فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات الکتریکی و نوری
- 3. توضیح سیستم Binning
- 3.1 Green Chip Intensity Binning
- 3.2 Orange Chip Intensity Binning
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 4.1 جریان مستقیم در مقابل شدت نور (منحنی I-Iv)
- 4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی V-I)
- 4.3 وابستگی به دما
- 4.4 توزیع طیفی
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بسته و تخصیص پایهها
- 5.2 طرح پیشنهادی پدهای لحیمکاری
- 6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 پروفیل لحیمکاری Reflow
- 6.2 لحیمکاری دستی
- 6.3 تمیزکاری
- 6.4 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارشدهی
- 7.1 مشخصات نوار و قرقره (Tape and Reel)
- 7.2 شرایط نگهداری
- 8. پیشنهادات کاربردی
- 8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- 8.2 ملاحظات طراحی
- 9. مقایسه و تمایز فنی
- 10. پرسشهای متداول (FAQs)
- 10.1 آیا میتوانم هر دو رنگ را همزمان با حداکثر جریان DC آنها راهاندازی کنم؟
- 10.2 تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟
- 10.3 هنگام سفارش چگونه کد سطل (bin code) را تفسیر کنم؟
- 10.4 آیا دیود محافظت معکوس (reverse protection diode) ضروری است؟
- 11. نمونههای عملی طراحی و کاربرد
- 11.1 نشانگر وضعیت دوگانه روتر شبکه
- 11.2 نشانگر سطح شارژ باتری
- 12. معرفی اصل فناوری
- 13. روندهای توسعه فناوری
1. مرور کلی محصول
این سند مشخصات فنی کامل یک LED نوع SMD دو رنگ با دید جانبی را ارائه میدهد. این قطعه دو تراشه نیمههادی مجزا را در یک پکیج واحد ادغام کرده است: یک تراشه مبتنی بر InGaN برای انتشار نور سبز و یک تراشه مبتنی بر AlInGaP برای انتشار نور نارنجی. این طراحی راهحلهای فشردهای را برای نشانگر وضعیت، نور پسزمینه و نورپردازی تزئینی که در آنها به سیگنالهای رنگی متعدد از یک نقطه نیاز است، امکانپذیر میسازد. این دستگاه با لنزی شفاف مانند آب ساخته شده است که خروجی نور را به حداکثر میرساند و دارای پایههای قلعکاری شده برای افزایش قابلیت لحیمکاری و انطباق با RoHS است.
LED در نوار استاندارد صنعتی 8 میلیمتری روی قرقرههای 7 اینچی عرضه میشود که آن را کاملاً با تجهیزات مونتاژ اتوماتیک برداشت و جایگذاری سرعت بالا سازگار میکند. طراحی آن همچنین با فرآیندهای لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز (IR) سازگار است که ادغام آن را در خطوط تولید مدرن بردهای مدار چاپی (PCB) تسهیل مینماید.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
محدودیتهای مطلق حداکثر، مرزهای تنش را تعریف میکنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. برای عملکرد مطمئن، هرگز نباید از این محدودیتها فراتر رفت، حتی به صورت لحظهای.
- اتلاف توان (Pd): حداکثر اتلاف توان مجاز برای تراشه سبز 76 میلیوات و برای تراشه نارنجی 75 میلیوات در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتیگراد است. تجاوز از این حد خطر تخریب حرارتی پیوند نیمههادی را به همراه دارد.
- جریان مستقیم: حداکثر جریان مستقیم پیوسته DC (IF) برای تراشه سبز 20 میلیآمپر و برای تراشه نارنجی 30 میلیآمپر است. در کارکرد پالسی، جریان مستقیم اوج 100 میلیآمپر (سبز) و 80 میلیآمپر (نارنجی) تحت چرخه کاری دقیق 1/10 و عرض پالس 0.1 میلیثانیه مجاز است. این پارامتر برای طراحی مدار درایو جهت جلوگیری از خرابی ناشی از جریان حیاتی است.
- محدودههای دما: محدوده دمای عملیاتی از ۲۰- درجه سلسیوس تا ۸۰+ درجه سلسیوس مشخص شده است. محدوده دمای نگهداری گستردهتر است، از ۳۰- درجه سلسیوس تا ۱۰۰+ درجه سلسیوس. این محدودهها یکپارچگی مکانیکی و شیمیایی LED را تحت شرایط محیطی مختلف تضمین میکنند.
- شرایط لحیمکاری: دستگاه میتواند لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز را با دمای اوج ۲۶۰ درجه سلسیوس برای حداکثر مدت ۱۰ ثانیه تحمل کند. این یک شرایط استاندارد برای فرآیندهای لحیم بدون سرب (Pb-free) است.
2.2 مشخصات الکتریکی و نوری
این مشخصات در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتیگراد و جریان مستقیم 5 میلیآمپر اندازهگیری شدهاند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این مشخصات عملکرد معمولی دستگاه را تعریف میکنند.
- Luminous Intensity (Iv): این معیار اصلی خروجی نور است. برای تراشه سبز، شدت نور معمولی از حداقل 28.0 mcd تا حداکثر 180.0 mcd متغیر است. برای تراشه نارنجی، این محدوده از 11.2 mcd تا 71.0 mcd است. مقدار واقعی برای یک واحد خاص به کد Bin اختصاصیافته آن بستگی دارد.
- زاویه دید (2θ1/2): هر دو تراشه دارای زاویه دید گسترده 130 درجه (معمولی) هستند. این به عنوان زاویه کاملای تعریف میشود که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازهگیری شده در محور مرکزی کاهش مییابد. این زاویه گسترده، دید خوبی را از مناظر مختلف تضمین میکند که برای نشانگرهای نگاهکننده از کنار ضروری است.
- طول موج: تراشه سبز دارای طول موج اوج انتشار معمولی (λP) 530 نانومتر و طول موج غالب معمولی (λd) 527 نانومتر است. تراشه نارنجی دارای طول موج اوج انتشار معمولی 611 نانومتر و طول موج غالب 605 نانومتر است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) برای رنگ سبز 35 نانومتر و برای رنگ نارنجی 17 نانومتر است که نشاندهنده خلوص طیفی نور منتشرشده است.
- ولتاژ مستقیم (VF): در جریان ۵ میلیآمپر، ولتاژ مستقیم معمول برای تراشه سبز ۲.۸ ولت (حداکثر ۳.۲ ولت) و برای تراشه نارنجی ۱.۹ ولت (حداکثر ۲.۳ ولت) است. این پارامتر برای محاسبه مقدار مقاومت سری در مدار درایو با ولتاژ ثابت به منظور تنظیم جریان مطلوب، حیاتی است.
- جریان معکوس (IR): حداکثر جریان معکوس برای هر دو تراشه، هنگام اعمال ولتاژ معکوس (VR) برابر با ۵ ولت، ۱۰ میکروآمپر است. به صراحت ذکر شده که دستگاه برای کار در جهت معکوس طراحی نشده است؛ این آزمون تنها برای مشخصسازی نشتی است.
3. توضیح سیستم Binning
برای مدیریت تغییرات تولید و امکان انتخاب LEDهایی با عملکرد یکنواخت توسط طراحان، دستگاهها بر اساس شدت نوردهی در دستههای مختلف (Binning) طبقهبندی میشوند.
3.1 Green Chip Intensity Binning
LEDهای سبز در چهار دسته (N, P, Q, R) با مقادیر حداقل و حداکثر شدت نور زیر در جریان 5 میلیآمپر دستهبندی شدهاند:
دسته N: 28.0 - 45.0 mcd
دسته P: 45.0 - 71.0 mcd
دسته Q: 71.0 - 112.0 mcd
دسته R: 112.0 - 180.0 mcd
یک تلورانس +/-15% به هر سطل شدت اعمال میشود.
3.2 Orange Chip Intensity Binning
LEDهای نارنجی در چهار دسته (L, M, N, P) با محدودههای زیر دستهبندی میشوند:
Bin L: 11.2 - 18.0 mcd
Bin M: 18.0 - 28.0 mcd
دسته N: 28.0 - 45.0 mcd
دسته P: 45.0 - 71.0 mcd
برای این سطوح، تلرانس +/-15% نیز اعمال میشود.
این سیستم دستهبندی امکان انتخاب دقیق بر اساس نیازهای روشنایی کاربرد را فراهم میکند و اطمینان از یکنواختی بصری در آرایهها یا محصولات چند LED را تضمین مینماید.
4. تحلیل منحنی عملکرد
در حالی که منحنیهای گرافیکی خاصی در برگه اطلاعات (مانند شکلهای 1 و 5) ارجاع داده شدهاند، پیامدهای معمول آنها در اینجا بر اساس فیزیک استاندارد LED و پارامترهای ارائه شده تحلیل میشود.
4.1 جریان مستقیم در مقابل شدت نور (منحنی I-Iv)
شدت نور یک LED تقریباً متناسب با جریان مستقیم در محدوده قابل توجهی است. کارکرد تراشه سبز در حداکثر جریان DC خود یعنی 20 میلیآمپر معمولاً خروجی نوری به مراتب بیشتری نسبت به شرایط آزمایش 5 میلیآمپر تولید میکند، اگرچه رابطه دقیق باید از منحنی مشخصه تأیید شود. همین موضوع برای تراشه نارنجی در 30 میلیآمپر نیز صدق میکند. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که اتلاف توان افزایشیافته در جریانهای بالاتر در محدوده حداکثر مجاز مطلق باقی میماند.
4.2 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی V-I)
ولتاژ مستقیم رابطهای لگاریتمی با جریان دارد. VF مشخصشده در 5 میلیآمپر یک نقطه کار کلیدی ارائه میدهد. با افزایش جریان، VF اندکی افزایش خواهد یافت. این رابطه غیرخطی برای طراحی درایورهای ثابتجریان کارآمد در مقابل مدارهای ساده محدودشده با مقاومت مهم است.
4.3 وابستگی به دما
عملکرد LED به دما حساس است. معمولاً شدت نور با افزایش دمای پیوند کاهش مییابد. ولتاژ پیشرو نیز با افزایش دما کاهش مییابد. در حالی که منحنیهای خاصی ارائه نشدهاند، محدوده دمای کاری مشخصشده از 20- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس، حدودی را نشان میدهد که در آن ویژگیهای منتشرشده به طور معقول معتبر هستند. برای کاربردهای نزدیک به حد نهایی، ممکن است کاهش ظرفیت یا مدیریت حرارتی ضروری باشد.
4.4 توزیع طیفی
طول موجهای اوج و غالب، همراه با پهنای نیمقد طیفی، نقطه رنگ را تعریف میکنند. انتشار سبز (مرکز حدود ۵۲۷-۵۳۰ نانومتر) و انتشار نارنجی (مرکز حدود ۶۰۵-۶۱۱ نانومتر) متمایز هستند. پهنای نیمقد باریکتر تراشه نارنجی (۱۷ نانومتر در مقابل ۳۵ نانومتر برای سبز) نشاندهنده رنگ نارنجی اشباعشده و طیفاً خالصتر است.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بسته و تخصیص پایهها
دستگاه مطابق با طرح استاندارد بستهبندی EIA است. نقشههای ابعادی دقیق در دیتاشیت ارائه شدهاند و تمام اندازهها بر حسب میلیمتر میباشند. تلرانسهای کلیدی معمولاً ±0.10 میلیمتر است. تخصیص پایهها به وضوح تعریف شده است: کاتد 1 (C1) برای تراشه نارنجی و کاتد 2 (C2) برای تراشه سبز است. پیکربندی آند مشترک بهطور ضمنی در نظر گرفته شده است که امکان کنترل مستقل هر رنگ را فراهم میکند.
5.2 طرح پیشنهادی پدهای لحیمکاری
دیتاشیت شامل یک الگوی پد لحیمکاری توصیهشده برای طراحی PCB است. رعایت این ابعاد، تشکیل صحیح اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و تبادل حرارت مناسب در طی فرآیند ریفلو را تضمین میکند. یک جهت لحیمکاری پیشنهادی نیز برای تسهیل جریان یکنواخت لحیم مشخص شده است.
6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
6.1 پروفیل لحیمکاری Reflow
یک پیشنهاد دقیق برای پروفیل بازجوشی IR مناسب برای فرآیندهای بدون سرب ارائه شده است. این پروفیل معمولاً شامل موارد زیر است:
1. یک منطقه پیشگرم برای افزایش تدریجی دمای PCB و فعالسازی فلاکس.
2. یک منطقه خیساندن برای یکسانسازی دما در سراسر برد.
3. یک منطقه ریفلو که در آن دما در حداکثر 260 درجه سانتیگراد برای حداکثر 10 ثانیه به اوج میرسد.
4. یک منطقه خنککننده. این پروفایل بر اساس استانداردهای JEDEC است تا قابلیت اطمینان را تضمین کند.
6.2 لحیمکاری دستی
در صورت نیاز به لحیمکاری دستی با هویه، حداکثر دمای توصیهشده برای نوک هویه 300 درجه سانتیگراد است و زمان لحیمکاری برای هر اتصال نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. این عمل باید تنها یک بار انجام شود تا تنش حرارتی وارد بر پکیج LED به حداقل برسد.
6.3 تمیزکاری
در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیمکاری، تنها باید از حلالهای مشخصشده استفاده شود. دیتاشیت غوطهور کردن LED در اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه را توصیه میکند. استفاده از مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به لنز اپوکسی یا پکیج آسیب برساند.
6.4 اقدامات احتیاطی تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
LED به الکتریسیته ساکن و موجهای ولتاژ حساس است. کنترلهای مناسب ESD باید در حین جابجایی و مونتاژ اجرا شوند. این شامل استفاده از بندهای مچی زمین شده، زیراندازهای ضد استاتیک و اطمینان از زمین شدن صحیح تمام تجهیزات میشود.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارشدهی
7.1 مشخصات نوار و قرقره (Tape and Reel)
دستگاه در نوار حامل برجسته به عرض 8 میلیمتر بستهبندی میشود. نوار بر روی قرقرههای استاندارد با قطر 7 اینچ (178 میلیمتر) پیچیده میشود. هر قرقره کامل حاوی 3000 قطعه است. برای مقادیر کمتر از یک قرقره کامل، حداقل تعداد بستهبندی برای باقیماندهها 500 قطعه تعیین شده است. بستهبندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.
7.2 شرایط نگهداری
بستهبندی مهر و موم شده: LEDهای موجود در کیسه ضد رطوبت اصلی همراه با جاذب رطوبت باید در دمای ≤30 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شوند. عمر مفید توصیه شده در این شرایط یک سال است.
بسته باز شده: پس از باز شدن کیسه محافظ در برابر رطوبت، محیط نگهداری نباید از 30 درجه سانتیگراد و 60% RH تجاوز کند. قطعات خارج شده از بستهبندی اصلی در حالت ایدهآل باید ظرف یک هفته تحت عملیات Reflow IR قرار گیرند. برای نگهداری طولانیتر خارج از کیسه اصلی، باید در یک ظرف دربسته همراه با جاذب رطوبت یا در یک دسیکاتور نیتروژن نگهداری شوند. در صورت نگهداری بیش از یک هفته، قبل از لحیمکاری، پخت در دمای تقریبی 60 درجه سانتیگراد به مدت حداقل 20 ساعت برای حذف رطوبت جذب شده و جلوگیری از "پاپ کورن شدن" در حین Reflow توصیه میشود.
8. پیشنهادات کاربردی
8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- Status Indicators: مناسب برای پنلهای تجهیزاتی که نیاز به نشانگر چندحالته دارند (مثلاً روشن=سبز، آمادهبهکار=نارنجی، خطا=هر دو چشمکزن).
- Consumer Electronics: نور پسزمینه برای دکمهها یا لوگوها در دستگاههایی مانند روترها، تجهیزات صوتی یا لوازم جانبی گیمینگ.
- Automotive Interior Lighting: برای روشنایی محیط داخلی غیرحساس یا نمایشگرهای وضعیت، با ذکر محدوده دمای عملیاتی.
- پنلهای کنترل صنعتی: ارائه وضعیت عملیاتی واضح و کدگذاری شده با رنگ در سیستمهای کنترل.
8.2 ملاحظات طراحی
- محدودسازی جریان: همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت برای هر تراشه استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از رابطه R = (Vcc - VF) / IF محاسبه کنید، که در آن VF ولتاژ مستقیم در جریان مورد نظر (IF) است. برای طراحی محافظهکارانهای که اطمینان میدهد جریان هرگز از حد مجاز فراتر نمیرود، از حداکثر مقدار VF موجود در دیتاشیت استفاده کنید.
- مدیریت حرارتی: در حالی که اتلاف توان پایین است، عملکرد مداوم در حداکثر جریان در دمای محیطی بالا ممکن است نیازمند توجه به چیدمان PCB برای تخلیه حرارت باشد، به ویژه اگر چندین LED در کنار هم قرار گرفته باشند.
- طراحی بصری: زاویه دید گسترده 130 درجه، دید خارج از محور را تسهیل میکند. رنگ لنز (شفاف مانند آب) و طراحی قاب اطراف را در نظر بگیرید تا در صورت استفاده همزمان از هر دو رنگ، اثر بصری مطلوب و ترکیب نور حاصل شود.
9. مقایسه و تمایز فنی
این LED دو رنگ با دید جانبی در مقایسه با گزینههای دیگر مزایای خاصی ارائه میدهد:
- در مقابل دو LED مجزا: فضای PCB را ذخیره میکند، تعداد قطعات را کاهش میدهد و مونتاژ برداشت و قراردادن را با یک شماره قطعه واحد ساده میکند.
- در مقابل LEDهای RGB: راهحلی سادهتر و اغلب مقرونبهصرفهتر ارائه میدهد زمانی که تنها به دو رنگ خاص (سبز و نارنجی) نیاز است، بدون پیچیدگی درایور سهکاناله.
- در مقایسه با LEDهای نصبسوراخ: بستهبندی SMD امکان مونتاژ کاملاً خودکار، طراحیهای با ارتفاع کمتر و قابلیت اطمینان بهتر را با حذف لحیمکاری دستی و خمشدگی پایهها فراهم میکند.
- ویژگیهای کلیدی: ترکیب فناوریهای InGaN (برای سبز کارآمد) و AlInGaP (برای نارنجی کارآمد) در یک پکیج، بازده نوری خوبی برای هر دو رنگ فراهم میکند. انطباق با RoHS و سازگاری با ریفلو بدون سرب برای تولیدات مدرن ضروری است.
10. پرسشهای متداول (FAQs)
10.1 آیا میتوانم هر دو رنگ را همزمان با حداکثر جریان DC آنها راهاندازی کنم؟
بله، اما باید اتلاف توان کل را در نظر بگیرید. اگر هر دو تراشه در حداکثر جریان DC خود راهاندازی شوند (سبز: 20mA @ ~3.2V، نارنجی: 30mA @ ~2.3V)، توان تقریبی برابر است با (0.02A * 3.2V) + (0.03A * 2.3V) = 0.064W + 0.069W = 0.133W یا 133 mW. این مقدار از رتبهبندیهای Pd فردی (76mW, 75mW) فراتر میرود و نیازمند ارزیابی حرارتی دقیق PCB و شرایط محیطی است تا اطمینان حاصل شود که دمای پیوند از محدودههای ایمن فراتر نرود، که ممکن است بر طول عمر تأثیر بگذارد.
10.2 تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟
طول موج اوج (λP) طول موجی است که طیف انتشار در آن بیشترین شدت را دارد. طول موج غالب (λd) از نمودار رنگی CIE مشتق شده و نشاندهنده طول موج منفرد یک نور تکرنگ خالص است که با رنگ درکشده LED مطابقت دارد. λd بیشتر با ادراک رنگ انسان مرتبط است، در حالی که λP یک اندازهگیری فیزیکی از طیف است.
10.3 هنگام سفارش چگونه کد سطل (bin code) را تفسیر کنم؟
احتمالاً شماره قطعه LTST-S326TGKFKT-5A شامل یا دلالت بر کدهای Bin خاصی برای شدت نور دارد. برای اطمینان از ثبات روشنایی در کاربرد شما، هنگام سفارش باید کدهای Bin مورد نظر را مشخص کنید (مثلاً سبز: Bin R برای بالاترین خروجی، نارنجی: Bin P). برای آگاهی از سیستم کدگذاری دقیق، به راهنمای کامل سفارش محصول سازنده مراجعه کنید.
10.4 آیا دیود محافظت معکوس (reverse protection diode) ضروری است؟
اگرچه LED میتواند بایاس معکوس 5 ولت را با نشتی تنها 10 میکروآمپر تحمل کند، اما برای کار در حالت معکوس طراحی نشده است. در مدارهایی که امکان وقوع گذرای ولتاژ معکوس وجود دارد (مانند بارهای القایی، اتصال داغ)، اکیداً توصیه میشود از محافظت خارجی مانند یک دیود سری یا پیکربندی پل یکسوساز برای جلوگیری از آسیب استفاده شود.
11. نمونههای عملی طراحی و کاربرد
11.1 نشانگر وضعیت دوگانه روتر شبکه
سناریو: طراحی یک LED وضعیت برای روتر جهت نشاندادن "فعال/انتقال داده" (سبز) و "آمادهبهکار/استندبای" (نارنجی).
پیادهسازی: آند مشترک را از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان که برای هر رنگ اندازهگیری شده، به ریل 3.3V متصل کنید. از دو پین GPIO میکروکنترلر روتر استفاده کنید که هر کدام از طریق یک ترانزیستور NPN سیگنال کوچک یا یک MOSFET به کاتد یک رنگ متصل میشوند. سپس فرمور میتواند LED سبز را در هنگام فعالیت داده و LED نارنجی را در دورههای بیکاری روشن کند. زاویه دید گسترده، قابلیت مشاهده از هر نقطه در اتاق را تضمین میکند.
11.2 نشانگر سطح شارژ باتری
سناریو: یک نشانگر ساده شارژر دو مرحلهای: "در حال شارژ" (نارنجی) و "کاملاً شارژ شده" (سبز).
پیادهسازی: خروجیهای وضعیت IC مدیریت شارژ میتوانند مستقیماً کاتدهای LED را (در صورت توانایی در تحمل جریان مورد نیاز) یا ترانزیستورها را راهاندازی کنند. هنگام شارژ، LED نارنجی روشن میشود. هنگامی که چرخه شارژ کامل میشود، IC درایو نارنجی را خاموش و درایو سبز را روشن میکند.
12. معرفی اصل فناوری
این LED از دو سیستم مختلف مواد نیمههادی استفاده میکند:
- InGaN (ایندیوم گالیم نیترید): این ماده برای تراشهی نورده سبز استفاده میشود. با تغییر نسبت ایندیوم به گالیم در آلیاژ، گاف نواری نیمههادی قابل تنظیم است که مستقیماً طول موج نور گسیلشده هنگام بازترکیب الکترونها و حفرهها در سراسر گاف نواری را تعیین میکند. InGaN به دلیل توانایی آن در تولید LEDهای آبی، سبز و سفید کارآمد شناخته شده است.
- AlInGaP (Aluminum Indium Gallium Phosphide): این ماده برای تراشهی نورده نارنجی استفاده میشود. به طور مشابه، با تنظیم ترکیب این آلیاژ چهارتایی، میتوان گاف نواری را برای تولید نور در نواحی طیفی قرمز، نارنجی، زرد و سبز طراحی کرد. AlInGaP بهویژه در محدوده قرمز تا نارنجی کارآمد است.
در یک پکیج دو رنگ، این دو ساختار تراشه مجزا بر روی یک فریم لید مشترك نصب شده، با سیم متصل میشوند و در یک لنز اپوکسی شفاف کپسوله میگردند که تراشهها را محافظت کرده و به عنوان یک المان نوری عمل میکند.
13. روندهای توسعه فناوری
حوزه فناوری LED همچنان در حال تکامل است و روندهایی وجود دارد که بر قطعاتی مانند این مؤثر است:
- افزایش کارایی: تحقیقات جاری با هدف بهبود بازده کوانتومی داخلی (IQE) و بازده استخراج نور (LEE) در مواد InGaN و AlInGaP انجام میشود که منجر به شدت نور بیشتر برای همان جریان ورودی یا مصرف توان کمتر برای همان خروجی نوری خواهد شد.
- مینیاتوریسازی: تلاش برای دستگاههای الکترونیکی کوچکتر، نیاز به بستهبندیهای LED کوچکتر را در حالی که عملکرد نوری حفظ یا بهبود مییابد، افزایش میدهد.
- بهبود یکنواختی رنگ: پیشرفتها در رشد اپیتاکسیال و فرآیندهای دستهبندی، منجر به تلرانسهای دقیقتر در طول موج غالب و شدت نور شده و تغییرات رنگ و روشنایی بین واحدها را کاهش میدهد.
- قابلیت اطمینان بهبودیافته: بهبود در مواد بستهبندی (اپوکسی، سیلیکونها) و فناوریهای اتصال تراشه، توانایی LED را در تحمل دما، رطوبت و چرخههای حرارتی بالاتر افزایش داده و طول عمر عملیاتی آن را گسترش میدهد.
- هوشمندی یکپارچه: روند گستردهتر، ادغام مدارهای کنترلی (مانند درایورهای جریان ثابت یا منطق ساده) درون بستهبندی خود LED است که مؤلفههای "LED هوشمند" را ایجاد میکند و طراحی سیستم را ساده میسازد.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| Luminous Efficacy | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، مقدار بالاتر به معنای بازده انرژی بیشتر است. | مستقیماً تعیینکننده درجه بهرهوری انرژی و هزینه برق است. |
| شار نوری | lm (lumens) | کل نور ساطع شده از منبع، که معمولاً "روشنایی" نامیده میشود. | تعیین میکند که آیا نور به اندازه کافی روشن است یا خیر. |
| زاویه دید | ° (درجه)، به عنوان مثال، 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| CCT (دمای رنگ) | K (Kelvin)، مثلاً 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایینتر زردرنگ/گرم، مقادیر بالاتر سفیدرنگ/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰–۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیاء، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید و موزهها استفاده میشود. |
| SDCM | مراحل بیضی مکآدام، به عنوان مثال، "5-step" | معیار یکنواختی رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ یکنواختتر است. | تضمین یکنواختی رنگ در سراسر دستهی یکسان LEDها. |
| طول موج غالب | nm (نانومتر)، به عنوان مثال: 620nm (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | تعیینکننده فام (رنگ) LEDهای تکرنگ قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت را در طولموجهای مختلف نشان میدهد. | بر بازتولید رنگ و کیفیت تأثیر میگذارد. |
Electrical Parameters
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| Forward Current | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، مورد استفاده برای تنظیم نور یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوس که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهشهای ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به خنککنندگی قویتر دارد. |
| ESD Immunity | V (HBM)، به عنوان مثال، 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید مورد نیاز است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | معیار کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی درون تراشه LED. | هر کاهش 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث کاهش نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت شار نوری | L70 / L80 (ساعت) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | مستقیماً "طول عمر مفید" LED را تعریف میکند. |
| Lumen Maintenance | درصد (مثلاً 70%) | درصد روشنایی حفظشده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ or MacAdam ellipse | میزان تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای نوری تأثیر میگذارد. |
| پیرسازی حرارتی | تخریب مواد | زوال ناشی از دمای بالا در درازمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده محفظه که تراشه را محافظت میکند و رابط نوری/حرارتی را فراهم میکند. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار چیپ | Front, Flip Chip | Chip electrode arrangement. | Flip chip: better heat dissipation, higher efficacy, for high-power. |
| پوشش فسفر | YAG, Silicate, Nitride | تراشه آبی را میپوشاند، بخشی را به زرد/قرمز تبدیل میکند و برای تولید نور سفید ترکیب میکند. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| Lens/Optics | Flat, Microlens, TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | کد مثلاً 2G, 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | Grouped by forward voltage range. | تطبیق درایور را تسهیل میکند، راندمان سیستم را بهبود میبخشد. |
| Color Bin | بیضی مکآدام ۵گامی | گروهبندی بر اساس مختصات رنگی، تضمین محدوده تنگ. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از رنگ ناهموار درون چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | گروهبندی شده بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه خود را دارند. | پاسخگوی نیازهای CCT صحنههای مختلف است. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون حفظ شار نوری | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | تخمین عمر در شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80. | پیشبینی علمی عمر را ارائه میدهد. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی میشود. | پایه آزمون شناختهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامه محیطزیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزامات دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بهرهوری انرژی. | گواهینامه بهرهوری و عملکرد انرژی برای روشنایی. | مورد استفاده در تدارکات دولتی، برنامههای یارانهای، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |