جدول المحتويات
- نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج
- 1.2 الأسواق المستهدفة والتطبيقات
- 2. الغوص العميق في المواصفات الفنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام Binning
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف جهد الأمام
- 3.3 فرز إحداثيات اللونية
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 4.1 توزيع الطيف
- 4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
- 4.3 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي
- 4.4 الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة
- 4.5 منحنى تخفيض التيار الأمامي
- 4.6 مخطط الإشعاع
- 5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات العبوة
- 5.1 أبعاد العبوة
- 5.2 تصميم الوسادة وتحديد القطبية
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 Reflow Soldering Profile
- 6.2 Hand Soldering
- 6.3 Storage and Moisture Sensitivity
- 6.4 احتياطات حرجة
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 مواصفات الشريط والبكرة
- 7.2 شرح الملصق
- 8. اعتبارات تصميم التطبيق
- 8.1 تصميم الدائرة الكهربائية
- 8.2 إدارة الحرارة
- 8.3 التكامل البصري
- 9. المقارنة التقنية والتمييز
- 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
- 10.1 لماذا يعتبر مقاوم تحديد التيار ضرورياً تماماً؟
- 10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) باستخدام مصدر جهد 3.3 فولت؟
- 10.3 ماذا تعني رموز التصنيف (مثل W1، 6) لتطبيقي؟
- 11. دراسة حالة التصميم والاستخدام
- 12. مقدمة مبدأ التكنولوجيا
- 13. اتجاهات وتطورات الصناعة
نظرة عامة على المنتج
19-219/T7D-AV1W1E/3T هو صمام ثنائي باعث للضوء (LED) مضغوط للتركيب السطحي، مصمم للتطبيقات الإلكترونية الحديثة التي تتطلب إضاءة مؤشر أو إضاءة خلفية موثوقة ضمن مساحة صغيرة جدًا.
1.1 المزايا الأساسية وتحديد موقع المنتج
تقدم هذه المكونات الثنائية الباعثة للضوء (LED) مزايا كبيرة مقارنة بمصابيح LED التقليدية ذات الإطار الرصاصي. تكمن فائدتها الأساسية في حجمها الصغير للغاية، مما يتيح تصميم لوحات دوائر مطبوعة (PCBs) أصغر، وكثافة أعلى لتعبئة المكونات، وتقليل متطلبات مساحة التخزين، وفي النهاية، إنشاء معدات نهائية أكثر إحكاما للمستخدم. تجعل طبيعة التغليف السطحي (SMD) الخفيفة الوزن هذه المكونات مناسبة بشكل خاص للتطبيقات المصغرة والمحمولة حيث يعتبر الوزن والمساحة قيودًا حرجة.
1.2 الأسواق المستهدفة والتطبيقات
يتميز مصباح LED من نوع 19-219 SMD بتنوع استخداماته ويجد تطبيقًا في عدة مجالات رئيسية:
- Telecommunications Equipment: يُستخدم كمؤشرات للحالة ولإضاءة خلفية للأزرار أو الشاشات في الهواتف وآلات الفاكس.
- تقنية العرض: مثالية للإضاءة الخلفية المسطحة للشاشات البلورية السائلة (LCD)، وكذلك لإضاءة المفاتيح والرموز على لوحات التحكم.
- إشارة للأغراض العامة: مناسب لمجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية التي تتطلب ضوء مؤشر صغير، ساطع، وموثوق.
2. الغوص العميق في المواصفات الفنية
يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعياً للمعايير التقنية الرئيسية للصمام الثنائي الباعث للضوء، وهي ضرورية لتصميم الدائرة الكهربائية الصحيح وضمان الموثوقية.
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه التقييمات الحدود التي إذا تم تجاوزها فقد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الظروف ويجب تجنبه لضمان أداء موثوق.
- Reverse Voltage (VR): 5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يتسبب في انهيار الوصلة.
- تيار الأمام المستمر (IF): 25 مللي أمبير. أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه بشكل مستمر.
- تيار الأمام الذروي (IFP): 100 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظل ظروف النبض مع دورة عمل 1/10 عند 1 كيلوهرتز.
- تبديد الطاقة (Pd): 110 ميغاواط. أقصى قدرة يمكن للعبوة تبديدها عند درجة حرارة محيطة (Ta) من 25 درجة مئوية.
- نموذج جسم الإنسان للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD HBM): 1000 فولت. يشير إلى مستوى متوسط من الحساسية للتفريغ الكهروستاتيكي؛ يلزم اتباع إجراءات التعامل المناسبة.
- درجة حرارة التشغيل (Topr): -40 إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي تم تحديد تشغيل الجهاز ضمنه.
- Storage Temperature (Tstg): من -40 إلى +90 درجة مئوية.
- درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ لكل طرف.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
هذه هي معايير الأداء النموذجية التي تم قياسها في درجة حرارة محيطة قياسية تبلغ 25 درجة مئوية. وهي حاسمة للتنبؤ بسلوك الصمام الثنائي الباعث للضوء في التطبيق.
- Luminous Intensity (Iv): يتراوح من حد أدنى 715 mcd إلى حد أقصى 1420 mcd عند التشغيل بتيار الاختبار القياسي 20 mA. يتم تحديد القيمة المحددة بواسطة رمز التصنيف (V1, V2, W1).
- زاوية الرؤية (2θ1/2): زاوية رؤية نموذجية واسعة تبلغ 130 درجة، توفر نمط إشعاع واسعًا مناسبًا لإضاءة المناطق والمؤشرات.
- Forward Voltage (VF): يتراوح من 2.75 فولت إلى 3.65 فولت عند 20 مللي أمبير. يتم تحديد النطاق الدقيق بواسطة رمز bin لجهد الأمام (5، 6، 7). هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
- Reverse Current (IR): الحد الأقصى 50 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي قدره 5 فولت.
Important Notes: تحدد ورقة البيانات تسامحًا قدره ±11٪ على شدة الإضاءة و ±0.05 فولت على جهد الأمام للقيم المجمعة في فئات.
3. شرح نظام Binning
لضمان الاتساق في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى "فئات" بناءً على معايير الأداء الرئيسية. وهذا يسمح للمصممين باختيار المكونات التي تلبي متطلبات محددة للسطوع والخصائص الكهربائية.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تصنيف مصابيح LED إلى ثلاث مجموعات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند 20 مللي أمبير:
- Bin V1: 715 mcd (Min) إلى 900 mcd (Max)
- Bin V2: 900 ميلي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 1120 ميلي كانديلا (الحد الأقصى)
- Bin W1: 1120 ميلي كانديلا (الحد الأدنى) إلى 1420 ميلي كانديلا (الحد الأقصى)
3.2 تصنيف جهد الأمام
يتم أيضًا تصنيف الثنائيات الباعثة للضوء وفقًا لانخفاض الجهد الأمامي عند 20 مللي أمبير:
- الفئة 5: 2.75 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.05 فولت (الحد الأقصى)
- Bin 6: 3.05 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.35 فولت (الحد الأقصى)
- Bin 7: 3.35 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.65 فولت (الحد الأقصى)
3.3 فرز إحداثيات اللونية
لضمان اتساق اللون، يتم تعريف خرج الضوء الأبيض بواسطة إحداثيات اللونية على مخطط CIE 1931. تحدد ورقة البيانات ستة bins (من 1 إلى 6)، يحدد كل منها منطقة رباعية على مخطط الألوان معرّفة بأربعة أزواج من الإحداثيات (x, y). وهذا يضمن أن الضوء الأبيض المنبعث يقع ضمن نطاق لوني مضبوط. التسامح لهذه الإحداثيات هو \u00b10.01.
4. تحليل منحنى الأداء
تتضمن ورقة البيانات عدة منحنيات مميزة نموذجية توضح كيفية تغير أداء LED مع ظروف التشغيل.
4.1 توزيع الطيف
يوضح الرسم البياني الشدة الضوئية النسبية كدالة للطول الموجي (λ). بالنسبة لصمام ثنائي باعث للضوء الأبيض يعتمد على إن-غا-ن مع فوسفور أصفر (كما هو موضح في دليل اختيار المكونات)، يُظهر هذا المنحنى عادةً ذروة زرقاء من شريحة الصمام الثنائي وذروة صفراء أوسع من الفوسفور، ليتحدا معًا في إنتاج الضوء الأبيض.
4.2 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
يُظهر هذا المنحنى الأساسي العلاقة الأسية بين التيار المار عبر LED والجهد المطبق عليه. ويُبرز سبب ضرورة وجود جهاز لتحديد التيار (مثل مقاومة أو مشغل تيار ثابت)، حيث إن زيادة صغيرة في الجهد بعد نقطة الركبة تؤدي إلى زيادة كبيرة، وربما مدمرة، في التيار.
4.3 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي
يُظهر هذا المنحنى أن الناتج الضوئي يتناسب بشكل عام مع التيار الأمامي، ولكن قد تصبح العلاقة دون خطية عند التيارات العالية جدًا بسبب انخفاض الكفاءة والتأثيرات الحرارية.
4.4 الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة
هذا الرسم البياني حاسم لفهم الأداء الحراري. يوضح كيف ينخفض شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة (Ta) يزداد. يجب على المصممين مراعاة هذا التخفيض في التطبيقات ذات درجات الحرارة المحيطة العالية.
4.5 منحنى تخفيض التيار الأمامي
يحدد هذا المنحنى أقصى تيار أمامي مستمر مسموح به كدالة لدرجة الحرارة المحيطة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل الحد الأقصى للتيار الآمن لمنع تجاوز حدود تبديد طاقة الجهاز وضمان الموثوقية على المدى الطويل.
4.6 مخطط الإشعاع
رسم قطبي يوضح التوزيع المكاني لشدة الضوء، مؤكدًا زاوية المشاهدة النموذجية البالغة 130 درجة.
5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات العبوة
5.1 أبعاد العبوة
يتمتع LED 19-219 ببصمة SMD مدمجة. تشمل الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر):
- الطول: 1.6 ± 0.1
- العرض: 0.8 ± 0.1
- الارتفاع: 0.77 ± 0.1
يقدم الرسم مناظر علوية وجانبية وسفلية مع قياسات مفصلة للعدسة والأطراف والهيكل الداخلي.
5.2 تصميم الوسادة وتحديد القطبية
يتم توفير تخطيط موصى به لوسادة اللحام لضمان لحام موثوق وإدارة حرارية مناسبة. يتم تحديد وسادة الكاثود بوضوح في الرسم التخطيطي (عادةً ما تكون مميزة بشق، أو مثلث أخضر في الشريط، أو شكل مختلف لوسادة اللحام). الأبعاد المقترحة لوسادة اللحام هي 0.8 مم × 0.55 مم ولكنها ملحوظة كمرجع يمكن تعديله بناءً على متطلبات تصميم PCB المحددة.
6. إرشادات اللحام والتجميع
يعد التعامل الصحيح واللحام السليم أمرًا حيويًا لموثوقية مكونات SMD.
6.1 Reflow Soldering Profile
تم تحديد منحنى درجة حرارة مفصل لإعادة التدفق الخالي من الرصاص:
- التسخين المسبق: 150–200 درجة مئوية لمدة 60–120 ثانية.
- الوقت فوق نقطة السيولة (217 درجة مئوية): 60 إلى 150 ثانية.
- درجة الحرارة القصوى: بحد أقصى 260 درجة مئوية، تُحفظ لمدة أقصاها 10 ثوانٍ.
- معدل التسخين: الحد الأقصى 6 درجة مئوية/الثانية.
- معدل التبريد: الحد الأقصى 3 درجة مئوية/الثانية.
ملاحظة حرجة: لا ينبغي إجراء لحام إعادة التدفق أكثر من مرتين على نفس الجهاز.
6.2 Hand Soldering
إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، يجب أن تكون درجة حرارة طرف المكواة أقل من 350 درجة مئوية، ولا يجب أن يتجاوز وقت التلامس لكل طرف 3 ثوانٍ. يوصى باستخدام مكواة لحام بقوة 25 واط أو أقل. يجب ترك فاصل زمني لا يقل عن ثانيتين بين لحام كل طرف لمنع الصدمة الحرارية.
6.3 Storage and Moisture Sensitivity
يتم تعبئة مصابيح LED في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف.
- قبل الفتح: تخزين عند درجة حرارة ≤ 30°C ورطوبة نسبية ≤ 90% (RH).
- بعد الفتح (العمر التشغيلي): سنة واحدة عند درجة حرارة ≤ 30°C ورطوبة نسبية ≤ 60%. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة في عبوة مقاومة للرطوبة.
- التجفيف بالفرن (Baking): إذا أظهر مؤشر المجفف امتصاص الرطوبة أو تم تجاوز مدة التخزين، قم بالتجفيف بالفرن عند 60 ± 5°C لمدة 24 ساعة قبل الاستخدام.
6.4 احتياطات حرجة
- الحماية من التيار الزائد: مقاومة أو دائرة خارجية للحد من التيار إلزامي تمامًا. تعني الخاصية الأسية للتيار والجهد في الصمام الثنائي الباعث للضوء أن تغيرًا صغيرًا في الجهد يتسبب في تغير كبير في التيار، مما يؤدي إلى الاحتراق الفوري دون حماية.
- الإجهاد الميكانيكي: تجنب تطبيق إجهاد على جسم الصمام الثنائي الباعث للضوء أثناء اللحام أو في التجميع النهائي. لا تشوه لوحة الدوائر المطبوعة بعد اللحام.
- الإصلاح: يوصى بشدة بعدم الإصلاح بعد اللحام. إذا كان لا مفر منه، يجب استخدام مكواة لحام مزدوجة الرأس متخصصة لتسخين كلا الطرفين في وقت واحد، مما يمنع الإجهاد الميكانيكي على وصلات اللحام.
- احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي: المنتج حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. استخدم إجراءات التعامل الآمنة من التفريغ الكهروستاتيكي المناسبة طوال عملية التصنيع.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 مواصفات الشريط والبكرة
يتم توريد الثنائيات الباعثة للضوء بشريط حامل بارز بعرض 8 مم قياسي في الصناعة، ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات. تحتوي كل بكرة على 3000 قطعة. يتم توفير الأبعاد التفصيلية لجيوب الشريط الحامل والبكرة.
7.2 شرح الملصق
تحتوي ملصق البكرة على عدة رموز ضرورية للتتبع والتحقق:
- CPN: Customer's Product Number
- P/N: Manufacturer's Product Number (e.g., 19-219/T7D-AV1W1E/3T)
- QTY: كمية التعبئة
- CAT: رتبة شدة الإضاءة (مثال: V1, W1)
- HUE: Chromaticity Coordinates & Dominant Wavelength Rank (e.g., Bin 1-6)
- REF: رتبة جهد الأمام (مثال: Bin 5-7)
- رقم الدفعة: رقم دفعة التصنيع للتتبع.
8. اعتبارات تصميم التطبيق
8.1 تصميم الدائرة الكهربائية
عند دمج هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، فإن الخطوة الأكثر أهمية هي حساب المقاوم المحدد للتيار المتسلسل. يمكن تقدير قيمة المقاوم (Rs) باستخدام قانون أوم: Rs = (Vإمداد - VF) / IF. استخدم أقصى VF من الصندوق المحدد (أو الحد الأقصى المطلق 3.65 فولت للتصميم المتحفظ) والتيار المطلوب (لا يتجاوز 25 مللي أمبير بشكل مستمر). احسب دائمًا قدرة المقاومة أيضًا: PR = (IF)2 * Rs.
8.2 إدارة الحرارة
على الرغم من صغر حجمها، فإن الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) يولد حرارة. لتحقيق أقصى عمر تشغيلي وإخراج ضوئي مستقر:
- الالتزام بمنحنى تخفيض التيار الأمامي في درجات الحرارة المحيطة العالية.
- تأكد من أن لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحتوي على مساحة كافية من النحاس متصلة بوسائد التوصيل الحراري (إن وجدت) أو بممرات القطب السالب/الموجب لتعمل كمشتت حراري.
- تجنب وضع الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بالقرب من المكونات الأخرى التي تولد الحرارة.
8.3 التكامل البصري
الزاوية الواسعة للرؤية البالغة 130 درجة تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة واسعة ومتساوية. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، قد تكون العدسات الخارجية أو أدلة الضوء ضرورية. تساعد الراتنج الأصفر المنتشر في تحقيق مظهر أكثر تجانسًا.
9. المقارنة التقنية والتمييز
يتميز LED 19-219 بشكل أساسي من خلال الجمع بين حجم صغير جدًا (بمساحة 1.6x0.8 مم) وكثافة ضوئية عالية نسبيًا (تصل إلى 1420 ملي شمعة). مقارنة بمصابيح LED SMD الأكبر حجمًا (مثل 3528، 5050)، فإنه يوفر توفيرًا فائقًا للمساحة. مقارنة بمصابيح LED ذات الرقائق الأصغر حجمًا، قد يوفر معالجة ولحامًا أسهل نظرًا لتغليفه المحدد. جعله متوافقًا مع معايير RoHS وREACH والخالي من الهالوجين مناسبًا للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية الصارمة.
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)
10.1 لماذا يعتبر مقاوم تحديد التيار ضرورياً تماماً؟
الجهد الأمامي (VF) جهد التشغيل الأمامي (Vf) للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ليس قيمة ثابتة مثل البطارية؛ فهو يتحمل تفاوتًا وله معامل درجة حرارة سالب (يقل مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة). توصيل LED مباشرة بمصدر جهد حتى لو كان أعلى قليلاً من Vf الخاص بهF سيؤدي إلى ارتفاع التيار بشكل لا يمكن السيطرة عليه (الانحراف الحراري)، مما يدمر الجهاز على الفور. يوفر المقاوم علاقة خطية وقابلة للتنبؤ بين جهد التغذية والتيار.
10.2 هل يمكنني تشغيل هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) باستخدام مصدر جهد 3.3 فولت؟
ربما، لكن التصميم الدقيق مطلوب. نظرًا لأن نطاق VF يتراوح من 2.75 فولت إلى 3.65 فولت، فإن LED من Bin 7 (VF 3.35-3.65V) قد لا يضيء على الإطلاق عند 3.3 فولت، أو سيكون خافتًا جدًا. LED من Bin 5 (VF 2.75-3.05V) سيعمل، لكن هامش الجهد (3.3V - VF) صغير جدًا، مما يجعل التيار حساسًا للغاية للتغيرات في VF وجهد الإمداد. يُوصى بشدة باستخدام مشغل تيار ثابت لأداء مستقر عندما يكون جهد الإمداد قريبًا من VF.
10.3 ماذا تعني رموز التصنيف (مثل W1، 6) لتطبيقي؟
تضمن رموز التصنيف الاتساق داخل دفعة الإنتاج. إذا كان تصميمك يتطلب سطوعًا موحدًا عبر مصابيح LED متعددة، فيجب عليك تحديد مصابيح LED من نفس تصنيف شدة الإضاءة (مثل جميع W1). إذا كان تصميم دائرة الكهرباء لديه هوامش جهد ضيقة، فإن تحديد تصنيف جهد أمامي (مثل جميع Bin 6) يضمن سلوكًا كهربائيًا متشابهًا. بالنسبة للتطبيقات الحساسة للألوان، فإن تحديد تصنيف اللونية أمر أساسي.
11. دراسة حالة التصميم والاستخدام
السيناريو: تصميم لوحة مؤشرات الحالة لوحدة استشعار IoT مدمجة.
تحتوي الوحدة على مساحة محدودة على لوحة الدوائر المطبوعة وتعمل بواسطة اتصال USB بجهد 5 فولت. تتطلب ثلاثة مصابيح LED للحالة: الطاقة (ثابت)، نقل البيانات (وميض)، والخطأ (وميض).
- اختيار المكونات: تم اختيار مصباح LED 19-219 لمساحته الصغيرة جدًا، مما يسمح لجميع مصابيح LED الثلاثة بالتواجد في صف واحد على حافة لوحة الدوائر المطبوعة الصغيرة.
- تصميم الدائرة الكهربائية: جهد التغذية هو 5 فولت. بهدف تيار تشغيل قياسي قدره 20 مللي أمبير واستخدام أقصى جهد VF البالغ 3.65 فولت لتصميم متحفظ: Rs = (5V - 3.65V) / 0.020A = 67.5Ω. أقرب قيمة مقاومة قياسية بنسبة 1% هي 68Ω. تبديد الطاقة: P = (0.020^2)*68 = 0.0272W، لذا فإن مقاومة قياسية بقدرة 1/10W (0.1W) أكثر من كافية.
- تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة: يتم استخدام تخطيط وسادة اللحام الموصى به. يتم الحفاظ على منطقة صغيرة خالية حول كل صمام ثنائي باعث للضوء لمنع تسرب الضوء. يتم توصيل وسادات الكاثود بمستوى التأريض لتحسين حراري طفيف.
- التحكم البرمجي: يتم تشغيل مصابيح LED بواسطة دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة. يتم تنفيذ وظائف الوميض في البرنامج الثابت مع فترات تأخير مناسبة.
- النتيجة: تم تحقيق نظام مؤشر موثوق، ساطع، وفعال من حيث المساحة. من خلال طلب جميع مصابيح LED من نفس المجموعة اللمعية (مثل V2)، يتم ضمان الاتساق البصري.
12. مقدمة مبدأ التكنولوجيا
ينتج الصمام الثنائي الباعث للضوء 19-219 الضوء الأبيض باستخدام طريقة شائعة وفعالة للصمامات الثنائية الباعثة للضوء SMD. جوهر الجهاز هو شريحة أشباه الموصلات المصنوعة من نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN)، والتي تشع ضوءًا في المنطقة الزرقاء من الطيف عندما يمر التيار الكهربائي عبره (الإضاءة الكهربائية). يتم تغليف شريحة الصمام الثنائي الباعث للضوء الزرقاء هذه داخل عبوة مملوءة براتنج إيبوكسي شفاف مُطعّم بمادة فسفور صفراء الانبعاث. يتم امتصاص جزء من الضوء الأزرق المنبعث من الشريحة بواسطة الفسفور، الذي يعيد إشعاعه كضوء أصفر. يختلط الضوء الأزرق المتبقي غير الممتص مع الضوء الأصفر المنبعث، وتدرك العين البشرية هذا المزيج كضوء أبيض. تحدد النسب المحددة للفسفور وخصائص الشريحة الزرقاء درجة حرارة اللون الدقيقة (أبيض بارد، أبيض نقي، أبيض دافئ) وإحداثيات اللونية للضوء المنبعث.
13. اتجاهات وتطورات الصناعة
يستمر سوق مصابيح LED السطحية مثل 19-219 في التطور. تشمل الاتجاهات الرئيسية:
- زيادة الكفاءة (لومن لكل واط): تؤدي التحسينات المستمرة في تكنولوجيا رقائق InGaN وصيغ الفوسفور إلى كفاءة إضاءة أعلى، مما يعني إنتاج ضوء أكثر سطوعًا بنفس طاقة الإدخال الكهربائية.
- التصغير: دفع السعي نحو منتجات نهائية أصغر حجمًا لتطوير مصابيح LED ذات بصمات أصغر ومظهر أخفض مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه.
- تحسين تجسيد الألوان والاتساق: تسمح التطورات في تكنولوجيا الفوسفور وعمليات الفرز الأكثر دقة بمصابيح LED ذات مؤشر تجسيد الألوان (CRI) أعلى وألوان أكثر اتساقًا من دفعة إلى أخرى، وهو أمر بالغ الأهمية لإضاءة خلفية الشاشات والإضاءة المعمارية.
- التكامل والميزات الذكية: على الرغم من أن هذا مكون منفصل، إلا أن الاتجاه الأوسع في الصناعة يتجه نحو وحدات LED المتكاملة التي قد تشمل السواقات، وحدات التحكم، وواجهات الاتصال (مثل I2C) داخل حزمة واحدة.
- التركيز على الاستدامة: أصبح الامتثال للوائح البيئية (RoHS، REACH، الخالية من الهالوجين) متطلبًا قياسيًا، وهناك تركيز متزايد على إمكانية إعادة تدوير المواد وتقليل استخدام العناصر الأرضية النادرة في المواد الفوسفورية.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| مصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الفعالية الضوئية | lm/W (لومن لكل واط) | الناتج الضوئي لكل واط من الكهرباء، كلما زاد يعني ذلك كفاءة أكبر في استهلاك الطاقة. | يحدد بشكل مباشر درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| Luminous Flux | لومن (لومن) | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يُشار إليه عادةً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | ° (درجة)، على سبيل المثال: 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، تحدد عرض الحزمة. | يؤثر على مدى الإضاءة وانتظامها. |
| CCT (درجة حرارة اللون) | K (كلفن)، على سبيل المثال: 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة تميل للصفرة/الدفء، والقيم الأعلى تميل للبياض/البرودة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| CRI / Ra | بلا وحدة، 0–100 | القدرة على عرض ألوان الأجسام بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن عالية المتطلبات مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| SDCM | خطوات قطع ناقص ماك آدم، على سبيل المثال "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، الخطوات الأصغر تعني لونًا أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس الدفعة من مصابيح LED. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (نانومتر)، على سبيل المثال: 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد درجة لون مصابيح LED أحادية اللون الحمراء والصفراء والخضراء. |
| Spectral Distribution | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد الألوان والجودة. |
المعلمات الكهربائية
| مصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| جهد الأمام | Vf | الحد الأدنى للجهد الكهربائي لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد السائق ≥Vf، وتتجمع الجهود لـ LEDs المتصلة على التوالي. |
| Forward Current | If | قيمة التيار للتشغيل الطبيعي للصمام الثنائي الباعث للضوء. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Max Pulse Current | Ifp | ذروة التيار القابلة للتحمل لفترات قصيرة، تُستخدم للتعتيم أو الوميض. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن لـ LED تحمله، تجاوزه قد يتسبب في الانهيار. | يجب أن تمنع الدائرة الاتصال العكسي أو الارتفاعات المفاجئة في الجهد. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومة انتقال الحرارة من الشريحة إلى اللحام، كلما كانت أقل كان أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة ضد التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، على سبيل المثال: 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، كلما زادت كانت أقل عرضة للتلف. | هناك حاجة إلى إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
Thermal Management & Reliability
| مصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض بمقدار 10 درجات مئوية قد يضاعف العمر الافتراضي؛ الارتفاع الشديد يسبب توهين الضوء وتحول اللون. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (ساعات) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يُعرّف مباشرة "العمر الافتراضي" لـ LED. |
| صيانة اللومن | % (مثال: 70%) | النسبة المئوية للسطوع المحتفظ به بعد مرور الوقت. | يشير إلى استبقاء السطوع خلال الاستخدام طويل الأمد. |
| Color Shift | Δu′v′ أو قطع ناقص ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| Thermal Aging | تدهور المواد | تدهور بسبب التعرض الطويل الأمد لدرجات حرارة عالية. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
Packaging & Materials
| مصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع العبوة | EMC, PPA, Ceramic | مادة السكن تحمي الشريحة، وتوفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة جيدة للحرارة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حراري أفضل، عمر أطول. |
| Chip Structure | الأمامي، الشريحة المقلوبة | ترتيب أقطاب الشريحة. | رقاقة مقلوبة: تبديد حراري أفضل، وفعالية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفوسفور | YAG، سيليكات، نيتريد | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى الأصفر/الأحمر، ويمزجها للحصول على الأبيض. | تؤثر الفوسفورات المختلفة على الفعالية، ودرجة حرارة اللون المترابطة (CCT)، ومؤشر تجسيد اللون (CRI). |
| العدسة/البصريات | مسطحة، عدسة مجهرية، TIR | الهيكل البصري على السطح المتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
Quality Control & Binning
| مصطلح | محتوى التصنيف | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | الرمز، على سبيل المثال: 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، لكل مجموعة قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | مصنفة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة السائق، ويحسن كفاءة النظام. |
| حاوية الألوان | 5-step MacAdam ellipse | مجمعة حسب إحداثيات اللون، لضمان نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، ويتجنب التباين اللوني داخل الجهاز. |
| CCT Bin | 2700K، 3000K، إلخ. | مجمعة حسب CCT، ولكل منها نطاق إحداثيات مقابلة. | تلبي متطلبات CCT لمشاهد مختلفة. |
Testing & Certification
| مصطلح | Standard/Test | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار استدامة التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، مع تسجيل توهين السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر الافتراضي | يقدر العمر الافتراضي في ظل الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر توقعًا علميًا للعمر. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | يغطي طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | متطلب للوصول إلى الأسواق دولياً. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء للإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية وبرامج الدعم، ويعزز القدرة التنافسية. |