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Binning LED : une méthode de tri selon la performance

Comment sont pris en compte les paramètres dans le binning LED, une méthode de tri selon la performance en sortie de production ?
par Thomas Merelle16 octobre 2017

Nous avons vu lors d’un précédent article que la variabilité dans les procédés de fabrication de composants LED semi-conducteurs induisait une distribution de leur performance en sortie de ligne de production.

En sortie d’usine, les LEDs sont mesurées et triées en fonction de leur performance dans plusieurs bacs, ou “bins” en Anglais. Le binning est le plus souvent basé sur l’une des mesures suivantes :

  • Tri en fonction de la valeur de flux lumineux (luminous flux, en anglais)
  • Tri en fonction de la tension directe (forward voltage ou Vf, en anglais)
  • Tri en fonction du point de couleur (sur un diagramme de chromaticité CIE)

Illustration en tête de l’article : principe du binning des LEDs en sortie de ligne de production – Dessin : Thomas Mérelle

Les critères impactant le plus la performance des LEDs sont le flux lumineux et la température de couleur.

Tri des LED par flux lumineux

Le binning en fonction du flux est une fonction linéaire. Les LED sont individuellement mesurées et triées en fonction du nombre de Lumen dans différentes gammes de flux.

Les fabricants de LEDs créent bien souvent leurs propres standards de bin en Lumen et fournissent une information claire sur la performance en Lumen de chacun de leurs bins. Ainsi, les fabricants de luminaires peuvent choisir aisément le bin (ou la combinaison de bins) satisfaisant les besoins en performance de leur futur produit.

Tri des LED par température de couleur

Le binning sur la température de couleur est un procédé plus complexe. Les bins en température de couleur sont définis en fonction des coordonnées (x,y) sur le diagramme de chromaticité CIE 1931, elles-mêmes extraites du spectre en émission de la LED.

  • Plus la taille du bin est importante, plus la variation autour d’une température de couleur nominale est tolérée.
  • Inversement, une taille de bin plus faible permet d’avoir un contrôle plus important sur la variation de la température de couleur.

Diagramme de chromaticité de la CIE xy, 1931 avec les ellipses de MacAdam © Wikipédia

Ellipses de MacAdam et déviation colorée

Les ellipses de MacAdam peuvent être définies par des séries de SDCM (standard deviation of color matching, en anglais, soit en français : déviation standard de similarité en couleur). Le tableau ci-dessous donne le consensus sur la perception de l’homogénéité de la couleur par l’oeil humain en fonction du rayon de l’ellipse de MacAdam.

Tableau : rayons des ellipses de MacAdam (en 10-3 u’v’) et consensus sur la perception de l’homogénéité de la couleur.

Rayon des ellipses de MacAdam “1” (10-3 u’v’) “2-3” 2 et 3.10-3 u’v’ >“4” et 4.10-3 u’v’
Homogénéité de couleur dans l’ellipse Pas de différence de couleur visible Différence à peine visible Différence visible

Ellipses de MacAdam de 1, 2 et 3 SDCM – Dessin : Cree

Comme montré dans la figure ci-dessous, les bins ANSI dans le diagramme de chromaciticé CIE 1931 sont des parallélépipèdes dont les dimensions correspondent à celle d’une ellipse de MacAdam de rayon 7. Les bins ANSI sont délimités pas les lignes de même température de couleur (iso-CCT) et sont centrés sur la courbe du corps noir, plus connue sous le nom de courbe de la loi de Planck. Plus de détails sur cette norme au nom de ANSI C78.377-2008 de l’American National Standard Institute peuvent être trouvés dans la littérature.

Norme ANSI C78.377-2008 et ellipse de MacAdam de rayon 7 – Dessin : Cree

Les fabricants de LEDs ont réalisé qu’une telle définition n’était pas suffisante pour satisfaire toute demande client. Ils ont donc défini des sous bins tels que les ANSI/4 qui sont obtenus en divisant chaque ANSI bin par 4 parallélépipèdes de surfaces égales. Des subdivisions plus importantes existent (ANSI/16 par exemple) pour des besoins en contrôle du point de couleur plus précis.

ANSI bins 3 a 8 et ANSI4 sous bins 3A à 8D sur un diagramme de chromaticité CIE 1931 – Dessin : Cree

Principe du système Easywhite de rayons 3 et 5 sur le diagramme CIE 1931 – Dessin : Cree

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Sujets Binning LED LED Performance LED Flux lumineux Tension directe Point de couleur Température de couleur Diagramme de chromaticité CIE CIE 1931 Luminaire Bin Ellipses de MacAdam SDCM Rayon ANSI ANSI C78.377-2008 ANSI C78.377-2017 Loi de Planck
Effets lumière Lumière blanche
Techniques d'éclairage Éclairage LED
Professions Fabricant
Supports Texte Dessin Graphique
Source Thomas Mérelle Light ZOOM Lumière
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Thomas Merelle
Thomas Merelle

Consultant chez Pi Lighting dans le domaine de la LED et de son utilisation dans des applications high-tech depuis 2015. Docteur en Physique du semiconducteur ayant travaillé pour cette industrie en France, en Belgique et en Allemagne durant 13 ans. Mes centres d’intérêt sont l’innovation technologique et ses applications concrètes, la géopolitique et les voyages.

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