ورقة بيانات LED فائق السطوع مقاس T-13/4 (5 مم) - قطر 5 مم - جهد 2.0-2.4 فولت - قدرة 120 ملي واط - ألوان من الأحمر الفائق إلى الأصفر - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تحدد هذه الوثيقة مواصفات سلسلة من مصابيح LED (الصمامات الثنائية الباعثة للضوء) فائقة السطوق بقطر T-13/4 (5 مم). هذه مكونات للتركيب عبر الثقب مصممة للتركيب على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أو الألواح. تم تصنيع مصابيح LED باستخدام تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) على زرنيخيد الجاليوم (GaAs)، ومغلّفة بغلاف إيبوكسي شفاف كالماء. تتميز هذه السلسلة بإنتاجها لشدة ضوئية عالية واستهلاكها المنخفض للطاقة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب وضوحاً عالياً وكفاءة.

1.1 المزايا الأساسية

• شدة ضوئية عالية:يُنتج سطوعاً عالياً جداً، مع قيم محددة تختلف حسب الموديل واللون.
• استهلاك منخفض للطاقة:يعمل بكفاءة مع تيار أمامي نموذجي يبلغ 20 مللي أمبير.
• كفاءة عالية:يوفر إخراج ضوئي كبير نسبة إلى المدخلات الكهربائية.
• تركيب متعدد الاستخدامات:تصميم قياسي للتركيب عبر الثقب متوافق مع التركيب على لوحات الدوائر المطبوعة أو الألواح.
• متوافق مع الدوائر المتكاملة (IC):يمكن تشغيله مباشرة بواسطة الدوائر المتكاملة بسبب متطلبات التيار المنخفضة.
• عبوة قياسية:عامل الشكل الشعبي بقطر T-13/4 (5 مم).

1.2 السوق المستهدف والتطبيق

تهدف هذه المصابيح بشكل أساسي للتطبيقات التي تتطلب إشارات واضحة وساطعة. تشمل الاستخدامات النموذجية شاشات الرسائل وأنواع مختلفة من اللافتات، مثل لافتات المرور، حيث يكون الوضوح العالي من مسافة بعيدة أمراً بالغ الأهمية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يتم تعريف أداء هذه المصابيح عبر عدة معلمات كهربائية وبصرية رئيسية، والتي تختلف بين سلاسل المنتجات المختلفة (F، H، P، R) المميزة بزاوية مشاهدتها.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. جميع القيم محددة عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية.

• تبديد الطاقة (P_D):120 ملي واط كحد أقصى.
• تيار الذروة الأمامي (I_FP):يتراوح من 90 مللي أمبير إلى 130 مللي أمبير اعتماداً على نوع اللون، في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• التيار الأمامي المستمر (I_F):50 مللي أمبير لجميع الأنواع.
• عامل التخفيض:0.6 مللي أمبير/درجة مئوية خطياً بدءاً من 70 درجة مئوية للتيار الأمامي.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت كحد أقصى (عند I_R= 100 ميكرو أمبير).
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية.
• درجة حرارة لحام الأطراف:260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من جسم LED.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات التشغيل النموذجية المقاسة عند T_A=25 درجة مئوية و I_F=20 مللي أمبير. يتم تعريف السلاسل حسب زاوية المشاهدة: السلسلة F (8 درجات)، السلسلة H (15 درجة)، السلسلة P (22 درجة)، والسلسلة R (30 درجة). الشدة الضوئية تتناسب عكسياً مع زاوية المشاهدة.

2.2.1 السلسلة F (زاوية مشاهدة 8 درجات)

• الشدة الضوئية (I_v):تتراوح من 3200-5500 ميللي كانديلا (أحمر فائق) إلى 4200-7800 ميللي كانديلا (الألوان الأخرى).
• الجهد الأمامي (V_F):عادة من 2.0 فولت إلى 2.4 فولت، مع الأحمر الفائق من 1.9 فولت إلى 2.3 فولت.
• الطول الموجي الذروي (λ_P):يمتد من 588 نانومتر (أصفر) إلى 639 نانومتر (أحمر فائق).
• الطول الموجي السائد (λ_d):يمتد من 587 نانومتر (أصفر) إلى 631 نانومتر (أحمر فائق).
• عرض النطاق الطيفي النصفي (Δλ):يتراوح من 15 نانومتر إلى 20 نانومتر.

2.2.2 السلسلة H (زاوية مشاهدة 15 درجة)

• الشدة الضوئية (I_v):تتراوح من 1500-2400 ميللي كانديلا (أحمر فائق) إلى 1900-3400 ميللي كانديلا (الألوان الأخرى).
• الخصائص الكهربائية والطيفية (V_F, λ_P, λ_d, Δλ) مطابقة للسلسلة F.

2.2.3 السلسلة P (زاوية مشاهدة 22 درجة)

• الشدة الضوئية (I_v):تتراوح من 880-1400 ميللي كانديلا (أحمر فائق) إلى 1150-2000 ميللي كانديلا (الألوان الأخرى).
• الخصائص الكهربائية والطيفية (V_F, λ_P, λ_d, Δλ) مطابقة للسلسلتين F و H.

2.2.4 المعلمات المشتركة

• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R= 5 فولت.
• السعة (C):40 بيكو فاراد نموذجياً عند V_F= 0 فولت، f = 1 ميجا هرتز.

2.3 شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى نظام تصنيف للشدة الضوئية.

• تصنيف الشدة الضوئية:يتم تصنيف المنتجات إلى رتبتين (مثلًا، القيم الدنيا والنموذجية). يتم وضع رمز التصنيف المحدد على كل كيس تعبئة فردي.
• تصنيف اللون/الطول الموجي:يحدد هيكل رقم الجزء اللون وخصائص الطول الموجي المقابلة له بدقة (مثل \"RK\" للأحمر الفائق، \"EK\" للأحمر). لا يوجد تصنيف إضافي داخل رمز اللون.

3. المعلومات الميكانيكية والعبوة

3.1 أبعاد العبوة

يتميز LED بغلاف قياسي بأطراف شعاعية مع عدسة قطرها 5 مم (T-13/4).

• قطر الجسم:5.0 مم نموذجياً.
• تباعد الأطراف:يُقاس عند نقطة خروج الأطراف من جسم العبوة.
• الراتنج البارز:تحت الحافة القصوى 1.0 مم (0.04 بوصة).
• التسامح:±0.25 مم (0.010 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك.

3.2 تحديد القطبية

يستخدم المكون قطبية LED قياسية. الطرف الأطول هو عادة الأنود (الموجب)، والطرف الأقصر هو الكاثود (السالب). قد يُشار إلى الكاثود أيضاً بنقطة مسطحة على حافة العدسة البلاستيكية. تحقق دائماً من القطبية قبل اللحام لمنع تلف الانحياز العكسي.

4. إرشادات اللحام والتجميع

4.1 اللحام اليدوي أو بالموجات

للتركيب عبر الثقب، يمكن استخدام تقنيات اللحام بالموجات أو اليدوية القياسية.

• حد درجة الحرارة:يمكن للأطراف تحمل 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ. يتم أخذ هذا القياس على بعد 1.6 مم (0.063 بوصة) من الجسم البلاستيكي لـ LED.
• إدارة الحرارة:تجنب تطبيق الحرارة لفترات طويلة لمنع تلف غلاف الإيبوكسي والرقاقة شبه الموصلة الداخلية. استخدم مبرد حراري (مثل الملقط) على الطرف بين نقطة اللحام وجسم LED إذا لزم الأمر.

4.2 ظروف التخزين

للحفاظ على قابلية اللحام وسلامة الجهاز، قم بتخزين مصابيح LED في أكياسها الأصلية الحاجبة للرطوبة في بيئة مضبوطة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. تجنب البيئات ذات الرطوبة العالية أو الغازات المسببة للتآكل.

5. اقتراحات التطبيق

5.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• لافتات الرسائل والعروض:مثالي لمؤشرات الحالة، أو شاشات النص المتحرك، أو لوحات المعلومات التي تحتاج إلى سطوع عالي للرؤية في ضوء النهار.
• لافتات المرور والإشارات:مناسب لأضواء الإشارات المساعدة، أو مؤشرات عبور المشاة، أو التطبيقات الأخرى المتعلقة بالمرور التي تتطلب ألواناً محددة (أحمر، كهرماني، أصفر).
• المؤشرات الصناعية:أضواء حالة الآلات، مؤشرات التحذير على لوحات التحكم.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:مؤشرات الطاقة، الإضاءة الخلفية للشاشات الصغيرة.

5.2 اعتبارات التصميم

• الحد من التيار:استخدم دائماً مقاومة للحد من التيار على التوالي. احسب قيمة المقاومة بناءً على جهد الإمداد (V_CC)، والجهد الأمامي لـ LED (V_F)، والتيار الأمامي المطلوب (I_F، نموذجياً 20 مللي أمبير). الصيغة: R = (V_CC- V_F) / I_F.
• اختيار زاوية المشاهدة:اختر السلسلة بناءً على نمط الحزمة الضوئية المطلوب. استخدم الزاوية الضيقة (8 درجات، السلسلة F) للمشاهدة الموجهة لمسافات طويلة. استخدم الزوايا الأوسع (22 درجة، السلسلة P، 30 درجة، السلسلة R) للإضاءة الأوسع والأكثر انتشاراً.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من ألا تتجاوز درجة حرارة البيئة المحيطة للتشغيل 100 درجة مئوية. للتصاميم ذات مصابيح LED متعددة أو في بيئات عالية الحرارة، ضع في الاعتبار التباعد وتدفق الهواء المحتمل.
• حماية الجهد العكسي:على الرغم من أن LED يمكنه تحمل ما يصل إلى 5 فولت في الاتجاه العكسي، إلا أنه من الممارسات الجيدة تجنب تعريضه للانحياز العكسي. في الدوائر المترددة أو التي تنعكس قطبيتها، قم بتضمين صمام ثنائي على التوازي العكسي للحماية.

6. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بمصابيح LED القياسية مقاس 5 مم من الجيل الأقدم (مثل استخدام تقنية GaP أو GaAsP)، تقدم هذه السلسلة القائمة على AlInGaP مزايا كبيرة:

• كفاءة وسطوع أعلى:توفر تقنية AlInGaP فعالية ضوئية فائقة، مما يؤدي إلى شدة ضوئية أعلى بكثير لنفس تيار التشغيل.
• تحسين تشبع اللون:يمكن أن تؤدي الخصائص الطيفية (نصف عرض أضيق) إلى ألوان أكثر نقاءً وتشبعاً، خاصة في نطاق الأحمر إلى الكهرماني.
• خيارات زوايا مشاهدة أوسع:توفر زوايا مشاهدة متعددة ومحددة جيداً (8 درجات، 15 درجة، 22 درجة، 30 درجة) من نفس التقنية الأساسية يسمح للمصممين بتخصيص توزيع الضوء بدقة لتطبيقهم دون تغيير الخصائص الكهربائية أو اللونية لـ LED.

7. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

7.1 ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي السائد؟

الطول الموجي الذروي (λ_P)هو الطول الموجي الذي يكون عنده توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث من LED في أقصى حد له.الطول الموجي السائد (λ_d)يُشتق من مخطط لونية CIE؛ وهو الطول الموجي الواحد للون الطيفي النقي الذي يتطابق مع اللون المدرك لضوء LED. بالنسبة لمصابيح LED ذات الطيف الواسع، يمكن أن تختلف هذه القيم. غالباً ما يكون الطول الموجي السائد أكثر تمثيلاً للون الذي يدركه الإنسان.

7.2 كيف أختار بين السلسلة F، H، P؟

يعتمد الاختيار بشكل أساسي على نمط الحزمة الضوئية المطلوب والشدة.السلسلة F (8 درجات)تركز الضوء في حزمة ضيقة جداً ومكثفة، مثالية للإشارة لمسافات طويلة.السلسلة H (15 درجة)توفر توازناً جيداً بين الشدة والانتشار.السلسلة P (22 درجة)والسلسلة R (30 درجة)توفر ضوءاً أوسع بكثير وأكثر انتشاراً مناسباً لإضاءة المنطقة أو المشاهدة بزاوية واسعة. تتناقص الشدة الضوئية مع زيادة زاوية المشاهدة.

7.3 هل يمكنني تشغيل هذه المصابيح بدون مقاومة للحد من التيار؟

No.مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. جهدها الأمامي له تسامح ومعامل درجة حرارة سالب (ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة). سيؤدي التوصيل مباشرة بمصدر جهد إلى تدفق تيار مفرط، مما قد يتجاوز القيمة القصوى المطلقة للتيار الأمامي المستمر (50 مللي أمبير) ويدمر الجهاز. مقاومة على التوالي إلزامية للتشغيل المستقر والآمن.

7.4 ماذا يعني مصطلح \"عدسة شفافة كالماء\"؟

العدسة \"الشفافة كالماء\" أو غير المنتشرة شفافة تماماً. هذا يسمح بإسقاط كامل شدة رقاقة LED، مما يؤدي إلى أعلى شدة ضوئية ممكنة ونمط حزمة أكثر تحديداً (كما هو الحال في متغيرات زاوية المشاهدة الضيقة). إنها لا تبعثر الضوء كما تفعل العدسة المنتشرة (الحليبية).

8. حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم مؤشر \"تشغيل\" عالي الوضوح يعمل بالبطارية للمعدات الخارجية التي يجب أن تكون مرئية تحت أشعة الشمس المباشرة. يجب أن يكون لون المؤشر أحمر.

خيارات التصميم:

1. اختيار LED:اخترLTL2F3VEKNT(أحمر، زاوية مشاهدة 8 درجات، السلسلة F). حزمة الـ 8 درجات الضيقة تركز الشدة الضوئية (1900-3100 ميللي كانديلا نموذجياً) في بقعة ضيقة، مما يزيد من السطوع المدرك للمشاهد الموجود مباشرة في الأمام. اللون الأحمر هو المعيار لمؤشرات \"التشغيل\".
2. دائرة التشغيل:يتم تشغيل الجهاز بواسطة خط جهد 5 فولت. باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 2.4 فولت و I_Fهدف 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 أوم. سيتم استخدام مقاومة قياسية 130 أوم أو 150 أوم 1/4 واط على التوالي.
3. التخطيط:يتم وضع LED للتركيب عبر الثقب على اللوحة الأمامية. يمكن وضع مقاومة الحد من التيار على لوحة الدائرة الرئيسية. تأكد من أن قطبية LED موجهة بشكل صحيح أثناء التجميع.
4. النتيجة:مؤشر نقطة حمراء مركزة وساطعة جداً تستهلك فقط 20 مللي أمبير * 2.4 فولت = 48 ملي واط من الطاقة، وهي ضمن تصنيف الجهاز البالغ 120 ملي واط، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد.

9. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

تعتمد هذه المصابيح علىمادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)المزروعة على ركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs). مبدأ العمل هو الانبعاث الكهروضوئي.

1. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة.
2. داخل طبقة AlInGaP النشطة، تتحد الإلكترونات والفجوات. الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد تُبعث على شكل فوتونات (ضوء).
3. يتم تحديد اللون المحدد للضوء (الطول الموجي) بواسطة طاقة فجوة النطاق لسبيكة AlInGaP، والتي يتم التحكم فيها من خلال النسب الدقيقة للألومنيوم والإنديوم والجاليوم والفوسفور أثناء نمو البلورة. إضافة المزيد من الألومنيوم والإنديوم يزيد من فجوة النطاق، مما يحول الضوء المنبعث من الأحمر نحو الأصفر/الأخضر.
4. يعمل غلاف الإيبوكسي \"الشفاف كالماء\" كعدسة، يشكل إخراج الضوء ويوفر حماية ميكانيكية وبيئية للرقاقة شبه الموصلة الدقيقة.

10. اتجاهات التطوير

على الرغم من أن ورقة البيانات هذه تمثل منتجاً ناضجاً ومستخدمًا على نطاق واسع، إلا أن تكنولوجيا LED تستمر في التطور. تشمل الاتجاهات ذات الصلة بهذا النوع من الأجهزة:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في علم المواد وعمليات التصنيع إلى فعالية ضوئية أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، مما يسمح إما بإخراج أكثر سطوعاً بنفس التيار أو نفس السطوع مع استهلاك أقل للطاقة.
• اتساق اللون والتصنيف:تمكن التقدم في النمو الطبقي والتحكم في العمليات من توزيعات أضيق للطول الموجي والشدة الضوئية، مما يقلل الحاجة إلى تصنيف واسع النطاق ويوفر أداءً أكثر اتساقاً من جهاز لآخر.
• ابتكارات التغليف:على الرغم من أن عبوة T-13/4 تبقى قياسية لتطبيقات التركيب عبر الثقب، إلا أن هناك تحولاً عاماً في الصناعة نحو عبوات أجهزة التركيب السطحي (SMD) لمعظم التصاميم الجديدة بسبب حجمها الأصغر وملاءمتها للتجميع الآلي. ومع ذلك، تحتفظ مصابيح LED للتركيب عبر الثقب بأهميتها في النماذج الأولية، والمجموعات التعليمية، والتطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية أو تجميعاً يدوياً.
• توسيع نطاق الألوان:أدى تطوير مواد أشباه موصلات جديدة (مثل InGaN للأزرق/الأخضر/الأبيض) إلى استكمال AlInGaP، مما مكّن من إنشاء شاشات ملونة كاملة. بالنسبة للمؤشرات أحادية اللون، تظل تقنية AlInGaP هي التقنية المهيمنة لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والكهرمانية عالية السطوع.