¿Cómo comparar el brillo de LED de diferentes colores (no RGB)?

Varios factores hacen que comparar el brillo de los LED no sea trivial.

El brillo de una fuente de luz depende de su espectro.

Los cuatro fotorreceptores diferentes del ojo humano tienen curvas de sensibilidad específicas sobre la longitud de onda y, en conjunto, el ojo humano es más sensible a las longitudes de onda verdes que a las rojas o azules.

Wikipedia muestra la sensibilidad espectral para el ojo humano aquí:

Tenga en cuenta que se muestran dos curvas diferentes: la curva verde representa la visión escotópica, que es cuando el ojo se adapta a las condiciones de oscuridad, y la curva negra representa la visión fotópica, cuando el ojo se adapta a las condiciones de luz y es más sensible al color.

Debido a que la candela es una unidad fotométrica, tiene en cuenta esta sensibilidad espectral: las unidades fotométricas se basan en el flujo luminoso de una fuente de luz, que se determina multiplicando el espectro de potencia de una fuente por una función de luminosidad que representa el espectro del ojo humano. sensibilidad y luego integración, a diferencia de las unidades radiométricas, que se basan en la potencia radiante total de una fuente de luz, que es simplemente la integral del espectro de potencia.

Por lo tanto, comparar las calificaciones de las candelas debería ser manzanas con manzanas, pero si vuelve a mirar el gráfico, tenga en cuenta que hay más de una curva negra. Estos representan diferentes curvas establecidas en diferentes momentos. Debido a que existen diferentes curvas, las mediciones fotométricas solo son directamente comparables si se obtuvieron utilizando la misma función de luminosidad y, lamentablemente, la función específica utilizada no suele especificarse para los indicadores LED (es más probable que se especifique para los LED de alta potencia destinados a la iluminación). ). Pero para la mayoría de los propósitos, los números serán lo suficientemente cercanos para tener una idea aproximada.

Las medidas fotométricas deben tener en cuenta los ángulos.

La candela en particular es una unidad de intensidad luminosa , lo que significa que indica una cierta cantidad de flujo luminoso (es decir, energía radiante ponderada por longitud de onda) dentro de un cierto ángulo sólido. Es equivalente a lúmenes por estereorradián. Esto significa que emitir una determinada cantidad de luz sobre un área pequeña producirá una mayor intensidad en candela que la misma cantidad de luz emitida sobre un área más grande. También significa que la clasificación de candelas de un LED solo es significativa dentro de un ángulo específico. Por lo tanto, si tiene dos LED con la misma longitud de onda y clasificación de candela pero diferentes ángulos de visión, deberían aparecer igualmente brillantes directamente, pero a medida que aumenta su ángulo de visión, el que tiene el ángulo de visión más estrecho aparecerá menos brillante que el uno mas ancho

Además, la intensidad no será constante en todo el ángulo de visión, tenderá a ser más intensa en el centro y disminuirá hasta cierto punto hacia los bordes del ángulo de visión.

Las mediciones fotométricas deben tener en cuenta las áreas

El brillo de una fuente de luz vista directamente depende del tamaño aparente de esa fuente de luz. Una intensidad dada de luz emitida desde una fuente puntual parecerá más brillante que la misma intensidad emitida desde un área más grande, por lo que un LED claro tenderá a parecer más brillante que un LED difuso equivalente. La medida fotométrica relevante aquí es la luminancia, que utiliza las unidades candela por metro cuadrado, a veces llamadas nits (que a su vez equivalen a lúmenes por estereorradián por metro cuadrado. ¡La fotometría puede ser complicada!).

Tenga en cuenta que la luminancia también se verá afectada por la forma en que se presenta el LED al usuario. Los tubos de luz y las lentes cambiarán tanto el ángulo como el área aparente de emisión.

Las especificaciones deben darse bajo condiciones conocidas.

Para obtener el rendimiento especificado de un LED, debe usarse en las mismas condiciones en las que se especificó. Es posible que se hayan medido dos LED con la misma clasificación de candelas a diferentes corrientes de funcionamiento, por lo que si los hace funcionar a la misma corriente, tendrán un rendimiento diferente. La temperatura y la edad también juegan un papel, pero la corriente es el factor principal. Tenga en cuenta que al conducir un LED desde un voltaje constante (como un pin MCU o algo así) a través de una resistencia, la corriente de funcionamiento dependerá del voltaje directo del LED, que dependerá de la química del LED. Entonces, dos LED con especificaciones similares pero diferentes composiciones requerirán diferentes resistencias para obtener la misma corriente de operación. Esto es bastante elemental, pero es fácil pasarlo por alto cuando se comparan LED de color similar.

La intensidad aparente se juzga mejor con un fotodiodo de banda ancha, dirigido directamente al eje con el centro del LED del eje. El fabricante de LED como OPTEK proporciona varios parámetros para juzgar la pureza del color y el brillo en mcd.

El brillo observado al mirar hacia el centro con un fotodiodo (no sus ojos, ya que algunos LED son lo suficientemente intensos como para dañar la retina de los ojos) debe incluir el brillo general, expresado como mcd, que representa el tipo de lente y el ángulo de visión.

Como ejemplo, OPTEK fabrica un LED blanco de alta eficiencia (OVLEW1CB9) con un nivel de brillo intenso de 24000 mcd a solo 20 mA de corriente, 90 mA pulsados. Pero eso es con una lente transparente como el agua y un 15 ajustado.$^{o}$ángulo de visión. Este LED es bueno solo para linternas y focos, ya que es demasiado duro para una lámpara de lectura. Amplíe el ángulo de visión y agregue una lente ahumada o tintada y ahora tiene un LED que es mucho más agradable a la vista. Pero eso es todo relativo.

Los LED de color puro se mejoran constantemente. Samsung ahora tiene 'LED cuánticos' que se supone que están más cerca de ser verdaderos rojo, verde y azul, pero el objetivo es que los LED láser se conviertan en la norma donde la pureza del color es obligatoria, lo que significa televisores y monitores.

Un colorómetro calibrado no daría lecturas precisas a menos que estuviera enfocado en el centro del ángulo de visión del LED. La forma en que el ojo ve el color no es lineal y también es relativa, por lo que estos fabricantes de LED utilizan costosos colorómetros de grado de laboratorio desde muchos ángulos para ensamblar sus hojas de datos.

La forma en que los ojos ven el color y el brillo no cuenta en el laboratorio, es una cuestión de marketing. Solo se puede decir que un valor alto de mcd significa un LED brillante, pero ¿es el brillo de la corriente de la unidad, el tipo de lente, la pureza del color o el ángulo de visión? Son los 4 de estos parámetros, por lo que elegir solo uno no es preciso en absoluto para juzgar el brillo real de un LED.

El voltaje del LED depende del tipo de material semiconductor utilizado para la construcción:

Y esta construcción también determina la longitud de onda de su banda. Por ejemplo, un material de 840-940 nm tiene una caída de voltaje aproximada de 1,2 V. Pero esta caída de voltaje nunca es de 1,2 V si usa un multímetro de borde alto, como uno que tenga un recuento de pantalla superior a 20000.

Puede usar la función de voltaje para detectar el brillo y la relación entre el brillo, el voltaje y la longitud de onda. Este gráfico de espectros, por supuesto, proporcionará ayuda: y

También necesitará usar Arduino o Raspberry pi para leer el voltaje y hacer la lógica detrás. También estos dos documentos de UCI y ACS te ayudarán a establecer la relación: UCI: Light emitting diodes , ACS