جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 2. تحليل مفصل للمعاملات التقنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
- 3. شرح نظام التصنيف
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية والتغليف
- 5.1 أبعاد العبوة
- 5.2 تصميم لوحة التلامس الموصى بها للـ PCB
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق
- 6.2 اللحام اليدوي
- 6.3 التنظيف
- 6.4 التخزين والحساسية للرطوبة
- 7. التغليف ومعلومات الطلب
- 8. اقتراحات التطبيق
- 8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 8.2 اعتبارات التصميم
- 9. المقارنة والتمييز التقني
- 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)
- 10.1 هل يمكنني تشغيل LED الأحمر عند 30 مللي أمبير والأخضر/الأزرق عند 20 مللي أمبير في نفس الوقت؟
- 10.2 لماذا يختلف جهد التشغيل الأمامي لكل لون؟
- 10.3 كيف أحصل على الضوء الأبيض باستخدام هذا الـ LED الملون (RGB)؟
- 10.4 ماذا يحدث إذا قمت بتوصيل الأقطاب بشكل خاطئ؟
- 11. دراسة حالة تصميمية عملية
- 12. مقدمة عن مبدأ التشغيل
- 13. اتجاهات التكنولوجيا
1. نظرة عامة على المنتج
يُعد LTST-E683RGBW مصباح LED من نوع الجهاز السطحي (SMD) يدمج ثلاثة مصادر ضوئية شبه موصلة متميزة داخل عبوة واحدة مدمجة. يجمع بين رقاقة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) للانبعاث الأحمر مع رقاقتي InGaN (نتريد الإنديوم غاليوم) للانبعاث الأخضر والأزرق، جميعها مغطاة بعدسة مبعثرة. يسمح هذا التكوين بتوليد طيف واسع من الألوان، بما في ذلك الضوء الأبيض عند خلط الألوان الثلاثة بكثافات مناسبة. التطبيق الرئيسي هو في الإضاءة الخلفية، ومؤشرات الحالة، والإضاءة الزخرفية، ووحدات العرض الملونة الكاملة حيث يكون توفير المساحة والتجميع الآلي أمرًا بالغ الأهمية. تشمل مزاياه الأساسية التوافق مع عمليات اللحام بالأشعة تحت الحمراء القياسية وإعادة التدفق، والبناء الخالي من الرصاص المتوافق مع توجيهات RoHS، والتغليف المناسب لمعدات الاختيار والوضع الآلي عالية الإنتاجية على بكرات شريطية بعرض 8 مم.
2. تحليل مفصل للمعاملات التقنية
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بتشغيل LED بشكل مستمر عند هذه الحدود أو بالقرب منها. تشمل المعلمات الرئيسية:
- تبديد الطاقة (Pd):الأحمر: 72 ميغاواط، الأخضر/الأزرق: 80 ميغاواط. هذه هي أقصى طاقة مسموح بها يمكن لـ LED تبديدها كحرارة تحت التشغيل المستمر بتيار مستمر عند درجة حرارة محيطة 25 درجة مئوية. يتجاوز هذا الحد خطر حدوث هروب حراري وتقليل العمر الافتراضي.
- تيار الذروة الأمامي (Ifp):الأحمر: 80 مللي أمبير، الأخضر/الأزرق: 100 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى المسموح به للتيار النبضي، محدد عند دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهو أعلى بكثير من تصنيف التيار المستمر، مما يسمح بومضات قصيرة وعالية الكثافة.
- تيار التشغيل الأمامي المستمر (If):الأحمر: 30 مللي أمبير، الأخضر/الأزرق: 20 مللي أمبير. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار الأمامي المستمر للتشغيل الموثوق على المدى الطويل. سيؤدي تشغيل LED فوق هذه القيمة إلى زيادة إخراج الضوء ولكن أيضًا توليد المزيد من الحرارة، مما قد يؤدي إلى تدهور المادة شبه الموصلة والفسفور (إن وجد) بمرور الوقت.
- نطاق درجة الحرارة:التشغيل: من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية؛ التخزين: من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. تضمن هذه النطاقات السلامة الميكانيكية والكهربائية لـ LED أثناء فترات الاستخدام وعدم التشغيل.
2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية
هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C، If=20mA).
- شدة الإضاءة (Iv):تُقاس بوحدة الميليكانديلا (mcd)، وتمثل سطوع LED كما يُرى بالعين البشرية (باستخدام مرشح ضوئي CIE). النطاقات المحددة هي: الأحمر: 71-224 mcd، الأخضر: 355-900 mcd، الأزرق: 140-355 mcd. تظهر الرقاقة الخضراء عادةً أعلى كفاءة إضاءة.
- زاوية الرؤية (2θ1/2):قيمة نموذجية تبلغ 120 درجة تشير إلى نمط انبعاث ضوئي واسع ومبعثر. تُعرّف هذه الزاوية على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها شدة الإضاءة إلى نصف قيمتها عند المحور المركزي (0 درجة).
- طول موجة الذروة (λp) وطول الموجة السائد (λd):λp (الأحمر: 639 نانومتر، الأخضر: 518 نانومتر، الأزرق: 468 نانومتر) هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية في أقصى حد. λd (الأحمر: 631 نانومتر، الأخضر: 525 نانومتر، الأزرق: 470 نانومتر) هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لمطابقة لون LED، والمستمد من مخطط لونية CIE. ترتبطان ارتباطًا وثيقًا ولكنهما ليسا متطابقين، خاصة لمصادر الطيف الواسع.
- نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):هذه المعلمة، النموذجية 20 نانومتر (أحمر)، 35 نانومتر (أخضر)، و 25 نانومتر (أزرق)، تشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. تعني القيمة الأصغر مصدر ضوء أكثر أحادية اللون.
- جهد التشغيل الأمامي (Vf):انخفاض الجهد عبر LED عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. النطاقات هي: الأحمر: 1.8-2.4 فولت، الأخضر: 2.8-3.8 فولت، الأزرق: 2.8-3.8 فولت. يرجع ارتفاع Vf لرقائق InGaN الخضراء والزرقاء مقارنة برقاقة AlInGaP الحمراء إلى اختلاف طاقات فجوة النطاق شبه الموصلة الخاصة بها. مقاومة تحديد التيار أو مشغل التيار الثابت ضروريان للتشغيل السليم.
- التيار العكسي (Ir):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند VR=5V. لم يتم تصميم هذا LED للعمل بتحيز عكسي. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي إلى فشل فوري وكارثي بسبب انخفاض جهد الانهيار العكسي للوصلة شبه الموصلة.
3. شرح نظام التصنيف
لضمان اتساق اللون والسطوع في الإنتاج، يتم فرز مصابيح LED إلى فئات أداء. توفر ورقة البيانات رموز التصنيف لشدة الإضاءة فقط لكل لون.
- فئات شدة إضاءة اللون الأحمر:Q1 (71-90 mcd)، Q2 (90-112 mcd)، R1 (112-140 mcd)، R2 (140-180 mcd)، S1 (180-224 mcd). التسامح داخل كل فئة هو ±11%.
- فئات شدة إضاءة اللون الأخضر:T2 (355-450 mcd)، U1 (450-560 mcd)، U2 (560-710 mcd)، V1 (710-900 mcd). التسامح داخل كل فئة هو ±11%.
- فئات شدة إضاءة اللون الأزرق:R2 (140-180 mcd)، S1 (180-224 mcd)، S2 (224-280 mcd)، T1 (280-355 mcd). التسامح داخل كل فئة هو ±11%.
عند الطلب أو التصميم، يعد تحديد رمز الفئة المطلوب أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق مظهر موحد في مصفوفة أو عرض. يمكن أن يؤدي خلط الفئات إلى اختلافات مرئية في السطوع أو اللون.
4. تحليل منحنيات الأداء
بينما تشير ملف PDF إلى منحنيات الخصائص النموذجية في الصفحة 5، لم يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص. بناءً على سلوك LED القياسي، ستشمل هذه المنحنيات عادةً:
- التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يظهر العلاقة الأسية. جهد "الركبة" هو المكان الذي يبدأ فيه التوصيل، وبعد ذلك يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد.
- شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I-L):يكون خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة، ولكن قد يشبع عند التيارات الأعلى بسبب تأثيرات الانخفاض الحراري والكفاءة.
- شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. عادةً ما يكون لمصابيح LED الحمراء من نوع AlInGaP تأثير إخماد حراري أكثر وضوحًا مقارنة بمصابيح LED الزرقاء/الخضراء من نوع InGaN.
- توزيع القدرة الطيفية:رسوم بيانية تُظهر الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر طيف الأطوال الموجية لكل رقاقة لون.
هذه المنحنيات حيوية لفهم سلوك LED تحت ظروف غير قياسية (تيارات تشغيل مختلفة، درجات حرارة) ولتصميم إدارة الحرارة.
5. المعلومات الميكانيكية والتغليف
5.1 أبعاد العبوة
يتوافق LED مع بصمة عبوة SMD قياسية تابعة لـ EIA. تحدد الأبعاد الرئيسية (بالمليمتر، تسامح ±0.2 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك) موضعه على لوحة PCB. تعيين الدبابيس هو: الدبوس 1: الأنود للأحمر، الدبوس 4: الأنود للأخضر، الدبوس 3: الأنود للأزرق. من المحتمل أن يكون الكاثود المشترك متصلاً داخليًا بدبوس آخر أو بلوحة التلامس الحرارية (يحتاج الاتصال المحدد إلى التحقق من الرسم البعدي). تساعد العدسة المبعثرة في تحقيق زاوية رؤية أوسع وأكثر اتساقًا.
5.2 تصميم لوحة التلامس الموصى بها للـ PCB
يُقترح مخطط نمط لوحة التلامس لللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو بالطور البخاري. يضمن اتباع هذه التوصية تكوين وصلة لحام مناسبة، وتوصيل حراري جيد بعيدًا عن وصلة LED، واستقرار ميكانيكي. يأخذ تصميم لوحة التلامس في الاعتبار تكوين حشوة اللحام ويمنع ظاهرة "اللوحة القبرية" أثناء إعادة التدفق.
6. إرشادات اللحام والتجميع
6.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق
لعملية اللحام الخالية من الرصاص، يُقترح ملف تعريف متوافق مع J-STD-020B. تشمل المعلمات الرئيسية:
- التسخين المسبق:150-200 درجة مئوية لمدة أقصاها 120 ثانية لتسخين اللوحة تدريجيًا وتفعيل المادة المساعدة للصهر.
- درجة حرارة الذروة:الحد الأقصى 260 درجة مئوية. يجب التحكم في الوقت فوق نقطة السيولة (عادةً ~217 درجة مئوية للحام الخالي من الرصاص) لتكوين وصلات موثوقة دون ارتفاع درجة حرارة LED.
- إجمالي وقت اللحام:الحد الأقصى 10 ثوانٍ عند درجة حرارة الذروة، مع السماح بحد أقصى دورتين لإعادة التدفق.
يضمن الالتزام بهذا الملف الشخصي منع الصدمة الحرارية، التي يمكن أن تتسبب في تشقق عدسة الإيبوكسي أو شريحة أشباه الموصلات، ويمنع النمو المفرط للمعادن بينية في وصلات اللحام.
6.2 اللحام اليدوي
إذا لزم الأمر، يُسمح باللحام اليدوي بمكواة لحام بحدود صارمة: لا تتجاوز درجة حرارة طرف المكواة 300 درجة مئوية، ولا يتجاوز وقت اللحام 3 ثوانٍ لكل وصلة. يُسمح بدورة لحام يدوية واحدة فقط. يجب تجنب تطبيق المكواة مباشرة على جسم LED؛ يجب تطبيق الحرارة على لوحة التلامس في PCB.
6.3 التنظيف
إذا كان التنظيف بعد اللحام مطلوبًا، فيجب استخدام المذيبات المعتمدة القائمة على الكحول فقط مثل الإيثانول أو الأيزوبروبانول في درجة حرارة عادية لأقل من دقيقة واحدة. يمكن للمواد الكيميائية القاسية أو غير المحددة أن تتلف مادة عدسة الإيبوكسي، مما يسبب التعكر أو التشقق أو تغير اللون.
6.4 التخزين والحساسية للرطوبة
عبوة LED حساسة للرطوبة. إذا كانت الحقيبة المغلقة الأصلية المقاومة للرطوبة (مع مجفف) غير مفتوحة، فيجب أن يكون التخزين عند ≤30 درجة مئوية و ≤70% رطوبة نسبية، مع فترة استخدام موصى بها خلال عام واحد. بمجرد فتح الحقيبة، يجب تخزين المكونات عند ≤30 درجة مئوية و ≤60% رطوبة نسبية. يجب تجفيف المكونات المعرضة للرطوبة المحيطة لأكثر من 168 ساعة (7 أيام) عند حوالي 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة على الأقل قبل لحام إعادة التدفق لإزالة الرطوبة الممتصة ومنع ظاهرة "الفرقعة" (تشقق العبوة بسبب التمدد السريع للبخار أثناء إعادة التدفق).
7. التغليف ومعلومات الطلب
يتم توريد المنتج في تغليف قياسي للصناعة للتجميع الآلي:
- الشريط والبكرة:يتم وضع المكونات في شريط ناقل بعرض 8 مم.
- حجم البكرة:قطر 7 بوصات (178 مم).
- الكمية لكل بكرة:2000 قطعة.
- الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ):500 قطعة للكميات المتبقية.
- شريط الغطاء:يتم إغلاق الجيوب الفارغة بشريط غطاء علوي.
- المكونات المفقودة:يُسمح بحد أقصى اثنين من مصابيح LED المفقودة متتالية لكل مواصفات بكرة.
- المعيار:يتوافق التغليف مع مواصفات EIA-481-1-B.
يتبع رقم الجزء LTST-E683RGBW نظام الترميز الداخلي للشركة المصنعة، حيث يشير "RGBW" إلى مجموعة الألوان القادرة على إنتاج ضوء أبيض.
8. اقتراحات التطبيق
8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- لوحات العرض الملونة الكاملة:تُستخدم كبكسل فردي أو بكسلات فرعية في جدران الفيديو الكبيرة أو اللافتات الداخلية.
- الإضاءة الخلفية:للوحات LCD في الإلكترونيات الاستهلاكية، لوحات عدادات السيارات، أو عناصر التحكم الصناعية، غالبًا ما تُدمج مع أدلة الضوء والمبعثرات.
- أضواء الحالة والمؤشرات:في معدات الشبكات، الأجهزة المنزلية، وأدوات القياس حيث تكون هناك حاجة إلى ترميز حالة متعدد الألوان.
- الإضاءة الزخرفية والمعمارية:في الشرائط أو الوحدات النمطية لتأثيرات تغيير الألوان.
8.2 اعتبارات التصميم
- تشغيل التيار:استخدم دائمًا مشغل تيار ثابت أو مقاومة تحديد تيار متسلسلة مع كل قناة لونية. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (Vsupply - Vf_LED) / If. استخدم أقصى قيمة Vf من ورقة البيانات لضمان عدم تجاوز التيار للحد حتى مع LED ذو Vf مرتفع.
- إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، إلا أن تخطيط PCB المناسب مع مساحة نحاسية كافية (لوحات التلامس الحرارية) أمر ضروري لتوصيل الحرارة بعيدًا عن وصلة LED، خاصة عند التشغيل بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة عالية. يحافظ هذا على إخراج الضوء وطول العمر.
- مزج الألوان والتحكم:لتحقيق ألوان محددة أو نقاط بيضاء، تعد تعديل عرض النبضة (PWM) هي الطريقة المفضلة للتحكم في شدة كل قناة، حيث تحافظ على جهد أمامي ثابت ولونية لونية ثابتة على عكس التعتيم التناظري.
- حماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):مصابيح LED حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي. نفذ إجراءات التعامل الآمن من ESD أثناء التجميع.
9. المقارنة والتمييز التقني
بينما لا توجد مقارنة مباشرة مع نماذج أخرى في ملف PDF، يمكن استنتاج المميزات الرئيسية لـ LTST-E683RGBW:
- عبوة RGB متكاملة:تجمع بين ثلاث رقائق في بصمة واحدة مقاس 3.2x2.8 مم، مما يوفر مساحة PCB مقارنة باستخدام ثلاثة مصابيح LED أحادية اللون منفصلة.
- عدسة مبعثرة بزاوية واسعة:توفر زاوية الرؤية 120 درجة نمط انبعاث واسع وموحد مناسب للتطبيقات التي تتطلب مخاريط رؤية واسعة دون بصريات ثانوية.
- توافق العملية:التوافق الصريح مع اللحام القياسي بالأشعة تحت الحمراء/إعادة التدفق والوضع الآلي يجعلها مناسبة للتصنيع عالي الإنتاجية وفعال التكلفة.
- اختيار المادة:يوفر استخدام AlInGaP للون الأحمر كفاءة أعلى واستقرارًا حراريًا أفضل مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP على GaP.
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)
10.1 هل يمكنني تشغيل LED الأحمر عند 30 مللي أمبير والأخضر/الأزرق عند 20 مللي أمبير في نفس الوقت؟
نعم، يمكنك تشغيل كل قناة بشكل مستقل عند أقصى تيار أمامي مستمر خاص بها. ومع ذلك، يجب مراعاة إجمالي تبديد الطاقة للعبوة. إذا كانت جميع القنوات الثلاث قيد التشغيل بأقصى تيار، احسب الطاقة الإجمالية: Pred = 30mA * 2.4V(max) = 72mW؛ Pgreen = 20mA * 3.8V(max) = 76mW؛ Pblue = 20mA * 3.8V(max) = 76mW. من المحتمل أن يتجاوز المجموع (224mW) قدرة التبديد الإجمالية للعبوة. لذلك، قد يتطلب التشغيل المتزامن بكامل الطاقة تخفيض التصنيف أو تعزيز إدارة الحرارة. استشر بيانات المقاومة الحرارية التفصيلية إذا كانت متاحة.
10.2 لماذا يختلف جهد التشغيل الأمامي لكل لون؟
يُحدد جهد التشغيل الأمامي بشكل أساسي من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة شبه الموصلة. لدى AlInGaP (أحمر) فجوة نطاق أقل (~1.9-2.0 eV) من InGaN (أخضر/~2.4 eV، أزرق/~2.7 eV). تتطلب فجوة النطاق الأعلى طاقة أكبر للإلكترونات لتتجاوزها، مما يؤدي إلى انخفاض جهد أمامي أعلى.
10.3 كيف أحصل على الضوء الأبيض باستخدام هذا الـ LED الملون (RGB)؟
يتم إنشاء الضوء الأبيض عن طريق خلط الألوان الأساسية الثلاثة (أحمر، أخضر، أزرق) بنسب شدة محددة. لا توجد نسبة "صحيحة" واحدة، لأنها تعتمد على نقطة البيضاء المستهدفة (مثل الأبيض البارد، الأبيض الدافئ). ستحتاج إلى تجربة مستويات تيار مختلفة أو دورات عمل PWM لكل قناة. يعد استخدام متحكم دقيق بمخرجات PWM هو النهج الأكثر مرونة. لاحظ أن خلط RGB غالبًا ما ينتج ضوءًا أبيضًا بمؤشر تجسيد اللون (CRI) أقل مقارنة بمصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور.
10.4 ماذا يحدث إذا قمت بتوصيل الأقطاب بشكل خاطئ؟
يمكن أن يؤدي تطبيق جهد عكسي، حتى لو كان صغيرًا (مثل 5 فولت كما في حالة اختبار Ir)، إلى تدفق تيار عكسي مرتفع، مما قد يؤدي إلى تلف فوري وغير قابل للإصلاح (انهيار الوصلة). تحقق دائمًا من قطبية التوصيل قبل تطبيق الطاقة. يُعد دمج ديود متسلسل للحماية من القطبية العكسية على خط التغذية ممارسة جيدة للدائرة الإجمالية.
11. دراسة حالة تصميمية عملية
السيناريو:تصميم مؤشر حالة متعدد الألوان لجهاز محمول. يجب أن يُظهر المؤشر الأحمر (خطأ)، الأخضر (جيد)، الأزرق (نشط)، والأزرق السماوي (نشط+جيد) باستخدام LTST-E683RGBW واحد لتوفير المساحة.
التنفيذ:
- دائرة المشغل:استخدم متحكمًا دقيقًا بثلاثة دبابيس GPIO قادرة على PWM. يتصل كل دبوس بقاعدة ترانزستور إشارة صغيرة من نوع NPN (مثل 2N3904). يتصل مجمع كل ترانزستور بالكاثود (المشترك) للون LED المقابل عبر مقاومة تحديد تيار. تتصل أنودات LED بسكة تزويد 3.3 فولت.
- حساب المقاومة (للأخضر، أسوأ حالة Vf=3.8V):R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = قيمة سالبة. يشير هذا إلى أن 3.3 فولت غير كافية لتحيز LED الأخضر/الأزرق أماميًا عند Vf النموذجي الخاص بهما. الحل: استخدم جهد تزويد أعلى (مثل 5 فولت) لدائرة LED. إعادة الحساب للأخضر عند 5 فولت: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 أوم. استخدم مقاومة قياسية 62 أوم. للأحمر: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 أوم، استخدم 91 أوم.
- التحكم في البرمجيات:برمج المتحكم الدقيق لتعيين دورات عمل PWM: 100% للألوان الصلبة. للأزرق السماوي (أزرق+أخضر)، اضبط قناتي الأزرق والأخضر على 100%. يمكن ضبط توازن الشدة بين الأخضر والأزرق عبر PWM لضبط درجة اللون السماوي.
- فحص حراري:سيناريو الطاقة القصوى هو الأزرق السماوي (الأخضر+الأزرق كلاهما عند 20mA). Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW، ضمن حدود العبوة بشكل جيد. تأكد من أن PCB يحتوي على مساحة نحاسية صغيرة أسفل LED لنشر الحرارة.
12. مقدمة عن مبدأ التشغيل
يعتمد انبعاث الضوء في مصابيح LED على الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (الوصلة). عندما يعيد الإلكترون الاتحاد مع فجوة، فإنه يطلق طاقة. في أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشرة مثل AlInGaP و InGaN، تُطلق هذه الطاقة بشكل أساسي في شكل فوتون (جسيم ضوئي). يُحدد الطول الموجي (اللون) للفوتون المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق (Eg) للمادة شبه الموصلة، وفقًا للمعادلة λ ≈ 1240 / Eg (حيث λ بالنانومتر و Eg بالإلكترون فولت). تعمل عدسة الإيبوكسي المبعثرة على حماية شريحة أشباه الموصلات، وتشكيل حزمة إخراج الضوء، وتعزيز استخراج الضوء من الرقاقة.
13. اتجاهات التكنولوجيا
يتم دفع مجال مصابيح LED الملونة SMD من خلال عدة اتجاهات رئيسية:
- زيادة الكفاءة واللمعان:تستمر التحسينات المستمرة في النمو البلوري الطبقي، وتصميم الرقاقة، وتقنيات استخراج الضوء في تعزيز الكفاءة الضوئية (لومن لكل واط)، مما يسمح بعروض أكثر سطوعًا أو استهلاكًا أقل للطاقة.
- التصغير:أصبحت العبوات أصغر حجمًا (مثل 2.0x1.6 مم، 1.6x1.6 مم) مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه، مما يتيح عروضًا بدقة أعلى.
- تحسين اتساق اللون والتصنيف:أصبحت تسامحات التصنيف الأكثر ضيقًا لشدة الإضاءة، وطول الموجة السائد، وجهد التشغيل الأمامي معيارًا، مما يقلل من الحاجة إلى المعايرة في المنتجات النهائية.
- المشغلات المتكاملة ومصابيح LED الذكية:الاتجاه المتزايد هو دمج دوائر التحكم (مثل واجهات I2C أو SPI) داخل عبوة LED نفسها، مما يخلق مصابيح LED ملونة "ذكية" قابلة للعنونة تُبسط تصميم النظام والأسلاك.
- تعزيز الموثوقية والعمر الافتراضي:تزيد التحسينات في مواد التغليف (مثل السيليكونات عالية الحرارة بدلاً من الإيبوكسي) وتقنيات تثبيت الرقاقة من درجة حرارة التشغيل القصوى والعمر الافتراضي الإجمالي لمصابيح LED، خاصة للتطبيقات السياراتية والصناعية.
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. |