جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
- 2. تحليل متعمق للمعايير التقنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام التصنيف (Binning)
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
- 3.3 تصنيف الجهد الأمامي
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة
- 4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي
- 4.3 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى IV)
- 4.4 نمط الإشعاع
- 5. معلومات الميكانيكا والتغليف
- 5.1 أبعاد العبوة
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. إرشادات اللحام والتركيب
- 6.1 ملف تعريف لحام الريفلو
- 6.2 احتياطات اللحام اليدوي
- 6.3 التخزين والحساسية للرطوبة
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 مواصفات البكرة والشريط
- 7.2 شرح الملصق
- 8. اعتبارات تصميم التطبيق
- 8.1 تحديد التيار إلزامي
- 8.2 إدارة الحرارة
- 8.3 الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD)
- 9. المقارنة والتمييز التقني
- 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
- 10.1 ما قيمة المقاومة التي يجب استخدامها مع مصدر طاقة 5 فولت؟
- 10.2 هل يمكن تشغيل هذا الـ LED بإشارة PWM للتعتيم؟
- 10.3 لماذا تعتبر عملية التخزين والتجفيف (Baking) مهمة جدًا؟
- 11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام
- 11.1 مصفوفة متعددة الـ LED لإضاءة خلفية اللوحات
- 11.2 مؤشر حالة مع متحكم دقيق (Microcontroller)
- 12. مقدمة عن مبدأ التشغيل
- 13. الاتجاهات والسياق التكنولوجي
1. نظرة عامة على المنتج
يُعد 19-213 ثنائي باعث للضوء سطحي التركيب (SMD) مصممًا للتطبيقات الإلكترونية الحديثة والمدمجة. يستخدم تقنية شريحة إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN) لإنتاج ضوء أخضر ساطع. الميزة الأساسية لهذا المكون هي حجمه الصغير للغاية، مما يتيح تقليصًا كبيرًا في المساحة التي يشغلها على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، ويسمح بكثافة أعلى للمكونات، ويساهم في التصغير العام لمعدات المستخدم النهائي. كما أن بنيته خفيفة الوزن تجعله خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تكون فيها المساحة والوزن قيودًا حرجة.
يتم تغليف الـ LED على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات التجميع الآلي عالية السرعة (pick-and-place). وهذا التوافق يبسط عملية التصنيع للإنتاج بكميات كبيرة.
1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
تنبع المزايا الأساسية لـ LED 19-213 SMD من شكله السطحي (SMD) وامتثاله للمواد. يؤدي إزالة الإطارات الرصاصية التقليدية إلى اتصال أكثر متانة بلوحة الدوائر المطبوعة وأداء أفضل في البيئات عالية الاهتزاز. يُصنف المنتج على أنه خالٍ من الرصاص، ومتوافق مع توجيهية الاتحاد الأوروبي RoHS (تقييد المواد الخطرة)، ويلتزم بأنظمة REACH (تسجيل وتقييم وترخيص وتقييد المواد الكيميائية). وهو أيضًا خالٍ من الهالوجين، حيث يقل محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) عن 900 جزء في المليون لكل منهما ويقل مجموعهما المشترك عن 1500 جزء في المليون، مما يجعله مناسبًا للتصميمات الواعية بيئيًا.
تتنوع التطبيقات المستهدفة، مع التركيز على وظائف المؤشرات والإضاءة الخلفية. تشمل الأسواق الرئيسية: الأجزاء الداخلية للسيارات (مثل إضاءة لوحة القيادة والمفاتيح الخلفية)، ومعدات الاتصالات (مثل أضواء المؤشر على الهواتف وأجهزة الفاكس)، والإلكترونيات الاستهلاكية (مثل الإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات البلورية السائلة LCD والمفاتيح والرموز). كما أن طبيعته العامة تجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من تطبيقات المؤشرات الأخرى.
2. تحليل متعمق للمعايير التقنية
يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية والحرارية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه الحدود والقيم النموذجية أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دوائر موثوقة.
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف التشغيل العادية.
- الجهد العكسي (VR): 5 فولت- يمكن أن يتسبب تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز 5 فولت في انهيار الوصلة فورًا. تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز غير مصمم للعمل العكسي؛ هذا التصنيف مخصص بشكل أساسي لظروف اختبار IR.
- التيار الأمامي (IF): 25 مللي أمبير- أقصى تيار مستمر يمكن أن يمر عبر الـ LED. سيؤدي تجاوز هذه القيمة إلى توليد حرارة مفرطة، مما يؤدي إلى تسارع استهلاك شدة الإضاءة أو فشل كارثي.
- تيار الذروة الأمامي (IFP): 100 مللي أمبير- هذا هو أقصى تيار نابض مسموح به، محدد بدورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز. يسمح بفترات قصيرة من السطوع الأعلى ولكن يجب استخدامه مع تحكم دقيق في التوقيت.
- تبديد الطاقة (Pd): 95 ملي واط- أقصى طاقة يمكن للعبوة تبديدها كحرارة، وتحسب كـ VF * IF. يتطلب التشغيل بالقرب من هذا الحد إدارة حرارية دقيقة للوحة الدوائر المطبوعة.
- تفريغ الكهرباء الساكنة (ESD): 150 فولت (HBM)- يشير تصنيف نموذج جسم الإنسان هذا إلى مستوى متوسط من الحساسية للكهرباء الساكنة. إجراءات التعامل الصحيحة مع الكهرباء الساكنة أثناء التجميع والتعامل إلزامية لمنع الأعطال الكامنة أو الفورية.
- درجة حرارة التشغيل (Topr): من -40°C إلى +85°C- نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي يُضمن فيه عمل الجهاز ضمن المواصفات المنشورة.
- درجة حرارة التخزين (Tstg): من -40°C إلى +90°C- نطاق درجة الحرارة للتخزين دون تشغيل.
- درجة حرارة اللحام (Tsol): يحدد ملفين تعريف: لحام الريفلو (ذروة 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ) واللحام اليدوي (طرف المكواة عند 350°C لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف).
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس هذه المعايير في ظروف اختبار قياسية Ta=25°C و IF=5mA، ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تحدد الأداء البصري للـ LED.
- شدة الإضاءة (Iv): 45 - 112 ملي كانديلا (الحد الأدنى - الحد الأقصى)- السطوع الملحوظ للـ LED كما يُقاس بالملي كانديلا. يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (Binning) (موضح في القسم 3). لم يتم ذكر القيمة النموذجية، فهي تقع في مكان ما ضمن هذا النطاق.
- زاوية الرؤية (2θ1/2): 120° (نموذجي)- المدى الزاوي الذي تنخفض عنده شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها القصوى. هذه زاوية رؤية واسعة جدًا، مثالية للتطبيقات التي تتطلب الرؤية من مواقع خارج المحور.
- الطول الموجي للذروة (λp): 518 نانومتر (نموذجي)- الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد له.
- الطول الموجي السائد (λd): 520 - 535 نانومتر- الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون الذي يثير نفس اللون الملحوظ لإخراج الـ LED. هذا هو المعيار الرئيسي لتحديد اللون ويخضع أيضًا للتصنيف.
- عرض النطاق الطيفي (Δλ): 35 نانومتر (نموذجي)- عرض الطيف المنبعث، مقاسًا عند نصف القدرة القصوى (العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى - FWHM). قيمة 35 نانومتر هي سمة مميزة لثنائيات LED الخضراء المصنوعة من InGaN.
- الجهد الأمامي (VF): 2.70 - 3.20 فولت- انخفاض الجهد عبر الـ LED عند تشغيله بتيار الاختبار 5mA. هذا النطاق يخضع أيضًا للتصنيف. التسامح لهذا المعيار هو ±0.05 فولت من القيمة المصنفة.
- التيار العكسي (IR): 50 ميكرو أمبير (الحد الأقصى)- أقصى تيار تسرب عند تطبيق الجهد العكسي المحدد (5 فولت).
3. شرح نظام التصنيف (Binning)
لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات LED إلى فئات أداء. يستخدم 19-213 ثلاثة معايير تصنيف مستقلة.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم فرز ثنائيات LED إلى أربع فئات (P1, P2, Q1, Q2) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند IF=5mA. تحتوي الفئات على النطاقات التالية: P1 (45.0-57.0 ملي كانديلا)، P2 (57.0-72.0 ملي كانديلا)، Q1 (72.0-90.0 ملي كانديلا)، و Q2 (90.0-112.0 ملي كانديلا). ينطبق تسامح ±11% على القيمة المصنفة. يجب على المصممين اختيار الفئة المناسبة لتلبية مستوى السطوع المطلوب لتطبيقهم.
3.2 تصنيف الطول الموجي السائد
يتم إدارة اتساق اللون عن طريق تصنيف الطول الموجي السائد إلى ثلاث مجموعات: X (520-525 نانومتر)، Y (525-530 نانومتر)، و Z (530-535 نانومتر). ينطبق تسامح ±1 نانومتر. وهذا يضمن أن جميع ثنائيات LED في دفعة معينة تنتج درجة لون أخضر متشابهة جدًا.
3.3 تصنيف الجهد الأمامي
يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى خمس مجموعات بخطوات 0.1 فولت: 29 (2.70-2.80 فولت)، 30 (2.80-2.90 فولت)، 31 (2.90-3.00 فولت)، 32 (3.00-3.10 فولت)، و 33 (3.10-3.20 فولت). التسامح هو ±0.05 فولت. يمكن أن يساعد معرفة فئة VF في تصميم دوائر تحديد تيار أكثر دقة، خاصة عند تشغيل عدة ثنائيات LED على التوالي.
4. تحليل منحنيات الأداء
تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات خصائص نموذجية ضرورية لفهم سلوك الـ LED في ظروف غير قياسية.
4.1 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة
يُظهر هذا المنحنى كيف ينخفض إخراج الضوء مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta). مثل جميع ثنائيات LED، يعاني 19-213 من استهلاك في شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة الحرارة. يجب على المصممين مراعاة هذا الانخفاض الحراري في التطبيقات التي قد ترتفع فيها درجة حرارة الـ LED أو بيئته، لضمان الحفاظ على سطوع كافٍ عند أقصى درجة حرارة تشغيل.
4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي
يوضح هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين تيار التشغيل وإخراج الضوء. بينما يزيد التيار من السطوع، تنخفض الكفاءة عادةً (لومن لكل واط) عند التيارات الأعلى بسبب زيادة توليد الحرارة. كما يظهر أن إخراج الضوء يشبع مع اقتراب التيار من الحد الأقصى للتصنيف.
4.3 الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى IV)
منحنى IV أساسي لتصميم الدوائر. يظهر العلاقة الأسية بين الجهد والتيار في الثنائي. "الركبة" في المنحنى، حول الجهد الأمامي النموذجي، هي المكان الذي يبدأ فيه الـ LED في إصدار الضوء بشكل ملحوظ. هذا المنحنى حاسم لاختيار طريقة تحديد التيار المناسبة (مثل قيمة المقاوم أو إعدادات محرك التيار الثابت).
4.4 نمط الإشعاع
يصور الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء. تؤدي زاوية الرؤية 120 درجة لـ 19-213 إلى نمط انبعاث واسع يشبه لامبرتيان. وهذا يؤكد ملاءمته للإضاءة واسعة النطاق والمؤشرات التي يجب رؤيتها من زوايا مختلفة.
5. معلومات الميكانيكا والتغليف
5.1 أبعاد العبوة
توفر ورقة البيانات رسمًا ثنائي الأبعاد تفصيليًا لعبوة الـ LED مع الأبعاد الحرجة. تشمل القياسات الرئيسية: الطول والعرض والارتفاع الإجماليين، وحجم ومواضع وسادات اللحام، وموقع معرف الكاثود (عادةً شق أو علامة خضراء على إحدى الزوايا). جميع التسامحات غير المحددة هي ±0.1 مم. هذا الرسم ضروري لإنشاء نمط الأرضية (footprint) على لوحة الدوائر المطبوعة في برنامج CAD.
5.2 تحديد القطبية
القطبية الصحيحة حيوية للتشغيل. تتضمن العبوة علامة بصرية لتحديد طرف الكاثود (-). يجب على المصممين وفنيي التجميع الرجوع إلى رسم الأبعاد لتوجيه المكون بشكل صحيح على لوحة الدوائر المطبوعة.
6. إرشادات اللحام والتركيب
يعد الالتزام بهذه الإرشادات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق وصلات لحام موثوقة دون الإضرار بالـ LED.
6.1 ملف تعريف لحام الريفلو
يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة ريفلو موصى به خالٍ من الرصاص. تشمل المعايير الرئيسية: منطقة تسخين مبدئي بين 150-200°C لمدة 60-120 ثانية، وقت فوق السائل (217°C) من 60-150 ثانية، درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C، وأقصى وقت عند الذروة 10 ثوانٍ. أقصى معدل تسخين هو 6°C/ثانية، وأقصى معدل تبريد هو 3°C/ثانية. لا ينبغي إجراء لحام الريفلو أكثر من مرتين.
6.2 احتياطات اللحام اليدوي
إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فستكون هناك حاجة إلى عناية فائقة. يجب أن تكون درجة حرارة طرف مكواة اللحام أقل من 350°C، ويجب ألا تتجاوز مدة التلامس مع كل طرف 3 ثوانٍ. يُوصى باستخدام مكواة منخفضة الطاقة (≤25 واط). يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف للسماح بتبديد الحرارة.
6.3 التخزين والحساسية للرطوبة
يتم تغليف ثنائيات LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف. يجب عدم فتح الكيس حتى تصبح المكونات جاهزة للاستخدام. بعد الفتح، يجب تخزين ثنائيات LED غير المستخدمة عند ≤30°C و ≤60% رطوبة نسبية واستخدامها خلال 168 ساعة (7 أيام). إذا تم تجاوز وقت التخزين أو أشار المجفف إلى امتصاص الرطوبة، فستكون هناك حاجة إلى معالجة تجفيف (Baking) عند 60±5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام لمنع ظاهرة "الفشار" (popcorning) أثناء لحام الريفلو.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 مواصفات البكرة والشريط
يتم توريد المكونات في شريط حامل بارز بأبعاد محددة في ورقة البيانات. يتم لف الشريط على بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم). تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير أبعاد البكرة (قطر المحور، قطر الحافة، العرض) للتأكد من التوافق مع معدات التجميع الآلي.
7.2 شرح الملصق
يحتوي ملصق البكرة على عدة رموز رئيسية: P/N (رقم المنتج)، QTY (كمية التعبئة)، CAT (رتبة/فئة شدة الإضاءة)، HUE (اللونية/رتبة الطول الموجي السائد)، REF (رتبة الجهد الأمامي)، و LOT No (رقم الدفعة القابل للتتبع). يعد فهم هذا التوسيم مهمًا للتحكم في المخزون وضمان استخدام فئة الأداء الصحيحة في الإنتاج.
8. اعتبارات تصميم التطبيق
8.1 تحديد التيار إلزامي
تشير ورقة البيانات بشكل مؤكد إلى أنه يجب استخدام مقاوم خارجي لتحديد التيار (أو محرك تيار ثابت)يجباستخدامه. تُظهر ثنائيات LED ارتفاعًا أسيًا حادًا في التيار مع زيادة طفيفة في الجهد تتجاوز جهدها الأمامي. بدون تحديد التيار، حتى التقلب الطفيف في جهد الإمداد يمكن أن يتسبب في تجاوز التيار الحد الأقصى للتصنيف، مما يؤدي إلى فشل فوري.
8.2 إدارة الحرارة
بينما تبدد العبوة نفسها الحرارة، فإن المسار الأساسي لإزالة الحرارة هو من خلال وسادات اللحام إلى النحاس الموجود في لوحة الدوائر المطبوعة. بالنسبة للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو بالقرب من أقصى تيار، فكر في استخدام لوحة دوائر مطبوعة بها تخفيف حراري كافٍ، أو مسارات نحاسية أوسع، أو حتى وسادة حرارية مخصصة متصلة بمستوى أرضي للمساعدة في تبديد الحرارة.
8.3 الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD)
نظرًا لتصنيف ESD البالغ 150 فولت HBM، قد يكون من المستحسن دمج حماية أساسية من الكهرباء الساكنة على الخطوط المتصلة بالـ LED (على سبيل المثال، باستخدام ثنائي قمع الجهد العابر أو مقاوم على التوالي) في البيئات المعرضة للتفريغ الساكن، خاصة إذا كان الـ LED يمكن للمستخدم الوصول إليه.
9. المقارنة والتمييز التقني
يتميز 19-213 بشكل أساسي من خلال الجمع بين زاوية رؤية واسعة جدًا تبلغ 120 درجة والراتنج الشفاف. تستخدم العديد من ثنائيات LED المؤشرات راتنجًا منتشرًا لتوسيع زاوية الرؤية، ولكن هذا يقلل من شدة الذروة على المحور. يحقق 19-213 زاوية واسعة براتنج شفاف، مما يمكن أن يوفر سطوعًا ملحوظًا أعلى مباشرةً على المحور مع الحفاظ على رؤية جيدة خارج المحور. كما أن امتثاله الكامل للوائح البيئية الحديثة (RoHS، REACH، خالٍ من الهالوجين) هو أيضًا متطلب قياسي ولكنه أساسي لمعظم التصميمات الجديدة.
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
10.1 ما قيمة المقاومة التي يجب استخدامها مع مصدر طاقة 5 فولت؟
تعتمد قيمة المقاومة (R) على تيار التشغيل الأمامي المطلوب (IF) والجهد الأمامي (VF) لفئة الـ LED المحددة. استخدم قانون أوم: R = (جهد_المصدر - VF) / IF. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، و VF بقيمة 3.0 فولت (الفئة 31)، وهدف IF بقيمة 20 مللي أمبير: R = (5 - 3.0) / 0.020 = 100 أوم. احسب دائمًا تبديد الطاقة في المقاوم: P_المقاوم = (جهد_المصدر - VF) * IF. في هذه الحالة، P = 2 فولت * 0.02 أمبير = 0.04 واط، لذا فإن مقاوم قياسي بقدرة 1/8 واط (0.125 واط) كافٍ.
10.2 هل يمكن تشغيل هذا الـ LED بإشارة PWM للتعتيم؟
نعم، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة ممتازة لتعتيم ثنائيات LED. تعمل عن طريق تشغيل وإيقاف تشغيل الـ LED بسرعة. يتناسب السطوع الملحوظ مع دورة العمل (النسبة المئوية للوقت الذي يكون فيه الـ LED قيد التشغيل). يحافظ تعتيم PWM على اتساق لون الـ LED، على عكس التعتييم التناظري (تقليل التيار)، والذي يمكن أن يتسبب في تحول اللون. تأكد من أن تردد PWM مرتفع بدرجة كافية (عادةً >100 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.
10.3 لماذا تعتبر عملية التخزين والتجفيف (Baking) مهمة جدًا؟
يمكن أن تمتص عبوات SMD الرطوبة من الغلاف الجوي. أثناء عملية لحام الريفلو عالية الحرارة، يمكن أن تتبخر هذه الرطوبة المحتبسة بسرعة، مما يخلق ضغط بخار داخل العبوة. يمكن أن يؤدي هذا إلى انفصال داخلي، أو تشقق الراتنج، أو فشل وصلات الأسلاك - وهي ظاهرة تُعرف باسم "الفشار" (popcorning). تم تصميم تغليف الحساسية للرطوبة وإجراءات التجفيف لمنع هذا النمط من الفشل.
11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام
11.1 مصفوفة متعددة الـ LED لإضاءة خلفية اللوحات
لإضاءة خلفية شاشة LCD صغيرة أو لوحة مفاتيح، يمكن ترتيب عدة ثنائيات LED من نوع 19-213 في مصفوفة. بسبب تصنيف الجهد الأمامي، يكون توصيل ثنائيات LED على التوازي بشكل عام أكثر موثوقية، كل منها بمقاوم تحديد تيار خاص به، بدلاً من توصيلها على التوالي. يضمن هذا التكوين أن الاختلافات في VF بين ثنائيات LED الفردية لا تسبب توزيعًا غير متساوٍ للتيار والسطوع. سيوفر محرك تيار ثابت IC مصمم لقنوات LED متوازية متعددة الحل الأكثر اتساقًا وكفاءة للمصفوفات الأكبر.
11.2 مؤشر حالة مع متحكم دقيق (Microcontroller)
عند التشغيل مباشرة من دبوس GPIO الخاص بالمتحكم الدقيق، يجب التحقق من قدرة الدبوس على توفير/سحب التيار. لدى العديد من دبابيس MCU حد يتراوح بين 20-25 مللي أمبير، وهو ما يتوافق جيدًا مع الحد الأقصى لهذا الـ LED. ستتكون الدائرة من الـ LED ومقاوم على التوالي متصل بين دبوس MCU والأرض (لتكوين سحب التيار) أو VCC (لتكوين توفير التيار). يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام جهد خرج MCU (مثل 3.3 فولت) و VF الخاص بالـ LED.
12. مقدمة عن مبدأ التشغيل
يعتمد LED 19-213 على بنية ثنائي شبه موصل مصنوعة من إنيديوم جاليوم نيتريد (InGaN). عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد الوصلة للثنائي (حوالي 2.7-3.2 فولت)، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة InGaN طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. في هذه الحالة، يتم ضبط السبيكة لإنتاج فوتونات في الطيف الأخضر (520-535 نانومتر). يحمي الراتنج الإيبوكسي الشفاف شريحة أشباه الموصلات، ويوفر الاستقرار الميكانيكي، ويعمل كعدسة لتشكيل الضوء المنبعث إلى زاوية رؤية 120 درجة.
13. الاتجاهات والسياق التكنولوجي
يمثل 19-213 تقنية ناضجة ومعتمدة على نطاق واسع في سوق LED SMD. يستمر الاتجاه في هذا القطاع نحو عدة تطورات رئيسية. أولاً، هناك دفع مستمر لزيادة الفعالية الضوئية (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، مما يحسن كفاءة الطاقة. ثانيًا، لا يزال السعي نحو نقاء لوني وتشبع أعلى، خاصة في الطيف الأخضر، نشطًا. ثالثًا، يستمر تصغير العبوة، مع أشكال أصغر حتى من 19-213 أصبحت شائعة للأجهزة فائقة الصغر. أخيرًا، يعد التكامل اتجاهًا متزايدًا، حيث تجمع ثنائيات LED متعددة الألوان (RGB) أو ثنائيات LED ذات دوائر تحكم مدمجة (مثل ثنائيات LED القابلة للعنونة عبر I2C) بين وظائف متعددة في عبوة واحدة، مما يبسط التصميم والتجميع. يخدم 19-213، مع تركيزه على الموثوقية والتوافر الواسع والامتثال، كحجر بناء أساسي في نظام بيئي واسع النطاق لتطبيقات المؤشرات والإضاءة.
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. |