ورقة بيانات LED SMD 5050 RGBW - 5.0x5.0x1.6 مم - أحمر 2.6 فولت/أخضر 3.8 فولت/أزرق 3.8 فولت/أبيض 3.6 فولت - 0.2 واط لكل شريحة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

توضح هذه الوثيقة مواصفات حزمة LED منخفضة الطاقة، مثبتة على السطح، ومدمجة بتصميم 5050. يدمج الجهاز أربع شرائح شبه موصلة فردية داخل غلاف راتنجي أبيض واحد: الأحمر (R)، والأخضر (G)، والأزرق (B)، والأبيض (W). يتيح هذا التكوين متعدد الشرائح توليد طيف واسع من الألوان، بما في ذلك الضوء الأبيض النقي من الشريحة البيضاء المخصصة والألوان المختلطة من مزيج RGB. تم تصميم الغلاف بإطار أطراف مكون من 8 دبابيس، مما يوفر وصولاً كهربائيًا فرديًا لكل شريحة للتحكم المستقل.

تشمل المزايا الأساسية لهذا LED كفاءته الإضاءية العالية، واستهلاكه المنخفض للطاقة، وزاوية رؤية واسعة تبلغ 120 درجة. يجعله تصميمه المدمج SMD مناسبًا لعمليات التجميع الآلي مثل اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. المنتج متوافق مع معايير السلامة والبيئة الرئيسية، بما في ذلك RoHS، وEU REACH، ومتطلبات الخلو من الهالوجين (Br <900 جزء في المليون، Cl <900 جزء في المليون، Br+Cl < 1500 جزء في المليون).

تتنوع التطبيقات المستهدفة، مستفيدةً من قدرته على مزج الألوان وخصائص الإضاءة العامة. تشمل الاستخدامات الأساسية: الإضاءة الزخرفية والترفيهية العامة، ومؤشرات الحالة، والإضاءة الخلفية أو الإضاءة للمفاتيح والألواح، والتطبيقات الأخرى التي تتطلب مصادر ضوء مدمجة ومتعددة الألوان.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

يتم تحديد جميع التصنيفات عند درجة حرارة نقطة اللحام (T_اللحام) تبلغ 25 درجة مئوية. قد يؤدي تجاوز هذه الحدود إلى تلف دائم.

• الجهد العكسي (V_R):5 فولت كحد أقصى لجميع الشرائح (R, G, B, W). يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي أعلى إلى حدوث انهيار في الوصلة.
• التيار الأمامي المستمر (I_F):تصنيف الشرائح الحمراء والبيضاء هو 200 مللي أمبير. تصنيف الشرائح الخضراء والزرقاء هو 180 مللي أمبير. هذه هي حدود التيار المستمر.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):للتشغيل النبضي بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 10 مللي ثانية. الأحمر/الأبيض: 400 مللي أمبير. الأخضر/الأزرق: 360 مللي أمبير.
• تبديد الطاقة (P_d):أقصى فقد طاقة مسموح به لكل شريحة. R: 520 مللي واط، G/B: 684 مللي واط، W: 720 مللي واط. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة.
• نطاقات درجة الحرارة:التشغيل: من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. التخزين: من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. درجة حرارة الوصلة القصوى (T_j): 110 درجة مئوية.
• المقاومة الحرارية (R_{th J-S}):من الوصلة إلى نقطة اللحام. R: 60 درجة مئوية/واط، G: 110 درجة مئوية/واط، B: 75 درجة مئوية/واط، W: 75 درجة مئوية/واط. تشير القيم الأقل إلى انتقال أفضل للحرارة من الشريحة إلى اللوحة.
• درجة حرارة اللحام:إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء: 260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 10 ثوانٍ كحد أقصى. اللحام اليدوي: 350 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ كحد أقصى.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

يتم قياس الأداء النموذجي عند T_اللحام=25 درجة مئوية و I_F=100 مللي أمبير، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• شدة الإضاءة (I_v):تقاس بالميلي كانديلا (mcd). القيم النموذجية: R: 5000 mcd، G: 11000 mcd، B: 3000 mcd، W: 10000 mcd. يتم تحديد القيم الدنيا أيضًا. التسامح هو ±11%.
• الجهد الأمامي (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عند 100 مللي أمبير. النموذجي/الأقصى: R: 2.10V/2.60V، G: 3.00V/3.80V، B: 3.10V/3.80V، W: 2.90V/3.60V. التسامح هو ±0.1V. هذه المعلمة حاسمة لتصميم السائق.
• زاوية الرؤية (2θ_1/2):120 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تكون عندها شدة الإضاءة نصف الشدة القصوى (على المحور).
• الطول الموجي السائد (λ_p):الطول الموجي الذروي للضوء المنبعث. R: 619-629 نانومتر، G: 520-535 نانومتر، B: 460-475 نانومتر. التسامح هو ±1 نانومتر. يوصف لون LED الأبيض بأنه "مصفر".
• التيار العكسي (I_R):أقصى تيار تسرب 10 ميكرو أمبير عند V_R= -5V لجميع الشرائح.

3. شرح نظام التصنيف

لضمان اتساق اللون والسطوع، يتم فرز مصابيح LED إلى مجموعات بناءً على الأداء المقاس.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

يتم تجميع مصابيح LED حسب شدة إضاءتها المقاسة عند I_F=100 مللي أمبير. لكل مجموعة رمز (مثل CB، DA، EA) يحدد نطاق شدة دنيا/قصوى بوحدة mcd.

• الأحمر (R):المجموعات CB (3550-4500 mcd)، DA (4500-5600 mcd)، DB (5600-7100 mcd).
• الأخضر (G):المجموعات EA (7100-9000 mcd)، EB (9000-11200 mcd)، FA (11200-14000 mcd).
• الأزرق (B):المجموعات BA (1800-2240 mcd)، BB (2240-2800 mcd)، CA (2800-3550 mcd)، CB (3550-4500 mcd).
• الأبيض (W):المجموعات DB (5600-7100 mcd)، EA (7100-9000 mcd)، EB (9000-11200 mcd)، FA (11200-14000 mcd)، FB (14000-18000 mcd).

3.2 تصنيف الطول الموجي السائد

يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED حسب الطول الموجي الذروي للضوء المنبعث للتحكم في درجة اللون.

• الأحمر (R):المجموعات RB (619-624 نانومتر)، RC (624-629 نانومتر).
• الأخضر (G):المجموعات G7 (520-525 نانومتر)، G8 (525-530 نانومتر)، G9 (530-535 نانومتر).
• الأزرق (B):المجموعات B3 (460-465 نانومتر)، B4 (465-470 نانومتر)، B5 (470-475 نانومتر).

3.3 تصنيف إحداثيات اللونية (LED الأبيض)

بالنسبة لـ LED الأبيض، يتم تحديد اللون بدقة باستخدام إحداثيات اللونية (x, y) على مخطط CIE 1931. توفر ورقة البيانات جدولًا مفصلاً لرموز المجموعات (مثل A11، A12، A21) مع مناطقها الرباعية المقابلة المحددة بأربع مجموعات من إحداثيات (x,y). التسامح لهذه الإحداثيات هو ±0.01. يضمن هذا النظام تحكمًا دقيقًا في النقطة البيضاء (مثل الأبيض البارد، الأبيض المحايد، الأبيض الدافئ) للضوء المنبعث.

4. تحليل منحنيات الأداء

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية، وهي ضرورية لفهم سلوك الجهاز تحت ظروف تشغيل مختلفة.

4.1 توزيع الطيف

يظهر منحنى توزيع طيفي نموذجي، يرسم الشدة النسبية مقابل الطول الموجي. يمثل هذا المنحنى تركيبة إخراج الضوء بصريًا. بالنسبة لشرائح RGB، يظهر قممًا ضيقة عند أطوالها الموجية السائدة. بالنسبة لـ LED الأبيض (عادةً شريحة زرقاء مطلية بالفوسفور)، يظهر المنحنى قمة عريضة من الضوء المحول من الفوسفور، مجتمعة مع قمة زرقاء أصغر من LED المضخة. يتم الرجوع أيضًا إلى منحنى استجابة العين البشرية القياسي (V(λ)) للحسابات الضوئية.

4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

تُظهر المنحنيات المنفصلة لشرائح R و G و B و W العلاقة بين التيار الأمامي (I_F) والجهد الأمامي (V_F) عند 25 درجة مئوية. هذه المنحنيات ذات طبيعة أسية. وهي حاسمة لتصميم دوائر تحديد التيار أو سائقات التيار الثابت. تؤكد المنحنيات أنه عند تيار تشغيل نموذجي يبلغ 100 مللي أمبير، فإن V_Fيتوافق مع القيم النموذجية المذكورة في الجدول الكهربائي.

4.3 الطول الموجي مقابل التيار الأمامي

توضح هذه المنحنيات كيف يتحول الطول الموجي السائد (اللون) لكل شريحة مع زيادة التيار الأمامي. بشكل عام، يمكن أن يزداد الطول الموجي قليلاً مع التيار بسبب تسخين الوصلة وتأثيرات أخرى. هذا اعتبار مهم للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا دقيقًا للون عبر نطاق من مستويات السطوع.

4.4 الشدة النسبية مقابل التيار الأمامي

تُظهر هذه الرسوم البيانية كيف يزداد إخراج الضوء (شدة الإضاءة النسبية لـ G/W، الشدة الإشعاعية النسبية لـ R/B) مع التيار الأمامي. تكون العلاقة خطية بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكن يمكن أن تشبع عند التيارات الأعلى بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة. تُستخدم هذه البيانات لتحديد تيار القيادة الأمثل لمستوى سطوع مرغوب.

4.5 أقصى تيار أمامي مسموح به مقابل درجة الحرارة

منحنى التخفيض هذا هو أحد أهم المنحنيات للموثوقية. يوضح كيف يجب تقليل أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (أو نقطة اللحام). على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون التيار المسموح به أقل بكثير من التصنيف عند 25 درجة مئوية. التشغيل فوق هذا المنحنى يعرض لخطر تجاوز درجة حرارة الوصلة القصوى، مما يؤدي إلى تسارع استهلاك اللومن وتقليل العمر التشغيلي.

5. إرشادات اللحام والتجميع

حساس LED للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) ويجب التعامل معه باحتياطات مناسبة. طرق اللحام الموصى بها هي:

• اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء:هذه هي الطريقة المفضلة لتجميع SMD. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر الوقت فوق 260 درجة مئوية على 10 ثوانٍ. ملف تعريف إعادة التدفق الخالي من الرصاص القياسي مناسب.
• اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، يمكن إجراء اللحام اليدوي بدرجة حرارة طرف المكواة لا تتجاوز 350 درجة مئوية. يجب أن يقتصر وقت التلامس لكل طرف على 3 ثوانٍ لمنع التلف الحراري للغلاف وروابط الأسلاك.

يجب الحرص على تجنب الإجهاد الميكانيكي على الغلاف أثناء اللحام وبعده. نطاق درجة حرارة التخزين هو من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

تتطلب كل شريحة (R, G, B, W) دائرة تحديد تيار خاصة بها بسبب خصائص الجهد الأمامي المختلفة. يوصى بشدة باستخدام سائق تيار ثابت بدلاً من مقاوم متسلسل بسيط لتحقيق اتساق أفضل في السطوع واستقرار اللون، خاصة عند التشغيل من مصدر جهد متغير مثل البطارية. لمزج ألوان RGB، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) هي الطريقة القياسية للتحكم في الشدة، حيث تحافظ على جهد أمامي وتيار ثابتين، وبالتالي تحافظ على اللونية لكل لون أساسي.

6.2 إدارة الحرارة

يعتبر تبديد الحرارة الفعال أمرًا بالغ الأهمية للأداء وطول العمر. تشير قيم المقاومة الحرارية (R_{th J-S}) إلى مدى سهولة تدفق الحرارة من الشريحة إلى اللوحة PCB. يجب على المصممين التأكد من أن اللوحة PCB لديها مساحة نحاسية كافية (وسائد حرارية أو ثقوب توصيل إلى الطبقات الداخلية) لتبديد إجمالي الحرارة المتولدة (مجموع I_F* V_Fلجميع الشرائح النشطة). سيؤدي التشغيل بالقرب من أو عند الحد الأقصى لتصنيفات التيار دون تبريد مناسب إلى ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يتسبب في انخفاض إخراج الضوء (استهلاك اللومن) ويقصر بشكل كبير من العمر التشغيلي لـ LED.

6.3 التصميم البصري

تجعل زاوية الرؤية الواسعة البالغة 120 درجة هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة منتشرة. للحصول على ضوء أكثر توجيهًا، قد تكون البصريات الثانوية (العدسات) مطلوبة. عند التصميم لمزج الألوان، تضمن القرب المادي للشرائح الأربع داخل حزمة 5050 مزجًا جيدًا للألوان مكانيًا عن بُعد، ولكن للمشاهدة عن قرب جدًا، قد تكون النقاط الملونة الفردية قابلة للتمييز.

7. المقارنة التقنية والتمييز

يميز هذا LED 5050 RGBW نفسه بدمج أربع باعثات متميزة في بصمة مضغوطة جدًا ومعيارية في الصناعة تبلغ 5.0 مم × 5.0 مم. مقارنة باستخدام أربعة مصابيح LED أحادية اللون منفصلة 5050، توفر هذه الحزمة المدمجة مساحة على اللوحة PCB وتبسط تجميع الالتقاط والوضع. يوفر تضمين شريحة بيضاء مخصصة، بالإضافة إلى شرائح RGB، مصدر ضوء أبيض عالي الجودة دون الحاجة إلى مزج الألوان، والذي يمكن أن يؤدي أحيانًا إلى انخفاض الكفاءة أو مشاكل في تجسيد اللون. يوفر التكوين الفردي المكون من 8 دبابيس أقصى مرونة للتحكم، مما يسمح بقيادة كل لون بشكل مستقل أو بأي تركيبة.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)

س: هل يمكنني قيادة الشرائح الأربع (RGBW) على التوازي من مصدر جهد ثابت واحد بمقاوم متسلسل واحد؟

ج: غير موصى به. تختلف الجهود الأمامية (V_F) بشكل كبير (مثل الأحمر ~2.1 فولت، الأزرق ~3.1 فولت). سيتسبب توصيلها على التوازي في اختلال شديد في التيار، حيث تسحب الشريحة الحمراء معظم التيار، مما قد يتجاوز تصنيفها، بينما تظل الشرائح الأخرى خافتة أو مطفأة. تتطلب كل قناة لونية تحكمًا منفصلاً في التيار.

س: ما الفرق بين شدة الإضاءة (mcd) والطاقة (mW) في التصنيفات؟

ج: شدة الإضاءة (تقاس بالكانديلا أو الميلي كانديلا) هي السطوع الملحوظ للضوء كما تراه العين البشرية، مرجحًا بمنحنى حساسية العين. تبديد الطاقة (بالميلي واط) هو الطاقة الكهربائية المحولة إلى حرارة (I_F*V_F) عند وصلة LED. يتم تحويل جزء من طاقة الإدخال إلى ضوء (طاقة إشعاعية)، لكن ورقة البيانات تحدد الحد الأقصى للحرارة التي يجب إدارتها.

س: كيف أفسر مجموعات إحداثيات اللونية لـ LED الأبيض؟

ج: تحدد كل مجموعة (مثل A11) منطقة رباعية صغيرة على مخطط ألوان CIE. الأربعة أزواج من إحداثيات (x,y) هي زوايا تلك المنطقة. يتم تعيين رمز تلك المجموعة لمصابيح LED التي يقع لونها المقاس داخل هذا الرباعي. يضمن ذلك أن يكون لجميع مصابيح LED في الدفعة نفس نقطة اللون الأبيض تقريبًا.

س: لماذا يكون تيار الذروة الأمامي (I_FP) أعلى من التيار المستمر (I_F)?

ج: يمكن للوصلة شبه الموصلة تحمل نبضات تيار أعلى لفترات قصيرة جدًا (10 مللي ثانية في هذه الحالة) لأن الحرارة المتولدة ليس لديها الوقت لرفع درجة حرارة الوصلة إلى مستوى حرج. هذا مفيد لتعتيم PWM أو إنشاء ومضات ساطعة قصيرة.

9. حالة تصميم واستخدام عملية

سيناريو: تصميم ضوء مزاجي متغير الألوان.

يختار المصمم هذا LED لمصباح مكتبي يعمل بالطاقة عبر USB. يستخدمون متحكمًا دقيقًا بأربع قنوات PWM للتحكم بشكل مستقل في تيارات R و G و B و W. يوفر LED الأبيض وضع إضاءة قراءة نقي. يتم مزج مصابيح LED RGB لإنشاء ملايين الألوان للإضاءة المحيطة. يستخدم التصميم دائرة متكاملة لسائق LED بتيار ثابت قادرة على توفير ما يصل إلى 200 مللي أمبير لكل قناة. تتضمن اللوحة PCB مستوى أرضيًا كبيرًا متصلًا بالوسادة الحرارية لـ LED عبر ثقوب توصيل متعددة لتعمل كمشتت حراري. تنفذ البرامج الثابتة خوارزميات تدرج اللون وتتضمن منطق إدارة حرارية يقلل من أقصى تيار قيادة إذا قرأ مستشعر درجة الحرارة الخاص بالمتحكم الدقيق (الموضوع بالقرب من LED على اللوحة PCB) أعلى من 70 درجة مئوية، مما يضمن تشغيل LED ضمن منحنى التخفيض الآمن لدرجة الحرارة.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء على الإضاءة الكهربائية في المواد شبه الموصلة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n لـ LED، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد اللون (الطول الموجي) للضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. تستخدم الشريحة الحمراء AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم). تستخدم الشرائح الخضراء والزرقاء InGaN (نتريد الإنديوم غاليوم) بنسب إنديوم/غاليوم مختلفة لضبط فجوة النطاق. يستخدم LED الأبيض عادةً شريحة InGaN زرقاء مطلية بفوسفور أصفر (أو متعدد الألوان). يحفز الضوء الأزرق من الشريحة الفوسفور، الذي ينبعث بعد ذلك طيفًا واسعًا من أطوال موجية أطول (أصفر، أحمر)، مجتمعة مع الضوء الأزرق المتبقي لإنتاج ضوء أبيض. يشير وصف "مصفر" إلى درجة حرارة لون مترابطة (CCT) على الجانب الأدفأ من الطيف الأبيض.

11. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل الحزم متعددة الشرائح المدمجة مثل 5050 RGBW هذا اتجاهًا نحو كثافة وظيفية أعلى وتصميم نظام مبسط في إضاءة LED. يلبي الانتقال إلى زوايا رؤية أوسع (مثل 120 درجة) التطبيقات التي تتطلب إضاءة موحدة خالية من الوهج بدلاً من البقع الضوئية المركزة. هناك دفع مستمر في الصناعة لتحقيق كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط كهربائي) وتحسين تجسيد اللون، خاصة للمكون الأبيض. علاوة على ذلك، تعكس تسامحات التصنيف الأكثر تشددًا، كما يتضح من جداول إحداثيات اللونية التفصيلية، طلب السوق على اتساق لوني فائق في تطبيقات LED أحادية اللون والبيضاء على حد سواء، وهو أمر بالغ الأهمية في تركيبات LED المتعددة والشاشات.