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 عند درجة حرارة بيئة 25°م
- 2.3 الاعتبارات الحرارية
- 3. شرح نظام التصنيف (Binning)
- 3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (Vf)
- 3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)
- 3.3 تصنيف درجة اللون (الطول الموجي السائد)
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
- 4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي
- 4.3 توزيع الطيف
- 4.4 الاعتماد على درجة الحرارة
- 5. معلومات الميكانيكا والتغليف
- 5.1 أبعاد الغلاف وقطبية الأطراف
- 5.2 تصميم لوحات التثبيت الموصى بها على اللوحة المطبوعة
- 6. دليل اللحام والتركيب والتعامل
- 6.1 إرشادات عملية اللحام
- 6.2 التنظيف
- 6.3 التخزين والحساسية للرطوبة
- 6.4 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 مواصفات الشريط والبكرة
- 8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم
- 8.1 دوائر التطبيق النموذجية
- 8.2 اعتبارات التصميم
- 8.3 قيود التطبيق
- 9. المقارنة التقنية والتمييز
- 10. الأسئلة الشائعة (FAQs)
- 10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟
- 10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بتيار 20 مللي أمبير لسطوع أعلى؟
- 10.3 لماذا يعتبر نظام التصنيف (Binning) مهماً؟
- 10.4 كيف أفسر تصنيف "ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء"؟
- 11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام
- 11.1 الإضاءة الخلفية لوحة مفاتيح الأجهزة المحمولة
- 11.2 مؤشر الحالة على جهاز توجيه الشبكة
- 12. مقدمة عن مبدأ التشغيل
- 13. اتجاهات التكنولوجيا
1. نظرة عامة على المنتج
توضح هذه الوثيقة مواصفات مصباح LED صغير الحجم، مثبت على السطح، مصمم للتجميع الآلي على اللوحات المطبوعة وللتطبيقات التي يكون فيها توفير المساحة عاملاً حاسماً. الجهاز عبارة عن LED فائق السطوع ورفيع للغاية يستخدم شريحة شبه موصلة من إن-غا-ن (نيتريد الغاليوم الإنديوم) لإنتاج الضوء الأخضر. شكله المدمج وتوافقه مع عمليات التصنيع الحديثة يجعله مكوناً متعدد الاستخدامات لمجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية.
1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف
تشمل المزايا الأساسية لهذا الثنائي الباعث للضوء سماكته المنخفضة للغاية والتي تبلغ 0.55 مم، مما يسمح بدمجه في أجهزة فائقة النحافة. يقدم شدة إضاءة عالية من شريحة إن-غا-ن الخاصة به. المكون متوافق بالكامل مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة). يتم تغليفه على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات، متوافق مع معايير EIA، مما يجعله متوافقاً تماماً مع معدات اللصق والتركيب الآلية عالية السرعة. علاوة على ذلك، تم تصميمه لتحمل عمليات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء (IR)، وهي العملية القياسية لخطوط تجميع تقنية التركيب على السطح (SMT).
تطبيقاته المستهدفة واسعة النطاق، تشمل معدات الاتصالات، وأجهزة أتمتة المكاتب، والأجهزة المنزلية، والمعدات الصناعية. تشمل حالات الاستخدام المحددة الإضاءة الخلفية لوحات المفاتيح، ومصابيح مؤشرات الحالة، والشاشات الدقيقة، وتطبيقات الإضاءة المختلفة للإشارات أو الرموز.
2. تحليل متعمق للمعايير التقنية
يقدم هذا القسم تفسيراً مفصلاً وموضوعياً للخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة في ورقة البيانات. فهم هذه المعايير أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وضمان الأداء طويل الأمد.
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.
- تبديد الطاقة (Pd):38 مللي واط. هذه هي أقصى قدرة يمكن لحزمة LED تبديدها كحرارة عند درجة حرارة بيئة (Ta) تبلغ 25°م. تجاوز هذا الحد يعرض لخطر ارتفاع درجة الحرارة والتدهور المتسارع.
- التيار الأمامي المستمر (IF):10 مللي أمبير. أقصى تيار أمامي مستمر يمكن تطبيقه.
- تيار الذروة الأمامي:40 مللي أمبير. هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يسمح بلحظات قصيرة من السطوع الأعلى دون تلف حراري.
- نطاق درجة حرارة التشغيل:من -20°م إلى +80°م. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديده ليعمل فيه LED بشكل صحيح.
- نطاق درجة حرارة التخزين:من -30°م إلى +100°م. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عندما لا يكون قيد التشغيل.
- ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء:260°م لمدة 10 ثوانٍ. يحدد هذا ذروة درجة الحرارة وملف الوقت الذي يمكن لـ LED تحمله أثناء لحام إعادة التدفق، وهو أمر بالغ الأهمية لعمليات التجميع الخالية من الرصاص.
2.2 الخصائص الكهروضوئية عند درجة حرارة بيئة 25°م
هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة في ظل ظروف الاختبار القياسية. يجب على المصممين استخدام هذه القيم لحسابات الدائرة.
- شدة الإضاءة (Iv):تتراوح من 11.2 مللي شمعة (الحد الأدنى) إلى 112.0 مللي شمعة (الحد الأقصى) عند تيار أمامي (IF) قدره 2 مللي أمبير. يتم إدارة هذا النطاق الواسع من خلال نظام تصنيف (انظر القسم 3). يقيس هذا المعلمة السطوع الذي تدركه العين البشرية.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):130 درجة. هذه هي الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها المقاسة على المحور. تشير زاوية 130 درجة إلى نمط رؤية واسع، مناسب للتطبيقات التي يجب فيها رؤية الضوء من زوايا مختلفة.
- الطول الموجي لذروة الانبعاث (λP):530 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج الطيفي لـ LED أقوى.
- الطول الموجي السائد (λd):من 525.0 نانومتر إلى 545.0 نانومتر (عند IF=2mA). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يحدد اللون (الأخضر). يتم اشتقاقه من مخطط CIE للونية ويختلف عن الطول الموجي القمة.
- عرض النصف الطيفي (Δλ):35 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، ويقاس بالعرض عند نصف أقصى شدة.
- الجهد الأمامي (VF):من 2.30 فولت إلى 3.30 فولت (عند IF=2 مللي أمبير). انخفاض الجهد عبر LED عند مرور التيار. هذا النطاق يخضع أيضاً للتصنيف.
- التيار العكسي (IR):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. الجهاز غير مصمم للعمل العكسي؛ هذا الاختبار للتحقق من الجودة فقط. يجب تجنب تطبيق جهد عكسي في الدائرة، عادةً عن طريق ضمان القطبية الصحيحة أو استخدام دائرة حماية.
2.3 الاعتبارات الحرارية
على الرغم من عدم رسمها بيانياً بشكل صريح، إلا أنه يمكن الاستدلال على إدارة الحرارة من تصنيف تبديد الطاقة ونطاق درجة حرارة التشغيل. يشير تصنيف Pd المنخفض البالغ 38 مللي واط إلى أن هذا جهاز منخفض الطاقة. ومع ذلك، في التخطيطات عالية الكثافة أو المساحات المغلقة، يوصى بضمان تخفيف حراري كافٍ عبر لوحات التثبيت على اللوحة المطبوعة للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة، والحفاظ على ناتج الإضاءة وعمر التشغيل.
3. شرح نظام التصنيف (Binning)
لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز ثنائيات LED إلى مجموعات بناءً على المعايير الرئيسية. يسمح هذا للمصممين باختيار درجة أداء محددة لتطبيقهم.
3.1 تصنيف جهد التشغيل الأمامي (Vf)
يتم تصنيف ثنائيات LED حسب انخفاض الجهد الأمامي عند 2 مللي أمبير. تتراوح المجموعات من D4 (2.30 فولت - 2.50 فولت) إلى D8 (3.10 فولت - 3.30 فولت)، مع تسامح ±0.1 فولت لكل مجموعة. يمكن أن يساعد اختيار مجموعة Vf ضيقة في ضمان سطوع موحد عند تشغيل عدة ثنائيات LED بالتوازي من مصدر جهد ثابت.
3.2 تصنيف شدة الإضاءة (Iv)
يتحكم هذا التصنيف في ناتج السطوع. تتراوح المجموعات من L (11.2 - 18.0 مللي شمعة) إلى Q (71.0 - 112.0 مللي شمعة)، مقاسة عند 2 مللي أمبير، مع تسامح ±15% لكل مجموعة. ستحدد التطبيقات التي تتطلب مستويات سطوع محددة، مثل المؤشرات ذات فئات اللمعان المحددة، مجموعة Iv.
3.3 تصنيف درجة اللون (الطول الموجي السائد)
يضمن هذا اتساق اللون. مجموعات الطول الموجي السائد لهذا LED الأخضر هي: AQ (525.0 - 530.0 نانومتر)، AR (530.0 - 535.0 نانومتر)، AS (535.0 - 540.0 نانومتر)، و AT (540.0 - 545.0 نانومتر)، مع تسامح ±1 نانومتر. بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها مطابقة الألوان الدقيقة أمراً بالغ الأهمية (مثل الشاشات متعددة الألوان أو إشارات المرور)، فإن تحديد مجموعة لونية ضيقة أمر ضروري.
4. تحليل منحنيات الأداء
تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الأداء النموذجية. على الرغم من عدم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، إلا أن تفسيراتها القياسية ضرورية للتصميم.
4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
يظهر هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. إنها علاقة أسية في طبيعتها. القيمة النموذجية لـ VF المعطاة (مثل ~2.8 فولت عند 2 مللي أمبير) هي نقطة على هذا المنحنى. يستخدم المصممون هذا المنحنى لتحديد قيمة المقاوم المحدد للتيار اللازمة لجهد إمداد معين. يُفضل عمومًا تشغيل LED بمصدر تيار ثابت بدلاً من جهد ثابت مع مقاوم على التوالي، لأنه يوفر سطوعاً أكثر استقراراً وتحملًا أفضل لتغيرات Vf.
4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي
يظهر هذا الرسم البياني عادةً أن شدة الإضاءة تزداد مع التيار الأمامي، ولكن ليس بشكل خطي. عند التيارات الأعلى، قد تنخفض الكفاءة بسبب زيادة توليد الحرارة. يمثل التيار المستمر المقنن البالغ 10 مللي أمبير نقطة يتم فيها تحقيق توازن جيد بين السطوع والموثوقية. التشغيل بالقرب من أقصى تيار مطلق سيقلل من العمر الافتراضي.
4.3 توزيع الطيف
سيظهر رسم الناتج الطيفي الشدة مقابل الطول الموجي، متمركزًا حول ذروة 530 نانومتر مع عرض نصف 35 نانومتر. هذه المعلومات حيوية للتطبيقات الحساسة لأطوال موجية محددة، مثل أجهزة الاستشعار البصرية أو الأنظمة ذات المرشحات اللونية.
4.4 الاعتماد على درجة الحرارة
على الرغم من عدم تفصيلها صراحةً، إلا أن أداء LED حساس لدرجة الحرارة. عادةً، ينخفض الجهد الأمامي مع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب)، بينما ينخفض ناتج الإضاءة أيضاً. بالنسبة للتطبيقات الدقيقة، يجب مراعاة هذه التأثيرات، خاصة إذا كان LED يعمل في بيئة حرارية متغيرة.
5. معلومات الميكانيكا والتغليف
5.1 أبعاد الغلاف وقطبية الأطراف
يتميز LED بسمك إضافي بارتفاع 0.55 مم. يتم توفير أبعاد الغلاف في ورقة البيانات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.1 مم. العدسة شفافة. يتم تحديد الطرف السالب عادةً بواسطة علامة على الغلاف، مثل شق، أو نقطة خضراء، أو زاوية مقطوعة. تحديد القطبية الصحيحة إلزامي أثناء التجميع لمنع تلف الانحياز العكسي.
5.2 تصميم لوحات التثبيت الموصى بها على اللوحة المطبوعة
يتم توفير توصية لنمط اللحام (البصمة) لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. الالتزام بهذا التصميم أمر بالغ الأهمية لتحقيق حشوات لحام مناسبة، وإدارة تبديد الحرارة، ومنع ظاهرة "الشمعة" (حيث يرتفع أحد طرفي المكون أثناء إعادة التدفق). كما يساعد تصميم لوحة التثبيت في محاذاة المكون أثناء التركيب الآلي.
6. دليل اللحام والتركيب والتعامل
6.1 إرشادات عملية اللحام
LED متوافق مع لحام إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. يتم توفير ملف مقترح للعمليات الخالية من الرصاص، مع المعايير الرئيسية:
- التسخين المسبق:150-200°م.
- وقت التسخين المسبق:بحد أقصى 120 ثانية لتسخين اللوحة والمكونات تدريجياً.
- درجة حرارة الذروة:بحد أقصى 260°م.
- الوقت فوق نقطة السيولة (عند الذروة):بحد أقصى 10 ثوانٍ. يجب أن يلتزم الملف بمعايير JEDEC لضمان الموثوقية.
6.2 التنظيف
إذا كان التنظيف بعد اللحام ضرورياً، فيجب استخدام المذيبات المحددة فقط. توصي ورقة البيانات بالغمر في الكحول الإيثيلي أو كحول الأيزوبروبيل في درجة الحرارة العادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية غير المحددة أو العدوانية أن تتلف مادة الغلاف أو العدسة البصرية.
6.3 التخزين والحساسية للرطوبة
ثنائيات LED حساسة للرطوبة. عندما تكون الحقيبة المحكمة المضادة للرطوبة (مع مجفف) غير مفتوحة، يجب تخزينها عند ≤30°م و ≤90% رطوبة نسبية (RH) واستخدامها خلال عام واحد. بمجرد فتح التغليف الأصلي، يجب ألا تتجاوز بيئة التخزين 30°م / 60% رطوبة نسبية. يجب أن تخضع المكونات التي تمت إزالتها من تغليفها الأصلي لإعادة تدفق بالأشعة تحت الحمراء خلال 672 ساعة (28 يومًا، مستوى MSL2a). إذا تم تخزينها لفترة أطول خارج الكيس الأصلي، فيجب تجفيفها عند حوالي 60°م لمدة 20 ساعة على الأقل قبل اللحام لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع "ظاهرة الفشار" (تشقق الغلاف بسبب ضغط البخار أثناء إعادة التدفق).
6.4 احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)
هذا الثنائي الباعث للضوء عرضة للتلف من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والارتفاعات الكهربائية. يوصى بالتعامل مع الجهاز باستخدام سوار معصم مؤرض أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة. يجب تأريض جميع معدات التعامل ومحطات العمل والآلات بشكل صحيح لمنع تراكم الكهرباء الساكنة.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 مواصفات الشريط والبكرة
يتم توريد ثنائيات LED في شريط حامل بارز بشريط غطاء واقٍ، ملفوف على بكرات قطر 7 بوصات (178 مم). الكمية القياسية للبكرة هي 5000 قطعة. عرض الشريط 8 مم. التغليف يتوافق مع مواصفات ANSI/EIA-481. هناك إرشادات لأدنى كميات التعبئة للباقي وأقصى عدد من المكونات المفقودة المتتالية في الشريط.
8. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم
8.1 دوائر التطبيق النموذجية
طريقة التشغيل الأكثر شيوعاً هي مقاومة محددة للتيار على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة (R) على النحو التالي: R = (جهد_المصدر - VF_LED) / I_المطلوب. على سبيل المثال، مع مصدر جهد 5 فولت، و VF نموذجي 2.8 فولت، وتيار مطلوب 5 مللي أمبير: R = (5 - 2.8) / 0.005 = 440 أوم. سيكون المقاوم القياسي 470 أوم مناسباً. للحصول على استقرار سطوع أفضل مع تغيرات درجة الحرارة وجهد المصدر، يوصى بمصدر تيار ثابت بسيط باستخدام ترانزستور أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة LED، خاصة للعديد من ثنائيات LED أو تطبيقات السطوع الحرجة.
8.2 اعتبارات التصميم
- قيادة التيار:قم دائمًا بالتشغيل بتيار مضبوط، وليس بجهد ثابت مباشرة. استخدم القيم القصوى المطلقة كحدود، وليس كأهداف.
- الإدارة الحرارية:تأكد من أن تخطيط اللوحة المطبوعة يوفر مساحة نحاسية كافية للوحات تثبيت LED لتعمل كمشتت حراري، خاصة إذا كان التشغيل بالقرب من أقصى تيار.
- التصميم البصري:توفر زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة رؤية جيدة خارج المحور. للضوء المركز، قد تكون هناك حاجة إلى عدسات خارجية أو أدلة ضوئية.
- حماية الجهد العكسي:إذا كان هناك أي احتمال لتطبيق جهد عكسي (على سبيل المثال، في دوائر التيار المتردد أو مع الأحمال الحثية)، فإن ثنائي الحماية بالتوازي مع LED (القطب السالب إلى الموجب) ضروري.
8.3 قيود التطبيق
تتضمن ورقة البيانات تحذيراً يفيد بأن هذه الثنائيات الباعثة للضوء مخصصة للمعدات الإلكترونية العادية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (الطيران، الأجهزة الطبية، أنظمة السلامة الحرجة)، يلزم التشاور مع الشركة المصنعة قبل التصميم. هذا هو إخلاء المسؤولية القياسي للمكونات ذات الدرجة التجارية.
9. المقارنة التقنية والتمييز
مقارنة بتكنولوجيا أقدم مثل ثنائيات LED الخضراء القائمة على AlGaInP (فوسفيد الألومنيوم الغاليوم الإنديوم)، يقدم هذا LED الأخضر القائم على إن-غا-ن عادةً كفاءة إضاءة أعلى واستقرار أداء أفضل. ارتفاع 0.55 مم هو عامل تمييز رئيسي في السوق، مما يتيح تصميمات أرق من تلك التي تستخدم ثنائيات LED بارتفاع قياسي 0.6 مم أو 0.8 مم. توافقه مع إعادة التدفق القياسية بالأشعة تحت الحمراء وتغليف الشريط والبكرة يجعله متوافقاً مع تجميع SMT السائد والفعال من حيث التكلفة، على عكس بعض ثنائيات LED المتخصصة التي قد تتطلب معالجة خاصة.
10. الأسئلة الشائعة (FAQs)
10.1 ما الفرق بين الطول الموجي القمة والطول الموجي السائد؟
الطول الموجي القمة (λP) هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد (λd) هو قيمة محسوبة تعتمد على إدراك اللون البشري (مخطط CIE) وتمثل بشكل أفضل اللون الذي نراه. بالنسبة لـ LED أخضر أحادي اللون، غالبًا ما يكونان متقاربين ولكن ليسا متطابقين.
10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الثنائي الباعث للضوء بتيار 20 مللي أمبير لسطوع أعلى؟
لا. التصنيف الأقصى المطلق للتيار الأمامي المستمر هو 10 مللي أمبير. التشغيل بتيار 20 مللي أمبير سيتجاوز هذا التصنيف، مما يؤدي إلى حرارة مفرطة، وتدهور سريع في الإضاءة، وفشل كارثي محتمل. للحصول على سطوع أعلى، اختر LED من مجموعات Iv الأعلى (مثل مجموعة Q) أو اختر منتجاً مصنفاً لتيار أعلى.
10.3 لماذا يعتبر نظام التصنيف (Binning) مهماً؟
تسبب الاختلافات التصنيعية اختلافات في Vf و Iv واللون بين ثنائيات LED الفردية. يقوم نظام التصنيف بفرزها إلى مجموعات ذات معايير مضبوطة بإحكام. بالنسبة لمنتج يستخدم عدة ثنائيات LED (مثل مصفوفة إضاءة خلفية)، فإن استخدام ثنائيات LED من نفس المجموعة يضمن سطوعاً ولوناً موحدين، وهو أمر بالغ الأهمية للجودة الجمالية والوظيفية.
10.4 كيف أفسر تصنيف "ظروف اللحام بالأشعة تحت الحمراء"؟
هذا يعني أن LED يمكنه تحمل ملف لحام إعادة التدفق حيث تصل درجة حرارة جسم المكون إلى ذروة 260°م لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ. هذا هو المطلب القياسي لمعاجين اللحام الخالية من الرصاص، والتي لها نقاط انصهار أعلى من اللحام التقليدي بالقصدير والرصاص.
11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام
11.1 الإضاءة الخلفية لوحة مفاتيح الأجهزة المحمولة
في لوحة مفاتيح الهاتف المحمول، غالبًا ما يتم وضع عدة ثنائيات LED تحت لوحة دليل الضوء. يضمن استخدام ثنائيات LED من نفس مجموعة Iv و Hue (على سبيل المثال، مجموعة N للشدة، مجموعة AR للون) إضاءة كل مفتاح بشكل متساوٍ بنفس درجة اللون. ارتفاع 0.55 مم أمر بالغ الأهمية هنا ليتناسب مع الهيكل فائق النحافة. سيتم تشغيلها بالتوازي مع مقاومات فردية على التوالي أو بواسطة دائرة متكاملة مخصصة لقيادة الإضاءة الخلفية توفر تياراً ثابتاً.
11.2 مؤشر الحالة على جهاز توجيه الشبكة
يمكن استخدام LED واحد للإشارة إلى الطاقة، أو نشاط الشبكة، أو حالة الخطأ. تتيح زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة رؤية الحالة من أي اتجاه تقريباً في الغرفة. دائرة بسيطة مع دبوس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة، ومقاوم على التوالي (على سبيل المثال، 330 أوم لتيار 5 مللي أمبير من مصدر 3.3 فولت)، و LED كافية. يمكن للبرنامج التحكم في أنماط الوميض.
12. مقدمة عن مبدأ التشغيل
هذا الثنائي الباعث للضوء هو جهاز فوتوني شبه موصل. يعتمد على بنية غير متجانسة من إن-غا-ن. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من الشريحة شبه الموصلة. تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة إن-غا-ن طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأخضر. تقوم عدسة الإيبوكسي الشفافة بتغليف الشريحة، وتوفر الحماية الميكانيكية، وتشكل نمط ناتج الضوء.
13. اتجاهات التكنولوجيا
كان تطوير مواد إن-غا-ن اختراقاً لتحقيق ثنائيات LED خضراء وزرقاء عالية الكفاءة، مما مكّن من إنتاج ثنائيات LED بيضاء (عبر تحويل الفوسفور) وشاشات ملونة كاملة. تستمر الاتجاهات الحالية في ثنائيات LED SMD نحو كفاءة أعلى (مزيد من ناتج الضوء لكل واط)، ومقاومة حرارية أقل لتحسين التعامل مع الطاقة، وحتى أحجام عبوات أصغر. هناك أيضاً تركيز على تحسين تجسيد الألوان واتساقها لتطبيقات الإضاءة. يدفع السعي نحو التصغير في الإلكترونيات الاستهلاكية العبوات إلى ارتفاعات أرق وبصمات أصغر، كما يتضح من هذا المكون بارتفاع 0.55 مم.
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. |