Binning von LEDs, McAdams Ellypsen, CIE-1931

Binning von LEDs

Im industriellen Produktionsprozess von LEDs kommt es auch innerhalb einzelner Chargen zu kleinen Toleranzen.
Die Farbtemperatur (Kelvin) bzw. die Farbe und der Lichtstrom (Lumen) weichen innerhalb einer Fertigungscharge voneinander ab. Das menschliche Auge kann hier kleinste Abweichungen feststellen (ab 2 nm Abweichung bei grün bis 10nm bei Rottönen)
Dies hat zur Folge, dass LEDs, welche z.B. in einer Fertigungscharge für 4000K (neutralweiß) hergestellt wurden, in der Lichtfarbe und der Lumen-Abgabe optisch voneinander abweichen. Je stärker diese Abweichung ist, desto störender wirkt sie sich bei der Beleuchtung mit einzelnen LEDs aus. (Werden LED Arrays – also mehrere LEDs in einer Leuchte – verbaut, mischt sich das Licht wieder zu einer homogenen Lichtfarbe.)
Um einen einheitlichen Charakter des Lichtes zu garantieren, werden die LEDs sortiert. Diesen Prozess nennt man Binning. Die LEDs werden in verschiedene Bins sortiert (englisch = Behälter), deren Kennzahlen je nach gewünschter Qualität weiter oder enger gefasst sind. Je größer der Bin, desto stärker dürfen die Werte der einzelnen LEDs differieren, entsprechend günstiger gelangt die Charge auf den Markt. Je enger das Binning gestaltet wird, desto teurer ist der Sortierprozess.

CIE-1931-Diagramm

Die internationale Beleuchtungskommission (Commission Internationale de l’Eclairage, CIE) hat zur Farbmessung und Definition einzelner Farbwerte das CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm entwickelt. Es beinhaltet alle Farben, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden. Am Rand des Diagramms (Ortskurve) werden die Spektralfarben mit den dazugehörigen Wellenlängen benannt. In der Mitte addieren sich die Farben zu weißem Licht. Dabei ergibt sich eine Kurve (die Black-Body-Kurve (BBL)), auf der die Farbtemperaturen für weißes Licht liegen.

MacAdams-Ellipsen und ANSI-Norm

Die ANSI-Norm (American National Standards Institute ANSI-Standard ANSI C78.377A) sortiert Farbwerte auf dem CIE-1931-Diagramm mittels einer Skala nach sogenannten MacAdams Ellipsen. Diese Bereiche definieren einen Bereich auf der Farbskala, in denen sich die Farbwerte der LEDs innerhalb eines Bins befinden dürfen. Dabei ist die Mitte der Ellipse der perfekte Sollwert der Lichtfarbe, die Randbereiche markieren die für dieses Binning tolerierte Abweichung. Je enger der Bereich gefasst ist, desto enger das Binning. Die verschiedenen Bereiche werden in mehreren Stufen nach dem Standard Deviation of Colour Matching SDCM (Standardabweichung des Farbabgleichs) beschrieben. Dabei steht 1 für das Optimum ohne erkennbare Farbunterschiede. Bei einem SDCM 2-3 sind Farbunterschiede kaum sichtbar. SDCM 7 wird laut dem US-amerikanischen Energy Star Standard gefordert und im Markt akzeptiert.

CIE-1931-Diagramm

Binning - McAdams Ellypsen - SDMC

Binning