فهرس
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 2. المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام التصنيف
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الجهد الأمامي
- 3.3 تصنيف إحداثيات اللونية
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية وطريقة التغليف
- 5.1 أبعاد التغليف
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. دليل اللحام والتجميع
- 6.1 منحنى درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق
- 6.2 اللحام اليدوي
- 6.3 متطلبات التخزين ومقاومة الرطوبة
- 7. معلومات التعبئة والطلب
- 7.1 مواصفات الشريط الملفوف
- 7.2 تعليمات الملصق
- 8. توصيات التطبيق
- 8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 8.2 اعتبارات التصميم والملاحظات
- 9. المقارنة التقنية والتمييز
- 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
- 10.1 لماذا يجب توصيل مقاومة تحديد التيار على التوالي؟
- ماذا تعني رموز التصنيف (P2، Q1، 15، 16، إلخ) في القسم 10.2 لتصميمي؟
- هل يمكنني تشغيل LED هذا بتيار مستمر قيمته 10mA في القسم 10.3؟
- 10.4 زاوية الرؤية هي 140 درجة. هل ناتج الضوء منتظم ضمن نطاق هذه الزاوية؟
- 11. التصميم الفعلي وحالات الاستخدام
- 12. مقدمة موجزة عن مبدأ العمل
- 13. الاتجاهات والتطورات التقنية
1. نظرة عامة على المنتج
27-21 SMD LED هو ثنائي باعث للضوء مضغوط للتركيب السطحي، مصمم خصيصًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب التصغير والموثوقية العالية. مقارنةً بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي، يمثل هذا المكون تقدمًا تقنيًا ملحوظًا، حيث يمكنه تقليل مساحة اللوحة بشكل كبير، وزيادة كثافة التعبئة، وفي النهاية المساعدة في تطوير أجهزة نهائية للمستخدمين أصغر حجمًا وأكثر كفاءة. هيكله خفيف الوزن يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي يكون فيها الحجم والوزن عوامل محددة رئيسية.
يصدر هذا LED ضوءًا أبيض نقيًا، يتم تحقيقه من خلال مادة شريحة InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد) المغلّفة في راتنج أصفر مشتت. يوفر هذا المزيج إخراج ضوء موحد ومشتت، مناسب لوظائف المؤشرات والإضاءة الخلفية المتنوعة. يتوافق المنتج بالكامل مع معايير السلامة والبيئة المعاصرة، بما في ذلك RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ولوائح الاتحاد الأوروبي REACH، ويتم تصنيعه كمكون خالٍ من الهالوجينات، مع الحفاظ على محتوى البروم والكلور دون الحدود المقررة.
2. المواصفات الفنية والتفسير الموضوعي
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه القيم الحدود التي قد تؤدي إلى تلف دائم للمكون. لا يمكن ضمان التشغيل تحت هذه الظروف أو خارجها، ويجب تجنبها في تصميم الدائرة.
- الجهد العكسي (VR):5V. تجاوز هذا الجهد تحت الانحياز العكسي قد يؤدي إلى انهيار الوصلة.
- التيار الأمامي (IF):10mA (مستمر). هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار المستمر لضمان التشغيل الموثوق على المدى الطويل.
- تيار الذروة الأمامي (IFP):100mA. يُسمح بهذا التيار فقط في ظروف النبض (دورة عمل 1/10 @ 1kHz)، ولا يجوز استخدامه للقيادة المستمرة.
- استهلاك الطاقة (Pd):40 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن تبديدها بواسطة العبوة دون تجاوز حدودها الحرارية، وتحسب بضرب الجهد الأمامي (VF) في التيار الأمامي (IF).
- تفريغ الكهرباء الساكنة (ESD) نموذج جسم الإنسان (HBM):150V. يشير هذا إلى أن الجهاز لديه حساسية متوسطة للتفريغ الكهروستاتيكي؛ يجب اتخاذ إجراءات التعامل المناسبة (مثل محطة العمل المؤرضة، التغليف الآمن من التفريغ الكهروستاتيكي).
- درجة حرارة التشغيل (Topr):-40°C إلى +85°C. هذا الجهاز مناسب للنطاق الحراري الصناعي.
- درجة حرارة التخزين (Tstg):-40°C إلى +90°C.
- درجة حرارة اللحام (Tsol):متوافق مع منحنى درجة حرارة اللحام القياسي بإعادة التدفق (ذروة 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ) واللحام اليدوي (بحد أقصى 350 درجة مئوية لكل طرف لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ).
2.2 الخصائص الكهروضوئية
تم قياس هذه المعلمات تحت ظروف الاختبار القياسية بدرجة حرارة بيئية 25 درجة مئوية وتيار أمامي 5 مللي أمبير، كنقطة مرجعية عامة للمقارنة والتصنيف.
- شدة الإضاءة (Iv):57.0 - 112 mcd (ملي كانديلا). يعكس النطاق الواسع عملية التصنيف، حيث يتم تصنيف LED إلى مجموعات إخراج محددة (P2، Q1، Q2). لم يتم تقديم قيمة نموذجية محددة، فهي تقع ضمن نطاق التصنيف هذا.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):140 درجة (قيمة نموذجية). هذا المنظور الواسع هو خاصية الراتنج الأصفر المشتت، الذي يبعثر الضوء، مما يجعل LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة بدلاً من حزمة ضوئية مركزة.
- الجهد الأمامي (VF):2.70V - 3.15V. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بـ 5mA. يتم أيضًا تصنيف LED وفقًا لنطاق جهدها الأمامي (الرموز 15، 16، 17). تم تحديد تفاوت ±0.1V.
- التيار العكسي (IR):عند VR=5V، بحد أقصى 50 ميكرو أمبير. هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط؛ الجهاز غير مخصص للعمل بتحيز عكسي.
ملاحظة هامة:تحذر المواصفات بوضوح من أن حالة الجهد العكسي مخصصة للاختبار فقط، ولا يجوز تشغيل LED في حالة عكسية. يجب على المصممين التأكد من صحة قطبية الدائرة.
3. شرح نظام التصنيف
لضمان الاتساق في الإنتاج على نطاق واسع، يتم اختبار LED وفقًا لمعايير الأداء الرئيسية وتصنيفها إلى "درجات" مختلفة. وهذا يتيح للمصممين اختيار مكونات ذات خصائص مضبوطة بدقة لتلبية احتياجات تطبيقاتهم المحددة.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تصنيف LED إلى ثلاث فئات بناءً على خرج الضوء عند 5mA:
- الفئة P2:57.0 - 72.0 mcd
- مستوى Q1:72.0 - 90.0 mcd
- نطاق Q2:90.0 - 112 mcd
كما تم تحديد تسامح عام لشدة الإضاءة يبلغ ±11%.
3.2 تصنيف الجهد الأمامي
للمساعدة في تصميم تنظيم التيار، يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED وفقًا لجهدها الأمامي:
- المستوى 15:2.70V - 2.85V
- المستوى 16:2.85V - 3.00V
- المستوى 17:3.00V - 3.15V
التسامح لجهد التشغيل الأمامي هو ±0.1V.
3.3 تصنيف إحداثيات اللونية
لضمان اتساق اللون، يتم تصنيف الناتج الأبيض بناءً على إحداثياته على مخطط CIE 1931 اللوني. تحدد ورقة المواصفات ستة مستويات (من 1 إلى 6)، حيث يحدد كل مستوى منطقة رباعية على مخطط الإحداثيات اللونية x، y، مع تسامح ±0.01. يضمن هذا التصنيف الدقيق أن جميع مصابيح LED ضمن المستوى المختار ستظهر نقطة لونية بيضاء متطابقة تقريبًا، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي يكون فيها تجانس اللون حاسمًا، مثل مصفوفات الإضاءة الخلفية.
4. تحليل منحنى الأداء
على الرغم من أن PDF يشير إلى "منحنى الخصائص الكهروضوئية النموذجي"، إلا أن المخططات المحددة (على سبيل المثال، IVمقابل IF، IVمقابل درجة الحرارة، التوزيع الطيفي) لم يتم توضيحها بالتفصيل في النص المقدم. عادةً، تعرض هذه المنحنيات:
- شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (IV-IF):علاقة غير خطية، حيث يزداد الناتج الضوئي مع زيادة التيار، ولكنه قد يتشبع أو يتضاءل عند تيارات أعلى تتجاوز الحد الأقصى المقنن.
- شدة الإضاءة مقابل درجة حرارة البيئة (IV-Ta):عادةً ما ينخفض الناتج الضوئي مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يحدد هذا المنحنى مقدار هذا الانخفاض، وهو أمر بالغ الأهمية للإدارة الحرارية في التطبيقات.
- الجهد الأمامي مقابل درجة حرارة الوصلة (VF-Tj): VFعادةً ما يتمتع بمعامل درجة حرارة سالب، حيث ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة.
- توزيع القدرة الطيفية:رسم بياني يوضح شدة الضوء النسبية عبر طيف الطول الموجي المرئي بأكمله، ويحدد جودة اللون "الأبيض" (مثل الأبيض البارد، الأبيض الدافئ).
عند تشغيل LED خارج ظروف الاختبار القياسية 5mA/25°C، يجب على المصممين الرجوع إلى هذه المنحنيات للتنبؤ بالأداء بدقة.
5. المعلومات الميكانيكية وطريقة التغليف
5.1 أبعاد التغليف
يتمتع صمام LED من نوع 27-21 SMD بأبعاد تغليف مدمجة. يوضح مخطط الأبعاد أبعاد التغليف، مع تسامح ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تشمل الميزات الرئيسية المرئية في الرسم: محيط العنصر، ومواقع وسادات القطب الكهربائي، وعلامة الاستقطاب (قد تكون مؤشر الكاثود). تعتبر الأبعاد الدقيقة (الطول، العرض، الارتفاع) بالغة الأهمية لتصميم نمط وسادات PCB ولضمان الوضع الصحيح في معدات التجميع الآلي.
5.2 تحديد القطبية
تحتوي الحزمة على علامة لتحديد طرف الكاثود (القطب السالب). يجب الانتباه إلى القطبية الصحيحة أثناء التجميع لمنع تلف المكون بسبب الانحياز العكسي.
6. دليل اللحام والتجميع
6.1 منحنى درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق
هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء متوافق مع عمليات إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء والبخارية. يتم توفير منحنى درجة حرارة موصى به للّحام الخالي من الرصاص:
- التسخين المسبق:150-200 درجة مئوية، لمدة 60-120 ثانية.
- الوقت فوق خط السائل (217 درجة مئوية):60-150 ثانية.
- درجة الحرارة القصوى:260°C كحد أقصى، مع الحفاظ عليها لمدة لا تتجاوز 10 ثوانٍ.
- معدل التسخين:أقصى 6°C/ثانية.
- الوقت فوق 255°C:أقصى 30 ثانية.
- معدل التبريد:أقصى 3°C/ثانية.
القاعدة الأساسية:لا ينبغي إجراء أكثر من عمليتين لحام إعادة التدفق على نفس مكون LED.
6.2 اللحام اليدوي
إذا كان لا بد من إجراء اللحام اليدوي:
- استخدم مكواة لحام بدرجة حرارة طرف أقل من 350 درجة مئوية.
- قم بتقييد وقت التلامس لكل طرف إلى 3 ثوانٍ أو أقل.
- استخدم مكواة بسعة 25 واط أو أقل.
- يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرفية لإدارة الإجهاد الحراري.
تحذر ورقة المواصفات من أن التلف عادة ما يحدث أثناء عملية اللحام اليدوي، لذا يجب توخي الحذر الشديد.
6.3 متطلبات التخزين ومقاومة الرطوبة
يتم تعبئة LED بمواد مقاومة للرطوبة (يتم وضع شريط النقل في كيس ألومنيوم مقاوم للرطوبة يحتوي على مجفف).
- قبل الفتح:التخزين عند درجة حرارة ≤30°م ورطوبة نسبية ≤90%.
- بعد الفتح:تحت ظروف ≤30°م و ≤60% رطوبة نسبية، "عمر الورشة" هو سنة واحدة. يجب إعادة إغلاق المكونات غير المستخدمة في عبوة مقاومة للرطوبة.
- التحميص:إذا أشار مجفف الهواء إلى التشبع أو تجاوز وقت التخزين، يجب خَبز LED عند 60 ±5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفشار" أثناء عملية لحام التدفق.
7. معلومات التعبئة والطلب
7.1 مواصفات الشريط الملفوف
يتم توريد LED بتغليف قياسي في الصناعة لتسهيل التجميع الآلي:
- شريط الناقل:شريط حامل بعرض 8 مم، ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات.
- الكمية:3000 قطعة لكل بكرة.
- تم توفير رسم تفصيلي لأبعاد الشريط الحامل والبكرة، مع تسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم.
7.2 تعليمات الملصق
يحتوي ملصق البكرة على عدة رموز رئيسية للتتبع والمواصفات:
- P/N:رقم المنتج (على سبيل المثال، 27-21/T3D-AP2Q2HY/3C).
- QTY:كمية التغليف.
- CAT:مستوى شدة الإضاءة (على سبيل المثال، P2، Q1، Q2).
- HUE:درجات إحداثيات اللونية والطول الموجي الرئيسي (على سبيل المثال، المستويات 1-6).
- REF:درجات جهد التشغيل الأمامي (على سبيل المثال، 15، 16، 17).
- رقم الدفعة:رقم الدفعة الإنتاجية، يُستخدم للتتبع.
8. توصيات التطبيق
8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
يسرد كتيب المواصفات عدة تطبيقات رئيسية تستفيد من الحجم الصغير للـ LED، وضوءه المنتشر، وموثوقيته:
- الإضاءة الخلفية:تُستخدم في لوحات القيادة والمفاتيح والمفاتيح.
- معدات الاتصالات:تُستخدم كمؤشرات حالة وإضاءة خلفية في الهواتف وآلات الفاكس.
- شاشة LCD:توفير إضاءة خلفية مسطحة وموحدة لشاشات LCD الصغيرة ووسائل الإيضاح الخاصة بالمفاتيح والرموز.
- مؤشر عام:أي تطبيق يتطلب مؤشرًا ضوئيًا مضغوطًا، ساطعًا، وأبيض.
8.2 اعتبارات التصميم والملاحظات
يحتوي كتيب المواصفات على تحذيرات رئيسية لضمان التشغيل الموثوق:
- يجب تحديد التيار:يجب دائمًا استخدام مقاومة خارجية لتحديد التيار متصلة على التوالي مع LED. جهد التشغيل الأمامي له معامل درجة حرارة سالب طفيف، مما يعني أنه مع تسخين LED، ينخفض VFقليلاً. بدون المقاومة، قد يؤدي ذلك إلى زيادة كبيرة في التيار (الخروج الحراري عن السيطرة)، مما قد يتسبب في احتراق LED. المقاومة تعمل على استقرار التيار.
- تجنب الإجهاد الميكانيكي:لا تُطبّق إجهادًا على جسم الصمام الثنائي الباعث للضوء أثناء اللحام أو التجميع النهائي. تجنب ثني لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.
- الإصلاح:لا يُوصى بشدة بإصلاح أو إعادة عمل اللوحة بعد لحام الصمام الثنائي الباعث للضوء. إذا كان ذلك ضروريًا للغاية، يجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس مخصصة لتسخين الطرفين في وقت واحد لتقليل الإجهاد الحراري. إعادة التسخين من نقطة واحدة قد تؤدي إلى تلف.
- الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي:نظرًا لمستوى 150V HBM للجهاز، يجب تنفيذ إجراءات وقائية قياسية ضد التفريغ الكهروستاتيكي أثناء التعامل والتجميع.
9. المقارنة التقنية والتمييز
على الرغم من أن ورقة المواصفات لا تقدم مقارنة مباشرة مع طرازات LED محددة أخرى، فإن عبوة 27-21 تتمتع بمزايا واضحة في سياقات معينة:
- بالمقارنة مع LED ذو الأسلاك:الميزة الرئيسية هي تقليل كبير لمساحة ووزن لوحة الدائرة، مما يحقق تصغير الإلكترونيات الحديثة. كما يلغي الحاجة إلى ثني وإدخال الأسلاك، مما يبسط التجميع الآلي.
- بالمقارنة مع مصابيح LED ذات الثنائيات الباعثة للضوء السطحية (SMD) ذات الأحجام الأكبر (مثل 3528، 5050):يوفر 27-21 بصمة أصغر لتصميم فائق الاكتناز، على الرغم من احتمال التضحية ببعض الناتج الضوئي الكلي أو قدرة تبديد الحرارة مقارنة بالعبوات الأكبر.
- بالمقارنة مع مصابيح LED ذات العدسات الشفافة:يوفر الراتنج الأصفر المنتشر زاوية رؤية أوسع (140 درجة) ومظهرًا أكثر نعومة وتجانسًا، مما يجعله متفوقًا في التطبيقات التي تُشاهد فيها مصابيح LED مباشرة، بينما تنتج العدسات الشفافة حزمة ضوئية أكثر تركيزًا.
يعد امتثالها لمعايير RoHS وREACH والخالية من الهالوجينات متطلبًا أساسيًا للمكونات الحديثة، ولكنه لا يزال عاملاً تمييزيًا حاسمًا مقارنةً بالمخزون القديم غير المطابق.
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
10.1 لماذا يجب توصيل مقاومة تحديد التيار على التوالي؟
LED هو جهاز يعمل بالتيار، وليس بالجهد. منحنى الجهد-تيار الخاص به شديد الانحدار. التغيرات الطفيفة في جهد التشغيل الأمامي (والتي قد تنتج عن تغيرات في درجة الحرارة أو اختلافات في التصنيع) تؤدي إلى تغيرات كبيرة في التيار. تعمل المقاومة المتصلة على التوالي كمُنظِّم تيار خطي بسيط، يثبت نقطة العمل ويمنع الانحراف الحراري وتلف LED.
ماذا تعني رموز التصنيف (P2، Q1، 15، 16، إلخ) في القسم 10.2 لتصميمي؟
يضمن التصنيف اتساق المنتج. إذا كان تصميمك يتطلب اتساقًا في السطوع بين عدة مصابيح LED (على سبيل المثال، في مصفوفة الإضاءة الخلفية)، يجب عليك تحديد مصابيح LED من نفس فئة شدة الإضاءة (CAT). إذا كان هامش جهد مصدر الطاقة لديك محدودًا، فإن تحديد فئة جهد أمامي (REF) أكثر دقة سيكون مفيدًا. بالنسبة للتطبيقات ذات المتطلبات الصارمة فيما يتعلق باللون، فإن تحديد فئة اللون (HUE) أمر بالغ الأهمية. قد يؤدي استخدام مصابيح LED غير مصنفة أو مختلطة الفئات إلى اختلافات مرئية في السطوع أو اللون في المنتج النهائي.
هل يمكنني تشغيل LED هذا بتيار مستمر قيمته 10mA في القسم 10.3؟
نعم، 10 مللي أمبير هو الحد الأقصى المقنن للتيار المستمر الأمامي. ومع ذلك، فإن التشغيل عند القيم القصوى المطلقة قد يقلل من الموثوقية طويلة المدى ويزيد من درجة حرارة الوصلة. للحصول على أفضل عمر افتراضي واستقرار، يُوصى بتشغيل LED عند تيار اختبار 5 مللي أمبير أو أقل، خاصة في الحالات ذات الإدارة الحرارية المحدودة.
10.4 زاوية الرؤية هي 140 درجة. هل ناتج الضوء منتظم ضمن نطاق هذه الزاوية؟
"زاوية الرؤية" (2θ1/2) يُعرَّف بأنه الزاوية التي ينخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف شدتها عند 0 درجة (محور التوجيه الأمامي). تنتج الراتنجات الصفراء المنتشرة نمط إشعاع مشابه لجسم لامبرت، حيث تكون الشدة أعلى على المحور وتتناقص نحو الحواف. مقارنة بمصابيح LED ذات العدسات الشفافة، فإنها توفر تجانسًا ممتازًا للمشاهدة بزوايا واسعة، لكن لا يمكن تحقيق تجانس مثالي عبر النطاق الكامل البالغ 140°.
11. التصميم الفعلي وحالات الاستخدام
السيناريو: تصميم لوحة مفاتيح غشائية ذات إضاءة خلفية.
- اختيار النموذج:تم اختيار LED 27-21 نظرًا لحجمه الصغير (المناسب للتركيب خلف أيقونة المفتاح)، وضوءه المنتشر (للإضاءة المتجانسة)، وتوافقه مع التركيب السطحي (المناسب للتجميع الآلي على لوحة الدوائر المطبوعة للمفتاح).
- تصميم الدائرة الكهربائية:تم اختيار تيار ثابت بقيمة 5 مللي أمبير لتحقيق التوازن بين السطوع وعمر التشغيل. باستخدام مصدر طاقة 3.3 فولت، وبافتراض أن VFمن الوضع 16 (القيمة النموذجية 2.93 فولت)، يتم حساب المقاومة المتسلسلة: R = (Vمصدر الطاقة- VF) / IF= (3.3V - 2.93V) / 0.005A = 74 أوم. اختر المقاوم القياسي 75 أوم.
- تخطيط PCB:تصميم نمط اللوحات بدقة وفقًا لمخطط أبعاد التغليف. الحفاظ على مسافة كافية بين LED وطبقة الفيلم.
- المشتريات:عند طلب LED، حدد درجة السطوع Q1، ودرجة اللون 2 أو 3، لضمان اتساق النقطة البيضاء لجميع المفاتيح على اللوحة.
- التجميع:يتم حفظ المكونات في أكياس محكمة الإغلاق قبل الاستخدام. يتم لحام اللوحة PCB مرة واحدة باستخدام منحنى درجة الحرارة المحدد. تجنب تعريض LED لأي إجهاد أثناء المعالجة.
12. مقدمة موجزة عن مبدأ العمل
27-21 LED هو مصدر ضوء صلب يعتمد على تقاطع أشباه الموصلات من النوع p-n. تستخدم المنطقة النشطة مركب أشباه الموصلات InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة تشغيل الصمام الثنائي (الجهد الأمامي، VF)، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مثل InGaN، يطلق هذا الاتحاد الطاقة بشكل أساسي على شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة الفجوة النطاقية المحددة لسبيكة InGaN الطول الموجي للضوء المنبعث. لإنتاج ضوء أبيض من شريحة InGaN التي تصدر ضوءًا أزرق/أشعة فوق بنفسجية، يتم استخدام فوسفور أصفر (موجود داخل غلاف راتنجي أصفر منتشر). يتم امتصاص جزء من الضوء الأزرق المنبعث من الشريحة بواسطة الفوسفور ويعاد إشعاعه كضوء أصفر. يختلط الضوء الأزرق المتبقي مع الضوء الأصفر المحول، ليُدرك بالعين البشرية على أنه أبيض. يحتوي الراتنج المنتشر على جسيمات مبعثرة تعمل على عشوائية اتجاه الفوتونات المنبعثة، مما ينتج عنه زاوية مشاهدة واسعة وموحدة.
13. الاتجاهات والتطورات التقنية
تمثل مصابيح LED السطحية مثل 27-21 تقنية ناضجة ومعتمدة على نطاق واسع. تركز الاتجاهات الحالية للصناعة على عدة مجالات رئيسية تبني على هذا الأساس:
- تحسين الكفاءة (لومن/وات):التحسينات المستمرة في نمو الطبقات الخارجية، وتصميم الرقائق، وتقنية الفوسفور تستمر في دفع كفاءة الإضاءة للأمام، مما يتيح إخراج ضوء أكثر سطوعًا عند نفس التيار، أو تحقيق استهلاك طاقة أقل وحرارة أقل لنفس إخراج الضوء.
- تحسين جودة اللون والاتساق:أدت التطورات في تركيبات الفوسفور وتقنيات الفرز الأكثر دقة (مثل استخدام 3-5 خطوات من قطع مكادام الإهليلجي لتحكم أكثر صرامة في اللون) إلى جعل مصابيح LED تتمتع بمؤشر تجسيد لوني (CRI) أعلى، واتساق أكبر في نقطة اللون بين الدفعات.
- التصغير:يستمر السعي نحو أجهزة أصغر في دفع مزيد من التصغير لأحجام التغليف (مثل 2016، 1515)، مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه.
- تعزيز الموثوقية والعمر الافتراضي:تهدف الأبحاث حول مواد تغليف أفضل وتقنيات إدارة حرارية إلى تحسين عمر التشغيل واستقرار LED، خاصة في ظل ظروف درجات الحرارة العالية أو الرطوبة العالية.
- حلول متكاملة:يتجه التطور نحو دمج محركات القيادة المدمجة وأجهزة التحكم وحتى الرقائق متعددة الألوان (RGB) في حزمة واحدة لمصابيح LED، مما يبسط تصميم الدوائر الكهربائية للمستخدم النهائي.
تلعب مصابيح LED 27-21، بفضل حزمتها القياسية وخصائصها المحددة بوضوح، دور المكون الأساسي الموثوق في هذا المشهد التكنولوجي المتطور.
شرح مفصل لمصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
أولاً: المؤشرات الأساسية للأداء البصري الكهربائي
| المصطلحات | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية (Luminous Efficacy) | لومن/وات (lm/W) | التدفق الضوئي المنبعث لكل واط من الطاقة الكهربائية، كلما زاد كان أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. | يحدد بشكل مباشر مستوى كفاءة الطاقة للمصباح وتكلفة فاتورة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي (Luminous Flux) | lm (لومن) | إجمالي كمية الضوء المنبعثة من مصدر الضوء، يُشار إليها عادةً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان المصباح ساطعاً بما يكفي. |
| زاوية الإشعاع (Viewing Angle) | درجة، مثل 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، وهي التي تحدد عرض الحزمة الضوئية. | تؤثر على نطاق الإضاءة ودرجة انتظامها. |
| درجة حرارة اللون (CCT) | K (كلفن)، مثل 2700K/6500K | دافئة أو باردة ألوان الضوء، القيم المنخفضة تميل إلى الأصفر/الدفء، والقيم العالية تميل إلى الأبيض/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 هو الأفضل. | يؤثر على دقة الألوان، ويُستخدم في أماكن تتطلب جودة عالية مثل المراكز التجارية والمتاحف الفنية. |
| تحمل اللون (SDCM) | خطوات قطع مكادم، مثل "5-step" | مؤشر كمي لتوحيد اللون، كلما قل عدد الخطوات زاد تجانس الألوان. | ضمان عدم وجود اختلاف في لون المصابيح من نفس الدفعة. |
| الطول الموجي السائد (Dominant Wavelength) | نانومتر (nm)، مثل 620 نانومتر (أحمر) | قيم الأطوال الموجية المقابلة لألوان LED الملونة. | يحدد درجات اللون لألوان LED أحادية اللون مثل الأحمر والأصفر والأخضر. |
| Spectral Distribution | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يوضح توزيع شدة الضوء المنبعث من الصمام الثنائي الباعث للضوء عبر الأطوال الموجية المختلفة. | يؤثر على دقة تمثيل الألوان وجودتها. |
ثانياً: المعلمات الكهربائية
| المصطلحات | الرموز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي (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. | عادةً ما يتم استخدام القيادة بالتيار الثابت، حيث يحدد التيار السطوع والعمر الافتراضي. |
| أقصى تيار نبضي (Pulse Current) | Ifp | ذروة التيار القابلة للتحمل لفترة قصيرة، تُستخدم في التعتيم 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 أن يتحمله LED، وقد يتلف إذا تم تجاوزه. | يجب منع التوصيل العكسي أو الصدمات الكهربائية في الدائرة. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومة انتقال الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، كلما انخفضت القيمة تحسنت عملية تبديد الحرارة. | يتطلب المقاومة الحرارية العالية تصميم تبريد أقوى، وإلا سترتفع درجة حرارة الوصلة. |
| تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD Immunity) | V (HBM)، مثل 1000V | قدرة مقاومة الصدمات الكهروستاتيكية، كلما ارتفعت القيمة قل احتمال تلفها بالكهرباء الساكنة. | يجب اتخاذ إجراءات مكافحة الكهرباء الساكنة أثناء الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED عالية الحساسية. |
ثالثًا: إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلحات | المؤشرات الرئيسية | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة (Junction Temperature) | Tj (°C) | درجة الحرارة الفعلية التشغيلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض بمقدار 10°C قد يضاعف العمر الافتراضي؛ الارتفاع المفرط يؤدي إلى تدهور الضوء وانحراف اللون. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من قيمته الأولية. | تعريف مباشر "لعمر الخدمة" لمصابيح LED. |
| 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 اللون في مشهد الإضاءة. |
| Thermal Aging | تدهور أداء المواد | تدهور مواد التغليف بسبب التعرض الطويل الأمد لدرجات حرارة عالية. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
رابعًا: التغليف والمواد
| المصطلحات | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | المميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة وتوفر واجهات بصرية وحرارية. | EMC يتميز بمقاومة جيدة للحرارة وتكلفة منخفضة؛ السيراميك يوفر تبديدًا حراريًا ممتازًا وعمرًا طويلاً. |
| هيكل الشريحة | التركيب الأمامي، التركيب المعكوس (Flip Chip) | طريقة ترتيب أقطاب الشريحة. | يوفر التثبيت المقلوب تبريدًا أفضل وكفاءة ضوئية أعلى، مما يجعله مناسبًا للطاقة العالية. |
| طلاء الفوسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يتم تغطيتها على رقاقة الضوء الأزرق، حيث يتحول جزء منها إلى ضوء أصفر/أحمر، ثم يختلط ليشكل ضوءًا 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 | شرح مبسط | الهدف |
|---|---|---|---|
| تصنيف التدفق الضوئي | رموز مثل 2G، 2H | التجميع حسب مستوى السطوع، كل مجموعة لها قيمة لومن دنيا/قصوى. | ضمان اتساق السطوع ضمن نفس الدفعة من المنتجات. |
| تصنيف الجهد الكهربائي. | رموز مثل 6W، 6X | التجميع حسب نطاق الجهد الأمامي. | لتسهيل مطابقة مصدر القيادة وتحسين كفاءة النظام. |
| تصنيف حسب اللون | 5-step MacAdam ellipse | تجميع وفقًا لإحداثيات اللون، وضمان وقوع الألوان ضمن نطاق ضيق للغاية. | ضمان اتساق اللون، وتجنب عدم تجانس الألوان داخل المصباح الواحد. |
| تصنيف درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K، إلخ | التجميع حسب درجة حرارة اللون، لكل مجموعة نطاق إحداثيات محدد. | تلبية متطلبات درجة حرارة اللون لمختلف السيناريوهات. |
6. الاختبار والشهادات
| المصطلحات | Standard/Test | شرح مبسط | المعنى |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على اللومن | الإضاءة المستمرة لفترة طويلة في ظل ظروف درجة حرارة ثابتة، وتسجيل بيانات توهين السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر LED (بالتزامن مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | تقدير العمر الافتراضي في ظروف الاستخدام الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | توفير تنبؤ علمي بالعمر الافتراضي. |
| IESNA standard | معايير جمعية هندسة الإضاءة | تشمل طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس الاختبار المعترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | التأكد من أن المنتج لا يحتوي على مواد ضارة (مثل الرصاص والزئبق). | شروط الدخول إلى الأسواق الدولية. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | تُستخدم عادةً في مشتريات الحكومة ومشاريع الدعم لتعزيز القدرة التنافسية في السوق. |