Verkaufs Beratung
Sie bestellen 4'000 rote LEDs mit derselben MPN, vom gleichen Hersteller und von derselben Produktionsrolle. Sie erwarten, dass sie identisch sind. Der Haken: Sie sind es nicht.
Das ist kein Defekt. Jede LED durchläuft rund ein Dutzend Fertigungsschritte, und bei jedem Schritt schleichen sich kleine Abweichungen ein. Wenn die LED die Produktionslinie verlässt, haben sich all diese kleinen Variationen zu einem Endprodukt addiert, das seinen Nachbarn ähnelt, aber nicht mit ihnen identisch ist.
Woher kommen die Abweichungen?
- Jede LED beginnt ihr Leben auf einer sehr präzise hergestellten Kristallscheibe, einem Wafer. Doch nicht alle Wafer sind identisch: Einige können für das menschliche Auge unsichtbare Mikrorisse aufweisen, bei anderen ist die polierte Oberfläche leicht uneben – der Wafer ist von Rand zu Rand nicht überall gleich dick. Diese kleinen Unterschiede übertragen sich auf jede LED, die auf diesem Wafer gefertigt wird.
- Die eigentliche lichtemittierende Schicht der LED wird Atom für Atom auf diesem Wafer aufgewachsen. Gase strömen über den heissen Wafer und scheiden langsam einen dünnen kristallinen Film ab. Doch die Temperatur ist über die Waferoberfläche hinweg leicht unterschiedlich, oder die Gasmischung erzeugt eine Schicht mit variierender Dicke, indem sie im Wesentlichen einige Atome auf dem Wafer verschiebt. Da die Lichtfarbe einer LED von der exakten Zusammensetzung dieser Schicht bestimmt wird, verschiebt bereits eine minimale Abweichung in der Mischung die Farbe um einige Nanometer.
- Auch das Vereinzeln des Wafers ist eine Quelle für Abweichungen. Nach dem Aufwachsen der Schicht enthält ein Wafer Tausende einzelner LED-Chips auf seiner Oberfläche. Der Wafer wird anschliessend mit einem Laser in einzelne Chips vereinzelt. Dabei entstehen winzige Absplitterungen und Kratzer an den Kanten jedes Chips.
Diese Abweichungen wirken klein – einige Millivolt Spannung, einige Nanometer Wellenlänge oder einige Prozent Lichtleistung. Sie sind jedoch real und gross genug, um eine Videowand zu beeinträchtigen und wie einen Flickenteppich aussehen zu lassen.
Wie die Branche damit umgeht, nennt sich Binning.
Die Fabrik kann nicht jede LED identisch herstellen. Deshalb misst sie jede einzelne, kennzeichnet sie und sortiert sie einem definierten Bin zu.
Das Verfahren ist klar dokumentiert, sodass jede bestellte Charge eindeutig angegebene Bin-Codes hat. Nachfolgend sehen Sie ein Beispiel eines Produktetiketts mit Bin-Codes.
Auszug aus dem Datenblatt Federal 3535 Gen2 2W IR660 mit Fokus auf das Etikett, MPN: 2FX002EX00130001.
Lernen wir also, die Bins zu lesen. Binning zu verstehen, ist eines dieser kleinen Details, die ein reibungsloses LED-Projekt von einem frustrierenden unterscheiden.
Was ist LED-Binning?
Binning bezeichnet die Praxis, jede fertige LED am Ende der Produktionslinie zu messen und die Bauteile anschliessend anhand der Messwerte in gekennzeichnete Gruppen, sogenannte Bins, zu sortieren. Jeder Bin umfasst einen engen Bereich eines oder mehrerer Parameter.
Die Bin-Kennzeichnungen sind auf der Rolle und auf dem Aussenkarton aufgedruckt und im Datenblatt der LED angegeben.
Je nach LED-Typ müssen unterschiedliche Parameter gebinnt werden – bei einer IR-LED gelten andere Kriterien als bei einer einfachen farbigen LED.
Die einzelnen LED-Bins im Überblick
1. Durchlassspannungs-Bins
Dieser Bin gilt für jeden LED-Typ.
Die Durchlassspannung ist der Spannungsabfall an der LED bei ihrem Nenn-Durchlassstrom.
Die Bauteile werden – abhängig vom LED-Typ – in Durchlassspannungsbereiche sortiert, die typischerweise 0,15 V breit sind. Bin-Codes wie B05, B20 oder B35 kennzeichnen die jeweilige untere Spannung eines Bereichs.
Auszug aus dem Datenblatt PLCC 3528 mit Fokus auf die Struktur der Spannungs-Bins. B05, B20 und B35 sind Bins, die jeweils einen bestimmten Durchlassspannungsbereich definieren, MPN: 2T03X5RX00031SAA.
Innerhalb einer Charge entspricht der grösste Anteil der produzierten LEDs dem typischen Durchlassspannungswert; kleinere Mengen fallen in die unteren und oberen Bins.
Spannungsverteilung über den Spannungsbereich. Die meisten LEDs fallen in den Bin B20, und ihre Werte liegen nahe am im Datenblatt angegebenen typischen Wert.
Das Binning nach Durchlassspannung ist wichtig, weil die LED eine Diode ist und ihre Strom-Spannungs-Kennlinie exponentiell verläuft. Bereits eine horizontale Verschiebung um einige Hundert Millivolt führt bei derselben angelegten Spannung zu einem um Grössenordnungen anderen Strom.
2. Bins der dominanten Wellenlänge
Dieser Bin gilt für farbige LEDs sowie für jeden Kanal von RGB-Gehäusen.
Die Fabrik misst die wahrgenommene Farbe jeder LED im CIE-1931-Farbdiagramm.
Die Bauteile werden in Bereiche der dominanten Wellenlänge sortiert, die typischerweise 4 bis 5 nm breit sind. Bin-Codes wie R16 oder R20 geben die Startwellenlänge des jeweiligen Bereichs in Nanometern an.
Auszug aus dem Datenblatt PLCC 3528 mit Fokus auf die Struktur der Bins für die dominante Wellenlänge. Es sind zwei Bins angegeben: R16 und R20, MPN: 2T03X5RX00031SAA.
Die Auswirkung ist rein visuell. Zwei LEDs aus benachbarten Bins sehen für das menschliche Auge leicht unterschiedlich aus, wenn sie nebeneinander angeordnet sind.
Illustration der Farbänderung in Abhängigkeit vom Wellenlängen-Bin.
3. Spitzenwellenlängen-Bins
Dieser Bin ersetzt die dominante Wellenlänge bei UV- und IR-LEDs. Diese Bauteile emittieren ausserhalb des sichtbaren Spektrums, daher ist das Konzept der wahrgenommenen Farbe nicht anwendbar.
Die Fabrik misst mit einem Spektrometer die Wellenlänge, bei der die LED ihre maximale Intensität erreicht. Die Bauteile werden in Spitzenwellenlängenbereiche sortiert, die typischerweise 5 bis 10 nm breit sind.
Auszug aus dem Datenblatt der Federal 3535 Lens IR Series mit Fokus auf die Struktur der Spitzenwellenlängen-Bins, MPN: 2FX002EX00130001.
Die Auswirkung hängt von der Anwendung ab. Die Chemie der UV-Härtung reagiert nur bei bestimmten Wellenlängen. IR-Sensoren sprechen ebenfalls nur auf bestimmte Wellenlängen an. Eine Verschiebung um 20 nm kann die Härtungseffizienz reduzieren oder die LED vollständig aus dem empfindlichen Bereich des Detektors verschieben.
4. Lichtstärke-Bins
Dieser Bin gilt für farbige LEDs sowie für jeden Kanal von RGB-Gehäusen.
Die Fabrik misst, wie viel sichtbares Licht jede LED in ihrer Vorwärtsrichtung emittiert. Die Einheit ist Millicandela (mcd).
Die Bauteile werden in Lichtstärkebereiche sortiert, bei denen die hellste LED eines Bins ungefähr 25 bis 30 Prozent mehr Licht emittiert als die schwächste. Die Bin-Codes sind meist Buchstaben wie DB, EA oder EB, wobei jede Stufe einen helleren Bereich bezeichnet.
Auszug aus dem Datenblatt PLCC 3528 mit Fokus auf die Struktur der Lichtstärke-Bins, MPN: 2T03X5RX00031SAA.
Die Auswirkung betrifft die Helligkeitsgleichmässigkeit. Eine einzelne LED aus einer gemischten Bin-Lieferung wirkt für sich allein unauffällig. Eine Reihe von Anzeige-LEDs aus gemischten Bins zeigt jedoch sichtbare Helligkeitsunterschiede.
5. Lichtstrom
Dieser Bin gilt für weisse LEDs, die für allgemeine Beleuchtungszwecke eingesetzt werden.
Statt Licht nur in einer Richtung zu messen, erfasst die Fabrik mit einer Ulbricht-Kugel das gesamte in alle Richtungen emittierte Licht. Die Einheit ist Lumen (lm).
Die Bauteile werden in Lichtstrombereiche sortiert, die typischerweise 10 bis 15 Prozent breit sind.
Auszug aus dem Datenblatt CA2016T 2W Cool White mit Fokus auf die Struktur der Lichtstrom-Bins, MPN: 2DF102CW81F11011.
Die Auswirkung zeigt sich in der Lichtplanung. Zwei LEDs aus benachbarten Lichtstrom-Bins erzeugen eine deutlich unterschiedliche Helligkeit, wenn sie nebeneinander in derselben Leuchte eingebaut sind.
6. Strahlungsfluss
Dieser Bin ersetzt den Lichtstrom bei UV- und IR-LEDs.
Photometrische Einheiten wie Lumen setzen voraus, dass das menschliche Auge das Licht wahrnimmt. UV- und IR-Licht sind für Menschen unsichtbar, deshalb misst die Fabrik stattdessen die reine optische Leistung. Die Einheit ist Milliwatt (mW).
Die Bauteile werden in Strahlungsflussbereiche sortiert, die typischerweise 10 bis 20 Prozent breit sind.
Auszug aus dem Datenblatt der Federal 3535 Lens IR Series mit Fokus auf die Struktur der Strahlungsfluss-Bins, MPN: 2FX002EX00130001.
Die Auswirkung ist anwendungsspezifisch. Bei der UV-Härtung bedeuten mehr Milliwatt kürzere Aushärtezeiten. Bei der IR-Erfassung bedeuten mehr Milliwatt eine grössere Detektionsreichweite.
7. Strahlstärke
Dieser Bin gilt für gerichtete UV- und IR-LEDs, bei denen das emittierte Licht durch eine integrierte Linse in einem engen Strahl gebündelt wird.
Die Fabrik misst die optische Leistung pro Raumwinkel. Die Einheit ist Milliwatt pro Steradiant (mW/sr).
Die Bauteile werden in Strahlstärkebereiche sortiert, die typischerweise 15 bis 25 Prozent breit sind. Die Auswirkung ist dieselbe wie beim Strahlungsfluss, spielt jedoch bei Anwendungen mit engem Abstrahlwinkel eine Rolle – etwa bei IR-Fernbedienungen, Time-of-Flight-Sensoren und UV-Punkthärtungsgeräten. Eine LED aus einem höheren Bin erreicht weiter oder härtet an ihrem Zielpunkt schneller aus.
8. Korrelierte Farbtemperatur (CCT)
Dieser Bin gilt für weisse LEDs.
Die Fabrik misst den wahrgenommenen Wärmegrad des von jeder LED erzeugten weissen Lichts. Die Einheit ist Kelvin (K). Eine LED mit 2'700 K wirkt warm und gelblich, ähnlich einer klassischen Glühlampe. Eine LED mit 6'500 K wirkt kühl und bläulich, wie Tageslicht um die Mittagszeit. Die Bauteile werden in CCT-Bereiche sortiert, die typischerweise 100 bis 300 K breit sind. Die Norm ANSI C78.377 definiert Bins rund um die häufigsten nominalen Farbtemperaturen: 2'700 K, 3'000 K, 3'500 K, 4'000 K, 5'000 K und 6'500 K.
Illustration der CCT-Skala.
Die Auswirkung betrifft direkt die visuelle Erscheinung. Zwei LEDs aus benachbarten CCT-Bins, die in nebeneinanderliegenden Leuchten installiert sind, wirken im Farbton deutlich unterschiedlich.
9. Farbkoordinaten (x, y)
Dieser Bin ist die feinere Ergänzung zur CCT und gilt ebenfalls für weisse LEDs.
Während die CCT den weissen Farbton auf eine einzelne Zahl reduziert, beschreibt die Chromatizität die exakte Farbposition im CIE-1931-Diagramm anhand zweier Koordinaten, x und y. Die Fabrik gruppiert LEDs in MacAdam-Ellipsen – kleine Bereiche des Diagramms, innerhalb derer das menschliche Auge zwei Farben nicht voneinander unterscheiden kann.
Eine 3-Step-Ellipse ist sehr eng und eignet sich für hochwertige Architekturbeleuchtung, bei der die Gleichmässigkeit unsichtbar bleiben muss. Eine 7-Step-Ellipse ist weit und erlaubt sichtbare Farbtonunterschiede zwischen benachbarten LEDs.
Die Auswirkung betrifft die Präzision der Farbabstimmung. Zwei LEDs mit derselben CCT können dennoch unterschiedlich wirken, wenn sie auf gegenüberliegenden Seiten einer breiten MacAdam-Ellipse liegen. Hochwertige Projekte spezifizieren daher sowohl die CCT als auch die MacAdam-Schrittzahl.
10. Farbwiedergabeindex
Dieser Bin gilt für weisse LEDs, die für allgemeine Beleuchtungszwecke eingesetzt werden.
Der Wert beschreibt, wie genau die LED die natürliche Farbe von Objekten im Vergleich zu einer Referenzlichtquelle wie Tageslicht wiedergibt.
Die Skala reicht von 0 bis 100. Höher ist besser. Die Bauteile werden in breite Bereiche wie CRI 80 und höher, CRI 90 und höher sowie CRI 95 und höher sortiert.
Illustration der CRI-Skala.
Die Auswirkung ist ästhetisch, aber in bestimmten Umgebungen wichtig. Eine LED mit CRI 70 lässt Fleisch in einer Metzgerei grau wirken. Eine LED mit CRI 90 lässt dasselbe Fleisch frisch und rot erscheinen. Galerien, Krankenhäuser, Verkaufsflächen und jede Umgebung, in der die Farbdarstellung wichtig ist, spezifizieren hoch-CRI-Bins. Sie kosten mehr, weil die Beschichtung mehrere Phosphortypen benötigt.
So gehen Sie in Ihrem Design und Ihrer Beschaffung mit Binning um
Einige Muster, die sich in der Praxis bewährt haben:
- Bei unkritischen Anwendungen, bei denen die Gleichmässigkeit keine Rolle spielt – etwa bei verdeckten Anzeige-LEDs, Engineering-Prototypen oder einzelnen Status-LEDs – geben Sie den vollständigen Datenblattbereich an und akzeptieren, was die Fabrik liefert. Das ist der günstigste Weg und für viele Anwendungsfälle der richtige.
- Bei optisch gleichmässigen Anwendungen geben Sie in Ihrer Stücklistenposition einen einzelnen Lichtstärke-Bin und einen einzelnen Wellenlängen-Bin an. Rechnen Sie mit einem Preisaufschlag von 10 bis 30 Prozent und einer möglichen Verlängerung der Lieferzeit, weil die Fabrik Bauteile zurücklegen muss, die Ihre Kriterien erfüllen.
- Bei der Validierung in einer frühen Designphase sollten Sie bewusst Bauteile aus den Extremen der Bin-Verteilung testen. Bestellen Sie kleine Mengen aus den niedrigsten und höchsten Bins und prüfen Sie, ob Ihre Schaltung, Ihr Thermodesign und die visuelle Erscheinung mit beiden Varianten zuverlässig funktionieren.
Was Telcona bietet
Bins in einer Stückliste zu spezifizieren, ist eine Sache. Zu wissen, welche Bins auf Lager sind, welche beim Hersteller vorbestellt werden müssen und welche häufig genug produziert werden, um sie für Serienmengen sinnvoll zu spezifizieren, ist eine andere.
Telcona hat über 40 Jahre hinweg direkte Beziehungen zu Herstellern in Japan, China, Taiwan und Hongkong aufgebaut. Für LEDs ist unser autorisierter Partner Edison Opto, der an der taiwanesischen Börse notierte LED-Spezialist.
Wenn Sie ein neues LED-Design starten oder Probleme mit der visuellen Gleichmässigkeit eines bestehenden Designs beheben, sprechen Sie mit uns, bevor Sie die Bestellung platzieren. Die richtigen Bin-Spezifikationen sind zu Beginn wesentlich einfacher festzulegen als nach einem Produktionslauf zu korrigieren.
