جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
- 2. تحليل المعلمات التقنية
- 2.1 التصنيفات القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 2.3 الخصائص الحرارية
- 3. شرح نظام التصنيف
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي
- 4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة
- 4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
- 4.4 توزيع الطيف
- 4.5 نمط الإشعاع
- 5. معلومات الميكانيكا والتغليف
- 5.1 أبعاد الحزمة ونمط اللحام
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق
- 6.2 احتياطات حرجة
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 الحساسية للرطوبة والتخزين
- 7.2 مواصفات الشريط والبكرة
- 7.3 شرح الملصق
- 8. اعتبارات تصميم التطبيق
- 8.1 دوائر التطبيق النموذجية
- 8.2 اقتران أنبوب الضوء والدليل
- 8.3 إدارة الحرارة في تخطيط PCB
- 9. المقارنة التقنية والتمييز
- 10. الأسئلة المتكررة (FAQ)
- 11. دراسة حالة تصميمية
- 12. مبدأ التشغيل
1. نظرة عامة على المنتج
تمثل سلسلة 65-21 عائلة من الثنائيات الباعثة للضوء العلوية المصغرة (LED) المصممة لتطبيقات تقنية التركيب السطحي (SMT). هذا النوع المحدد، الذي يُعرف بلاحقة رقم الجزء التي تشير إلى تصنيفه، يُصدر ضوءًا أصفر-أخضر ساطعًا. تتمحور فلسفة التصميم الأساسية حول تكوين تركيب علوي حيث ينبعث الضوء عبر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). هذا الهيكل الفريد، المدمج مع عاكس داخلي متكامل، مُصمم لتحسين اقتران خرج الضوء، مما يجعل هذه المكونات مناسبة بشكل استثنائي للتطبيقات التي تستخدم أنابيب الضوء أو أدلة الضوء.
الحزمة عبارة عن جهاز صغير أبيض للتركيب السطحي. إحدى ميزات الأداء الرئيسية هي زاوية المشاهدة الواسعة بشكل استثنائي، والتي توصف بـ 120 درجة (العرض الكامل عند نصف القيمة القصوى، 2θ1/2). يضمن ملف الانبعاث العريض هذا وضوح الرؤية من زوايا مختلفة، وهو عامل حاسم لتطبيقات المؤشرات. المنتج متوافق مع التوجيهات البيئية والسلامة الرئيسية، بما في ذلك RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، ويتم تصنيعه خاليًا من الهالوجين (مع البرومين <900 جزء في المليون، والكلور <900 جزء في المليون، ومجموعهما <1500 جزء في المليون). يتم توريده على شريط وبكرة لتوافقه مع عمليات التجميع الآلي (pick-and-place).
1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
تنبع المزايا الأساسية لسلسلة 65-21 من تصميمها الميكانيكي والبصري. الانبعاث العلوي عبر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هو سمة تعريفها، مما يتيح اقترانًا فعالًا في أنابيب الضوء دون الحاجة إلى إطلاق جانبي أو تركيب بزاوية قائمة. يعزز العاكس المتكامل داخل الحزمة استخراج الضوء وتوجيهه. توفر زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 120 درجة وضوح رؤية ممتازًا في جميع الاتجاهات. تتيح حزمة SMT تخطيطات PCB عالية الكثافة وهي متوافقة مع عمليات لحام إعادة التدفق القياسية.
التطبيقات المستهدفة متنوعة، وتركز على المجالات التي يكون فيها الحجم الصغير، والإشارة الموثوقة، وتوجيه الضوء الفعال أمرًا بالغ الأهمية. وتشمل هذه: مؤشرات الحالة البصرية على الإلكترونيات الاستهلاكية والمعدات الصناعية؛ الإضاءة الخلفية للشاشات البلورية السائلة (LCD)، ولوحات المفاتيح، والمفاتيح، وألواح العدادات؛ الإضاءة العامة للإعلانات واللافتات؛ وإضاءة السيارات الداخلية، مثل الإضاءة الخلفية للوحة القيادة. يتم تهيئة المكون مسبقًا بناءً على معايير JEDEC J-STD-020D المستوى 3، مما يشير إلى متانته لعمليات اللحام التجارية النموذجية.
2. تحليل المعلمات التقنية
يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات. فهم هذه الحدود والخصائص أمر ضروري لتصميم دائرة موثوقة وضمان أداء LED طويل الأمد.
2.1 التصنيفات القصوى المطلقة
تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم لـ LED. هذه ليست ظروفًا للتشغيل العادي.
- الجهد العكسي (VR):12 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في الاتجاه العكسي في انهيار الوصلة.
- التيار الأمامي المستمر (IF):25 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
- التيار الأمامي الذروي (IFP):60 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 10% عند 1 كيلو هرتز) ولا يجوز استخدامه للتشغيل بالتيار المستمر.
- تبديد الطاقة (Pd):60 ميغاواط. أقصى قدرة يمكن للحزمة تبديدها كحرارة، وتحسب كـ الجهد الأمامي (VF) × التيار الأمامي (IF).
- درجة حرارة الوصلة (Tj):115 درجة مئوية. أقصى درجة حرارة مسموح بها لشريحة أشباه الموصلات نفسها.
- درجة حرارة التشغيل والتخزين:-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية (تشغيل)، -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية (تخزين).
- التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):2000 فولت (نموذج جسم الإنسان). مطلوب إجراءات التعامل المناسبة مع ESD.
- درجة حرارة اللحام:لإعادة التدفق، يُحدد ذروة 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ. للحام اليدوي، يُسمح بـ 350 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ لكل طرف.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس هذه المعلمات في حالة اختبار قياسية لدرجة حرارة محيطة 25 درجة مئوية وتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.
- شدة الإضاءة (IV):تتراوح من حد أدنى 36 ملي كانديلا (mcd) إلى حد أقصى 90 mcd. لم يتم تحديد القيمة النموذجية، حيث يتم تصنيف الأجزاء. ينطبق تسامح ±11%.
- زاوية المشاهدة (2θ1/2):120 درجة. هذا هو العرض الزاوي حيث تكون شدة الإضاءة على الأقل نصف شدة الذروة المقاسة عند 0 درجة (على المحور).
- الطول الموجي الذروي (λp):حوالي 575 نانومتر (nm). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد.
- الطول الموجي السائد (λd):يتراوح من 569.5 نانومتر إلى 577.5 نانومتر. هذا هو إدراك الطول الموجي الواحد للون LED بواسطة العين البشرية وهو المعلمة الرئيسية لتصنيف اللون. التسامح هو ±1 نانومتر.
- عرض النطاق الطيفي (Δλ):حوالي 20 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ يعني عرض النطاق الأصغر لونًا أكثر أحادية اللون.
- الجهد الأمامي (VF):يتراوح من 1.75 فولت إلى 2.35 فولت عند 20 مللي أمبير. التسامح هو ±0.1 فولت. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم المقاوم المحدد للتيار المتسلسل مع LED.
- التيار العكسي (IR):حد أقصى 10 ميكرو أمبير (μA) عند تطبيق انحياز عكسي 12 فولت.
2.3 الخصائص الحرارية
على الرغم من عدم إدراجها صراحةً في جدول منفصل، إلا أن إدارة الحرارة تُفهم ضمنيًا من خلال تصنيفات تبديد الطاقة (Pd) ودرجة حرارة الوصلة (Tj). يُظهر منحنى تخفيض التيار الأمامي بيانياً كيف يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية لمنع تجاوز حد درجة حرارة الوصلة البالغ 115 درجة مئوية. تخطيط PCB فعال مع تخفيف حراري كافٍ ضروري للتطبيقات ذات التيار العالي أو درجة الحرارة المحيطة المرتفعة.
3. شرح نظام التصنيف
لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات (Bins). تستخدم سلسلة 65-21 مجموعات منفصلة لشدة الإضاءة والطول الموجي السائد.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم فرز شدة الإضاءة إلى أربع مجموعات متميزة (N2, P1, P2, Q1) عند القياس عند IF= 20 مللي أمبير. تغطي كل مجموعة نطاقًا محددًا:
- N2:36 mcd إلى 45 mcd
- P1:45 mcd إلى 57 mcd
- P2:57 mcd إلى 72 mcd
- Q1:72 mcd إلى 90 mcd
يتضمن رقم الجزء (مثال: G6C-AN2Q1/3T) رموزًا تحدد المجموعات التي ينتمي إليها الجهاز من حيث الشدة والطول الموجي، مما يسمح للمصممين باختيار أجزاء ذات تسامح أداء ضيق لتطبيقهم.
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
يتم تصنيف الطول الموجي السائد، الذي يحدد اللون الأصفر-الأخضر المُدرك، ضمن المجموعة A. وهو مقسم إلى أربعة رموز (C16 إلى C19)، يمتد كل منها على نطاق 2 نانومتر:
- C16:569.5 نانومتر إلى 571.5 نانومتر
- C17:571.5 نانومتر إلى 573.5 نانومتر
- C18:573.5 نانومتر إلى 575.5 نانومتر
- C19:575.5 نانومتر إلى 577.5 نانومتر
يضمن هذا التصنيف الدقيق حدًا أدنى من التباين اللوني بين مصابيح LED في تجميع واحد، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات مثل الإضاءة الخلفية متعددة LED أو مصفوفات المؤشرات.
4. تحليل منحنيات الأداء
توفر ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة توضح سلوك LED في ظل ظروف مختلفة. هذه ضرورية لاعتبارات التصميم المتقدمة.
4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي
يُظهر هذا المنحنى أن شدة الإضاءة ليست متناسبة خطيًا مع التيار الأمامي. بينما تزداد الشدة مع التيار، تميل العلاقة إلى ما دون الخطية عند التيارات الأعلى بسبب زيادة درجة حرارة الوصلة وانخفاض الكفاءة. قد يؤدي التشغيل بشكل كبير فوق تيار الاختبار الموصى به البالغ 20 مللي أمبير إلى نتائج متناقصة في السطوع وتسريع الشيخوخة.
4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة
يوضح هذا الرسم البياني معامل درجة الحرارة السالب لخرج الإضاءة. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، ينخفض خرج ضوء LED. هذه سمة أساسية لمصادر الضوء بأشباه الموصلات. يسمح المنحنى للمصممين بتقدير فقدان السطوع في بيئات درجة الحرارة المرتفعة والتعويض إذا لزم الأمر.
4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
منحنى I-V ذو طبيعة أسية، نموذجي للثنائي. تؤدي زيادة صغيرة في الجهد الأمامي إلى زيادة كبيرة في التيار الأمامي. يسلط هذا الضوء على الأهمية القصوى لاستخدام جهاز تحديد للتيار (دائمًا تقريبًا مقاومة) على التوالي مع LED عند تشغيله بواسطة مصدر جهد. تشغيل LED بجهد ثابت سيؤدي إلى هروب حراري وتدميره.
4.4 توزيع الطيف
يُظهر مخطط التوزيع الطيفي القدرة البصرية النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية. بالنسبة لهذا LED الأصفر-الأخضر الساطع، تبلغ الذروة حوالي 575 نانومتر مع عرض كامل نموذجي عند نصف القيمة القصوى (FWHM) يبلغ 20 نانومتر. هذا المخطط مفيد للتطبيقات الحساسة لمحتوى طيفي محدد.
4.5 نمط الإشعاع
يؤكد مخطط الإشعاع القطبي بصريًا زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 120 درجة. من المحتمل أن يكون النمط لامبرتي أو شبه لامبرتي، مما يعني أن الشدة تتناسب تقريبًا مع جيب تمام زاوية المشاهدة. هذا النمط مثالي للإضاءة ذات المساحة الواسعة واقتران أنبوب الضوء.
5. معلومات الميكانيكا والتغليف
5.1 أبعاد الحزمة ونمط اللحام
تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا لأبعاد حزمة LED. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول والعرض والارتفاع الإجماليين، بالإضافة إلى تباعد الأطراف (الطرفية) وحجمها. يتم أيضًا توفير تخطيط لوح اللحام الموصى به (نمط اللحام) لـ PCB. الالتزام بهذا النمط الموصى به أمر بالغ الأهمية لتحقيق وصلة لحام موثوقة، وضمان المحاذاة الصحيحة أثناء إعادة التدفق، وإدارة الإجهاد الحراري. يحدد الرسم أن التسامح هو ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
5.2 تحديد القطبية
يجب مراعاة القطبية للتشغيل الصحيح. يشير رسم ورقة البيانات إلى طرفي الأنود والكاثود. عادةً، يمكن تحديد الكاثود بواسطة علامة على جسم الحزمة، مثل نقطة، أو شق، أو علامة خضراء، أو بشكل طرف مختلف (مثل طرف أقصر). سيؤدي اتصال القطبية غير الصحيح أثناء اللحام إلى منع إضاءة LED عند الانحياز الأمامي.
6. إرشادات اللحام والتجميع
التعامل واللحام المناسبان أمران بالغا الأهمية لمنع تلف مكونات SMT هذه.
6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق
يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة إعادة تدفق محدد خالٍ من الرصاص. يتضمن عادةً: منحدر تسخين مسبق (مثال: 150-200 درجة مئوية لمدة 60-120 ثانية)، منحدر خاضع للتحكم إلى درجة الحرارة القصوى، وقت فوق نقطة الانصهار (مثال: فوق 217 درجة مئوية لمدة 60-150 ثانية)، درجة حرارة قصوى لا تتجاوز 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ، ومرحلة تبريد خاضعة للتحكم. يركز الملف على تقليل الصدمة الحرارية والتعرض لدرجات الحرارة القصوى.
6.2 احتياطات حرجة
- تحديد التيار:مقاومة متسلسلة خارجية إلزامية. بدونها، حتى زيادة صغيرة في جهد التغذية يمكن أن تسبب زيادة كبيرة ومدمرة في التيار.
- دورات إعادة التدفق:يجب ألا يخضع LED لأكثر من دورتين من لحام إعادة التدفق لتجنب الإجهاد الحراري المفرط على الحزمة وروابط الأسلاك.
- الإجهاد الميكانيكي:تجنب تطبيق إجهاد مادي على LED أثناء التسخين (اللحام) أو عن طريق انحناء PCB بعد التجميع.
- اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف <350 درجة مئوية، قم بتسخين كل طرف لمدة ≤3 ثوانٍ، واسمح بفترة تبريد ≥2 ثانية بين الأطراف. استخدم مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط).
- الإصلاح:لا يُنصح بالإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، فيجب استخدام مكواة لحام برأس مزدوج متخصص لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يمنع الإجهاد الميكانيكي من رفع لوح لحام واحد.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 الحساسية للرطوبة والتخزين
يتم تغليف المكونات في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف وبطاقة مؤشر رطوبة. يجب فتح الكيس مباشرة قبل الاستخدام فقط في بيئة مسيطر عليها <30 درجة مئوية و <60% رطوبة نسبية. إذا أظهرت بطاقة المؤشر تعرضًا مفرطًا للرطوبة، فيجب تجفيف المكونات عند 60 درجة مئوية ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة \"الفشار\" أثناء إعادة التدفق.
7.2 مواصفات الشريط والبكرة
يتم توريد مصابيح LED على شريط حامل ملفوف على بكرات للتجميع الآلي. تشمل المواصفات الرئيسية: أبعاد البكرة (القطر، العرض، حجم المحور)، أبعاد جيوب الشريط الحامل، والتباعد (المسافة بين الجيوب). الكمية القياسية المحملة هي 3000 قطعة لكل بكرة. يتم توفير رسومات تفصيلية للبكرة، والشريط الحامل، وعملية التغليف بالكيس المضاد للرطوبة في ورقة البيانات.
7.3 شرح الملصق
يحتوي ملصق البكرة على عدة رموز:
- P/N:رقم المنتج الكامل.
- CAT:رمز مجموعة شدة الإضاءة (مثال: Q1).
- HUE:رمز مجموعة الطول الموجي السائد (مثال: C18).
- REF:رتبة الجهد الأمامي.
- LOT No:رقم الدفعة القابل للتتبع.
8. اعتبارات تصميم التطبيق
8.1 دوائر التطبيق النموذجية
الدائرة الأساسية والأكثر أهمية هي مصدر جهد (VCC)، مقاومة محددة للتيار (RS)، و LED على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: RS= (VCC- VF) / IF، حيث VFو IFهما نقطتا التشغيل المطلوبتان. استخدم دائمًا أقصى VFمن ورقة البيانات (2.35 فولت) لتصميم أسوأ حالة لضمان عدم تجاوز التيار للحدود. على سبيل المثال، مع مصدر تغذية 5 فولت وهدف IFبقدرة 20 مللي أمبير: RS= (5V - 2.35V) / 0.020A = 132.5Ω. ستكون مقاومة قياسية 130Ω أو 150Ω مناسبة، مع تصنيف قدرة P = IF2× RS.
8.2 اقتران أنبوب الضوء والدليل
لتطبيقات أنبوب الضوء، يكون الانبعاث العلوي عبر PCB مثاليًا. يجب وضع LED مباشرة تحت سطح الإدخال لأنبوب الضوء. تساعد زاوية المشاهدة الواسعة في التقاط جزء كبير من الضوء المنبعث في الأنبوب. يجب تقليل الفجوة بين قبة LED وأنبوب الضوء، ويمكن استخدام مواد اقتران بصرية (مثل السيليكون، لاصق شفاف) لتقليل خسائر انعكاس فريسنل عند فجوة الهواء.
8.3 إدارة الحرارة في تخطيط PCB
على الرغم من كونه جهاز إشارة صغيرة، إلا أن إدارة الحرارة تحسن طول العمر. استخدم أبعاد لوح اللحام الموصى بها. يساعد توصيل لوح التبريد (إن وجد) أو ألواح الكاثود/الأنود بمناطق نحاسية أكبر على PCB في تبديد الحرارة. يمكن للفتحات الحرارية تحت الحزمة نقل الحرارة إلى الطبقات الداخلية أو السفلية. تجنب وضع LED بالقرب من مكونات توليد الحرارة الأخرى.
9. المقارنة التقنية والتمييز
تميز سلسلة 65-21 نفسها بشكل أساسي من خلالالمسار البصري العلوي عبر PCB. مقارنةً بمصابيح LED الجانبية أو الزاوية القائمة القياسية، يبسط هذا التصميم التكامل الميكانيكي مع أنابيب الضوء، مما يلغي الحاجة إلى انحناءات معقدة أو منعطفات 90 درجة في دليل الضوء. العاكس الداخلي المتكامل هو ميزة تهدف إلى تحسين الكفاءة البصرية خصيصًا لهذه الطريقة الاقترانية. زاوية المشاهدة البالغة 120 درجة واسعة بشكل استثنائي لحزمة علوية، مما يوفر وضوح رؤية خارج المحور أفضل من العديد من المنافسين. امتثالها لأحدث معايير اللحام الخالية من الهالوجين وعالية الحرارة (الخالية من الرصاص) يجعلها مناسبة للتصنيع الإلكتروني الحديث الواعي بيئيًا.
10. الأسئلة المتكررة (FAQ)
س1: هل يمكنني تشغيل هذا LED مباشرة من دبوس متحكم دقيق 3.3 فولت أو 5 فولت؟
ج: لا. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة محددة للتيار على التوالي. يُظهر منحنى I-V أن تغييرًا صغيرًا في الجهد يسبب تغييرًا كبيرًا في التيار. يمكن أن يختلف جهد خرج دبوس المتحكم الدقيق، وتوصيل LED مباشرة من شأنه أن يدمره على الأرجح.
س2: لماذا يكون LED الخاص بي أكثر خفوتًا مما هو متوقع عند استخدامه في بيئة عالية الحرارة؟
ج: هذا سلوك طبيعي. راجع منحنى \"شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة\". ينخفض خرج ضوء LED مع زيادة درجة الحرارة. قد تحتاج إلى اختيار مجموعة سطوع أعلى (مثل Q1) أو زيادة تيار التشغيل قليلاً (ضمن الحدود المطلقة) للتعويض، مع التأكد من عدم تجاوز الحدود الحرارية.
س3: تم فتح الكيس أمس. هل يمكنني استخدام مصابيح LED المتبقية اليوم دون تجفيف؟
ج: يعتمد ذلك على ظروف أرضية المصنع ومستوى الحساسية للرطوبة (MSL) للمكون، والذي يُفهم من تعليمات التجفيف. إذا كانت البيئة مسيطر عليها (<30 درجة مئوية / 60% رطوبة نسبية) وكان وقت التعرض قصيرًا (ربما أقل من عمر الأرضية المحدد لـ MSL، مثال: 168 ساعة لـ MSL 3)، فمن المحتمل أن يكون آمنًا. إذا كنت في شك، أو إذا أظهرت بطاقة مؤشر الرطوبة مستويات تحذيرية، فقم بتجفيف المكونات كما هو محدد.
س4: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟
ج: الطول الموجي الذروي (λp) هو الطول الموجي الفعلي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. الطول الموجي السائد (λd) هو طول موجي واحد محسوب يُدركه العين البشرية على أنه له نفس لون الطيف العريض لـ LED. λdأكثر صلة بمطابقة الألوان في التطبيقات البصرية.
11. دراسة حالة تصميمية
السيناريو: تصميم لوحة مؤشر حالة مع أنبوب ضوء لوحدة تحكم صناعية.
1. المتطلبات:يجب أن تكون مصابيح LED الحالة الصفراء-الخضراء المتعددة مرئية من اللوحة الأمامية عبر أنابيب ضوء فردية.
2. اختيار المكون:تم اختيار سلسلة 65-21 لانبعاثها العلوي، مما يبسط التصميم الميكانيكي. يمكن أن يكون أنبوب الضوء عنصرًا مستقيمًا رأسيًا يجلس مباشرة فوق LED على PCB.
3. التصنيف:لضمان سطوع موحد عبر اللوحة، يتم تحديد مصابيح LED من نفس مجموعة شدة الإضاءة (مثل كلها P2 أو Q1). لضمان لون موحد، يتم تحديد مصابيح LED من نفس مجموعة الطول الموجي السائد (مثل كلها C18).
4. تصميم الدائرة:يتم استخدام خط تغذية مشترك 5 فولت. باستخدام أقصى VFبقدرة 2.35 فولت وهدف IFبقدرة 20 مللي أمبير، يتم اختيار مقاومة متسلسلة 150Ω لكل LED، تبدد 60 ميغاواط (0.06 واط) لكل مقاومة. مقاومة 1/8 واط أو 1/10 واط كافية.
5. تخطيط PCB:يتم وضع مصابيح LED وفقًا لمواضع أنبوب الضوء. يتم استخدام نمط اللحام الموصى به. يتم استخدام وصلات تخفيف حرارية صغيرة على ألواح اللحام للمساعدة في اللحام مع الحفاظ على بعض التوصيل الحراري لمستوى الأرضية/الطاقة.
6. النتيجة:نظام مؤشر نظيف وموثوق بسطوع ولون متسقين، مُمكّن بواسطة مزايا الاقتران البصري المحددة لـ LED 65-21.
12. مبدأ التشغيل
يعتمد LED على شريحة أشباه موصلات من AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الثنائي (حوالي 1.8-2.0 فولت)، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. تتحد حاملات الشحن هذه، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlGaInP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي للضوء المنبعث، في هذه الحالة، في طيف الأصفر-الأخضر (حوالي 575 نانومتر). يتم تغليف الشريحة في حزمة بلاستيكية بيضاء عاكسة مع قبة إيبوكسي شفافة. يعكس البلاستيك الأبيض الضوء المنبعث جانبياً لأعلى، وتعمل القبة كعدسة، تشكل نمط الإشعاع وتوفر حماية بيئية.
13. اتجاهات التكنولوجيا
الاتجاه العام في مصابيح LED للمؤشرات والإضاءة الخلفية هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، وحزم أصغر حجمًا تمكن من كثافة أعلى، وموثوقية محسنة في ظل ظروف قاسية (درجة حرارة أعلى، رطوبة). هناك أيضًا دافع قوي لاعتماد أوسع للمواد الصديقة للبيئة (خالية من الهالوجين، خالية من الرصاص) والعمليات. التصميم العلوي المحدد عبر PCB الذي تمثله سلسلة 65-21 يعالج حاجة مستمرة في تصميم واجهة الإنسان-الآلة (HMI) لتوجيه الضوء الفعال، وهو اتجاه يستمر مع تصغير الأجهزة ودمجها. قد تشمل التطورات المستقبلية حزمًا أرق، ودوائر تشغيل متكاملة، أو خيارات لون قابلة للضبط ضمن بصمة حزمة واحدة.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| المصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية | لومن/وات | الإخراج الضوئي لكل واط من الكهرباء، أعلى يعني أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. | يحدد مباشرة درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي | لومن | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يسمى عادةً "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | درجة، مثل 120 درجة | الزاوية التي ينخفض فيها شدة الضوء إلى النصف، يحدد عرض الحزمة. | يؤثر على نطاق الإضاءة والتوحيد. |
| درجة حرارة اللون | كلفن، مثل 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة صفراء/دافئة، العالية بيضاء/باردة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون | بدون وحدة، 0-100 | القدرة على تقديم ألوان الكائن بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن الطلب العالي مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| تفاوت اللون | خطوات بيضاوي ماك آدم، مثل "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، خطوات أصغر تعني لون أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس دفعة مصابيح LED. |
| الطول الموجي المهيمن | نانومتر، مثل 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد تدرج اللون الأحمر، الأصفر، الأخضر مصابيح LED أحادية اللون. |
| توزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد اللون وجودة اللون. |
المعايير الكهربائية
| المصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، تضاف الفولتية لمصابيح LED المتسلسلة. |
| التيار الأمامي | If | قيمة التيار للعمل العادي لمصباح LED. | عادةً استخدام تشغيل تيار ثابت، التيار يحدد السطوع وعمر التشغيل. |
| التيار النبضي الأقصى | Ifp | تيار الذروة الذي يمكن تحمله لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتير أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ودورة العمل لتجنب التلف. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن أن يتحمله LED، التجاوز قد يسبب انهيارًا. | يجب على الدائرة منع الاتصال العكسي أو ارتفاع الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة نقل الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، الأقل أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، مثل 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، أعلى يعني أقل عرضة للتلف الكهروستاتيكي. | يجب اتخاذ إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض 10°C قد يضاعف عمر التشغيل؛ عالي جدًا يسبب تدهور الضوء، انزياح اللون. |
| تدهور التدفق الضوئي | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يحدد مباشرة "عمر الخدمة" لمصباح LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | %، مثل 70% | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد الوقت. | يشير إلى قدرة الحفاظ على السطوع على المدى الطويل. |
| انزياح اللون | Δu′v′ أو بيضاوي ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية | تدهور المادة | التدهور بسبب درجة الحرارة العالية على المدى الطويل. | قد يسبب انخفاض السطوع، تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
التعبئة والمواد
| المصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | الميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة، توفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة حرارة جيدة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حرارة أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | أمامي، شريحة معكوسة | ترتيب أقطاب الشريحة. | الشريحة المعكوسة: تبديد حرارة أفضل، كفاءة ضوئية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى أصفر/أحمر، يخلط إلى أبيض. | الفسفورات المختلفة تؤثر على الكفاءة الضوئية، درجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، العدسات الدقيقة، الانعكاس الداخلي الكلي | الهيكل البصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلح | محتوى الفرز | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| فرز التدفق الضوئي | الرمز مثل 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، كل مجموعة لها قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| فرز الجهد | الرمز مثل 6W، 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة مصدر التشغيل، يحسن كفاءة النظام. |
| فرز اللون | 5 خطوات بيضاوي ماك آدم | مجمعة حسب إحداثيات اللون، تضمن نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، يتجنب لون غير متساوٍ داخل التركيبة. |
| فرز درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K إلخ. | مجمعة حسب درجة حرارة اللون، لكل منها نطاق إحداثي مقابل. | يلبي متطلبات درجة حرارة اللون لمشاهد مختلفة. |
الاختبار والشهادات
| المصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، تسجيل بيانات تدهور السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر مصباح LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | يقدر العمر تحت الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر تنبؤ علمي للعمر. |
| IESNA | جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية، الكهربائية، الحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | شرط الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية، برامج الدعم، يعزز القدرة التنافسية. |