جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 الميزات والمزايا الرئيسية
- 2. الغوص العميق في المواصفات الفنية
- 2.1 الحدود القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (عند Ta=25 درجة مئوية)
- 3. نظام التصنيف والفرز
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة
- 5.1 أبعاد العبوة
- 5.2 توصيل الأطراف والقطبية
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم
- 7.1 دوائر التطبيق النموذجية
- 7.2 اعتبارات التصميم
- 8. المقارنة الفنية والتمييز
- 9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)
- 10. مثال تطبيقي عملي
- 11. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا
- 12. اتجاهات وتطورات الصناعة
1. نظرة عامة على المنتج
LTS-2801AJR هي وحدة عرض أبجدية رقمية عالية الأداء، ذات رقم واحد ومكونة من سبعة مقاطع. وظيفتها الأساسية هي توفير تمثيل رقمي وحرفي محدود واضح وموثوق في الأجهزة الإلكترونية. التطبيق الأساسي يكون في أجهزة القياس منخفضة الطاقة، والإلكترونيات الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية، وأي جهاز يتطلب مؤشرًا رقميًا ساطعًا وسهل القراءة.
تم بناء الجهاز باستخدام تقنية LED متقدمة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). يشتهر نظام المواد شبه الموصلة هذا بكفاءته العالية ونقاوة لونه الممتازة في الطيف من الأحمر-البرتقالي إلى الكهرماني. يعزز استخدام ركيزة GaAs الشفافة استخراج الضوء، مما يساهم في سطوع العرض العالي. تتميز الشاشة بوجه رمادي مع علامات مقاطع بيضاء، مما يوفر تباينًا عاليًا عند إضاءة المقاطع، مما يحسن إمكانية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة.
الخاصية المميزة لهذه الشاشة هي تحسينها للعمل بتيار منخفض. تم اختيارها واختبارها خصيصًا لأداء استثنائي عند تيارات تشغيل منخفضة تصل إلى 1 مللي أمبير لكل مقطع، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. كما تتم مطابقة المقاطع لشدة إضاءة متسقة عند هذه التيارات المنخفضة، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر الرقم.
1.1 الميزات والمزايا الرئيسية
- حجم الرقم:يتميز بارتفاع حرف يبلغ 0.28 بوصة (7.0 مم)، مما يوفر مساحة عرض مدمجة ومع ذلك قابلة للقراءة.
- جودة المقطع:يوفر انبعاث ضوء مستمر وموحد عبر كل مقطع دون وجود فجوات مرئية أو نقاط ساخنة.
- كفاءة الطاقة:مصممة لمتطلبات طاقة منخفضة جدًا، مما يتيح التشغيل من 1 مللي أمبير لكل مقطع فما فوق.
- الأداء البصري:يوفر مظهرًا ممتازًا للأحرف مع سطوع عالي وتباين عالي مقابل وجهه الرمادي.
- زاوية الرؤية:يوفر زاوية رؤية واسعة بسبب بناء شريحة LED وتصميم العبوة.
- الموثوقية:يستفيد من موثوقية الحالة الصلبة بدون أجزاء متحركة وعمر تشغيلي طويل نموذجي لتقنية LED.
- الاتساق:يتم تصنيف الأجهزة (وضعها في صناديق) بناءً على شدة الإضاءة، مما يضمن مستويات سطوع يمكن التنبؤ بها في الإنتاج.
2. الغوص العميق في المواصفات الفنية
يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعايير الفنية للجهاز كما هو محدد في ورقة البيانات. فهم هذه المواصفات أمر بالغ الأهمية لتصميم الدائرة المناسب وضمان الأداء الموثوق.
2.1 الحدود القصوى المطلقة
تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود.
- تبديد الطاقة لكل مقطع:70 ميغاواط كحد أقصى. تجاوز هذا يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتسريع تدهور شريحة LED.
- التيار الأمامي الذروي لكل مقطع:90 مللي أمبير كحد أقصى، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بفترات قصيرة من السطوع العالي، كما في شاشات العرض المتعددة أو لتأثيرات الوميض.
- التيار الأمامي المستمر لكل مقطع:25 مللي أمبير كحد أقصى عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التصنيف خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة حرارة المحيط (Ta) فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 50 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر حوالي 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * 25 درجة مئوية) = 16.75 مللي أمبير.
- الجهد العكسي لكل مقطع:5 فولت كحد أقصى. تمتلك ثنائيات LED جهد انهيار عكسي منخفض. تجاوز هذا يمكن أن يتسبب في فشل الوصلة فورًا.
- نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصنيف الجهاز لنطاقات درجات الحرارة الصناعية.
- درجة حرارة اللحام:يتحمل حدًا أقصى يبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم تحت مستوى الجلوس. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات لحام إعادة التدفق.
2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (عند Ta=25 درجة مئوية)
هذه هي معلمات التشغيل النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة. يجب أن يعتمد التصميم على هذه القيم.
- شدة الإضاءة المتوسطة (IV):تتراوح من 200 μcd (الحد الأدنى) إلى 480 μcd (النموذجي) عند تيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. هذا يؤكد ملاءمته للتطبيقات ذات التيار المنخفض جدًا. ستتغير الشدة مع التيار.
- طول موجة الانبعاث الذروي (λp):عادة 639 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه ناتج الطاقة البصرية أعظم، مما يضعه في منطقة "الأحمر الفائق" من الطيف.
- نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عادة 20 نانومتر. هذا يشير إلى نقاوة الطيف؛ يعني العرض الأضيق لونًا أكثر أحادية اللون (نقاءً).
- الطول الموجي السائد (λd):عادة 631 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الوحيد الذي تدركه العين البشرية، والذي قد يختلف قليلاً عن طول موجة الذروة.
- الجهد الأمامي لكل مقطع (VF):يتراوح من 2.0 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.6 فولت (النموذجي) عند IF=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر ثنائي LED عند إضاءته. مطلوب دائمًا مقاومة محددة للتيار على التوالي مع كل مقطع أو الأنود المشترك.
- التيار العكسي لكل مقطع (IR):الحد الأقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير عندما يكون ثنائي LED متحيزًا عكسيًا.
- نسبة مطابقة شدة الإضاءة (IV-m):الحد الأقصى 2:1 عند IF=1 مللي أمبير. يحدد هذا أن سطوع أضعف مقطع لن يقل عن نصف سطوع ألمع مقطع داخل نفس الرقم، مما يضمن التجانس.
ملاحظة على القياس:يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مستشعر ومرشح معايرين لوظيفة اللمعان الضوئي CIE، والتي تقارب حساسية العين البشرية.
3. نظام التصنيف والفرز
تنص ورقة البيانات على أن الأجهزة "مصنفة حسب شدة الإضاءة." يشير هذا إلى ممارسة شائعة في تصنيع LED تُعرف باسم "الفرز".
- فرز شدة الإضاءة:بسبب الاختلافات الطبيعية في نمو الطبقات البلورية شبه الموصلة وعملية التصنيع، يمكن أن يكون لثنائيات LED من نفس الدفعة الإنتاجية نواتج سطوع مختلفة قليلاً. يقوم المصنعون باختبار كل جهز وفرزه في "صناديق" مختلفة بناءً على شدة إضاءته المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). هذا يسمح للعملاء باختيار صندوق يلبي متطلبات السطوع المحددة لديهم، مما يضمن الاتساق في مظهر المنتج النهائي. القيمة النموذجية لـ IVلـ LTS-2801AJR البالغة 480 μcd تمثل على الأرجح صندوقًا محددًا أو مركز التوزيع.
- فرز الجهد الأمامي:على الرغم من عدم ذكره صراحة لهذا الجزء، فمن الشائع أيضًا فرز ثنائيات LED بناءً على الجهد الأمامي (VF). هذا مهم للتصميمات التي يكون فيها جهد مصدر الطاقة مقيدًا بشدة أو حيث يكون مطابقة التيار الدقيقة عبر عدة ثنائيات LED أمرًا بالغ الأهمية.
- فرز الطول الموجي:للتطبيقات الحساسة للألوان، يتم أيضًا فرز ثنائيات LED حسب الطول الموجي السائد أو الذروي لضمان لون ثابت. تشير القيم النموذجية الضيقة لـ λp(639 نانومتر) و λd(631 نانومتر) إلى اتساق لوني جوهري جيد لهذه تقنية AlInGaP.
4. تحليل منحنى الأداء
تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية." على الرغم من عدم تقديم الرسوم البيانية المحددة في النص، يمكننا استنتاج محتواها القياسي وأهميتها.
- شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):سيظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار الأمامي. عادة ما يكون غير خطي، خاصة عند التيارات المنخفضة جدًا. يؤكد المنحنى قابلية استخدام الجهاز عند 1 مللي أمبير ويظهر الكسب في السطوع الذي يمكن تحقيقه عن طريق زيادة التيار حتى الحد الأقصى للتصنيف.
- الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:يظهر هذا المنحنى العلاقة بين الجهد عبر ثنائي LED والتيار المتدفق عبره. إنه ضروري لتصميم قيمة المقاومة المحددة للتيار. المنحنى ذو طبيعة أسية، ولكن لأغراض التصميم، يتم استخدام VFالنموذجي عند تيار التشغيل المقصود.
- شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة المحيط:ينخفض ناتج ضوء LED مع زيادة درجة حرارة الوصلة. هذا المنحنى بالغ الأهمية لفهم التخفيض الحراري. التخفيض الخطي المحدد للتيار المستمر (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية) هو تبسيط عملي لهذه العلاقة لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
- التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الطاقة البصرية النسبية عبر الأطوال الموجية. سيظهر الذروة عند حوالي 639 نانومتر ونصف العرض 20 نانومتر، مؤكدًا انبعاث الأحمر النقي الضيق.
5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة
5.1 أبعاد العبوة
يحتوي الجهاز على بصمة عبوة قياسية لشاشة LED ذات رقم واحد وسبعة مقاطع. ملاحظات الأبعاد الرئيسية من ورقة البيانات:
- جميع الأبعاد الأساسية مقدمة بالمليمترات (مم).
- التسامح القياسي على الأبعاد هو ±0.25 مم (وهو ما يعادل ±0.01 بوصة).
- ستحدد الأبعاد المحددة (غير المدرجة في مقتطف النص) الطول الإجمالي والعرض والارتفاع للعبوة، وحجم نافذة الرقم، وتباعد الأطراف (الدبابيس)، وطول وقطر الأطراف. هذه أمور بالغة الأهمية لتصميم بصمة PCB والملاءمة الميكانيكية داخل الغلاف.
5.2 توصيل الأطراف والقطبية
LTS-2801AJR هي شاشةأنود مشترك. هذا يعني أن الأنود (الجانب الموجب) لجميع مقاطع LED متصل داخليًا بأطراف مشتركة. الكاثودات (الجانب السالب) للمقاطع الفردية موصلة بأطراف منفصلة.
ترتيب الأطراف (تكوين 10 أطراف):
- الطرف 1: كاثود للمقطع E
- الطرف 2: كاثود للمقطع D
- الطرف 3: الأنود المشترك 1
- الطرف 4: كاثود للمقطع C
- الطرف 5: كاثود للنقطة العشرية (D.P.)
- الطرف 6: كاثود للمقطع B
- الطرف 7: كاثود للمقطع A
- الطرف 8: الأنود المشترك 2
- الطرف 9: كاثود للمقطع G
- الطرف 10: كاثود للمقطع F
مخطط الدائرة الداخلية:يظهر المخطط طرفي الأنود المشترك (3 و 8) متصلين داخليًا معًا. يساعد تصميم الأنود المزدوج هذا في توزيع التيار ويمكن استخدامه للتكرار أو في مخططات تعددية محددة. جميع كاثودات المقاطع وكاثود النقطة العشرية مستقلة.
6. إرشادات اللحام والتجميع
الالتزام بهذه الإرشادات ضروري للموثوقية ومنع التلف أثناء عملية التجميع.
- لحام إعادة التدفق:يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ. يجب قياس هذه درجة الحرارة على بعد 1.6 مم تحت جسم العبوة (مستوى الجلوس على PCB). بشكل عام، تنطبق ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (IPC/JEDEC J-STD-020)، ولكن يجب احترام الحد المحدد 260 درجة مئوية/3 ثوانٍ.
- اللحام اليدوي:إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، استخدم مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة. قلل وقت التلامس لكل طرف إلى 3-5 ثوانٍ لمنع نقل الحرارة المفرط إلى شريحة LED عبر الأطراف.
- التنظيف:استخدم مذيبات مناسبة وغير عدوانية لتنظيف ما بعد اللحام. تجنب التنظيف بالموجات فوق الصوتية ما لم يثبت أنه آمن للعبوة.
- احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):على الرغم من عدم ذكرها صراحة، فإن ثنائيات LED هي أجهزة شبه موصلة ويمكن أن تكون حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. يوصى بإجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (محطات عمل مؤرضة، أسوار معصم) أثناء التجميع.
- ظروف التخزين:قم بالتخزين في كيس الحاجز الرطوبة الأصلي في بيئة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) وبرطوبة منخفضة لمنع أكسدة الأطراف.
7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم
7.1 دوائر التطبيق النموذجية
القيادة المباشرة مع المتحكم الدقيق:لشاشة الأنود المشترك، يتم توصيل الأطراف المشتركة بجهد إمداد موجب (مثل +5 فولت) عبر مقاومة محددة للتيار، أو بشكل أكثر شيوعًا، يتم توصيلها بطرف GPIO للمتحكم الدقيق تم تكوينه كمخرج مضبوط على منطق "مرتفع" (أو يتم تشغيله بواسطة ترانزستور PNP لتيار أعلى). يتم توصيل كل طرف كاثود مقطع بطرف GPIO للمتحكم الدقيق. لإضاءة مقطع، يتم دفع طرف الكاثود المقابل إلى منطق "منخفض" (أرضي)، مما يكمل الدائرة.
حساب مقاومة تحديد التيار:هذا إلزامي لكل توصيل أنود مشترك أو كل كاثود مقطع (اعتمادًا على طوبولوجيا القيادة). باستخدام الجهد الأمامي النموذجي (VF= 2.6 فولت) والتيار الأمامي المطلوب (IF)، يتم حساب قيمة المقاومة R باستخدام قانون أوم: R = (Vالإمداد- VF) / IF. لجهد إمداد 5 فولت و IF=10 مللي أمبير: R = (5 فولت - 2.6 فولت) / 0.01 أمبير = 240 أوم. يجب أن يكون تصنيف قدرة المقاومة على الأقل IF2* R.
7.2 اعتبارات التصميم
- التعددية:للتحكم في أرقام متعددة بأقل عدد من أطراف المتحكم الدقيق، يتم استخدام التعددية. يتم تشغيل الأرقام واحدًا تلو الآخر بمعدل سريع (مثل 1-5 مللي ثانية لكل رقم). تجعل قدرة LTS-2801AJR على التعامل مع التيارات الذروية (90 مللي أمبير نبضي) مناسبة للتطبيقات المتعددة حيث يحتاج السطوع اللحظي إلى أن يكون أعلى للتعويض عن دورة العمل المخفضة.
- تصميم منخفض الطاقة:استفد من قدرة التشغيل 1 مللي أمبير للأجهزة التي تعمل بالبطارية. عند 1 مللي أمبير لكل مقطع وجهد إمداد 5 فولت، يكون استهلاك الطاقة لكل مقطع مضاءً حوالي (5 فولت - 2.6 فولت) * 0.001 أمبير = 2.4 ميغاواط.
- زاوية الرؤية:ضع الشاشة في الاعتبار مع زاوية رؤيتها الواسعة لضمان إمكانية القراءة للمستخدم النهائي.
- إدارة الحرارة:في التطبيقات التي تعمل بتيار مستمر عالي أو في درجات حرارة محيط عالية، تأكد من وجود تهوية كافية. التزم بمنحنى تخفيض التيار فوق 25 درجة مئوية.
8. المقارنة الفنية والتمييز
على الرغم من عدم تقديم مقارنة مباشرة مع أرقام أجزاء أخرى، يمكن استنتاج المميزات الرئيسية لـ LTS-2801AJR من مواصفاتها:
- مقارنة مع ثنائيات LED الحمراء القياسية GaAsP/GaP:يوفر استخدام تقنية AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير (مزيد من ناتج الضوء لكل مللي أمبير من التيار) ونقاوة لون أفضل (أحمر أكثر تشبعًا) مقارنة بمواد LED الأقدم. يؤدي هذا إلى سطوع أعلى واستهلاك طاقة أقل.
- مقارنة مع شاشات العرض ذات الأرقام الأكبر:يقدم الرقم 0.28 بوصة توازنًا بين الحجم وإمكانية القراءة، وهو مناسب للأجهزة المدمجة حيث تكون الشاشة الأكبر (مثل 0.5 بوصة أو 1 بوصة) غير عملية من الناحية الفيزيائية.
- مقارنة مع شاشات العرض بدون اختبار التيار المنخفض:الاختبار والاختيار الصريح للخصائص الممتازة للتيار المنخفض (1 مللي أمبير) هي ميزة رئيسية. لا تضمن جميع شاشات العرض ذات السبعة مقاطع سطوعًا موحدًا وتشغيلًا سليمًا عند مستويات القيادة المنخفضة جدًا.
- مقارنة مع شاشات الكاثود المشترك:غالبًا ما يُفضل تكوين الأنود المشترك عند الواجهة مع المتحكمات الدقيقة التي تزود التيار بشكل أفضل مما تستنزفه (على الرغم من أن العديد من المتحكمات الدقيقة الحديثة متناظرة). يعتمد الاختيار على تصميم دائرة القيادة.
9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)
س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من نظام متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟
ج: نعم، ولكن يجب عليك إعادة حساب مقاومة تحديد التيار. باستخدام Vالإمداد=3.3 فولت، VF=2.6 فولت، و IF=5 مللي أمبير: R = (3.3 فولت - 2.6 فولت) / 0.005 أمبير = 140 أوم. تحقق من أن ناتج الضوء عند 5 مللي أمبير كافٍ لتطبيقك.
س: لماذا يوجد طرفا أنود مشترك (3 و 8)؟
ج: إنهما متصلان داخليًا. هذا يسمح بالمرونة في توجيه PCB ويساعد في توزيع إجمالي تيار الأنود (وهو مجموع التيارات لجميع المقاطع المضاءة) عبر طرفين، مما يقلل من كثافة التيار لكل طرف ويحسن الموثوقية.
س: ما الفرق بين طول موجة الذروة (639 نانومتر) والطول الموجي السائد (631 نانومتر)؟
ج: طول موجة الذروة هو المكان الذي يكون فيه ناتج الطاقة البصرية أعلى فعليًا. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الوحيد الذي ينتج نفس إدراك اللون للعين البشرية، محسوبًا من الطيف الكامل. تؤثر حساسية العين البشرية على هذا الحساب، مما يتسبب في اختلاف القيم.
س: كيف أحقق نقطة عشرية؟
ج: النقطة العشرية هي ثنائي LED منفصل بكاثود خاص به على الطرف 5. لإضاءته، قم بتوصيل الأنودات المشتركة بـ V+، وادفع الطرف 5 إلى الأرض (عبر مقاومة محددة للتيار، مشتركة مع المقاطع أو منفصلة).
10. مثال تطبيقي عملي
السيناريو: تصميم مقياس حرارة رقمي بسيط يعمل بالبطارية.
- اختيار المكونات:تم اختيار LTS-2801AJR لتشغيله بتيار منخفض لتعظيم عمر البطارية. تم اختيار متحكم دقيق به 8 أطراف I/O على الأقل (7 للمقاطع، 1 للتحكم في الأنود المشترك).
- تصميم الدائرة:يتم توصيل طرفي الأنود المشترك (3 و 8) معًا ثم إلى طرف GPIO للمتحكم الدقيق عبر ترانزستور PNP (للتعامل مع تيار المقاطع المجمع إذا كانت جميعها مضاءة). يتم توصيل كل كاثود مقطع (الأطراف 1،2،4،5،6،7،9،10) بطرف GPIO منفصل للمتحكم الدقيق. توضع مقاومة محددة للتيار بين خط الإمداد الموجب للمتحكم الدقيق وباعث ترانزستور PNP (أو على التوالي مع كل كاثود إذا كانت القيادة مباشرة). يتم حساب القيمة للسطوع المطلوب عند، على سبيل المثال، 2 مللي أمبير لكل مقطع.
- البرنامج:يقرأ المتحكم الدقيق مستشعر درجة الحرارة، يحول القيمة إلى رقم عشري، ويبحث عن أنماط المقاطع المقابلة (مثل جدول "خط سبعة مقاطع"). ثم يقوم بدفع أطراف الكاثود المناسبة إلى منخفض بينما يضبط طرف التحكم في الأنود المشترك على مرتفع لعرض الرقم.
- النتيجة:شاشة عرض درجة حرارة واضحة وقابلة للقراءة مع استهلاك طاقة ضئيل، مناسبة لجهاز محمول.
11. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا
التكنولوجيا الأساسية هي ثنائي LED من نوع AlInGaP. يتم إنتاج الضوء من خلال عملية تسمى الإضاءة الكهربائية. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة P-N شبه الموصلة، تتحد الإلكترونات من المادة من النوع N مع الفجوات من المادة من النوع P في المنطقة النشطة. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (جسيمات ضوئية). يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة، والتي يتم هندستها عن طريق التحكم الدقيق في نسب الألومنيوم والإنديوم والغاليوم والفوسفيد أثناء نمو البلورة. تسمح ركيزة GaAs الشفافة لمزيد من الضوء الناتج بالهروب من الشريحة مقارنة بالركائز الماصة، مما يزيد من الكفاءة الخارجية الإجمالية. ثم يتم تشكيل الضوء من هذه الشرائح الصغيرة وتوجيهه بواسطة العبوة البلاستيكية لتشكيل نمط السبعة مقاطع المعروف.
12. اتجاهات وتطورات الصناعة
يتبع تطور شاشات العرض ذات السبعة مقاطع اتجاهات تقنية LED الأوسع. بينما يظل الشكل الأساسي مفيدًا بشكل دائم، تستمر التكنولوجيا الأساسية في التقدم. مثلت AlInGaP نفسها قفزة كبيرة مقارنة بالمواد الأقدم. قد تشمل الاتجاهات الحالية:
- كفاءة أعلى:يستمر البحث في هياكل الطبقات البلورية وتقنيات استخراج الضوء لتحقيق المزيد من اللومن لكل واط، مما يتيح شاشات أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو عمر بطارية أطول.
- التكامل:تدمج بعض شاشات العرض الحديثة دائرة القيادة (IC "المتحكم") مباشرة في العبوة، مما يبسط الواجهة لمصمم النظام (على الرغم من أن هذا أكثر شيوعًا في شاشات المصفوفة النقطية والأبجدية الرقمية منه في وحدات السبعة مقاطع الأساسية).
- ألوان ومواد بديلة:بينما يستخدم هذا الجزء AlInGaP للون الأحمر، تستخدم مواد أخرى مثل InGaN لثنائيات LED الزرقاء والخضراء والبيضاء. ينطبق مبدأ التشغيل بتيار منخفض وسطوع عالي عبر هذه التقنيات.
- متانة متخصصة:للبيئات القاسية، تحسن التطورات في إغلاق العبوة والمواد المقاومة للرطوبة والمواد الكيميائية ودرجات الحرارة القصوى.
يمثل LTS-2801AJR، مع تركيزه على تقنية AlInGaP المجربة والمحسنة لأداء التيار المنخفض، حلاً ناضجًا وموثوقًا وعمليًا للغاية ضمن هذا المشهد التكنولوجي المستمر.
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. |