これらのLEDの明るさが異なるのはなぜですか


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element14で0603サイズの高輝度Kingbright LEDを検索しました。結果はこちらです。

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順方向電圧、順方向電流、サイズ、視野角が同じであるにもかかわらず、なぜ同じ色の範囲内にこのような範囲の光度があるのですか?

私は、LEDを非常に低電力のバッテリー駆動デバイスのインジケーターとして使用しています。LEDはユーザーにフィードバックするために時々点滅します。最も明るい出力を与えるLEDは、最も高い光度を与えるLEDですか、それとも別の考慮事項がありますか?


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光子

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geometrikal

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光子

回答:


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これは本当に長くなるので、TL; DRを避けるために最後の要約文にスキップしてください。


LEDのミリカンデラ定格の変動に寄与するいくつかの要因があり、さらに重要なことに、意図した目的に対するmcd定格の関連性があります。

  • 分散 / ビーム角

    これは、user20264の回答で指摘されているように、最も明白で、かなり直感的です。ビーム角が狭いほど(LEDの光が軸からどれだけ離れているかがわかるほど)、特定の光束の光度が大きくなります。

    言い換えウィキペディアは光源が発する1カンデラ方向が前記それは540テラヘルツ(555nmの波長、黄緑色)の周波数に単色の緑色光を発する場合ステラジアンに当たり683分の1ワットの放射強度で、所定の方向にします

    ビーム角による光度の図 ソース

    定義により、有効ビーム角度を変更する追加要素(レンズ、ディフューザー、リフレクター)によってはMCDが誤解を招く可能性があるため、照明グレードのLEDがmCdではなくルーメンで評価されることが多いのはこのためです。

  • ピーク光度」の実用的な測定:

    ピーク光度は、軸上の単一ポイントとして測定されることになっていますが、この「ポイント」センサーの形状とサイズに関するグローバルな標準はありません。

    軸の周りに1度、0.01平方ミリメートル、正方形のベアウエハーフォトセンサー/ PINフォトダイオード、円形レンズセンサー(もしあれば、どのような直径のレンズですか?)、ハーフシータ角(はい、一部の科学論文はこれを測定に使用エリア)、または完全に何か他のもの?センサーまでの距離は、LEDパッケージ表面、ウェーハ表面、またはLEDレンズの内面または外面から測定されていますか?

    メーカーとほぼ同じ数の答えが見つかります。明らかに、この柔軟性を維持することで、あるタイプのLEDを別のタイプよりも「創造的な会計」が可能になります。

  • レンズの形状

    LEDレンズに使用される特定の光学配置は、照明ビーム角度全体の光強度の分布を変更します-ビームの中心と減衰の長いテール、または強度のかなり均一な分布で非常に強い光を得ることができますカメラの光学系と同じように、軸と最大表示角度の間。

    これは、強度が軸での半分に落ちる角度である「半シータ」角度に影響します。レンズ、したがって強度分布曲線に応じて、シータ角の半分はビーム角のわずかな部分(中心が強いビーム)になるか、ビーム角の半分以上に向かうことがあります。

    より小さなハーフシータ角、すなわち、長い尾を持つ細い背の高いベル曲線は、軸上の高いmcd値に変換されますが、軸からの可視性の急激な低下です。赤外線リモートコントロールなどのより広い範囲では、小さいハーフシータが重要です。一方、視覚インジケータ/照明のニーズでは、固定されたビーム角度であっても、大きいハーフシータがよりうまく機能します。

  • 画角

    これは、前の2つのポイントに密接に関連しています。
    ハーフシータまたはビーム角度が狭い場合、mcdの数値は非常に高く見えることがありますが、インジケータとしてのLEDの実用的な使いやすさは疑問です。ただし、一部のインジケータボードなどでライトパイプを使用する場合、または光ファイバに使用する場合は、狭いハーフシータが適切です

  • レンズの透過係数

    これは、LEDが発する特定の光の波長に関連しています。

    製造業者は通常、LEDのレンズ要素の設計のために1つまたはごく少数の材料を標準化します。明らかに、特定の透明材料は、光の波長によって透過特性が異なります。

    したがって、緑のLEDに最適なレンズ材料は、赤には理想的とは言えません。

    白色の場合、一般的な「白色」LEDには、深い青色のスペクトル線を放出する窒化ガリウムチップ上にイットリウムアルミニウムガーネットの蛍光体層があるため、これはさらに複雑です。自然のスペクトル線と燐光のスペクトル線の組み合わせは、透過率と位相の妥協を必要とするため、光学設計の性質上、各スペクトル線の透過には理想的ではありません。

  • 透明v / s半透明 LED:

    ミルキーLEDは、生成された光をLEDの表面全体に可能な限り均等に分散するように設計されているため、mcd定格を実質的に無関係にします-180度近く(または 90 近くですか?)シータ値はほぼ同じで、一般的であり、望ましい値です。

    したがって、乳白色のLEDは通常、「透明な」LEDと同じ化学物質と構造のmcd値が低く、色付きの透明なLEDは中央のどこかにあります。しかし、表示の目的では、半透明のLEDがおそらく最も理想的です!

  • 放射光の波長光度の定義からわかるように、これは問題の光の人間の視覚知覚強度を考慮する点で放射強度とは異なります。人間は、特徴、周りに555ナノメートルの波長スペクトルの黄緑色部分に対して最も敏感である:
    人間の視覚の色感度
    出典ウィキペディア、あるここで高解像度画像

    したがって、LEDを介した一定量の電力では、光度はLEDの色によって大きく変化し、もちろん人間の視覚では認識できない紫外線と赤外線ではゼロに低下します。

  • LEDジャンクションの化学

    十分には、だけでなく、他の場所でウェブ上など他の回答では、これについてこれだけの簡単なの言及を書かれている:化学物質が放出された色スペクトル(決定前のポイントを参照してください LEDの「光の)だけでなく、変換効率を、放出」の側面。また、わずかな変動がスペクトルシフトを引き起こすため、2つの名目上同一の化学的性質は必要ありません。したがって、これが光束と強度の両方を決定することは明らかです。

  • ウェーハ/バッチの効率

    最高の製造プロセス制御にもかかわらず、LED製造は、ウエハーのバッチ間、さらにはバッチまたは単一のウエハー内でさえ、効率と出力特性のばらつきで有名です。製造業者は、「ビニング」プロセスでこれに対処します-白色LEDは複雑なプロセス、色および光出力によってビニングされますが、カラーLEDは光出力のために本質的に線形ビニングプロセスを経ます。その後、異なる光出力レベルが異なる定格の製品としてパッケージ化されます。

    評判の良いメーカーは通常、LEDのビニングと公表された評価を誠実に行いますが、ノーネームLEDは、指定されたデータシート評価内での極端な場合の1:3の比率での強度のばらつきが悪名高いです。

    nbフィリップス(Luxeonシリーズ)などの一部のメーカーは、製造技術の最新の改善により、ビニングのないプロセスを主張し始めています。

  • LEDのカプセル化

    これは以前のいくつかのポイントのレンズ設計の説明で大部分が説明されていますが、接触ウィスカ/ワイヤボンドの位置などの追加要因は、LED光出力に大きな影響を与えます。ワイヤボンドは光源のオクルージョンを作成し、その性質はデザインによって異なります。

    これに対する明白な応答は、なぜできるだけ少なく閉塞するようにワイヤボンドを常に設計しないのでしょうか?これは、ワイヤボンドの配置、材料、および厚さが電気伝導だけでなく、熱放散にも関係するため、行われません。

    一部の設計ではより良い冷却が必要なため、チップのほぼ中央にウィスカを取り付けるか、リードフレームからの複数のワイヤボンドを使用することもできます。他の設計では、実際にはこれを気にかけず、関与する電力が低すぎるか、基板が熱オフテイクに適した設計になっています。

    これらのトレードオフにより、オクルージョンの妥協点が決まり、したがって、LEDビームの軸で実際に測定される光度が決まります。

  • パッケージ内のLED基板の方向

    この要素は、ほとんどの最新のLED、特にSMD部品とはほとんど関係がありません。ただし、古いLEDの設計、および場合によってはまだ生産中のLED設計では、LEDの放射面に方向公差の問題がある場合がありました。簡単に言えば、実際のLEDチップは、LEDパッケージの軸に対して完全に垂直である場合とそうでない場合があります。

    したがって、このようなLEDの場合、軸に沿って測定される光度は、ピースごとに、または生産の実行ごとに異なることが直感的です。

  • LEDの実際の電力

    通常、LEDの定格電流はデータシートの仕様を満たすように回路によって制御されますが、その設定電流での定格および実際の接合電圧は、製造公差およびデータシート仕様で採用されているショートカットにより常に異なります。つまり、電気から光に変換される実際の電力P = V x Iは、LEDの設計ごと、半導体ドーピングのわずかな変動ごと、およびその他のさまざまな要因ごとに異なります。この一部はビニングプロセスで対処され、一部はたまたま異なるバッチのウェーハである「異なるLEDモデル」のデータシートに、測定された強度の結果の変化が反映されます。

  • 最も重要なマーケティングジャンボジャンボ

    このファッジファクターはおそらくエンジニアリングコミュニティではあまり認識されていませんが、さまざまな製品にLEDを使用および推奨してきた数年は、メーカーのマーケティング部門がプロモーション資料やデータシートに示されているデータに非常に強い影響を与えていることを示しています特定のLED製品に対して。これはおそらく、他のほとんどの半導体業界よりもLED業界で顕著です。

    光度などのLEDデータを測定または表現するいくつかの異なる方法があり、そのようなパラメーターについて業界でいくつかの標準またはガイドラインが設定されている場合、マーケティングドライバーは異なる製品ラインを確実に保証できますまたはモデルは、単一のメーカー内であっても、すべてのLEDに可能な限り最高のスピンをかけるために、異なる測定および測定方法を使用します。

    評判の良いメーカーは単に便利なように異なる強度測定装置を使用することに固執するかもしれませんが、それほど慎重でないメーカーは、製品出版物の完全な偏りを避けません。

これをより面白くするのは、最も評判の良いメーカーの一部が再販業者でもあることです。つまり、彼らは非プレミアム製品ラインをバルク販売業者と同じ工場から調達しているので、唯一の違いはボックスまたはリールのブランドです100%から300%のブランド価値マークアップ。これらの再販業者のうち、実際に測定値とパラメータを再検証するのに苦労する人の数は誰でも推測します。


TL; DRサマリー:

実際のデータがどうしても必要な場合は、LEDのミリカンデラ定格を信頼せずに、自分でテストしてください。


素敵な詳細な答え!
ブライアンドラモンド

「180度に近い(または90度に近いはずですか?)立体角」について何かを計算します。
光子

@ThePhoton同意します。私はそこのどこかでステラジアンユニットを使用し、学習者にとって視覚化が容易な程度を決定しました。また、私のスペルチェックはステラジアンを認識しません。;-)
アニンドゴーシュ

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@AnindoGhoshにこのような詳細な回答を書いてくれてありがとう。とても感謝しています。
geometrikal

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LEDはさまざまです。これは、特定のモデルを指定する必要がある場合に実際に確認する必要があるコンポーネントの1つです。

以前に聞いたことのない企業のデータシートは「かなり楽観的」である可能性があることに注意してください。表示するものはすべて同じメーカーのものであるため、互いに十分に関連している必要があります。製造プロセスは常に変化しており、古い製品が大量に在庫されている可能性があります。同じメーカーの同じディストリビューターがリストした別のLEDの半分のコストで、周囲のLEDがより優れているように見えることはまったく珍しいことではありません。

また、カンデラはすべてではありません。アプリケーションによっては、角度が重要になる場合があります。単一の輝度番号でLEDの光出力を特徴付けることはできません。


Olinに感謝します。質問の最初の部分は、形状、Vf、If、レンズなどが同じであるときに、一部のLEDが異なる光度(カンデラ)を持っている理由に関係しています。化学によって説明できると思いますが、同じ化学物質と異なる光度を持つものもあります。
geometrikal

PS目的は、フラッシュの形で最も「目に見える」フィードバックを最小の電力で提供するLEDを選択することです。たぶん私はそれを別の質問に入れる必要があります。
geometrikal
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