Какая разница между хорошими и лучшими светодиодами? (страница 4)

Добрый день, друзья!
 
Поделюсь сегодня двумя историями про то, как мы выбираем светодиоды. 
 
Прежде чем рассказать эти истории, дам немного информации, которая применима к любым светодиодам.
Что нам надо от светодиода в первую очередь? Чтобы он имел длительный срок службы, давал много света, а тепла – мало. Важно, что эти два критерия – взаимосвязанные.
1. Если светодиод даёт много света, то можно использовать его на токе поменьше, далёком от предельного. С уменьшением тока в 2 раза, срок жизни светодиода увеличивается примерно в 4 раза.
2. Чем больше светодиод даёт света, то тем меньше он будет выделять тепла, следовательно, меньше нагреваться. А чем ниже его температура, тем дольше он прослужит.
 
 
История первая. Как мы выбираем новые LED. 
 
Мы постоянно находимся в поисках лучших светодиодов. Это отдельная, большая и важная работа. Иногда удаётся найти что-то, достойное войти в состав наших светодиодных сборок. Но чаще всего светодиоды отсеиваются уже на этапе чтения технической документации. Когда на бумаге всё выглядит интересно, мы закупаем образцы, и тестируем их у себя.
 
Среди светодиодов, которые постоянно разыскиваются, числятся фиолетовые и УФ светодиоды. Дело в том, что используемые нами светодиоды от TSLC, с одной стороны, лучшие из существующих, с другой – производитель не вносил в них никаких принципиальных изменений уже около 10 лет. Тем временем прогресс идёт, все остальные светодиоды, которые мы используем, за это время сменили как минимум одно, а то и два поколения.
 
Буквально в конце прошлого года у одного производителя появился светодиод, который по технической документации выглядел очень хорошо. Технические подробности - под спойлером.

Проверка показала, что кандидат в светодиоды проиграл используемому сейчас светодиоду от TSLC целых 16% КПД!
 
Может кому-то это покажется не так уж и много? Давайте посмотрим на тепловыделение. Всё, что у светодиода не идёт в свет, идёт в тепло. То есть для светодиода TSLC тепловыделение 100-54=36%, а для светодиода-кандидата – уже 100-48=52%. Таким образом, разница в тепловыделении между ними составляет (52-36)/36=44%, то есть без малого в полтора раза!

Проще говоря, светодиод-кандидат грел бы радиатор в полтора раза сильнее, а света давал на 16% меньше. Поэтому кандидат в производство не пошёл, а пополнил нашу Кунтскамеру.
 
 
История вторая. Как мы отбираем те LED, что уже использовали ранее.
 
Уже первые пользователи наших светильников отметили красивый цвет излучения голубых светодиодов, которые мы начали использовать давным-давно, ещё на этапе эксперименто со светодиодными сборками. С тех пор этот красивый цвет присутствует во всех наших светильниках, потому что мы всегда используем светодиоды только одной модели - Luxeon C и только одного бина по пиковой длине волны. Поэтому, покупая любой наш светильник, вы можете быть уверены в том, что голубой будет именно таким красивым, как он и должен быть.
 
Но одной пиковой длиной волны характеристика светодиода не исчерпывается. Они разделяются производителем ещё по ряду важных признаков.
 
Вот как выглядел список голубых светодиодов на складе регионального дистрибутора в один из дней, когда я попросил сделать эту справку.

 
Как видите, вариантов голубых светодиодов Luxeon C несколько. Но мы купим только два, и будем ждать следующей партии, где должны ещё появиться именно такие светодиоды. Хотите узнать в деталях, почему это важно? Добро пожаловать под спойлер.
 

 
Теперь посчитаем для тока бинирования (у этого светодиода это 350 мА) эффективность светодиодов, которые были на складе дистрибутора в моменте, в люменах на ватт. Световой поток будем брать по нижней границе диапазона бинирования, падение напряжения - по среднему значению.

 
Как можно увидеть, самый хороший бин G40H отличается от самого слабого C20H на (45-27)/27*100=67%, то есть ровно на две трети!

Так как наилучший бин G40H при производстве светодиодов получается в мизерном количестве, то даже при всём нашем старании, когда мы закупаем, пожалуй, львиную долю всех производимых таких светодиодов, их всё равно на все светильники BEAMS не хватает. Поэтому этот бин мы будем использовать в светильниках для морских аквариумов, где эта часть спектра весьма востребована. А очень похожий на него бин F40G, имеющий такой же цвет излучения, близкий световой поток, и практически такой же КПД - в светильниках для пресноводных аквариумов.
 
Как мы только что убедились - в светильниках BEAMS используются светодиоды не просто определённого бина по цвету излучения, но наилучшие по эффективности! Как видите, разница в КПД преобразования электрической энергии в световую даже у лучших цветных светодиодов Luxeon C может отличаться на две трети! То есть два наилучших светодиода будут давать света больше, чем три других, на первый взгляд таких же! И это не всё - как мы видели на примере первой истории, даже небольшая разница в эффективности может приводить к большой разнице в тепловыделении!

Тема, которую я поднял в этом посту, очень объёмная, я сознательно не стал касаться многих интересных моментов, если кому-то интересно узнать о них - пишите, расскажу с удовольствием.

Изменено 3.2.26 автор DNK

Небольшое сравнение провел. Попробую как-то по своему объяснить.

Я построил две кривые спектра, одинаково белого света с одинаковой спектральной мощностью. Но с применением разных волн синего и красного.
Для первого я взял стандартные или близкие к ним, волны для RGB 450 и 630nm

Для второго, заменил их на 420 и 650, то есть фиолетовый и дальний красный. В остальном спектр по средней части одинаковый.

Первое что как бы закономерно увидел. Это видимая яркость глазу, с применением 420 и 650 стала ниже на 30%.

Дальше интересней. Оба спектра прогнал через ТМ30

И вот тут то открывается ответ, почему при настройке, стараются загнать свет в пурпур.

Все просто, зеленый становится избыточно перенасыщенным. Если со стандартными волнами синего и краснго, перенасыщение было всего 14%, то при избытке фиолета и дальнего красного, перенасыщение зеленого повышается до 26%. Тут как не крути, единственный вариант убрать ядовитость зелени, загнать свет в пурпур.

То есть что получается, применяя фиолетовый и дальний красный, свет не только физически для глаза становится менее ярким при той же мощности. Но еще и заставляет вас больше убавить зеленый, что бы для глаза картинка получилась по насыщению сбалансированной.

Alex Livci

Без экспериментов можно догадаться (если я правильно понял задачу):

1. Зелёный и пурпурный взаимно дополнительны (сумма белая)
2. Края видимой части спектра вносят малый вклад в яркость.
3. Поэтому пурпурный, как сумма фиолетового и глубокого красного менее яркий, чем пурпурный, как сумма синего и светло-красного.
4. Соответственно, первый вариант требует для компенсации меньше зелёного.

Торопыжка
Соответственно, первый вариант требует для компенсации меньше зелёного.

Да, но при этом, для глаза зеленый становится более насыщенным относительно красного и синего. Свет вроде бы белый, но зелень становится ядовитой. И это как раз заставляет еще больше вогнать свет в пурпур.

Если решать проблему аквариумных вкусов, когда хочется красные краснее, а зелень без желтизны, но при этом сохранить белый оттенок стен и декораций. Нужно как то по хитрому вырезать и балансировать разные участки спектра.

Вот примерно вот так было бы лучше если делать теплый спектр 4000К. Если цель выделить красные растения среди зелени.


Красный перенасыщен на 16%. Зеленый в среднем на 10%, теплота зелени смещена в холодную сторону. Это сделано намеренно, так как при 4000К зелень будет восприниматься избыточно теплой. То есть под этим спектром, зелень будет восприниматься холоднее чем под теми что выше.

Желто-салатовые бины, наоборот провалены.

При этом свет остается идеально белым, декорации не будут иметь паразитного оттенка.

Вот это бы все опробовать в живую на реальном аквариуме.

Торопыжка
пурпур - это краситель, убирающий зелёную часть спектра, а применительно к цветному монитору (аддитивная метода) это свечение синих и красных люминофоров (без зелёных).

А свечение только синих и красных пикселов - это разве не есть убрать зеленую часть спектра? Кстати, типичный TFT монитор именно этим и занимается в буквальном смысле. Подсветка у монитора белого цвета. И чтобы получить пурпурный цвет, надо выключить все пикселы, снабженные зелеными светофильтрами, тем самым убрав из белого зеленый. Ровно то же самое делает пурпурный краситель, убирая зеленый из отраженного света бумаги. Модели аддитивную и субстрактивную тут вообще можно не упоминать.

Alex Livci

Вы смотрите как будут выглядеть при данном некие сэмплы, которые на картинке изображены зелеными. Но почему вы думаете, что спектр отражения этих сэмплов сопадает со спектром отражения зеленого листа? Это спектр может отличаться, и результат будет другим.

Alex Livci

Я немного запоздало понял секрет ядовитости картинки под чихиросом. Если без подробностей, то секрет в узких пиках спектра там, где максимумы чувствительности зелёных и красных колбочек. Ведь можно для зелёного пигмента сузить зону пропускания вблизи зелёного максимума, повысив тем самым насыщенность цвета, но тот же эффект получаем, выбросив из спектра то, что окружает зелёный максимум. То же с красным.

А в Вашем примере что? Чувствительность зелёных колбочек к фиолетовому меньше, чем к синему. И чувствительность зелёных к DeepRed меньше, чем к LightRed. Имеется в виду не "при равной мощности", а "при равной яркости". Вот и получается зелёный насыщеннее с фиолетовым и глубоким красным..

Изменено 7.6.26 автор Торопыжка