED-Herstellung für ihre Variation der Effizienz und der Ausgabeeigenschaften zwischen Wafer-Chargen und sogar innerhalb einer Charge oder eines einzelnen Wafers bekannt. Die Hersteller sprechen dies durch einen " Binning " -Prozess an. Während weiße LEDs durch einen komplexen Prozess gruppiert werden, durchlaufen Farb-LEDs einen im Wesentlichen linearen Binning-Prozess für die Lichtausbeute. Unterschiedliche Lichtleistungen werden dann als unterschiedlich bewertete Produkte verpackt.
Während seriöse Hersteller in der Regel aufrichtig die Klassifizierung und veröffentlichte Bewertung ihrer LEDs vornehmen, sind No-Name-LEDs berüchtigt dafür, dass die Intensität innerhalb einer angegebenen Datenblattbewertung stark variiert, im Extremfall sogar bis zu 1: 3.
nb Einige Hersteller wie Philips (Luxeon-Reihe) behaupten aufgrund moderner Verbesserungen in der Herstellungstechnik , dass kein Binning mehr erforderlich ist.
Einkapselung von LED:
Während dies in der Linsendesign-Diskussion einige Punkte zuvor weitgehend behandelt wurde, haben zusätzliche Faktoren wie die Position der Kontaktwhisker / Draht-Verbindung einen signifikanten Einfluss auf die LED-Lichtleistung. Die Drahtbindung erzeugt eine Okklusion der Lichtquelle, deren Art zwischen den Designs variiert.
Eine offensichtliche Antwort darauf wäre, warum nicht immer die Drahtbonds so gestalten, dass sie so wenig wie möglich verdecken? Dies geschieht nicht, da die Positionierung, das Material und die Dicke des Drahtbonds nicht nur die elektrische Leitung, sondern auch die Wärmeableitung betreffen.
Einige Designs müssen besser gekühlt werden, weshalb ein Whisker, der ungefähr in der Mitte des Chips angebracht ist, oder sogar mehrere Drahtbonds von einem Leiterrahmen gewählt werden. Andere Konstruktionen kümmern sich nicht wirklich darum, da die Leistung zu gering ist oder das Substrat besser für die thermische Entnahme ausgelegt ist.
Diese Kompromisse bestimmen die Okklusionskompromisse und damit die tatsächlich gemessene Lichtstärke auf der Achse des LED-Strahls.
Ausrichtung des LED-Substrats innerhalb des Gehäuses
Dieser Faktor ist für die meisten modernen LEDs, insbesondere für SMD-Teile, von geringer Bedeutung. Ältere LED-Designs, die möglicherweise noch in der Produktion sind, hatten jedoch manchmal Probleme mit der Orientierungstoleranz auf der LED-Emissionsfläche. In einfachen Worten kann der tatsächliche LED-Chip perfekt senkrecht zur Achse des LED-Gehäuses sein oder nicht.
Es ist daher intuitiv, dass die gemessene Lichtstärke entlang der Achse für solche LEDs von Stück zu Stück oder zwischen Produktionsläufen variieren würde.
Tatsächliche Leistung der LED:
Während der Nennstrom einer LED in der Regel von Ihrem Schaltkreis so gesteuert wird, dass er den Datenblattspezifikationen entspricht, unterscheiden sich die Nenn- und tatsächlichen Sperrschichtspannungen bei diesem eingestellten Strom ausnahmslos, sowohl aufgrund von Fertigungstoleranzen als auch aufgrund von Abkürzungen in den Datenblattspezifikationen. Dies bedeutet, dass die tatsächliche Leistung, die von Elektrizität in Licht umgewandelt wird
P = V x I, für jedes LED-Design, für jede geringfügige Änderung der Halbleiterdotierung und für eine Vielzahl anderer Faktoren variiert . Ein Teil davon wird durch den Binning-Prozess behoben, und ein Teil der Datenblätter für "verschiedene LED-Modelle", bei denen es sich zufällig um verschiedene Wafer-Chargen handelt, spiegeln die resultierende Änderung der gemessenen Intensität wider.Am wichtigsten, Marketing-Hokuspokus :
Während dieser Fudge-Faktor von der Ingenieurgemeinschaft vielleicht am wenigsten anerkannt wird, hat die Verwendung und Empfehlung von LEDs für verschiedene Produkte über mehrere Jahre gezeigt, dass die Marketingabteilung eines Herstellers einen sehr starken Einfluss auf die in Werbematerialien und Datenblättern angegebenen Daten hat für ein bestimmtes LED-Produkt. Dies ist in der LED-Industrie wahrscheinlich stärker ausgeprägt als in den meisten anderen Halbleitergewerken.
Wenn es verschiedene Möglichkeiten gibt, LED-Daten zu messen oder darzustellen, wie z. B. die Lichtstärke, und es in der Branche verschiedene Standards oder Richtlinien für solche Parameter gibt, können Sie sicher sein, dass die Marketing-Treiber die verschiedenen Produktlinien sicherstellen oder Modelle verwenden unterschiedliche Maße und Messmethoden, auch innerhalb eines einzelnen Herstellers, um jede LED mit dem bestmöglichen Spin zu versehen.
Während die seriöseren Hersteller lediglich andere Geräte zur Intensitätsmessung als zweckmäßig ansehen, scheuen die weniger gewissenhaften Hersteller nicht, ihre Produktpublikationen zu veröffentlichen.
Was dies amüsanter macht, ist, dass einige der renommiertesten Hersteller auch Wiederverkäufer sind, dh, dass sie ihre Nicht-Premium-Produktlinien von denselben Fabriken beziehen wie Massenverkäufer. Der einzige Unterschied ist also das Branding auf der Schachtel oder Rolle und natürlich der 100% bis 300% Markenwertaufschlag. Wie viele dieser Wiederverkäufer sich tatsächlich die Mühe machen, die Messungen und Parameter erneut zu validieren, ist unklar.
TL; DR Zusammenfassung:
Vertrauen Sie den Millicandela-Werten für LEDs nicht , testen Sie sie selbst, wenn Sie unbedingt echte Daten benötigen.
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LEDs variieren sehr. Dies ist eine Komponente, nach der Sie sich wirklich umsehen müssen, wenn Sie ein bestimmtes Modell angeben müssen.
Denken Sie daran, dass Datenblätter von Unternehmen, von denen Sie noch nie gehört haben, "eher optimistisch" sein können. Diejenigen, die Sie zeigen, stammen alle vom selben Hersteller, sollten also in einem vernünftigen Verhältnis zueinander stehen. Herstellungsprozesse ändern sich ständig und es kann eine Menge älterer Produkte auf Lager geben. Es ist überhaupt nicht ungewöhnlich, dass eine anscheinend bessere LED die Hälfte der Kosten kostet, die eine andere, die von demselben Distributor vom selben Hersteller angeboten wird.
Candella ist auch nicht die ganze Geschichte. Abhängig von Ihrer Anwendung kann der Winkel eine Rolle spielen. Sie können die Lichtleistung einer LED nicht mit einer einzigen Helligkeitszahl charakterisieren.
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