Нет, это не про мистера Бина и даже не про актера Роуэна Аткинсона. Это про бины и биннирование вообще и светодиодов в частности. Равноупотребимым бину термином является ранг (rank) и ранжирование.
Светодиодные кристаллы
Как делают светодиоды? Выращивают кристалл в виде круглой заготовки диаметром 150 ... 300 мм (6 ... 12 дюймов), например карбида кремния или сапфира. Нарезают эту заготовку на тонкие пластины, затем наносят на них тонкие эпитаксиальные слои полупроводниковых структур на основе нитрида индия и галлия - InGaN (спектр от синего до зеленого), или алюминия и фосфида галлия - AlInGaP (спектр от желтого до красного).
Затем полученные пластины скрайбируют - режут на квадраты (алмазом, ультразвуком, лазером и т.д.). Стандартные размеры квадрата (прямоугольника) 24×24, 24×40, 35×35 и 40×40 mil (1 mil = 0,0254мм). Полученные квадраты и называют светодиодным кристаллом. Монтируя кристалл (кристаллы) в тот или иной корпус, получают тот или иной светодиод.
А вот теперь самое интересное. У светодиода существует два основных параметра: длина волны и световой поток (всего же их более десяти). Логично предположить, что эти параметры будут меняться для различных светодиодных кристаллов, в зависимости от того, из какого места пластины они вырезаны, ухудшаясь от центра пластины к ее краям. И эти изменения, скорее всего, будут подчиняться нормальному закону распределения (как и большинство природных процессов).
Ранги и бины по силе света
Рассмотрим сортировку кристаллов для двух известных производителей: Cree и Nichia.
Вот график бинов по силе света для синего, красного и зеленого светодиодов серии C5SMF-Rxx,Gxx,Bxx Cree.
У фирмы Cree биннирование построено логично, по букам алфавита. Для каждой буквы существует четыре подгруппы. Каждый бин отличается от предыдущего на 8 - 10% . Максимальный бин для каждого цвета больше минимального примерно в 3,5 раза.
А вот график рангов по силе света для синего, красного и зеленого светодиодов серии NSP...346 Nichia:
Здесь логика ранжирования не столь очевидна, как для Cree. От ранга к рангу сила света отличается на 4...5%. А максимальная сила света отличается от минимальной в 1,84 раза для синего и в 1,54 раза для красного и зеленого светодиодов.
Ранги и бины по длине волны
В таблице показано биннирование светодиодов Cree по длине волны.
Для светодиодов фирмы Nichia ранги цвета указаны в координатах XY. Пользуясь статьей "Как преобразовать цветовые координаты в длину волны светодиода" определим центральную длину волны для каждого ранга. Эта длина волны составит 620 и 625 нм (ранги R8aa и R8ab) для красных, 522, 525, 529 и 533 нм (ранги G1na, G1nb, G2na, G2nb) для зеленых, 466, 469, 471 и 474 нм (ранги W1na, W1nb, W2na, W2nb) для синих светодиодов.
Как выбирать светодиоды
В общем случае, в соответствии с пословицей: лучше быть богатым и здоровым, чем бедным и больным. То есть, по возможности выбирать светодиоды с максимальными бинами и рангами по силе света. Выбор бинов и рангов по длине волны не является критическим. В лучшем случае можно немного увеличить площадь цветового треугольника. Подробнее об этом можно прочитать в статье "Энергетика светодиодного пикселя".
Вернемся к силе света. Например, для светодиодов Cree серии C5SMF... можно выбрать тройку светодиодов с минимальными бинами: T1 (1,1 Кд), V1 (2,13 Кд), R1 (0,55 Кд). Тогда, используя коэффициенты баланса из статьи "Магические числа или баланс белого цвета", получим силу света для пикселя 3,3 Кд (1.1 + 1.9 + 0.3). При шаге пикселей 20 мм получим яркость 8,3 кКд/м2 (см. статью "Что такое светодиодный экран"). На первый взгляд не так плохо.
А если выбрать из той же серии светодиоды с максимальными бинами: W4 (4.18Кд), Y4 (8.2Кд), U4 (2.13Кд), то мы уже получим силу света 11,9 Кд и яркость 20-мм пикселя 29,6 кКд/м2.
Но, стандартом де факто для уличных экранов (outdoor) является яркость 6 - 8 кКд/м2, а для экранов в помещении (indoor) 2 - 3 кКд/м2. Поэтому яркость 29,6 кКд/м2 является избыточной и может вызывать иррадиацию, или даже ослепление.
Следовательно, яркость следует снизить примерно в 4 раза. И это очень хорошо. Во-первых, такое снижение (его можно реализовать по току или по длительности) позволит уменьшить энергопотребление также почти в 4 раза. И, во-вторых, и это самое главное, срок службы экрана повысится многократно.
Дело в том, что срок службы светодиода в основном зависит от температуры светодиодного кристалла. Принято считать, что снижение температуры кристалла на каждые 10 градусов, увеличивает срок службы в два раза. (Под сроком службы понимается спад яркости на 30 или на 50%). Подробнее об этом можно прочитать в статье "Энергетика светодиодного пикселя".
Как купить партию светодиодов с нужным бином/рангом? У каждого производителя существует свой подход к этому делу. Например, в Cree нельзя заказать светодиоды с определенным бином. Можно заказать только четыре соседних бина (например для красных светодиодов можно заказать бины от T1(1100) до U2(1824)). Конечно, будет поставлен только один бин (иначе в одном изделии будет слишком большой разброс по яркости), но какой именно, определит сама Cree.
У других фирм может быть другой подход. Ясно одно: чем выше бин/ранг, тем дороже будет стоить светодиод. Но вряд-ли цена будет отличаться больше, чем на 20 - 30%. А в конечном изделии повышение цены будет менее заметно. Это повышение с лихвой отыграется меньшим энергопотреблением, большей надежностью и увеличенным сроком службы.
Сегодня, благодаря нашим китайским друзьям, большинство светодиодных экранов производится из готовых модулей (подробнее см. "Эволюция светодиодных строк". К сожалению, фирмы - производители модулей указывают всего два параметра: яркость и мощность модуля. Заказать в конкретной фирме светодиодные модули на светодиодах определенного производителя, с определенными бинами/рангами, достаточно сложно, а иногда и невозможно. Но, в случае успеха, такие усилия окупятся.