Pourquoi ces LED ont-elles des luminosités différentes

J'ai fait une recherche de LED Kingbright haute luminosité de taille 0603 sur element14, les résultats sont ici .

Pourquoi existe-t-il une telle gamme d'intensité lumineuse, même dans la même couleur, alors que la tension directe, le courant direct, la taille et l'angle de vision sont les mêmes?

J'utilise les LED comme indicateurs dans un appareil alimenté par batterie de très faible puissance. Les LEDs seront parfois pulsées pour donner des commentaires aux utilisateurs. La LED qui donne la sortie la plus brillante serait-elle celle qui donne la plus forte intensité lumineuse, ou y a-t-il une autre considération?

Cela va être très long, alors passez simplement à la phrase récapitulative à la fin pour éviter TL; DR.

Plusieurs facteurs contribuent à la variation des notes en millicandela des LED et, plus important encore, à la pertinence de la note mcd par rapport à l'objectif prévu:

• Angle de dispersion / angle de faisceau :

  Celui-ci est le plus évident et assez intuitif comme cela a été souligné dans la réponse de user20264. Plus l'angle du faisceau est étroit (à quelle distance de l'axe la lumière de la LED est visible), plus l'intensité lumineuse est élevée pour un flux lumineux donné: Fondamentalement, la même quantité d'énergie est poussée à travers un angle solide plus ou moins grand.

  Paraphrasant Wikipedia , une source lumineuse émet une candela dans une direction donnée si elle émet une lumière verte monochromatique avec une fréquence de 540 THz (longueur d'onde 555 nm, jaune-vert), avec une intensité rayonnante de 1/683 watts par stéradian dans cette direction .

  _{( source )}

  C'est pourquoi les LED de niveau d'éclairage sont souvent classées en lumens plutôt qu'en mCd, car le MCD peut être assez trompeur en fonction des éléments ajoutés (lentilles, diffuseurs, réflecteurs) qui changeraient l'angle de faisceau efficace, par définition.

• Mesure pratique de "l' intensité lumineuse maximale ":

  Alors que l'intensité lumineuse maximale est censée être mesurée comme un point unique , sur la valeur de l'axe, il n'y a pas de norme globale pour la géométrie et la taille de ce capteur "ponctuel":

  Est-ce à 1 degré autour de l'axe, 0,01 mm², photodiode PIN à photocapteur à plaque nue, capteur à lentille circulaire (si oui, quel diamètre d'objectif?), Angle demi-thêta (oui, certains articles scientifiques l'utilisent comme mesure zone), ou autre chose entièrement? La distance au capteur est-elle mesurée à partir de la surface du boîtier LED, de la surface de la plaquette ou de la surface interne ou externe de la lentille LED?

  Vous trouverez presque autant de réponses qu'il y a de fabricants, et clairement, garder cette flexibilité permet une certaine "comptabilité créative", pour favoriser un type de LED par rapport à un autre.

• Géométrie de la lentille :

  L'arrangement optique spécifique utilisé pour la lentille LED changera la distribution de l'intensité lumineuse à travers l'angle du faisceau d'éclairage - On peut obtenir une lumière très intense au centre du faisceau et une longue queue de chute, ou une distribution assez uniforme de l'intensité entre l'axe et l'angle de vue maximal, tout comme avec l'optique de la caméra.

  Cela a un impact sur l' angle " demi-thêta ", l'angle auquel l'intensité diminue à la moitié de celle de l'axe. Selon la lentille et donc la courbe de distribution d'intensité, les demi-angles thêta peuvent être une petite fraction de l'angle du faisceau (faisceaux à centre intense), ou se diriger vers la moitié de l'angle du faisceau ou plus.

  Un angle demi-thêta plus petit, c'est-à-dire une courbe en cloche haute et mince avec de longues queues, se traduit par des valeurs mcd élevées sur l'axe, mais une forte baisse de la visibilité hors de l'axe. Pour une plus grande portée, comme pour les télécommandes infrarouges, un demi-thêta plus petit est intéressant, tandis que pour les besoins d'indicateur visuel / d'éclairage, un demi-thêta plus grand fonctionne mieux, même pour un angle de faisceau fixe.

• Angle de vue :

  Cela est étroitement lié aux deux points précédents:
  si les angles de demi-thêta ou de faisceau sont étroits, les chiffres du mcd peuvent sembler très élevés, mais l'utilité pratique de la LED en tant qu'indicateur en soi est discutable. Pourtant, si un tube lumineux est utilisé, comme sur certains panneaux indicateurs ou pour la fibre optique, un demi-thêta étroit est une bonne chose .

• Coefficient de transmission de la lentille

  Cela concerne la longueur d'onde lumineuse spécifique émise par une LED:

  Les fabricants standardisent généralement sur un ou un très petit nombre de matériaux pour la conception de l'élément de lentille de leurs LED. Évidemment, tout matériau transparent donné aura des caractéristiques de transmission différentes pour différentes longueurs d'onde de lumière.

  Ainsi, quel pourrait être le meilleur matériau de lentille possible pour une LED verte serait probablement moins qu'idéal pour le rouge.

  Pour le blanc, cela est encore plus complexe, car les LED «blanches» courantes ont une couche de phosphore de grenat d'aluminium d'yttrium sur une puce de nitrure de gallium émettant une ligne spectrale d'un bleu profond. La combinaison des raies spectrales naturelles et de phosphorescence nécessite des compromis de transmission et de phase, donc la combinaison est tout sauf idéale en transmission pour chaque raie spectrale, par la nature de la conception optique.

• LED translucides v / s claires :

  Les LED laiteuses rendent les classements mcd pratiquement non pertinents, car ils sont conçus pour disperser la lumière générée aussi uniformément que possible sur la surface de la LED - près de 180 degrés ( ou devrait-il être, près de 90 degrés? ) Angles solides et demi- des valeurs thêta presque identiques sont courantes et souhaitables.

  Ainsi, une LED laiteuse aura généralement de faibles valeurs mcd pour la même chimie et construction qu'une LED "claire", et les LED claires colorées se situeront quelque part au milieu. Pourtant, à titre indicatif, une LED translucide est peut-être la plus idéale!

• Longueur d' onde de la lumière émise Comme le montrent les définitions de l'intensité lumineuse, celle-ci diffère de l'intensité radiante en tenant compte de l'intensité perçue par la vision humaine de la lumière en question. Les êtres humains sont généralement les plus sensibles à la partie jaune-vert du spectre, autour de 555 nanomètres de longueur d'onde:
  
  _{( Source Wikipedia, image haute résolution ici )}

  Ainsi, pour une quantité donnée de puissance électrique à travers une LED, l'intensité lumineuse varierait considérablement en fonction de la couleur de la LED, et tombe bien sûr à zéro pour les ultraviolets et les infrarouges, que la vision humaine ne peut pas percevoir.

• Chimie de la jonction LED :

  On en a assez écrit à ce sujet, dans d'autres réponses et ailleurs sur le Web, donc juste une brève mention: la chimie détermine le spectre de couleurs émis ( voir le point précédent ), ainsi que l'efficacité de conversion, de la "lumière" d'une LED Emettant "aspect. De plus, des variations mineures provoquent des décalages spectraux, donc deux chimies nominalement identiques n'ont pas besoin d'être . Il est donc évident que cela détermine à la fois le flux lumineux et l'intensité.

• Efficacité de plaquette / lot:

  Malgré les meilleurs contrôles du processus de fabrication, la fabrication de LED est connue pour sa variation d'efficacité et les caractéristiques de sortie entre les lots de plaquettes, et même au sein d'un lot ou d'une seule plaquette. Les fabricants résolvent cela par un processus de " binning " - Alors que les LED blanches sont combinées par un processus complexe, par la couleur ainsi que la sortie de lumière, les LED de couleur passent par un processus de binning essentiellement linéaire pour la sortie de lumière. Différents niveaux de sortie de lumière sont ensuite conditionnés sous forme de produits différemment évalués.

  Alors que les fabricants réputés font généralement un travail sincère de regroupement et de classement publié pour leurs LED, les LED sans nom sont tristement célèbres pour une grande variation d'intensité dans une cote de fiche technique indiquée, jusqu'à des ratios de 1: 3 dans les cas extrêmes.

  nb Certains fabricants comme Philips (gamme Luxeon) commencent à revendiquer un processus sans binning , en raison des améliorations modernes de la technique de fabrication.

• Encapsulation de LED:

  Bien que cela soit largement couvert dans la discussion sur la conception de la lentille quelques points précédemment, des facteurs supplémentaires tels que la position du contact moustache / fil ont un impact significatif sur le rendement lumineux des LED. La liaison par fil crée une occlusion de la source lumineuse, dont la nature varie selon les conceptions.

  Une réponse évidente à cela serait, pourquoi ne pas toujours concevoir les liaisons de fils pour les occlure le moins possible? Cela ne se fait pas parce que le positionnement, le matériau et l'épaisseur de la liaison des fils ne concernent pas seulement la conduction électrique, mais aussi la dissipation thermique.

  Certaines conceptions nécessitent un meilleur refroidissement, par conséquent, une moustache attachée au milieu approximatif de la puce, ou même plusieurs liaisons de fil à partir d'une grille de connexion, sont choisies. D'autres conceptions ne se soucient pas vraiment de cela, la puissance impliquée étant trop faible ou le substrat étant mieux conçu pour la prise thermique.

  Ces compromis déterminent les compromis d'occlusion et donc l'intensité lumineuse réelle mesurée sur l'axe du faisceau de la LED.

• Orientation du substrat LED dans le boîtier

  Ce facteur a peu d'importance pour la plupart des LED modernes, en particulier les pièces CMS. Cependant, les anciennes conceptions de LED, et peut-être certaines encore en production, avaient parfois des problèmes de tolérance d'orientation sur la surface d'émission des LED. En termes simples, la puce LED réelle peut ou non être parfaitement perpendiculaire à l'axe du boîtier LED.

  Il est donc intuitif que l'intensité lumineuse mesurée le long de l'axe varie d'une pièce à l'autre, ou entre les cycles de production, pour de telles LED.

• Puissance réelle de LED:

  Alors que le courant nominal d'une LED est généralement contrôlé par votre circuit pour répondre aux spécifications de la fiche technique, les tensions de jonction nominale et réelle à ce courant défini différeront invariablement, à la fois en raison des tolérances de fabrication et en raison des raccourcis pris dans les spécifications de la fiche technique. Cela signifie que la puissance réelle convertie de l'électricité en lumière variera selon P = V x I, pour chaque conception de LED, pour chaque variation mineure du dopage des semi-conducteurs et pour une variété d'autres facteurs. Une partie de cela est traitée par le processus de binning, et en partie les fiches techniques des "différents modèles de LED" qui se trouvent être différents lots de plaquettes, reflètent le changement résultant de l'intensité mesurée.

• Le plus important, le marketing mumbo-jumbo :

  Bien que ce facteur de fudge soit peut-être le moins reconnu par la communauté des ingénieurs, plusieurs années d'utilisation et de recommandation de LED pour divers produits ont montré qu'il y a une très forte influence du service marketing d'un fabricant sur les données présentées dans les documents promotionnels et les fiches techniques. pour un produit LED donné. Ceci est probablement plus prononcé dans l'industrie des LED que dans la plupart des autres métiers des semi-conducteurs.

  S'il existe plusieurs façons différentes de mesurer ou de représenter des données LED, telles que l'intensité lumineuse, et que plusieurs normes ou directives sont en place dans l'industrie pour un tel paramètre, vous pouvez être sûr que les pilotes marketing veilleront à ce que différentes gammes de produits ou les modèles utiliseront différentes mesures et méthodologies de mesure, même au sein d'un même fabricant, afin de donner la meilleure rotation possible à chaque LED.

  Alors que les fabricants les plus réputés peuvent se contenter d'utiliser simplement des équipements de mesure d'intensité différents comme pratique, les moins scrupuleux ne rechignent pas à la tergiversation pure et simple pour leurs publications de produits.

Ce qui rend cela plus amusant, c'est que certains des fabricants les plus réputés sont également des revendeurs, c'est-à-dire qu'ils s'approvisionnent en produits non premium auprès des mêmes usines que les vendeurs en gros, donc la seule différence est la marque sur la boîte ou la bobine, et bien sûr la majoration de 100% à 300% de la valeur de marque. Le nombre de ces revendeurs se donne la peine de revalider les mesures et les paramètres.

Résumé TL; DR:

Ne vous fiez pas aux cotes millicandela sur n'importe quelle LED , testez-les vous-même si vous avez absolument besoin de données réelles.

Les LED varient beaucoup. C'est un composant que vous devez vraiment rechercher si vous devez spécifier un modèle particulier.

Gardez à l'esprit que les fiches techniques d'entreprises dont vous n'avez jamais entendu parler auparavant peuvent être "plutôt optimistes". Ceux que vous montrez sont tous du même fabricant, ils doivent donc être assez bien liés les uns aux autres. Les processus de fabrication changent tout le temps et il peut y avoir beaucoup de stocks de produits plus anciens. Il n'est pas rare du tout que ce qui semble être une meilleure LED tout autour coûte la moitié de ce qu'une autre répertoriée par le même distributeur du même fabricant coûte.

De plus, la candella n'est pas toute l'histoire. Selon votre application, l'angle peut être important. Vous ne pouvez pas caractériser le rendement lumineux d'une LED avec un seul numéro de luminosité.