فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 Electrical & Optical Characteristics
- 3. توضیح سیستم Binning
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 5. Mechanical & Package Information
- 5.1 ابعاد بستهبندی
- 5.2 طراحی پیشنهادی پد PCB
- 6. Soldering & Assembly Guidelines
- 6.1 پروفیل لحیمکاری رفلو
- 6.2 لحیمکاری دستی
- 6.3 تمیزکاری
- 6.4 Storage & Moisture Sensitivity
- 7. Packaging & Ordering Information
- 8. پیشنهادات کاربرد
- 8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- 8.2 ملاحظات طراحی
- 9. Technical Comparison & Differentiation
- 10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
- 10.1 آیا میتوانم LED قرمز را با جریان 30mA و LED سبز/آبی را با جریان 20mA به طور همزمان راهاندازی کنم؟
- 10.2 چرا ولتاژ پیشرو (forward voltage) برای هر رنگ متفاوت است؟
- 10.3 چگونه با این LED RGB نور سفید ایجاد کنم؟
- 10.4 اگر قطبها را به اشتباه وصل کنم چه اتفاقی میافتد؟
- 11. مطالعه موردی طراحی عملی
- 12. معرفی اصل عملکرد
- 13. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
LTST-E683RGBW یک LED نصب سطحی (SMD) است که سه منبع نور نیمههادی مجزا را در یک بستهبندی فشرده و واحد ادغام میکند. این LED یک تراشه AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای انتشار نور قرمز را با دو تراشه InGaN (ایندیم گالیم نیترید) برای انتشار نور سبز و آبی ترکیب میکند که همگی توسط یک لنز پخشکننده پوشانده شدهاند. این پیکربندی امکان تولید طیف گستردهای از رنگها، از جمله نور سفید هنگام ترکیب هر سه رنگ با شدتهای مناسب را فراهم میکند. کاربرد اصلی آن در نورپردازی پسزمینه، نشانگرهای وضعیت، نورپردازی تزئینی و ماژولهای نمایشگر تمامرنگی است که در آنها صرفهجویی در فضا و مونتاژ خودکار حیاتی است. مزایای اصلی آن شامل سازگاری با فرآیندهای استاندارد لحیمکاری مادون قرمز و ریفلو، ساختار بدون سرب مطابق با دستورالعملهای RoHS و بستهبندی مناسب برای تجهیزات خودکار برداشت و قراردهی با حجم بالا روی قرقرههای نوار 8 میلیمتری است.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
این مقادیر محدودیتهای تنشی را تعریف میکنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کارکردن LED به طور مداوم در این محدودیتها یا نزدیک به آن توصیه نمیشود. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- اتلاف توان (Pd): قرمز: 72mW، سبز/آبی: 80mW. این حداکثر توان مجازی است که LED میتواند تحت شرایط کار DC مداوم در دمای محیط 25 درجه سانتیگراد به صورت گرما تلف کند. تجاوز از این حد خطر فرار حرارتی و کاهش طول عمر را به همراه دارد.
- جریان مستقیم پیک (Ifp): قرمز: 80mA، سبز/آبی: 100mA. این حداکثر جریان پالسی مجاز است که در چرخه وظیفه 1/10 و عرض پالس 0.1ms مشخص شده است. این مقدار به طور قابل توجهی بالاتر از رتبهبندی DC است و امکان فلاشهای کوتاه و پر شدت را فراهم میکند.
- جریان مستقیم DC (If): قرمز: 30mA، سبز/آبی: 20mA. این حداکثر جریان مستقیم پیوسته توصیه شده برای عملکرد مطمئن و بلندمدت است. راهاندازی LED بالاتر از این مقدار، خروجی نور را افزایش میدهد اما گرمای بیشتری نیز تولید میکند که با گذشت زمان ممکن است به ماده نیمههادی و فسفرها (در صورت وجود) آسیب برساند.
- محدوده دمایی: عملکرد: ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۸۵+ درجه سانتیگراد؛ ذخیرهسازی: ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۱۰۰+ درجه سانتیگراد. این محدودهها یکپارچگی مکانیکی و الکتریکی LED را در دورههای عملیاتی و غیرعملیاتی تضمین میکنند.
2.2 Electrical & Optical Characteristics
اینها پارامترهای عملکرد معمولی هستند که تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C, If=20mA) اندازهگیری شدهاند.
- شدت نور (Iv): که بر حسب میلیکاندلا (mcd) اندازهگیری میشود، روشنایی درکشده LED را همانطور که توسط چشم انسان دیده میشود (با استفاده از فیلتر فتوبیک CIE) نشان میدهد. محدودههای مشخصشده عبارتند از: قرمز: 224-71 mcd، سبز: 900-355 mcd، آبی: 355-140 mcd. تراشه سبز معمولاً بالاترین بازده نوری را نشان میدهد.
- زاویه دید (2θ1/2): مقدار متداول 120 درجه نشاندهنده یک الگوی انتشار نور گسترده و پخششده است. این زاویه بهعنوان زاویه کاملای تعریف میشود که در آن شدت نور به نصف مقدار خود در محور مرکزی (0 درجه) کاهش مییابد.
- Peak Wavelength (λp) & Dominant Wavelength (λd): λp (قرمز: 639nm، سبز: 518nm، آبی: 468nm) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. λd (قرمز: 631nm، سبز: 525nm، آبی: 470nm) طول موج تکیای است که چشم انسان برای تطابق با رنگ LED درک میکند و از نمودار رنگی CIE استخراج میشود. آنها به هم مرتبط اما یکسان نیستند، به ویژه برای منابع طیف گسترده.
- عرض نیمخط طیفی (Δλ): این پارامتر، که معمولاً 20nm (قرمز)، 35nm (سبز) و 25nm (آبی) است، خلوص طیفی یا پهنای باند نور منتشر شده را نشان میدهد. مقدار کوچکتر به معنای منبع نور تکرنگتر است.
- ولتاژ پیشرو (Vf): افت ولتاژ در سراسر LED هنگام راهاندازی با جریان 20mA. محدودهها عبارتند از: قرمز: 1.8-2.4V، سبز: 2.8-3.8V، آبی: 2.8-3.8V. Vf بالاتر برای تراشههای InGaN سبز و آبی در مقایسه با تراشه قرمز AlInGaP به دلیل انرژیهای گاف نواری متفاوت نیمههادی آنها است. برای عملکرد صحیح، استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت ضروری است.
- جریان معکوس (Ir): حداکثر 10μA در VR=5V. این LED برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است. اعمال ولتاژ معکوس به دلیل ولتاژ شکست معکوس پایین پیوند نیمههادی میتواند منجر به خرابی فوری و فاجعهبار شود.
3. توضیح سیستم Binning
برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دستههای (Bins) مختلف دستهبندی میشوند. دیتاشیت کدهای دستهبندی را فقط برای شدت نور هر رنگ ارائه میدهد.
- دستههای شدت نور قرمز: Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). تلرانس در هر دسته ±11% است.
- دستههای شدت روشنایی سبز: T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). تلرانس در هر دسته ±11% است.
- سطوح روشنایی آبی: R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). تلرانس در هر سطح ±11% است.
هنگام سفارش یا طراحی، مشخص کردن کد(های) سطح مورد نیاز برای دستیابی به ظاهری یکنواخت در یک آرایه یا نمایشگر حیاتی است. ترکیب سطوح مختلف میتواند منجر به تغییرات قابل مشاهده در روشنایی یا رنگ شود.
4. تحلیل منحنی عملکرد
در حالی که PDF در صفحه 5 به منحنیهای مشخصه معمولی اشاره میکند، نمودارهای خاص در متن ارائه نشدهاند. بر اساس رفتار استاندارد LED، این منحنیها معمولاً شامل موارد زیر میشوند:
- Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): رابطه نمایی را نشان میدهد. ولتاژ "زانو" نقطهای است که هدایت آغاز میشود و پس از آن جریان با افزایش اندک ولتاژ به سرعت افزایش مییابد.
- شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-L): به طور کلی در جریانهای پایین خطی است، اما ممکن است در جریانهای بالاتر به دلیل اثرات افت حرارتی و بازدهی به اشباع برسد.
- شدت نور در مقابل دمای محیط: نشان میدهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای پیوند کاهش مییابد. LEDهای قرمز AlInGaP معمولاً در مقایسه با LEDهای آبی/سبز InGaN، اثر خاموشی حرارتی بارزتری دارند.
- توزیع توان طیفی: نمودارهایی که شدت نسبی نور منتشرشده در سراسر طیف طول موج را برای هر تراشه رنگی نشان میدهند.
این منحنیها برای درک رفتار LED تحت شرایط غیراستاندارد (جریانهای درایو مختلف، دماها) و برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی هستند.
5. Mechanical & Package Information
5.1 ابعاد بستهبندی
LED مطابق با ردپای بستهبندی استاندارد SMD موسسه EIA است. ابعاد کلیدی (بر حسب میلیمتر، تلرانس ±0.2 میلیمتر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد) قرارگیری آن بر روی PCB را تعریف میکنند. تخصیص پایهها به این صورت است: پایه 1: آند برای قرمز، پایه 4: آند برای سبز، پایه 3: آند برای آبی. کاتد مشترک به احتمال زیاد به صورت داخلی به پایه دیگری یا پد حرارتی متصل است (اتصال خاص نیاز به تأیید از نقشه ابعادی دارد). لنز پخشکننده به دستیابی به زاویه دید گستردهتر و یکنواختتر کمک میکند.
5.2 طراحی پیشنهادی پد PCB
یک نمودار الگوی لند برای لحیمکاری ریفلو مادون قرمز یا فاز بخار پیشنهاد میشود. رعایت این توصیه تشکیل صحیح اتصال لحیم، هدایت حرارتی مناسب از اتصال LED دور شده و پایداری مکانیکی را تضمین میکند. طراحی پد تشکیل فیله لحیم را در نظر گرفته و از پدیده "قبرستانی" در حین ریفلو جلوگیری میکند.
6. Soldering & Assembly Guidelines
6.1 پروفیل لحیمکاری رفلو
برای فرآیند بدون سرب، استفاده از پروفایل منطبق با استاندارد J-STD-020B توصیه میشود. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر است:
- پیشگرم: ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای حداکثر ۱۲۰ ثانیه، برای گرم کردن تدریجی برد و فعالسازی فلاکس.
- دمای اوج: حداکثر ۲۶۰ درجه سانتیگراد. زمان بالاتر از نقطه ذوب (معمولاً ~۲۱۷ درجه سانتیگراد برای لحیم بدون سرب) باید کنترل شود تا اتصالات قابل اطمینان تشکیل شوند بدون آنکه LED بیشازحد گرم شود.
- زمان لحیمکاری کل: حداکثر 10 ثانیه در دمای اوج، با حداکثر دو سیکل بازجریان مجاز.
رعایت این پروفایل از شوک حرارتی جلوگیری میکند که میتواند باعث ترک خوردن لنز اپوکسی یا تراشه نیمههادی شود، و از رشد بیش از حد بینفلزی در اتصالات لحیم جلوگیری میکند.
6.2 لحیمکاری دستی
در صورت لزوم، لحیمکاری دستی با هویه مجاز است با محدودیتهای سختگیرانه: دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سانتیگراد تجاوز کند و زمان لحیمکاری برای هر اتصال نباید بیش از 3 ثانیه باشد. تنها یک چرخه لحیمکاری دستی مجاز است. باید از تماس مستقیم هویه با بدنه LED اجتناب شود؛ حرارت باید به پد PCB اعمال گردد.
6.3 تمیزکاری
در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیمکاری، تنها باید از حلالهای الکلی مشخص شده مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی و به مدت کمتر از یک دقیقه استفاده شود. مواد شیمیایی خشن یا نامشخص میتوانند به ماده لنز اپوکسی آسیب رسانده، باعث کدر شدن، ترک خوردن یا تغییر رنگ شوند.
6.4 Storage & Moisture Sensitivity
بستهبندی LED به رطوبت حساس است. اگر کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده اصلی (حاوی ماده خشککننده) باز نشده باشد، شرایط نگهداری باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤70% باشد و دوره توصیه شده برای استفاده، یک سال است. پس از باز شدن کیسه، قطعات باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% نگهداری شوند. قطعاتی که بیش از 168 ساعت (7 روز) در معرض رطوبت محیط قرار گرفتهاند، باید قبل از لحیمکاری ریفلو، در دمای تقریبی 60°C به مدت حداقل 48 ساعت پخت شوند تا رطوبت جذب شده از بین رفته و از "پاپکورنینگ" (ترک خوردن بستهبندی ناشی از انبساط سریع بخار در حین ریفلو) جلوگیری شود.
7. Packaging & Ordering Information
این محصول در بستهبندی استاندارد صنعتی برای مونتاژ خودکار عرضه میشود:
- Tape & Reel: قطعات در نوار حامل به عرض 8 میلیمتر قرار میگیرند.
- Reel Size: 7 اینچ (178 میلیمتر) قطر.
- تعداد در هر قرقره: 2000 قطعه.
- حداقل مقدار سفارش (MOQ): 500 قطعه برای مقادیر باقیمانده.
- Cover Tape: جیبهای خالی با نوار درپوش مهر و موم شدهاند.
- قطعات مفقود شده: طبق مشخصات ریل، حداکثر دو LED متوالی مفقود شده مجاز است.
- استاندارد: بستهبندی مطابق با مشخصات EIA-481-1-B است.
شماره قطعه LTST-E683RGBW از سیستم کدگذاری داخلی سازنده پیروی میکند، که در آن "RGBW" نشاندهنده ترکیب رنگی قادر به تولید نور سفید است.
8. پیشنهادات کاربرد
8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- Full-Color Display Panels: به عنوان پیکسلهای مجزا یا زیرپیکسل در دیوارهای ویدیویی بزرگ یا تابلوهای تبلیغاتی داخلی استفاده میشود.
- نور پسزمینه: برای پنلهای LCD در لوازم الکترونیکی مصرفی، صفحههای خودرو یا کنترلهای صنعتی، اغلب در ترکیب با راهنماهای نور و پخشکنندههای نور.
- Status & Indicator Lights: در تجهیزات شبکه، لوازم خانگی و ابزار دقیق که نیاز به کدگذاری وضعیت چند رنگ است.
- Decorative & Architectural Lighting: در نوارها یا ماژولها برای ایجاد جلوههای تغییر رنگ.
8.2 ملاحظات طراحی
- راهاندازی جریان: همیشه از یک درایور جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر کانال رنگ استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از فرمول R = (Vsupply - Vf_LED) / If محاسبه کنید. از حداکثر مقدار Vf موجود در دیتاشیت استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که جریان حتی با یک LED با Vf بالا از حد مجاز فراتر نمیرود.
- مدیریت حرارتی: اگرچه اتلاف توان پایین است، اما چیدمان مناسب PCB با مساحت کافی مس (پدهای حرارتی) برای هدایت گرما از اتصال LED ضروری است، به ویژه هنگامی که با جریانهای بالا یا در دمای محیط بالا کار میکند. این امر خروجی نور و طول عمر را حفظ میکند.
- Color Mixing & Control: برای دستیابی به رنگهای خاص یا نقاط سفید، مدولاسیون عرض پالس (PWM) روش ترجیحی برای کنترل شدت هر کانال است، زیرا برخلاف تیرهسازی آنالوگ، یک ولتاژ مستقیم و کروماتیسیته رنگ ثابت را حفظ میکند.
- محافظت در برابر ESD: LEDها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند. در طول مونتاژ، روشهای ایمن و مطابق با استانداردهای ESD را اجرا کنید.
9. Technical Comparison & Differentiation
در حالی که مقایسه مستقیم با سایر مدلها در PDF وجود ندارد، تمایزهای کلیدی LTST-E683RGBW را میتوان استنباط کرد:
- بسته یکپارچه RGB: سه تراشه را در یک اندازهی ۳.۲ در ۲.۸ میلیمتری ترکیب میکند و در مقایسه با استفاده از سه LED تکرنگ مجزا، فضای PCB را ذخیره مینماید.
- لنز پخشکننده با زاویه دید گسترده: زاویه دید ۱۲۰ درجه، الگوی تابش گسترده و یکنواختی فراهم میکند که برای کاربردهای نیازمند مخروطهای دید گسترده بدون اپتیک ثانویه مناسب است.
- سازگاری فرآیندی: سازگاری صریح با لحیمکاری مادون قرمز/رفلو استاندارد و قرارگیری خودکار، آن را برای تولید انبوه و مقرونبهصرفه مناسب میسازد.
- انتخاب ماده: استفاده از AlInGaP برای رنگ قرمز، در مقایسه با فناوریهای قدیمیتر مانند GaAsP روی GaP، بازدهی بالاتر و پایداری دمایی بهتری ارائه میدهد.
10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
10.1 آیا میتوانم LED قرمز را با جریان 30mA و LED سبز/آبی را با جریان 20mA به طور همزمان راهاندازی کنم؟
بله، شما میتوانید هر کانال را مستقل از دیگری در حداکثر جریان مستقیم DC مربوطه راهاندازی کنید. با این حال، باید اتلاف توان کلی پکیج در نظر گرفته شود. اگر هر سه با حداکثر جریان روشن باشند، توان کل را محاسبه کنید: Pred = 30mA * 2.4V(max) = 72mW; Pgreen = 20mA * 3.8V(max) = 76mW; Pblue = 20mA * 3.8V(max) = 76mW. مجموع (224mW) احتمالاً از قابلیت اتلاف توان کل پکیج فراتر میرود. بنابراین، عملکرد همزمان با حداکثر توان ممکن است نیاز به کاهش رتبهبندی (دریتینگ) یا مدیریت حرارتی تقویتشده داشته باشد. در صورت موجود بودن، دادههای دقیق مقاومت حرارتی را بررسی کنید.
10.2 چرا ولتاژ پیشرو (forward voltage) برای هر رنگ متفاوت است؟
ولتاژ پیشرو عمدتاً توسط انرژی شکاف نواری ماده نیمههادی تعیین میشود. AlInGaP (قرمز) شکاف نواری پایینتری (~1.9-2.0 eV) نسبت به InGaN (سبز/~2.4 eV، آبی/~2.7 eV) دارد. یک شکاف نواری بالاتر نیاز به انرژی بیشتری برای عبور الکترونها دارد که منجر به افت ولتاژ پیشرو بالاتر میشود.
10.3 چگونه با این LED RGB نور سفید ایجاد کنم؟
نور سفید با ترکیب سه رنگ اصلی (قرمز، سبز، آبی) در نسبتهای شدت خاص ایجاد میشود. هیچ نسبت "صحیح" واحدی وجود ندارد، زیرا به نقطه سفید هدف (مثلاً سفید سرد، سفید گرم) بستگی دارد. شما باید سطوح جریان مختلف یا چرخههای وظیفه PWM را برای هر کانال آزمایش کنید. استفاده از یک میکروکنترلر با خروجیهای PWM انعطافپذیرترین روش است. توجه داشته باشید که ترکیب RGB اغلب نور سفیدی با شاخص نمود رنگ (CRI) پایینتر در مقایسه با LEDهای سفید تبدیلشده با فسفر تولید میکند.
10.4 اگر قطبها را به اشتباه وصل کنم چه اتفاقی میافتد؟
اعمال ولتاژ معکوس، حتی مقدار کم (مانند 5 ولت در شرایط آزمایش Ir)، میتواند باعث جریان معکوس بالا شده و منجر به آسیب فوری و غیرقابل برگشت (شکست پیوند) شود. همیشه قبل از اعمال برق، قطبیت را بررسی کنید. استفاده از یک دیود سری برای محافظت در برابر قطبیت معکوس در خط تغذیه، یک روش خوب برای مدار کلی است.
11. مطالعه موردی طراحی عملی
سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت چندرنگ برای یک دستگاه قابل حمل. نشانگر باید قرمز (خطا)، سبز (تأیید)، آبی (فعال) و فیروزهای (فعال+تأیید) را با استفاده از یک LTST-E683RGBW برای صرفهجویی در فضا نمایش دهد.
پیادهسازی:
- مدار درایور: از یک میکروکنترلر با سه پایه GPIO قابلیت PWM استفاده کنید. هر پایه به بیس یک ترانزیستور NPN سیگنال کوچک (مثلاً 2N3904) متصل میشود. کلکتور هر ترانزیستور از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به کاتد (مشترک) رنگ LED مربوطه متصل میشود. آندهای LED به ریل تغذیه 3.3 ولت وصل میشوند.
- محاسبه مقاومت (برای رنگ سبز، بدترین حالت Vf=3.8V): R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = مقدار منفی. این نشان میدهد که 3.3 ولت برای بایاس مستقیم LEDهای سبز/آبی در Vf معمول آنها کافی نیست. راهحل: از ولتاژ تغذیه بالاتر (مثلاً 5 ولت) برای مدار LED استفاده کنید. محاسبه مجدد برای سبز در 5 ولت: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 اهم. از مقاومت استاندارد 62 اهمی استفاده کنید. برای قرمز: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 اهم، از مقاومت 91 اهمی استفاده کنید.
- کنترل نرمافزاری: میکروکنترلر را برنامهریزی کنید تا چرخه وظیفه PWM را تنظیم کند: 100% برای رنگهای ثابت. برای فیروزهای (آبی+سبز)، هر دو کانال آبی و سبز را روی 100% تنظیم کنید. تعادل شدت بین سبز و آبی را میتوان از طریق PWM برای تنظیم رنگ فیروزهای تنظیم کرد.
- بررسی حرارتی: سناریوی حداکثر توان، حالت فیروزهای (سبز+آبی هر دو در 20mA) است. Pکل ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW، که به خوبی در محدودههای مجاز پکیج قرار دارد. اطمینان حاصل کنید که PCB زیر LED دارای یک ناحیه مسی کوچک برای پخش حرارت باشد.
12. معرفی اصل عملکرد
انتشار نور در LEDها بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمهرسانا است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال میشود، الکترونها از ناحیه نوع n و حفرهها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال (پیوند) تزریق میشوند. هنگامی که یک الکترون با یک حفره بازترکیب میشود، انرژی آزاد میکند. در نیمهرساناهای با شکاف باند مستقیم مانند AlInGaP و InGaN، این انرژی عمدتاً به شکل یک فوتون (ذره نور) آزاد میشود. طول موج (رنگ) فوتون منتشر شده توسط انرژی شکاف باند (Eg) ماده نیمهرسانا تعیین میشود، مطابق معادله λ ≈ 1240 / Eg (که در آن λ بر حسب نانومتر و Eg بر حسب الکترونولت است). لنز اپوکسی پخش شده برای محافظت از تراشه نیمهرسانا، شکلدهی به پرتو نور خروجی و بهبود استخراج نور از تراشه عمل میکند.
13. روندهای فناوری
حوزه LEDهای RGB نصب سطحی (SMD) توسط چندین روند کلیدی هدایت میشود:
- Increased Efficiency & Luminance: بهبودهای مستمر در رشد اپیتاکسی، طراحی چیپ و تکنیکهای استخراج نور، همچنان به افزایش بازده نوری (لومن بر وات) ادامه میدهند که امکان ایجاد نمایشگرهای درخشانتر یا مصرف انرژی کمتر را فراهم میکند.
- مینیاتوریسازی: بستهها در حال کوچکتر شدن هستند (مثلاً 2.0x1.6mm، 1.6x1.6mm) در حالی که عملکرد نوری را حفظ یا بهبود میبخشند و امکان نمایشگرهای با وضوح بالاتر را فراهم میکنند.
- Improved Color Consistency & Binning: تلرانسهای سختگیرانهتر برای دستهبندی شدت نور، طول موج غالب و ولتاژ مستقیم در حال تبدیل شدن به استاندارد هستند و نیاز به کالیبراسیون در محصولات نهایی را کاهش میدهند.
- Integrated Drivers & Smart LEDs: روند رو به رشدی در ادغام مدارهای کنترلی (مانند رابطهای I2C یا SPI) درون بستهبندی خود LED وجود دارد که منجر به ایجاد LEDهای RGB "هوشمند" آدرسپذیر میشود و طراحی سیستم و سیمکشی را ساده میکند.
- Enhanced Reliability & Lifetime: بهبود در مواد بستهبندی (مانند سیلیکونهای مقاوم در برابر حرارت بالا به جای اپوکسی) و تکنیکهای اتصال تراشه، دمای عملیاتی حداکثر و طول عمر کلی LEDها را افزایش میدهند، به ویژه برای کاربردهای خودرویی و صنعتی.
LED Specification Terminology
Complete explanation of LED technical terms
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، عدد بالاتر به معنای بهرهوری انرژی بیشتر است. | مستقیماً تعیینکننده رتبه بازده 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 (کلوین)، مثلاً 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایینتر زرد/گرم، مقادیر بالاتر سفید/سرد. | تعیین کننده جو نورپردازی و سناریوهای مناسب. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰ تا ۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیا، Ra≥۸۰ خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرنیاز 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. | یکنواختی رنگ در سراسر دسته یکسان LEDها را تضمین میکند. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (nm)، به عنوان مثال، 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | تعیین کننده رنگ قرمز، زرد، سبز در LEDهای تک رنگ. |
| 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 | اگر | 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 کمنور کردن یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Reverse Voltage | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی 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 تراشه به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قویتری دارد. |
| ایمنی در برابر تخلیه الکترواستاتیک | V (HBM)، به عنوان مثال، 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | در فرآیند تولید نیاز به اقدامات ضد استاتیک است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | شاخص کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی درون تراشه LED. | کاهش هر 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (hours) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | به طور مستقیم "عمر مفید" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثلاً 70%) | درصد روشنایی حفظشده پس از گذشت زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در استفاده بلندمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای نورپردازی تأثیر میگذارد. |
| Thermal Aging | Material degradation | تخریب ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع متداول | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده بدنه که تراشه را محافظت کرده و رابط نوری/حرارتی را فراهم میکند. | EMC: good heat resistance, low cost; Ceramic: better heat dissipation, longer life. |
| Chip Structure | جلو، Flip Chip | چیدمان الکترود تراشه. | Flip Chip: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG, Silicate, Nitride | تراشههای آبی را پوشش میدهد، برخی را به زرد/قرمز تبدیل میکند و با ترکیب به سفید میرسد. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| Lens/Optics | تخت، میکرولنز، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | Binning Content | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | Code e.g., 2G, 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | یکنواختی روشنایی در یک دسته را تضمین میکند. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | گروهبندی شده بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تطبیق درایور را تسهیل میکند و بازدهی سیستم را بهبود میبخشد. |
| Color Bin | بیضی مکآدام ۵-مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، تضمین محدوده تنگ. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | بر اساس CCT گروهبندی شدهاند، هر کدام محدوده مختصات مربوط به خود را دارند. | نیازمندیهای CCT صحنههای مختلف را برآورده میکند. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون حفظ شار نوری | روشنایی طولانی مدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر را ارائه میدهد. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی را پوشش میدهد. | مبنای آزمون شناختهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامهی محیط زیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزام دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهینامه بهرهوری انرژی | گواهینامه بهرهوری انرژی و عملکرد برای روشنایی. | مورد استفاده در خریدهای دولتی، برنامههای یارانهای، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |