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¿Por qué existe tal rango de intensidad luminosa, incluso dentro del mismo color, a pesar de que la tensión directa, la corriente directa, el tamaño y el ángulo de visión son los mismos?
Estoy usando los LED como indicadores en un dispositivo con batería de muy baja potencia. Los LED serán pulsados a veces para dar retroalimentación del usuario. ¿Sería el LED que da la salida más brillante el que da la mayor intensidad luminosa, o hay otra consideración?
Respuestas:
Esto va a ser muy largo, así que salte a la oración de resumen al final para evitar TL; DR.
Hay varios factores que contribuyen a las diferentes clasificaciones de los LED de millicandela, y lo más importante es la relevancia de la clasificación mcd para el propósito previsto:
Ángulo de dispersión / ángulo del haz :
Este es el más obvio y bastante intuitivo, como se ha señalado en la respuesta de user20264. Cuanto más estrecho sea el ángulo del haz (a qué distancia del eje es visible la luz del LED), mayor será la intensidad luminosa para un flujo luminoso dado: Básicamente, la misma cantidad de energía que se empuja a través de un ángulo sólido mayor o menor.
Parafraseando a Wikipedia , una fuente de luz emite una candela en una dirección dada si emite luz verde monocromática con una frecuencia de 540 THz (longitud de onda de 555 nm, amarillo-verde), con una intensidad radiante de 1/683 vatios por esteradian en dicha dirección .
Esta es la razón por la cual los LED de grado de iluminación a menudo se clasifican en lúmenes en lugar de mCd, ya que el MCD puede ser bastante engañoso dependiendo de los elementos agregados (lentes, difusores, reflectores) que cambiarían el ángulo efectivo del haz, por definición.
Medición práctica de " intensidad luminosa máxima ":
Si bien se supone que la intensidad luminosa máxima se mide como un solo punto , valor en el eje, no existe un estándar global para la geometría y el tamaño de este sensor de "punto":
¿Tiene 1 grado alrededor del eje, 0.01 mm2, fotosensor cuadrado de oblea desnuda / fotodiodo PIN, sensor de lente circular (si es así, ¿qué diámetro de lente?), Ángulo de media teta (sí, algunos artículos científicos usan esto como una medida área), o algo completamente diferente? ¿Se mide la distancia al sensor desde la superficie del paquete de LED, la superficie de la oblea o la superficie interna o externa de la lente del LED?
Encontrará casi tantas respuestas como fabricantes, y claramente, mantener esta flexibilidad permite cierta "contabilidad creativa", para favorecer un tipo de LED frente a otro.
Geometría de lente :
La disposición óptica específica utilizada para la lente LED cambiará la distribución de la intensidad de la luz a través del ángulo del haz de iluminación: se puede obtener una luz muy intensa en el centro del haz y una larga cola de caída, o una distribución bastante uniforme de la intensidad entre el eje y el ángulo máximo de visión, al igual que con la óptica de la cámara.
Esto impacta el ángulo de " mitad theta ", el ángulo en el cual la intensidad cae a la mitad que en el eje. Dependiendo de la lente y, por lo tanto, de la curva de distribución de intensidad, la mitad de los ángulos theta pueden ser una pequeña fracción del ángulo del haz (haces de centro intenso), o dirigirse hacia la mitad del ángulo del haz o más.
Un ángulo medio teta más pequeño, es decir, una curva de campana alta y delgada con colas largas, se traduce en valores altos de mcd en el eje, pero una caída brusca de la visibilidad fuera del eje. Para un mayor alcance, como para los controles remotos infrarrojos, una media teta más pequeña es interesante, mientras que para las necesidades de iluminación / indicador visual, una media teta mayor funciona mejor, incluso para un ángulo de haz fijo.
Ángulo de visión :
Esto se relaciona estrechamente con los dos puntos anteriores:
si los ángulos de media teta o haz son estrechos, las cifras mcd pueden verse muy altas, pero la usabilidad práctica del LED como indicador en sí misma es cuestionable. Sin embargo, si se utiliza un tubo de luz, como en algunos paneles indicadores, o para fibra óptica, una media teta estrecha es algo bueno .
Coeficiente de transmisión de la lente
Esto se relaciona con la longitud de onda de luz específica emitida por un LED:
Los fabricantes suelen estandarizar uno o muy pocos materiales para el diseño del elemento de lente de sus LED. Evidentemente, cualquier material transparente dado tendrá diferentes características de transmisión para diferentes longitudes de onda de luz.
Por lo tanto, cuál podría ser el mejor material de lente posible para un LED verde probablemente no sería ideal para el rojo.
Para el blanco, esto es aún más complejo, porque los LED "blancos" comunes tienen una capa de fósforo de granate de aluminio itrio en un chip de nitruro de galio que emite una línea espectral azul profundo. La combinación de las líneas espectrales naturales y de fosforescencia requiere compromisos en la transmisión y la fase, por lo que la combinación es cualquier cosa menos ideal en la transmisión para cada línea espectral, por la naturaleza del diseño óptico.
Borrar v / s translúcidos LED:
Los LED lechosos hacen que las clasificaciones mcd sean prácticamente irrelevantes, ya que están diseñadas para dispersar la luz generada de la manera más uniforme posible en la superficie del LED: ángulos sólidos de casi 180 grados (¿ o debería ser, cerca de 90 grados? ) Y medio Los valores theta casi iguales son comunes y deseables.
Por lo tanto, un LED lechoso generalmente tendrá valores mcd pobres para la misma química y construcción que un LED "transparente al agua", y los LED transparentes de colores se ubicarán en algún lugar en el medio. Sin embargo, para fines de indicación, ¡un LED translúcido es quizás el más ideal!
Longitud de onda de la luz emitida Como se vería en las definiciones de intensidad luminosa, esto difiere de la intensidad radiante al tener en cuenta la intensidad percibida por la visión humana de la luz en cuestión. Los seres humanos son característicamente más sensibles a la porción verde-amarilla del espectro, alrededor de una longitud de onda de 555 nanómetros:
(La fuente es Wikipedia, imagen de alta resolución aquí )
Por lo tanto, para una cantidad dada de energía eléctrica a través de un LED, la intensidad luminosa variaría ampliamente con el color del LED y, por supuesto, desciende a cero para los rayos ultravioleta e infrarrojos, que la visión humana no puede percibir.
Química de la unión LED :
Se ha escrito lo suficiente sobre esto, en otras respuestas, así como en otras partes de la web, así que solo una breve mención: la química determina el espectro de color emitido ( ver punto anterior ), así como la eficiencia de conversión, de la "Luz" de un LED Emitiendo "aspecto". Además, pequeñas variaciones causan cambios espectrales, por lo que no es necesario que haya dos químicas nominalmente idénticas . Por lo tanto, es obvio que esto determina tanto el flujo luminoso como la intensidad.
Eficiencia de la oblea / lote:
A pesar de los mejores controles del proceso de fabricación, la fabricación de LED es conocida por su variación en la eficiencia y las características de salida entre lotes de obleas, e incluso dentro de un lote o una sola oblea. Los fabricantes abordan esto mediante un proceso de " agrupamiento ": mientras que los LED blancos están agrupados por un proceso complejo, tanto por color como por salida de luz, los LED de color pasan por un proceso de agrupamiento esencialmente lineal para la salida de luz. Los diferentes niveles de salida de luz se empaquetan como productos con calificaciones diferentes.
Si bien los fabricantes de renombre suelen hacer un trabajo sincero de agrupamiento y clasificación publicada para sus LED, los LED sin nombre son infames por su amplia variación de intensidad dentro de una clasificación de hoja de datos establecida, tanto como proporciones 1: 3 en casos extremos.
nb Algunos fabricantes como Philips (gama Luxeon) están comenzando a reclamar un proceso sin binning , debido a las mejoras modernas en la técnica de fabricación.
Encapsulación de LED:
Si bien esto se aborda en gran medida en la discusión del diseño de la lente unos pocos puntos anteriormente, factores adicionales como la posición del bigote de contacto / enlace del cable tienen un impacto significativo en la salida de luz LED. El enlace de alambre crea la oclusión de la fuente de luz, cuya naturaleza varía entre diseños.
Una respuesta obvia a esto sería, ¿por qué no siempre diseñar los enlaces de alambre para ocluir lo menos posible? Esto no se hace porque el posicionamiento de la unión del cable, el material y el grosor no son solo de conducción eléctrica, sino también de disipación térmica.
Algunos diseños necesitan un mejor enfriamiento, por lo tanto, se opta por un bigote conectado a la mitad aproximada del chip, o incluso múltiples enlaces de alambre desde un marco de plomo. Otros diseños realmente no se preocupan por esto, ya que el poder implicado es demasiado bajo o el sustrato está mejor diseñado para la extracción térmica.
Estas compensaciones determinan los compromisos de oclusión y, por lo tanto, la intensidad luminosa medida real en el eje del haz del LED.
Orientación del sustrato LED dentro del paquete
Este factor tiene poca relevancia para la mayoría de los LED modernos, especialmente las piezas SMD. Sin embargo, los diseños de LED más antiguos, y posiblemente algunos todavía en producción, a veces tenían problemas de tolerancia de orientación en la superficie de emisión de LED. En términos simples, el chip LED real puede o no ser perfectamente perpendicular al eje del paquete de LED.
Por lo tanto, es intuitivo que la intensidad luminosa medida a lo largo del eje variaría de una pieza a otra, o entre series de producción, para tales LED.
Potencia real de LED:
Si bien la corriente nominal de un LED generalmente es controlada por su circuito para cumplir con las especificaciones de la hoja de datos, los voltajes de unión nominal y real a esa corriente establecida variarán invariablemente, tanto por las tolerancias de fabricación como por los atajos tomados en las especificaciones de la hoja de datos. Esto significa que la potencia real convertida de electricidad a luz variará según
P = V x I, para cada diseño de LED, para cada variación menor en el dopaje de semiconductores, y para una variedad de otros factores. Parte de esto se aborda mediante el proceso de agrupamiento y, en parte, las hojas de datos para "diferentes modelos de LED" que resultan ser diferentes lotes de obleas, reflejan el cambio resultante en la intensidad medida.Lo más importante, marketing mumbo-jumbo :
Si bien este factor falso es quizás el menos reconocido por la comunidad de ingenieros, varios años de uso y recomendación de LED para diversos productos han demostrado que el departamento de marketing de un fabricante tiene una gran influencia sobre los datos que se muestran en los materiales promocionales y las hojas de datos. para un producto LED dado. Esto es probablemente más pronunciado en la industria del LED que en la mayoría de los otros comercios de semiconductores.
Si hay varias formas diferentes de medir o representar cualquier dato LED, como la intensidad luminosa, y existen varios estándares o pautas vigentes en la industria para dicho parámetro, puede estar seguro de que los impulsores de marketing asegurarán que diferentes líneas de productos o los modelos utilizarán diferentes medidas y metodologías de medición, incluso dentro de un solo fabricante, para dar el mejor giro posible a cada LED.
Mientras que los fabricantes más acreditados pueden limitarse a utilizar simplemente diferentes equipos de medición de intensidad como sea conveniente, los menos escrupulosos no evitan la prevaricación absoluta para las publicaciones de sus productos.
Lo que hace que esto sea más divertido es que algunos de los fabricantes de mayor reputación también son revendedores, es decir, obtienen sus líneas de productos no premium de las mismas fábricas que los vendedores a granel, por lo que la única diferencia es la marca en la caja o carrete, y por supuesto el recargo del valor de marca del 100% al 300%. Nadie sabe con certeza cuántos de estos revendedores realmente se molestan en volver a validar las mediciones y los parámetros.
TL; resumen DR:
No confíe en las clasificaciones de millicandela en ningún LED , pruébelos usted mismo si realmente necesita datos reales.
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Los LED varían mucho. Este es un componente que realmente debe buscar si necesita especificar un modelo en particular.
Tenga en cuenta que las hojas de datos de compañías de las que nunca antes había oído hablar podrían ser "bastante optimistas". Los que muestra son todos del mismo fabricante, por lo que deben relacionarse razonablemente bien entre sí. Los procesos de fabricación cambian todo el tiempo y puede haber una gran cantidad de existencias de productos más antiguos. No es inusual en absoluto que lo que parece ser un LED mejor en todos lados cueste la mitad de lo que cuesta otro que figura en la lista del mismo distribuidor del mismo fabricante.
Además, Candella no es toda la historia. Dependiendo de su aplicación, el ángulo puede ser importante. No puede caracterizar la salida de luz de un LED con un solo número de brillo.
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