جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 الميزات الأساسية والامتثال
- 1.2 التطبيقات المستهدفة
- 2. تحليل متعمق للمواصفات الفنية
- 2.1 الحدود القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 3. شرح نظام التصنيف
- 3.1 تصنيف شدة الإضاءة
- 3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي
- 3.3 تصنيف إحداثيات اللونية
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
- 4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي
- 4.3 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة
- 4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي
- 4.5 توزيع الطيف
- 4.6 نمط الإشعاع
- 5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة
- 5.1 أبعاد العبوة
- 5.2 تحديد القطبية
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 متطلبات تحديد التيار
- 6.2 التخزين والحساسية للرطوبة
- 6.3 ملف تعريف لحام الريفلو
- 7. معلومات التعبئة والطلب
- 7.1 مواصفات البكرة والشريط
- 7.2 شرح الملصق
- 8. اعتبارات تصميم التطبيق
- 8.1 تصميم دائرة القيادة
- 8.2 إدارة الحرارة
- 8.3 التكامل البصري
- 9. المقارنة الفنية والتحديد
- 10. الأسئلة الشائعة (FAQ)
- 10.1 ما المقاوم الذي أحتاجه لمصدر طاقة 3.3 فولت؟
- 10.2 هل يمكنني تشغيله بإشارة PWM للتعتيم؟
- 10.3 لماذا تُعطى شدة الإضاءة بوحدة mcd بدلاً من اللومن؟
- 10.4 ماذا يعني "T1D" في رقم القطعة؟
- 11. دراسة حالة تصميم: إضاءة خلفية لمفاتيح لوحة القيادة
- 12. مبدأ التكنولوجيا
- 13. اتجاهات الصناعة
1. نظرة عامة على المنتج
تحدد هذه الوثيقة مواصفات LED من نوع جهاز السطح المُركب (SMD) والمعرّف بـ 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T. هذا المكون هو LED أبيض نقي أحادي اللون مصمم لعمليات التجميع الإلكتروني الحديثة. تقدم عبوة SMD المدمجة مزايا كبيرة مقارنة بمكونات الإطار الرصاصي التقليدية، مما يتيح تصميم لوحات دوائر مطبوعة (PCBs) أصغر، وكثافة أعلى للمكونات، وفي النهاية معدات نهائية أكثر إحكاما للمستخدم. كما أن طبيعة العبوة خفيفة الوزن تجعلها مناسبة للتطبيقات المصغرة والمحمولة.
1.1 الميزات الأساسية والامتثال
يتم توريد LED على شريط بعرض 8 مم ملفوف على بكرة قطرها 7 بوصات، مما يجعله متوافقًا تمامًا مع معدات الاختيار والوضع الآلية القياسية للتصنيع بكميات كبيرة. تم تصميمه ليتم معالجته باستخدام تقنيات لحام الريفلو بالأشعة تحت الحمراء والطور البخاري. تم تصنيع الجهاز باستخدام مواد خالية من الرصاص (Pb-free) ويتضمن حماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD). وهو يتوافق مع اللوائح البيئية والسلامة الرئيسية، بما في ذلك توجيهية RoHS (تقييد المواد الخطرة) التابعة للاتحاد الأوروبي، ولائحة REACH (التسجيل والتقييم والترخيص وتقييد المواد الكيميائية)، ويتم تصنيفه على أنه خالٍ من الهالوجين، حيث يكون محتوى البروم (Br) والكلور (Cl) أقل من 900 جزء في المليون لكل منهما ومجموعهما أقل من 1500 جزء في المليون.
1.2 التطبيقات المستهدفة
هذا LED متعدد الاستخدامات ويجد استخدامًا في أدوار الإضاءة والتشوير المختلفة. تشمل التطبيقات الأساسية الإضاءة الخلفية للوحات عدادات الأجهزة والمفاتيح الغشائية. في معدات الاتصالات، يمكن أن يعمل كمؤشرات حالة أو إضاءة خلفية لأجهزة مثل الهواتف وأجهزة الفاكس. كما أنه مناسب لتوفير إضاءة خلفية مسطحة للشاشات الكريستالية السائلة (LCDs)، ولوحات المفاتيح، والرموز. تتيح طبيعته العامة الاستخدام في مجموعة واسعة من الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية حيث يكون مطلوبًا مصدر ضوء أبيض مدمج وموثوق.
2. تحليل متعمق للمواصفات الفنية
يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً للحدود والخصائص الكهربائية والبصرية والحرارية لـ LED. يعد فهم هذه المعلمات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة وضمان الأداء طويل الأمد.
2.1 الحدود القصوى المطلقة
تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في تلف دائم للجهاز. يتم تحديد هذه التقييمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية ولا يجوز تجاوزها تحت أي ظروف تشغيل. الحدود الرئيسية هي:
- الجهد العكسي (VR):5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا إلى انهيار وصلة أشباه الموصلات في LED.
- التيار الأمامي المستمر (IF):10 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تمريره عبر LED بشكل مستمر.
- التيار الأمامي الذروي (IFP):100 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للتيار النبضي، محددًا عند دورة عمل 1/10 وتردد 1 كيلو هرتز. وهو مناسب للومضات عالية الكثافة قصيرة المدى.
- تبديد الطاقة (Pd):40 ميلي واط. هذه هي الكمية القصوى من الطاقة التي يمكن للجهاز تبديدها كحرارة، وتحسب كـ (الجهد الأمامي (VF) × التيار الأمامي (IF)).
- مقاومة التفريغ الكهروستاتيكي (HBM):2000 فولت. يمكن للجهاز تحمل تفريغ كهروستاتيكي يصل إلى هذا المستوى وفقًا لنموذج جسم الإنسان (HBM)، مما يشير إلى متانة جيدة في التعامل.
- درجة حرارة التشغيل (Topr):من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة المحيطة الذي صُمم LED للعمل ضمنه.
- درجة حرارة التخزين (Tstg):من -40 درجة مئوية إلى +90 درجة مئوية. نطاق درجة الحرارة لتخزين الجهاز عند عدم تشغيله.
- درجة حرارة اللحام:يمكن للعبوة تحمل لحام الريفلو بدرجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ، أو اللحام اليدوي عند 350 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
يتم قياس الخصائص الكهروضوئية عند Ta=25 درجة مئوية وتيار اختبار قياسي (IF) قدره 5 مللي أمبير. تمثل هذه المعلمات أداءً نموذجيًا.
- شدة الإضاءة (Iv):يتراوح ناتج الضوء من حد أدنى 57.0 ملي كانديلا (mcd) إلى حد أقصى 112.0 mcd. تقع القيمة النموذجية ضمن هذا النطاق، ويتم تعريف تصنيفات محددة (انظر القسم 3). التسامح هو ±11%.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):زاوية الرؤية النموذجية، المعرفة على أنها الزاوية التي تنخفض فيها الشدة إلى نصف قيمتها القصوى، هي 130 درجة. يشير هذا إلى نمط انبعاث واسع منتشر مناسب لإضاءة المساحة.
- الجهد الأمامي (VF):انخفاض الجهد عبر LED عند تمرير 5 مللي أمبير يتراوح نموذجيًا من 2.70 فولت إلى 3.20 فولت. التسامح هو ±0.05 فولت. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
3. شرح نظام التصنيف
لضمان الاتساق في الإنتاج الضخم، يتم فرز LEDs إلى "تصنيفات" بناءً على معايير الأداء الرئيسية. يتيح ذلك للمصممين اختيار أجزاء تلبي متطلبات سطوع وكهربائية محددة لتطبيقهم.
3.1 تصنيف شدة الإضاءة
يتم تصنيف ناتج الضوء إلى ثلاثة تصنيفات (P2، Q1، Q2) عند القياس عند IF=5 مللي أمبير:
- التصنيف P2:من 57.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 72.0 mcd (الحد الأقصى)
- التصنيف Q1:من 72.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 90.0 mcd (الحد الأقصى)
- التصنيف Q2:من 90.0 mcd (الحد الأدنى) إلى 112.0 mcd (الحد الأقصى)
يشير رمز التصنيف المحدد (مثل Q2 في رقم القطعة 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T) إلى الحد الأدنى المضمون لناتج الضوء لتلك الوحدة المحددة.
3.2 تصنيف جهد التشغيل الأمامي
يتم تصنيف الجهد الأمامي إلى خمسة تصنيفات (29 إلى 33) عند IF=5 مللي أمبير:
- التصنيف 29:من 2.70 فولت إلى 2.80 فولت
- التصنيف 30:من 2.80 فولت إلى 2.90 فولت
- التصنيف 31:من 2.90 فولت إلى 3.00 فولت
- التصنيف 32:من 3.00 فولت إلى 3.10 فولت
- التصنيف 33:من 3.10 فولت إلى 3.20 فولت
يساعد هذا التصنيف في تصميم مصادر الطاقة والتنبؤ باستهلاك التيار بدقة أكبر عبر مجموعة من LEDs.
3.3 تصنيف إحداثيات اللونية
يتم تعريف لون الضوء الأبيض من خلال إحداثياته اللونية (x، y) على مخطط CIE 1931. تحدد ورقة البيانات ستة تصنيفات (من 1 إلى 6)، يحدد كل منها منطقة رباعية على مخطط الألوان. يتم توفير إحداثيات الزوايا الأربع لكل تصنيف. يضمن هذا أن الضوء الأبيض المنبعث يقع ضمن مساحة لونية محددة ومسيطر عليها. التسامح لهذه الإحداثيات هو ±0.01.
4. تحليل منحنيات الأداء
توفر البيانات الرسومية نظرة أعمق على سلوك LED تحت ظروف متغيرة.
4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)
يظهر منحنى I-V العلاقة الأسية بين التيار والجهد. بالنسبة لهذا LED، عند درجة حرارة محيطة ثابتة تبلغ 25 درجة مئوية، يزداد الجهد الأمامي مع زيادة التيار. هذا المنحنى ضروري لتحديد نقطة التشغيل وقيمة المقاوم التسلسلي اللازمة لتحقيق تيار مرغوب.
4.2 شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي
يوضح هذا الرسم البياني كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة التيار الأمامي. يُظهر عادةً علاقة شبه خطية عند التيارات المنخفضة، وقد يتشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة. يتم رسم المنحنى على مقياس شبه لوغاريتمي، يظهر الشدة من 10% إلى 1000% نسبة إلى خط أساس.
4.3 شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة
تقل كفاءة LED مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. يرسم هذا المنحنى ناتج الضوء النسبي مقابل درجة الحرارة المحيطة (Ta). يُظهر عادةً ذروة بالقرب من درجة حرارة الغرفة، مع انخفاض الناتج مع زيادة أو انخفاض درجة الحرارة بشكل كبير. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات حرارية غير مثالية.
4.4 منحنى تخفيض التيار الأمامي
لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. يحدد منحنى التخفيض هذا تيار التشغيل الآمن لدرجات الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية وحتى أقصى درجة حرارة تشغيل.
4.5 توزيع الطيف
يظهر منحنى توزيع القدرة الطيفية شدة الضوء المنبعث عند كل طول موجي. بالنسبة لـ LED أبيض يعتمد على شريحة زرقاء من InGaN مع فوسفور أصفر (كما هو موضح في دليل اختيار الجهاز)، سيظهر الطيف عادةً ذروة زرقاء مهيمنة من الشريحة وانبعاث أوسع أصفر/أخضر من الفوسفور، مما يجتمع لإنتاج ضوء أبيض.
4.6 نمط الإشعاع
يوضح الرسم البياني القطبي التوزيع المكاني لشدة الضوء. يؤكد الرسم البياني المقدم، بقيم شدة طبيعية عند زوايا مختلفة، زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة، ويظهر نمط انبعاث لامبرتي أو شبه لامبرتي حيث تكون الشدة أعلى عند 0 درجة (عمودي على سطح الانبعاث) وتتناقص نحو الجوانب.
5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة
5.1 أبعاد العبوة
تتضمن ورقة البيانات رسمًا ميكانيكيًا مفصلاً لعبوة LED. تشمل الأبعاد الرئيسية الطول والعرض والارتفاع الإجماليين، وكذلك حجم وموضع وسادات اللحام (الأنود والكاثود). يحدد الرسم التسامحات، عادةً ±0.1 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يعد التفسير الصحيح لهذا الرسم أمرًا حيويًا لتصميم بصمة PCB لضمان اللحام والمحاذاة المناسبين.
5.2 تحديد القطبية
يوضح رسم العبوة بوضوح أي وسادة لحام تتوافق مع الأنود (الموجب) والكاثود (السالب). سيؤدي الاتصال الخاطئ للقطبية إلى منع LED من الإضاءة وقد يتجاوز تصنيف الجهد العكسي.
6. إرشادات اللحام والتجميع
6.1 متطلبات تحديد التيار
هام:يجب استخدام مقاوم محدد للتيار خارجي (أو محرك تيار ثابت)يجباستخدامه على التوالي مع LED. يتمتع جهد التشغيل الأمامي لـ LED بمعامل درجة حرارة سالب، ويمكن أن يتسبب تغيير بسيط في حدوث تغيير كبير في التيار بسبب خصائصه الثنائية. سيؤدي التشغيل بدون تحكم في التيار حتمًا إلى هروب حراري وفشل سريع.
6.2 التخزين والحساسية للرطوبة
يتم تعبئة LEDs في كيس حاجز مقاوم للرطوبة مع مجفف لمنع امتصاص الرطوبة الجوية، مما قد يسبب "انفجار الفشار" (تشقق العبوة) أثناء لحام الريفلو.
- قبل الفتح:قم بالتخزين عند ≤ 30 درجة مئوية و ≤ 90% رطوبة نسبية (RH).
- بعد الفتح:"عمر الأرضية" (الوقت الذي يمكن أن تتعرض فيه المكونات لظروف المصنع المحيطة) هو سنة واحدة عند ≤ 30 درجة مئوية و ≤ 60% RH. يجب إعادة إغلاق الأجزاء غير المستخدمة في كيس مقاوم للرطوبة مع مجفف جديد.
- التجفيف:إذا أظهر مؤشر المجفف التشبع أو تم تجاوز وقت التعرض، فيجب تجفيف المكونات عند 60 ± 5 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لإزالة الرطوبة قبل اللحام.
6.3 ملف تعريف لحام الريفلو
يتم توفير ملف تعريف درجة حرارة ريفلو خالٍ من الرصاص موصى به:
- التسخين المسبق:منحدر من درجة الحرارة المحيطة إلى 150-200 درجة مئوية على مدى 60-120 ثانية.
- النقع/التدفق المسبق:الحفاظ على درجة حرارة أعلى من 217 درجة مئوية (نقطة انصهار اللحام الخالي من الرصاص) لمدة 60-150 ثانية.
- الريفلو:يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة الذروية 260 درجة مئوية، ويجب أن يقتصر الوقت فوق 255 درجة مئوية على 30 ثانية كحد أقصى. يجب أن يكون الوقت عند الذروة الفعلية 10 ثوانٍ كحد أقصى.
- التبريد:يتم تحديد أقصى معدل تبريد بـ 6 درجات مئوية/ثانية.
ملاحظات مهمة:يجب ألا يتم إجراء لحام الريفلو أكثر من مرتين. تجنب الإجهاد الميكانيكي على LED أثناء التسخين، ولا تقم بثني PCB بعد اللحام، لأن ذلك قد يتلف وصلات اللحام أو المكون نفسه.
7. معلومات التعبئة والطلب
7.1 مواصفات البكرة والشريط
يتم توريد LEDs في شريط ناقل بارز للتعامل الآلي.
- البكرة:بكرة قياسية قطرها 7 بوصات (178 مم).
- عرض الشريط: 8mm.
- تباعد الجيوب والكمية:يتم تحديد أبعاد الشريط الناقل لاحتواء 3000 قطعة لكل بكرة.
- أبعاد البكرة:تُظهر الرسومات التفصيلية قطر محور البكرة، وقطر الحافة، والعرض الإجمالي.
7.2 شرح الملصق
يحتوي ملصق التعبئة على عدة رموز:
- CPN:رقم منتج العميل (اختياري).
- P/N:رقم القطعة الكامل للشركة المصنعة (مثل 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T).
- QTY:كمية التعبئة على البكرة.
- CAT:رتبة تصنيف شدة الإضاءة (مثل Q2).
- HUE:رتبة إحداثيات اللونية والطول الموجي السائد.
- REF:رتبة تصنيف الجهد الأمامي (مثل 29-33).
- رقم الدفعة (LOT No):رقم الدفعة القابل للتتبع.
8. اعتبارات تصميم التطبيق
8.1 تصميم دائرة القيادة
طريقة القيادة الأكثر شيوعًا هي مقاوم تسلسلي. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF. اختر VF من التصنيف الأقصى أو قيمة متحفظة من نطاق التصنيف لضمان عدم تجاوز التيار للحدود حتى مع اختلافات المكونات. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت واستخدام VF_max بقيمة 3.2 فولت لهدف IF قدره 5 مللي أمبير: R = (5V - 3.2V) / 0.005A = 360 أوم. سيتم اختيار القيمة القياسية الأقرب (مثل 390 أوم)، مما يؤدي إلى تيار أقل قليلاً. للدقة أو مصادر الجهد المتغيرة، يوصى باستخدام محركات تيار ثابت.
8.2 إدارة الحرارة
على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض (40 ميلي واط كحد أقصى)، إلا أن الإدارة الحرارية الفعالة على PCB لا تزال مهمة للحفاظ على ناتج الضوء والعمر الطويل، خاصة في درجات الحرارة المحيطة العالية أو عند التشغيل بالقرب من الحد الأقصى للتيار. تأكد من أن PCB لديها مساحة نحاسية كافية متصلة بوسادة الحرارة الخاصة بـ LED (إن وجدت) أو وسادات اللحام لتعمل كمشتت حراري. اتبع منحنى تخفيض التيار للتشغيل في درجات حرارة مرتفعة.
8.3 التكامل البصري
تجعل زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة هذا LED مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إضاءة منتشرة ومتساوية على مساحة، مثل خلف لوح موجه للضوء أو لوح مشتت. للحصول على ضوء أكثر تركيزًا، ستكون العدسات الخارجية أو العواكس ضرورية. يساعد الراتنج الأصفر المشتت في تشتيت الضوء، مما يساهم في زاوية الرؤية الواسعة.
9. المقارنة الفنية والتحديد
يتم تحديد هذا LED، بناءً على معلماته، كمصدر إضاءة أبيض عام الاستخدام ومنخفض الطاقة. مقارنة بـ LEDs ذات الثقب القديمة، يقدم تنسيق SMD الخاص بها توفيرًا كبيرًا في المساحة وكفاءة تصنيع. ضمن مشهد LED SMD الأبيض، فإن عوامل التمييز الرئيسية له هي مزيجه المحدد من جهد تشغيل أمامي منخفض نسبيًا (متوافق مع مصادر طاقة المنطق 3.3 فولت)، وشدة إضاءة معتدلة مناسبة للتشوير والإضاءة الخلفية المحلية، والامتثال لمعايير البيئة الحديثة (خالٍ من الهالوجين، وخالٍ من الرصاص). إنه ليس LED عالي الطاقة أو عالي السطوع للإضاءة الأساسية، ولكنه مُحسّن للإضاءة الثانوية الموثوقة والمدمجة وتشوير الحالة.
10. الأسئلة الشائعة (FAQ)
10.1 ما المقاوم الذي أحتاجه لمصدر طاقة 3.3 فولت؟
باستخدام VF متحفظ بقيمة 3.2 فولت وهدف IF قدره 5 مللي أمبير: R = (3.3V - 3.2V) / 0.005A = 20 أوم. هذه مقاومة صغيرة جدًا، وسيكون التيار حساسًا للغاية للتغيرات في VF وجهد المصدر. يوصى باستخدام محرك تيار ثابت أو التفكير في استخدام تيار هدف أقل (مثل 3-4 مللي أمبير) لأنظمة 3.3 فولت، أو اختيار LED بتصنيف VF أقل.
10.2 هل يمكنني تشغيله بإشارة PWM للتعتيم؟
نعم، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة ممتازة لتعتيم LEDs. يتضمن ذلك تشغيل وإيقاف LED بتردد عالٍ بما يكفي ليكون غير محسوس للعين البشرية (عادةً >100 هرتز). يكون متوسط ناتج الضوء متناسبًا مع دورة العمل. تحافظ هذه الطريقة على درجة حرارة اللون بشكل أفضل من التعتيم التناظري (تخفيض التيار). تأكد من أن التيار الذروي في كل نبضة لا يتجاوز تصنيف التيار الأمامي الذروي (IFP) البالغ 100 مللي أمبير.
10.3 لماذا تُعطى شدة الإضاءة بوحدة mcd بدلاً من اللومن؟
تقيس الملي كانديلا (mcd) شدة الإضاءة، وهي كمية الضوء المنبعثة في اتجاه معين. تقيس اللومن إجمالي التدفق الضوئي (ناتج الضوء في جميع الاتجاهات). بالنسبة لمكون اتجاهي مثل LED بزاوية رؤية محددة، فإن mcd هي مواصفة شائعة. يمكن تقريب التدفق الضوئي إذا كان نمط الإشعاع معروفًا، ولكن لأغراض المقارنة والتشوير، فإن mcd هي المعيار.
10.4 ماذا يعني "T1D" في رقم القطعة؟
على الرغم من عدم فك شفرته صراحةً في ورقة البيانات هذه، إلا أنه في اصطلاحات التسمية الصناعية الشائعة لمثل هذه LEDs من نوع SMD، غالبًا ما يشير "T1" إلى حجم/نمط العبوة (بصمة SMD محددة ذات وسادتين)، وقد يشير "D" إلى اللون (مشتت) أو متغير آخر. يتم تعريف معايير الأداء الحرجة بواسطة رموز التصنيف اللاحقة (AP2Q2QY).
11. دراسة حالة تصميم: إضاءة خلفية لمفاتيح لوحة القيادة
السيناريو:تصميم إضاءة خلفية لمفتاح لوحة قيادة سيارة يتطلب إضاءة بيضاء موحدة ومنخفضة المستوى عبر أيقونة صغيرة.
التنفيذ:يتم وضع LED واحد من نوع 19-117 أسفل غطاء مفتاح شفاف. يتم تشغيل LED من نظام السيارة 12 فولت عبر مقاوم تسلسلي. يتم حساب المقاومة لتيار آمن قدره 8 مللي أمبير (أقل من الحد الأقصى 10 مللي أمبير) باستخدام VF عالي بقيمة 3.2 فولت: R = (12V - 3.2V) / 0.008A = 1.1 كيلو أوم. يتم اختيار مقاوم 1.2 كيلو أوم، مما ينتج عنه ~7.3 مللي أمبير. تضمن زاوية الرؤية الواسعة البالغة 130 درجة إضاءة الأيقونة بشكل متساوٍ دون نقاط ساخنة. يغطي نطاق درجة حرارة تشغيل LED (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) بيئة السيارة بشكل مريح. يلبي الامتثال الخالي من الرصاص والهالوجين معايير صناعة السيارات.
12. مبدأ التكنولوجيا
يعمل هذا LED الأبيض على مبدأ تحويل الفوسفور. العنصر الأساسي لأشباه الموصلات هو شريحة من نيترايد الغاليوم الإنديوم (InGaN) تنبعث منها ضوء أزرق عندما يمر تيار كهربائي عبر وصلة p-n الخاصة بها (الإنارة الكهربائية). لا ينبعث هذا الضوء الأزرق مباشرة. بدلاً من ذلك، يصطدم بطبقة من مادة الفوسفور ذات الانبعاث الأصفر (مثل YAG:Ce) المترسبة على أو حول الشريحة. يمتص الفوسفور جزءًا من الفوتونات الزرقاء ويعيد انبعاث الفوتونات عبر طيف واسع في المنطقة الصفراء. يُدرك العين البشرية مزيج الضوء الأزرق المتبقي غير الممتص والضوء الأصفر المُولد حديثًا على أنه ضوء أبيض. تحدد النسب المحددة للونين الأزرق والأصفر، التي يتم التحكم فيها من خلال تركيب الفوسفور وسمكه، درجة حرارة اللون المترابطة (CCT) للضوء الأبيض، والتي تتم إدارتها من خلال عملية تصنيف اللونية.
13. اتجاهات الصناعة
يستمر الاتجاه العام في LEDs من نوع SMD للتشوير والإضاءة الخلفية المحلية نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن أو mcd لكل واط)، مما يسمح إما بناتج أكثر سطوعًا بنفس الطاقة أو تقليل استهلاك الطاقة لنفس السطوع. هناك أيضًا دفع نحو تحسين اتساق اللون (تصنيف أضيق) وموثوقية أعلى تحت الظروف القاسية. يحسن اعتماد مواد العبوة المتقدمة الأداء الحراري، مما يسمح بتيارات قيادة أعلى في نفس البصمة. علاوة على ذلك، فإن التكامل مع دوائر التحكم المدمجة (مثل ICs محركات في نفس العبوة) هو اتجاه متزايد لتبسيط تصميم النظام. أصبحت معايير الامتثال البيئي المميزة في ورقة البيانات هذه (RoHS، REACH، الخالية من الهالوجين) متطلبات أساسية في صناعة الإلكترونيات العالمية.
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. |