فهرس
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 2. تحليل المعلمات التقنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام التصنيف
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 3.3 تصنيف الجهد الأمامي
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 4.1 الشدة النسبية مقابل الطول الموجي
- 4.2 مخطط الاتجاهية
- 4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
- 4.4 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي
- 4.5 الخصائص الحرارية
- 5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات التغليف
- 5.1 أبعاد التغليف
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. دليل اللحام والتجميع
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 التعبئة والتغليف المقاومة للرطوبة
- 7.2 مواصفات الشريط
- 7.3 كمية التعبئة
- 7.4 تعليمات الملصق ورقم القطعة
- 8. توصيات التطبيق
- 8.1 سيناريوهات تطبيقية نموذجية
- 8.2 الاعتبارات التصميمية
- 9. المقارنة والتمييز التقني
- 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
- 11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام
- 12. مقدمة في المبادئ التقنية
- 13. الاتجاهات والخلفية التقنية
1. نظرة عامة على المنتج
يوضح هذا المستند مواصفات حبة LED بيضاوية عالية الأداء. الهدف التصميمي الرئيسي لهذا المكون هو أن يكون مصدر ضوء موثوقًا وفعالًا لتطبيقات أنظمة معلومات الركاب وأنواع مختلفة من اللافتات. تم تصميم بصريتها الفريد وشكلها خصيصًا لتلبية الاحتياجات الخاصة للعرض الواضح في البيئات الداخلية والخارجية.
تشمل المزايا الأساسية لهذا LED ناتج شدة إضاءة عالية، مما يضمن وضوحًا استثنائيًا حتى في ظروف الإضاءة الجيدة. يوكل الشكل البيضاوي ونمط الإشعاع المصمم بعناية توزيعًا ضوئيًا مكانيًا محددًا، وهو أمر بالغ الأهمية للإضاءة المتجانسة لألواح اللافتات. علاوة على ذلك، تم تصميم المكون مع مراعاة العمر الطويل، باستخدام راتنج إيبوكسي مقاوم للأشعة فوق البنفسجية، والامتثال لمعايير البيئة والسلامة الرئيسية مثل RoHS، وREACH التابع للاتحاد الأوروبي، ومتطلبات الخلو من الهالوجين، مما يجعله مناسبًا للأسواق العالمية وممارسات التصميم المستدام.
يشمل السوق المستهدف مصنعي معدات البنية التحتية للنقل، وأنظمة الإعلانات التجارية، وشاشات عرض المعلومات العامة. يتم تطبيقه بشكل أساسي في اللافتات الرسومية الملونة، ولوحات المعلومات، ولافتات المعلومات المتغيرة (VMS)، حيث يكون مزج الألوان المتسق (خاصة مع المكونات الصفراء أو الزرقاء أو الخضراء) والأداء الموثوق به أمرًا بالغ الأهمية.
2. تحليل المعلمات التقنية
2.1 القيم القصوى المطلقة
تم تصميم هذا الجهاز للعمل بشكل موثوق ضمن الحدود القصوى المطلقة التالية. تجاوز هذه التصنيفات قد يؤدي إلى تلف دائم.
- الجهد العكسي (VR):5 V. هذا يحدد أقصى جهد عكسي يمكن تطبيقه على أطراف LED.
- التيار الأمامي (IF):50 مللي أمبير (مستمر). الحد الأقصى الموصى به للتيار المستمر أثناء التشغيل العادي.
- تيار الذروة الأمامي (IFP):160 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للتيار النبضي، ويُحدد عادةً عند تردد 1 كيلوهرتز وعامل تشغيل 1/10. وهو أمر بالغ الأهمية للتصاميم التي تتضمن تعدد الإرسال أو نبضات تيار عالية قصيرة المدى.
- استهلاك الطاقة (Pd):120 ميغاواط. الحد الأقصى للطاقة التي يمكن للحزمة تبديدها دون تجاوز حدودها الحرارية، ويتم حسابها كحاصل ضرب الجهد الأمامي في التيار.
- درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة البيئة المضمون لتشغيل الجهاز بشكل صحيح.
- درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة الآمن للتخزين عندما يكون الجهاز غير مُشغل.
- درجة حرارة الوصلة (Tj):110 درجة مئوية. أقصى درجة حرارة مسموح بها للوصلة شبه الموصلة داخل LED.
- درجة حرارة اللحام (Tsol):260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ. هذا يحدد تفاوت منحنى لحام الريفلو، وهو أمر بالغ الأهمية لعملية تجميع لوحات الدوائر المطبوعة.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C, IF=20mA)، يحدد الأداء الأساسي لـ LED.
- شدة الإضاءة (Iv):1220 - 2040 mcd (مليكانديلا). يمثل هذا كمية الضوء المرئي المنبعث في اتجاه محدد. يتم إدارة النطاق الواسع من خلال نظام التصنيف (انظر القسم 3).
- زاوية الرؤية (2θ1/2):110° (X-axis) / 40° (Y-axis). هذا النمط غير المتماثل للحزمة البيضاوية هو خاصية رئيسية. توفر زاوية الرؤية الواسعة البالغة 110° ملاءمة ممتازة للمشاهدة الأفقية للعلامات، بينما تساعد زاوية الرؤية الرأسية الأضيق البالغة 40° في تركيز الضوء وتحسين الكفاءة تجاه المشاهد.
- الطول الموجي الذروي (λp):632 nm (قيمة نموذجية). الطول الموجي الذي تصل عنده توزيع القدرة الطيفية إلى أقصى قيمة.
- الطول الموجي الرئيسي (λd):619 - 628 نانومتر. هذا يحدد اللون المُدرك للضوء، الواقع في الطيف الأحمر. وهو أيضًا خاضع للإدارة حسب التصنيف.
- عرض نطاق الإشعاع الطيفي (Δλ):20 نانومتر (قيمة نموذجية). عرض طيف الانبعاث عند نصف أقصى شدة (FWHM).
- الجهد الأمامي (VF):1.8 - 2.4 V. انخفاض الجهد عبر LED عند تيار الاختبار المحرك. يتم إدارة هذا النطاق من خلال التصنيف (Binning) ويؤثر على تصميم دائرة القيادة.
- التيار العكسي (IR):10 μA (الحد الأقصى) عند VR=5V. يقيس تيار التسرب للدايود في حالة الإيقاف.
3. شرح نظام التصنيف
لضمان اتساق الأداء في الإنتاج على نطاق واسع، يتم تصنيف مصابيح LED إلى مجموعات مختلفة بناءً على المعايير الرئيسية. وهذا يمكّن المصممين من اختيار المكونات التي تلبي متطلباتهم المحددة من حيث السطوع واللون.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تعريف الفئات بتحمّل ±10% من القيمة الاسمية.
- الفئة H2:1220 - 1440 mcd
- مستوى J1:1440 - 1720 mcd
- مستوى J2:1720 - 2040 mcd
يضمن اختيار مستوى أعلى (مثل J2) سطوعًا أدنى أعلى، وهو ما قد يكون ضروريًا للتطبيقات التي تتطلب أقصى وضوح أو لتعويض الخسائر البصرية في موزعات الإشارات.
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
تضمن الفئات اتساق اللون مع تسامح صارم يبلغ ±1 نانومتر.
- الفئة 1:619 - 622 نانومتر
- الوضع 2:622 - 625 نانومتر
- الوضع 3:625 - 628 نانومتر
بالنسبة للتطبيقات التي تتضمن مزج الألوان (مثل الاستخدام مع مصابيح LED صفراء أو خضراء)، فإن اختيار مصابيح LED من نفس درجة الطول الموجي أو الدرجات المجاورة أمر بالغ الأهمية لتحقيق اللون النهائي المطلوب دون وجود اختلافات ملحوظة بين الوحدات.
3.3 تصنيف الجهد الأمامي
التسامح في التصنيف هو ±0.1 فولت.
- الفئة 1:1.8 - 2.0 V
- الوضع 2:2.0 - 2.2 V
- الوضع 3:2.2 - 2.4 فولت
يبسط استخدام مصابيح LED من نفس نطاق الجهد حساب المقاومة المحددة للتيار في مصفوفات التوالي أو التوازي، مما يضمن توزيعًا أكثر انتظامًا للتيار والسطوع.
4. تحليل منحنى الأداء
تُظهر منحنيات الخصائص المقدمة سلوك LED تحت ظروف مختلفة.
4.1 الشدة النسبية مقابل الطول الموجي
يؤكد منحنى التوزيع الطيفي هذا على خرج الضوء الأحمر أحادي اللون المركّز عند 632 نانومتر، بعرض نطاقي نموذجي يبلغ 20 نانومتر. يُعد الطيف الضيق سمة مميزة لتقنية مواد AlGaInP، مما يوفر نقاء لوني مشبع مثالي لتطبيقات التعريف.
4.2 مخطط الاتجاهية
يوضح مخطط الإشعاع القطبي بشكل بديهي زاوية الرؤية غير المتماثلة البالغة 110° × 40°. يُظهر الرسم البياني شكلًا بيضاويًا محددًا بوضوح، مما يؤكد الإشعاع المكاني المتحكم فيه كما هو مُدّعى في المواصفات. تم تصميم هذا النمط لمطابقة نسبة العرض إلى الارتفاع النموذجية لمقطع عرض المعلومات.
4.3 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
يُظهر هذا المنحنى العلاقة الأسية النموذجية للدايود. يزداد الجهد الأمامي مع زيادة التيار. يستخدم المصممون هذا المنحنى لتحديد نقطة التشغيل وتصميم دائرة القيادة المناسبة (يوصى باستخدام قيادة تيار ثابت لمصابيح LED). كما يساعد هذا المنحنى في فهم المقاومة الديناميكية للجهاز.
4.4 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي
يعرض هذا المنحنى الناتج الضوئي (شدة الإضاءة) للـ LED كدالة للتيار المُشغِّل. يكون الخطي عادةً ضمن نطاق معين، ولكنه يشبع عند تيارات أعلى بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة. العمل عند القيمة الموصى بها وهي 50 مللي أمبير أو أقل يضمن أفضل كفاءة وعمر تشغيلي.
4.5 الخصائص الحرارية
حولالقوة النسبية مقابل درجة حرارة البيئة和التيار الأمامي مقابل درجة حرارة البيئةمنحنى الإدارة الحرارية أمر بالغ الأهمية. تُظهر هذه المنحنيات انخفاض شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة حرارة البيئة المحيطة، وهي ظاهرة شائعة في جميع مصابيح LED. على العكس من ذلك، بالنسبة للقيادة بجهد ثابت، نظرًا لأن VFمعامل درجة الحرارة السالب، عادةً ما يزداد التيار الأمامي مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يبرز أهمية مشغلات التيار الثابت للحفاظ على أداء مستقر عبر نطاق درجات الحرارة.
5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات التغليف
5.1 أبعاد التغليف
يتم توفير هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) في شكل جهاز مثبت على السطح (SMD). تشمل أبعاده الرئيسية:
- جميع الأبعاد بوحدة المليمتر ما لم يُذكر خلاف ذلك.
- تنطبق معظم الأبعاد على التسامح القياسي ±0.25 مم.
- الحد الأقصى المسموح به لبروز الراتنج تحت شفة المكون هو 1.5 مم، وهو أمر مهم لحساب المسافة البادئة للـ PCB.
- يوضح كتيب المواصفات نوعين مختلفين: أحدهما مزود بهيكل توقف والآخر بدونه. قد يساعد هيكل التوقف في دقة الموضع أثناء عملية التجميع أو يوفر نقطة تحديد فيزيائية.
تحدد الرسومات التفصيلية تباعد المسامير وأبعاد الجسم والارتفاع الكلي، وهي أمور حاسمة لإنشاء حزمة PCB دقيقة وضمان وضع صحيح بواسطة آلة التركيب السطحي.
5.2 تحديد القطبية
على الرغم من عدم توضيح ذلك بالتفصيل في النص المستخرج، فإن حزم LED القياسية تستخدم عادةً علامات بصرية مثل الشق، أو الحافة المسطحة على العدسة، أو أرجل ذات أشكال مختلفة للإشارة إلى الكاثود. يجب أن تتماشى تصميمات حزم ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع علامة القطبية هذه لضمان الاتجاه الصحيح أثناء اللحام.
6. دليل اللحام والتجميع
المعالجة الصحيحة أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الجهاز وأدائه.
- تشكيل الأطراف:إذا تطلب التثبيت عبر الفتحة بعد الاستلام، يجب ثني الأطراف على مسافة لا تقل عن 3 مم من قاعدة بصيلة الإيبوكسي. يجب إتمام جميع عمليات التشكيل在قبل اللحام، لتجنب نقل الإجهاد إلى الوصلة شبه الموصلة.
- تجنب الإجهاد:أثناء المعالجة والوضع، تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي على حزمة LED أو دبابيسها. قد تؤدي الثقوب غير المحاذية في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى إجبار الدبابيس على التوضع، مما قد يتسبب في تشقق الراتنج أو تلف داخلي، وبالتالي يؤدي إلى فشل مبكر.
- قص الدبابيس:يجب إجراء قص الدبابيس في درجة حرارة الغرفة. قد يؤدي استخدام أدوات القص الساخنة إلى إتلاف وصلات الأسلاك الداخلية.
- لحام إعادة التدفق:يمكن لهذا الجهاز تحمل ذروة درجة حرارة اللحام حتى 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 5 ثوانٍ، وهو متوافق مع منحنى إعادة التدفق القياسي الخالي من الرصاص (SnAgCu). من الضروري اتباع المنحنى الموصى به لتجنب الصدمة الحرارية.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 التعبئة والتغليف المقاومة للرطوبة
يتم توريد المكونات في عبوات مقاومة للرطوبة، مناسبة للتخزين طويل الأمد ومتوافقة مع معدات التجميع الآلي القياسية للأشرطة SMD.
7.2 مواصفات الشريط
يقدم الأبعاد التفصيلية للشريط الحامل، بما في ذلك:
- المسافة بين المكونات (F):2.54 مم
- عرض الحزام (W3):18.00 مم
- مسافة فتحة تغذية البكرة (P):12.70 mm
- إجمالي السُمك مع التغليف (T):الحد الأقصى 1.42 مم
تم توحيد هذه الأبعاد لضمان التوافق مع معدات التركيب الآلي.
7.3 كمية التعبئة
- 2000 قرص في كل علبة داخلية.
- 10 علب داخلية في كل صندوق رئيسي (خارجي)، بإجمالي 20,000 قرص لكل صندوق رئيسي.
7.4 تعليمات الملصق ورقم القطعة
يحتوي ملصق البكرة على معلومات أساسية للتتبع والتطبيق الصحيح:
- CPN:رقم جزء العميل
- P/N:رقم منتج الشركة المصنعة (مثال، 5484BN/R7DC-AHJB/XR/MS)
- CAT, HUE, REF:رموز تمثل على التوالي شدة الإضاءة، الطول الموجي السائد، وجهد التشغيل الأمامي مع تصنيفات محددة.
- LOT No:رقم الدفعة الإنتاجية المستخدم لتتبع مراقبة الجودة.
يسمح هيكل رقم القطعة باختيار متغيرات محددة، مثل مع أو بدون هيكل التوقف (على سبيل المثال، /R/MS مقابل /PR/MS).
8. توصيات التطبيق
8.1 سيناريوهات تطبيقية نموذجية
- علامات معلومات الركاب (PIS):تُستخدم في الحافلات والقطارات والمطارات لعرض المسار والوجهة والرسائل.
- علامات المعلومات المتغيرة (VMS):تُستخدم على الطرق السريعة لعرض تنبيهات المرور، وسرعات الحد، وتنبيهات العنبر/الفضة.
- الإعلانات التجارية الخارجية:تُستخدم للوحات الإعلانية الرقمية الكبيرة والعلامات.
- لوحة المعلومات:تُستخدم في الملاعب الرياضية، وشاشات عرض الأسعار المالية، ولوحات التحكم الصناعية.
8.2 الاعتبارات التصميمية
- القيادة بالتيار:استخدم دائماً محرك تيار ثابت أو مقاومة محددة للتيار. تيار التشغيل الموصى به هو 20mA للاختبار، ولكن مع مراعاة تبديد الحرارة، يمكن تحسين التصميم ليصل إلى حد أقصى 50mA.
- إدارة الحرارة:على الرغم من استهلاك الطاقة المنخفض نسبيًا (بحد أقصى 120 ملي واط)، لا يزال يُوصى باعتماد تخطيط فعال للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بمساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة، خاصةً للمصفوفات عالية الكثافة أو في بيئات درجات الحرارة المحيطة العالية. يساعد هذا في الحفاظ على خرج الضوء والعمر الافتراضي.
- التصميم البصري:يجب محاذاة نمط الحزمة غير المتماثل (110°x40°) مع تخطيط العرض. على سبيل المثال، في عرض النص الأفقي، ضع محور 110° لـ LED أفقيًا لتعظيم منطقة المشاهدة.
- مزج الألوان:عند استخدامه مع ألوان أخرى (أصفر، أزرق، أخضر)، تأكد من أن جميع مصابيح LED تأتي من نطاقات طول موجي صارمة لتحقيق لون مختلط متسق وقابل للتنبؤ (على سبيل المثال، درجات محددة من البرتقالي أو الأبيض).
- الحماية من ESD:نفذ إجراءات الوقاية القياسية من ESD أثناء التشغيل والتجميع، لأن مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي.
9. المقارنة والتمييز التقني
يتميز هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء البيضاوي عن الصمام الثنائي الباعث للضوء الدائري القياسي من خلال عدة خصائص رئيسية:
- شكل الحزمة الضوئية:الاختلاف الرئيسي يكمن في نمط الإشعاع البيضاوي (110°x40°)، والذي يُضيء بشكل أساسي أجزاء العلامات المستطيلة بكفاءة أكبر مقارنة بالحزمة الضوئية الدائرية القياسية، مما يقلل من هدر الضوء، وقد يخفض استهلاك الطاقة عند نفس مستوى السطوع المُدرك.
- تصميم مخصص للتطبيق:تم تصميمه صراحةً "خصيصًا لعلامات معلومات الركاب"، مما يعني أن أداءه البصري، وحجم هيكله، وأهداف موثوقيته قد تم تحسينها جميعًا لهذا الاستخدام القاسي الذي يتضمن التشغيل المستمر، والاهتزازات، وتغيرات درجات الحرارة الواسعة.
- المواد:باستخدام تقنية شريحة AlGaInP، المعروفة بكفاءتها العالية في المناطق الحمراء والعنبرية، توفر كفاءة إضاءة جيدة واستقرارًا لونيًا مقارنة بالتكنولوجيا القديمة.
- الامتثال:يلبي المكون الواحد متطلبات RoHS وREACH والخالي من الهالوجين في وقت واحد، مما يبسط عملية الإعلان عن المواد لمصنعي المنتجات النهائية الموجهة للأسواق العالمية (خاصة الاتحاد الأوروبي).
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي (632 نانومتر) والطول الموجي الرئيسي (619-628 نانومتر)؟
الجواب: الطول الموجي الذروي هو الذروة الفيزيائية لطيف الانبعاث. الطول الموجي السائد هو طول موجي أحادي اللون يثير نفس الإحساس اللوني. بالنسبة لـ LED، يرتبط الطول الموجي السائد عادةً بمواصفات اللون. يتم التصنيف بناءً على الطول الموجي السائد.
سؤال: هل يمكنني تشغيل هذا LED بشكل مستمر عند أقصى تيار أمامي قدره 50 مللي أمبير؟
الجواب: نعم، التصنيف 50 مللي أمبير مناسب للتشغيل المستمر. ومع ذلك، فإن العمل عند الحد الأقصى للتصنيف يولد حرارة أكثر مقارنة بالعمل عند تيار أقل (مثل 20 مللي أمبير) وقد يقصر عمر LED. إذا كنت تعمل بأقصى تيار، يجب أن يتضمن التصميم إدارة حرارية كافية.
سؤال: لماذا زاوية الرؤية غير متماثلة (110° × 40°)؟
الإجابة: هذا تصميم بصري مقصود. عادةً ما تكون لافتات المعلومات أعرض من ارتفاعها. يضمن مجال الرؤية الواسع البالغ 110° رؤية أفقية جيدة، بينما يركز مجال الرؤية الرأسي البالغ 40° الضوء، مما يجعل اللافتة تبدو أكثر سطوعًا من مسافة بعيدة ويعزز الكفاءة البصرية من خلال توجيه الضوء إلى المكان الذي من المحتمل أن يكون فيه المشاهد.
سؤال: كيف يمكنني اختيار الدرجة الصحيحة لتطبيقي؟
الإجابة: بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب اتساقًا في المظهر (مثل شاشات العرض الكبيرة)، حدد درجة واحدة لكل من شدة الإضاءة (مثل J1) والطول الموجي الرئيسي (مثل الدرجة 2). بالنسبة للتطبيقات الحساسة للتكلفة والتي يمكنها تقبل تباين طفيف، يمكن استخدام نطاق درجات أوسع أو خلط الدرجات. يُرجى الرجوع إلى جدول التدرج في القسم 3.
سؤال: هل محرك التيار الثابت ضروري؟
إجابة: على الرغم من إمكانية استخدام مقاومة بسيطة مع مصدر جهد مستقر، إلا أنه يوصى بشدة باستخدام محرك تيار ثابت للأسباب التالية: فهو يعوض معامل درجة الحرارة السالب لـ VF(يمنع الهارب الحراري)، ويضمن سطوعًا متسقًا لجميع الوحدات بغض النظر عن اختلاف نطاقات VF، ويوفر أداءً أفضل عبر نطاق درجات حرارة التشغيل بالكامل.
11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام
السيناريو: تصميم لوحة وجهة الحافلة.
تقوم إحدى الشركات المصنعة بتصميم لوحة وجهة جديدة تعتمد على LED لحافلات المدينة. يجب أن تكون اللوحة قابلة للقراءة بوضوح في وضح النهار الساطع وفي الليل، وأن تتحمل الاهتزازات الناتجة عن تشغيل الحافلة، وأن تتمتع بعمر افتراضي طويل لتقليل الصيانة إلى الحد الأدنى.
اختيار المكونات:هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء البيضاوي هو الخيار الأمثل. شدة إضاءته العالية (تصل إلى 2040 ميلكانديلا) تضمن الرؤية أثناء النهار. زاوية الرؤية الأفقية الواسعة البالغة 110 درجة تسمح للركاب بقراءة اللافتة من زوايا مختلفة في محطة الحافلات. التغليف السطحي القوي ومادة الإيبوكسي المقاومة للأشعة فوق البنفسجية مناسبان للبيئات الخارجية عالية الاهتزاز.
التنفيذ:سيتم ترتيب مصابيح LED بتنسيق مصفوفة نقاط أو شرائح. سيختار المصممون مصابيح LED من فئة شدة إضاءة واحدة (مثل J1) وفئة طول موجي رئيسي واحد (مثل الفئة 2) لضمان اتساق السطوع واللون عبر اللافتة بأكملها. سيتم استخدام دائرة متكاملة (IC) ذات تيار ثابت لتشغيل كل صف أو عمود من مصابيح LED، مما يضمن التشغيل المستقر في ظل النظام الكهربائي المتقلب للحافلة ودرجات الحرارة القصوى من حرارة الصيف إلى برودة الشتاء. سيتم توجيه الحزمة غير المتماثلة بزاوية 110° على المحور الأفقي لتتناسب مع التنسيق العريض القصير النموذجي للافتات الوجهة.
12. مقدمة في المبادئ التقنية
يعتمد هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم جاليوم إنديوم (AlGaInP). عند تطبيق جهد أمامي على وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، حيث تتحد. في مصابيح LED من نوع AlGaInP، تطلق عملية الاتحاد هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء)، يقع طولها الموجي في الجزء الأحمر إلى الكهرماني من الطيف المرئي. يتم تحديد الطول الموجي المحدد (الطول الموجي الرئيسي) من خلال طاقة فجوة النطاق الدقيقة لسبيكة AlGaInP، والتي يتم التحكم فيها أثناء عملية نمو البلورة. يتم تحقيق شكل الحزمة البيضاوي من خلال الجمع بين الشكل الهندسي المحدد لشريحة LED (إذا كانت مستطيلة) والتأثير العدسي للقبة الإيبوكسية المصبوبة، حيث تم تصميم شكل القبة لتحقيق انكسار أكثر على محور مقارنة بالمحور الآخر.
13. الاتجاهات والخلفية التقنية
على الرغم من أن ورقة المواصفات هذه تمثل منتجًا ناضجًا وموثوقًا، إلا أن اتجاهات صناعة LED الأوسع توفر السياق. تستمر الصناعة في التوجه نحو كفاءة إضاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، مما يقلل من استهلاك الطاقة والحرارة المتولدة. بالنسبة لتطبيقات اللافتات، تشمل الاتجاهات دمج مشغلات ذكية مزودة بوظائف تشخيصية، واستخدام مصابيح LED ذات حزمة على مستوى الشريحة (CSP) لتحقيق عرض بكثافة أعلى، والتركيز على تحسين دقة الألوان واتساقها في العروض الملونة الكاملة RGB. علاوة على ذلك، أصبح التركيز على الامتثال البيئي (RoHS، REACH، الخالي من الهالوجين) متطلبًا أساسيًا وليس عاملاً تمييزيًا، مما يدفع جميع المصنّعين لاعتماد مواد وعمليات أنظف. يقع هذا المكون بثبات ضمن فئة مصابيح LED الرئيسية الموثوقة والمحسنة لتطبيقات اللافتات الاحترافية، حيث تُقدّر العمر الطويل والأداء المتسق في ظل ظروف محددة أكثر من مؤشرات الأداء القصوى الأولية.
شرح مفصل لمصطلحات مواصفات LED
تفسير كامل للمصطلحات التقنية لمصابيح LED
أولاً: المؤشرات الأساسية للأداء الكهروضوئي
| المصطلحات | الوحدة/التمثيل | الشرح المبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الفعالية الضوئية (Luminous Efficacy) | lm/W (لومن/وات) | التدفق الضوئي المنبعث لكل واط من الطاقة الكهربائية، كلما زادت قيمته زادت كفاءة الطاقة. | يحدد بشكل مباشر مستوى كفاءة الطاقة للمصباح وتكلفة فاتورة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي (Luminous Flux) | لومن (lm) | إجمالي كمية الضوء المنبعثة من مصدر الضوء، والمعروفة شعبياً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان المصباح ساطعاً بما يكفي. |
| زاوية الإشعاع (Viewing Angle) | درجة (درجة)، مثل 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، وهي التي تحدد عرض الحزمة الضوئية. | يؤثر على نطاق الإضاءة ودرجة تجانسها. |
| درجة حرارة اللون (CCT) | K (كلفن)، مثل 2700K/6500K | دفء أو برودة لون الضوء، القيم المنخفضة تميل إلى الاصفرار/الدفء، والقيم المرتفعة تميل إلى البياض/البرودة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة للتطبيق. |
| مؤشر تجسيد اللون (CRI / Ra) | بدون وحدة، 0–100 | قدرة المصدر الضوئي على إعادة إنتاج الألوان الحقيقية للأجسام، Ra≥80 يعتبر جيدًا. | يؤثر على دقة الألوان، يُستخدم في أماكن ذات متطلبات عالية مثل المراكز التجارية والمتاحف الفنية. |
| تفاوت لوني (SDCM) | خطوات إهليلج ماك آدم، مثل "5-step" | مؤشر كمي لتوحيد اللون، كلما قل عدد الخطوات زاد توحيد اللون. | ضمان عدم وجود اختلاف في لون مصابيح نفس الدفعة. |
| الطول الموجي السائد (Dominant Wavelength) | نانومتر (nm)، مثل 620 نانومتر (أحمر) | قيم الطول الموجي المقابلة لألوان LED الملونة. | يحدد درجات اللون (Hue) لمصابيح LED أحادية اللون مثل الأحمر والأصفر والأخضر. |
| Spectral Distribution | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يعرض توزيع شدة الضوء المنبعث من LED عبر الأطوال الموجية المختلفة. | التأثير على إظهار اللون وجودة اللون. |
ثانياً: المعلمات الكهربائية
| المصطلحات | الرموز | الشرح المبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| Forward Voltage | Vf | الجهد الأدنى المطلوب لإضاءة LED، يشبه "عتبة التشغيل". | يجب أن يكون جهد مصدر القيادة ≥ Vf، ويتراكم الجهد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوالي. |
| التيار الأمامي (Forward Current) | If | قيمة التيار التي تجعل LED يضيء بشكل طبيعي. | يُستخدم عادةً القيادة بالتيار الثابت، حيث يحدد التيار السطوع والعمر الافتراضي. |
| أقصى تيار نبضي (Pulse Current) | Ifp | ذروة التيار التي يمكن تحملها لفترة قصيرة، تُستخدم للتعتيم أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ونسبة التشغيل، وإلا سيحدث تلف بسبب ارتفاع الحرارة. |
| الجهد العكسي (Reverse Voltage) | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن للصمام الثنائي الباعث للضوء تحمله، وقد يؤدي تجاوزه إلى انهياره. | يجب منع الاتصال العكسي أو الصدمات الكهربائية في الدائرة. |
| المقاومة الحرارية (Thermal Resistance) | Rth (°C/W) | مقاومة انتقال الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، كلما انخفضت القيمة تحسنت عملية تبديد الحرارة. | تتطلب المقاومة الحرارية العالية تصميمًا أقوى لتبديد الحرارة، وإلا سترتفع درجة حرارة الوصلة. |
| Electrostatic Discharge Immunity (ESD Immunity) | V (HBM)، مثل 1000V | مقاومة الصدمة الكهروستاتيكية، كلما ارتفعت القيمة قل احتمال التلف بسبب الكهرباء الساكنة. | يجب اتخاذ إجراءات مكافحة الكهرباء الساكنة أثناء الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED عالية الحساسية. |
ثالثاً: إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلحات | المؤشرات الرئيسية | الشرح المبسط | تأثير |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض بمقدار 10°C قد يضاعف العمر الافتراضي؛ الارتفاع المفرط يؤدي إلى توهين الضوء وانحراف اللون. |
| استهلاك الضوء (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من قيمته الأولية. | تعريف "العمر الافتراضي" لمصابيح LED بشكل مباشر. |
| معدل استبقاء اللومن (Lumen Maintenance) | % (مثل 70%) | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد فترة من الاستخدام. | يميز قدرة الاحتفاظ بالسطوع بعد الاستخدام طويل الأمد. |
| انزياح اللون (Color Shift) | Δu′v′ أو إهليلج ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق الألوان في مشهد الإضاءة. |
| Thermal Aging | تدهور أداء المواد | تدهور مواد التغليف بسبب التعرض الطويل الأمد لدرجات الحرارة العالية. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
رابعًا: التغليف والمواد
| المصطلحات | الأنواع الشائعة | الشرح المبسط | الخصائص والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| أنواع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مواد الغلاف التي تحمي الشريحة وتوفر واجهات بصرية وحرارية. | EMC يتميز بمقاومة جيدة للحرارة وتكلفة منخفضة؛ السيراميك يوفر تبديدًا حراريًا ممتازًا وعمرًا طويلًا. |
| هيكل الشريحة | التركيب الأمامي، التركيب المعكوس (Flip Chip) | طريقة ترتيب أقطاب الشريحة. | يوفر Flip-Chip تبديد حرارة أفضل وكفاءة ضوئية أعلى، مما يجعله مناسبًا للطاقة العالية. |
| طلاء الفوسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يتم تغطيتها على رقاقة الضوء الأزرق، حيث يتم تحويل جزء منها إلى ضوء أصفر/أحمر، ثم يتم مزجها لتشكيل ضوء أبيض. | تؤثر الفوسفورات المختلفة على كفاءة الإضاءة ودرجة حرارة اللون ودقة عرض الألوان. |
| تصميم العدسة/البصريات | مستو، عدسات دقيقة، انعكاس كلي | الهيكل البصري لسطح التغليف، يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الإضاءة ومنحنى توزيع الضوء. |
الخامس: مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلحات | محتوى التصنيف | الشرح المبسط | الهدف |
|---|---|---|---|
| تصنيف التدفق الضوئي | الرموز مثل 2G، 2H | التجميع حسب مستوى السطوع، كل مجموعة لها قيمة لومن دنيا/قصوى. | ضمان اتساق سطوع المنتجات في نفس الدفعة. |
| تصنيف الجهد الكهربائي | الرموز مثل 6W، 6X | التجميع حسب نطاق الجهد الأمامي. | تسهيل مطابقة مصدر الطاقة لتحسين كفاءة النظام. |
| تصنيف حسب التدرج اللوني. | 5-step MacAdam ellipse. | تجميع وفقًا لإحداثيات اللون، لضمان وقوع اللون ضمن نطاق ضيق للغاية. | ضمان اتساق اللون، وتجنب عدم تجانس اللون داخل نفس المصباح. |
| تصنيف درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K، إلخ. | التجميع حسب درجة حرارة اللون، حيث تمتلك كل مجموعة نطاق إحداثيات مقابلاً لها. | تلبية احتياجات درجة حرارة اللون في سيناريوهات مختلفة. |
6. الاختبار والشهادة
| المصطلحات | معيار/اختبار | الشرح المبسط | مغزى |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على اللومن | الإضاءة لفترات طويلة تحت ظروف درجة حرارة ثابتة، وتسجيل بيانات توهين السطوع. | لتقدير عمر LED (بالتزامن مع TM-21). |
| TM-21 | معيار استقراء العمر الافتراضي | استقراء العمر الافتراضي تحت ظروف الاستخدام الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | توفير تنبؤ علمي للعمر الافتراضي. |
| معيار IESNA | معيار جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس الاختبار المعترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | ضمان خلو المنتج من المواد الضارة (مثل الرصاص والزئبق). | شروط الدخول إلى الأسواق الدولية. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | تُستخدم بشكل شائع في مشتريات الحكومة ومشاريع الدعم لتعزيز القدرة التنافسية في السوق. |