دیتاشیت LED فوق‌پرنور T-13/4 (5mm) - قطر 5mm - ولتاژ 2.0-2.4V - توان 120mW - رنگ‌های قرمز سوپر تا زرد - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند، مشخصات یک سری از دیودهای ساطع‌کننده نور (LED) با قطر T-13/4 (5mm) و فوق‌پرنور را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعات از نوع سوراخدار (Through-Hole) هستند که برای نصب روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا پنل‌ها طراحی شده‌اند. LEDها با استفاده از فناوری نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) بر روی بستر آرسنید گالیم (GaAs) ساخته شده و در یک پکیج اپوکسی شفاف مانند آب (Water-Clear) محصور شده‌اند. این سری با خروجی شدت نور بالا و مصرف توان پایین خود شناخته می‌شود که آن را برای کاربردهای نیازمند دید بالا و بازدهی مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی

• شدت نور بالا:خروجی بسیار پرنوری ارائه می‌دهد که مقادیر خاص آن بسته به مدل و رنگ متفاوت است.
• مصرف توان پایین:با جریان مستقیم معمول 20mA به‌صورت کارآمد عمل می‌کند.
• بازدهی بالا:نسبت به ورودی الکتریکی، خروجی نوری قابل‌توجهی فراهم می‌کند.
• نصب همه‌کاره:طراحی استاندارد سوراخدار که با نصب روی PCB یا پنل سازگار است.
• سازگار با IC:به دلیل نیاز جریانی پایین، می‌تواند مستقیماً توسط مدارهای مجتمع راه‌اندازی شود.
• پکیج استاندارد:فرم فاکتور محبوب با قطر T-13/4 (5mm).

1.2 بازار هدف و کاربرد

این LEDها عمدتاً برای کاربردهایی در نظر گرفته شده‌اند که نیازمند سیگنال‌دهی واضح و پرنور هستند. کاربردهای متداول شامل نمایشگرهای پیام و انواع مختلف تابلوها، مانند علائم راهنمایی و رانندگی است که دید بالا از فاصله دور در آن‌ها حیاتی می‌باشد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

عملکرد این LEDها در چندین پارامتر کلیدی الکتریکی و نوری تعریف می‌شود که بین سری‌های مختلف محصول (F، H، P، R) که بر اساس زاویه دیدشان متمایز می‌شوند، متفاوت است.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. تمام مقادیر در دمای محیط (T_A) برابر 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• اتلاف توان (P_D):حداکثر 120 میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):بسته به نوع رنگ، از 90 میلی‌آمپر تا 130 میلی‌آمپر متغیر است، تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه).
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):برای تمام انواع، 50 میلی‌آمپر.
• ضریب کاهش:برای جریان مستقیم، به میزان خطی 0.6 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس از دمای 70 درجه سلسیوس.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر 5 ولت (در I_R= 100 میکروآمپر).
• محدوده دمای کاری:40- درجه سلسیوس تا +100 درجه سلسیوس.
• محدوده دمای انبارش:55- درجه سلسیوس تا +100 درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها:260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه LED.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای کاری معمول هستند که در T_A=25 درجه سلسیوس و I_F=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. سری‌ها بر اساس زاویه دید تعریف می‌شوند: سری F (8 درجه)، سری H (15 درجه)، سری P (22 درجه) و سری R (30 درجه). شدت نور با زاویه دید رابطه معکوس دارد.

2.2.1 سری F (زاویه دید 8 درجه)

• شدت نور (I_v):از 3200-5500 میلی‌کاندلا (قرمز سوپر) تا 4200-7800 میلی‌کاندلا (سایر رنگ‌ها) متغیر است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 2.0 ولت تا 2.4 ولت، با قرمز سوپر در محدوده 1.9 ولت تا 2.3 ولت.
• طول موج پیک (λ_P):از 588 نانومتر (زرد) تا 639 نانومتر (قرمز سوپر) گسترده شده است.
• طول موج غالب (λ_d):از 587 نانومتر (زرد) تا 631 نانومتر (قرمز سوپر) گسترده شده است.
• عرض نیمه طیفی (Δλ):از 15 نانومتر تا 20 نانومتر متغیر است.

2.2.2 سری H (زاویه دید 15 درجه)

• شدت نور (I_v):از 1500-2400 میلی‌کاندلا (قرمز سوپر) تا 1900-3400 میلی‌کاندلا (سایر رنگ‌ها) متغیر است.
• ویژگی‌های الکتریکی و طیفی (V_F, λ_P, λ_d, Δλ) مشابه سری F هستند.

2.2.3 سری P (زاویه دید 22 درجه)

• شدت نور (I_v):از 880-1400 میلی‌کاندلا (قرمز سوپر) تا 1150-2000 میلی‌کاندلا (سایر رنگ‌ها) متغیر است.
• ویژگی‌های الکتریکی و طیفی (V_F, λ_P, λ_d, Δλ) مشابه سری‌های F و H هستند.

2.2.4 پارامترهای مشترک

• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R= 5V.
• ظرفیت خازنی (C):معمولاً 40 پیکوفاراد در V_F= 0V, f = 1 MHz.

2.3 توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت یک سیستم دسته‌بندی شدت نور را نشان می‌دهد.

• دسته‌بندی شدت نور:محصولات در دو رده (مثلاً مقادیر Min. و Typ.) طبقه‌بندی می‌شوند. کد طبقه‌بندی خاص روی هر بسته‌بندی فردی درج شده است.
• دسته‌بندی رنگ/طول موج:ساختار شماره قطعه، رنگ و ویژگی‌های طول موج مربوطه را به دقت تعریف می‌کند (مثلاً \"RK\" برای قرمز سوپر، \"EK\" برای قرمز). هیچ دسته‌بندی اضافی درون یک کد رنگ وجود ندارد.

3. اطلاعات مکانیکی و پکیج

3.1 ابعاد پکیج

LED دارای یک پکیج استاندارد با پایه‌های شعاعی و لنزی به قطر 5mm (T-13/4) است.

• قطر بدنه:معمولاً 5.0 میلی‌متر.
• فاصله پایه‌ها:در جایی اندازه‌گیری می‌شود که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند.
• رزین بیرون‌زده:در زیر فلنج حداکثر 1.0 میلی‌متر (0.04 اینچ) است.
• تلرانس:±0.25mm (0.010 اینچ) مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

3.2 شناسایی قطبیت

قطعه از قطبیت استاندارد LED استفاده می‌کند. پایه بلندتر معمولاً آند (مثبت) و پایه کوتاه‌تر کاتد (منفی) است. کاتد ممکن است با یک نقطه صاف روی لبه لنز پلاستیکی نیز نشان داده شود. همیشه قبل از لحیم‌کاری، قطبیت را تأیید کنید تا از آسیب ناشی از بایاس معکوس جلوگیری شود.

4. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

4.1 لحیم‌کاری دستی یا موجی

برای نصب سوراخدار، می‌توان از تکنیک‌های استاندارد لحیم‌کاری موجی یا دستی استفاده کرد.

• محدودیت دما:پایه‌ها می‌توانند 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 5 ثانیه تحمل کنند. این اندازه‌گیری در فاصله 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه پلاستیکی LED انجام می‌شود.
• مدیریت حرارت:از اعمال حرارت طولانی‌مدد خودداری کنید تا از آسیب به پکیج اپوکسی و تراشه نیمه‌هادی داخلی جلوگیری شود. در صورت لزوم، از یک هیت‌سینک (مثلاً پنس) روی پایه بین نقطه لحیم‌کاری و بدنه LED استفاده کنید.

4.2 شرایط انبارش

برای حفظ قابلیت لحیم‌کاری و یکپارچگی قطعه، LEDها را در کیسه‌های اصلی ضد رطوبت خود، در محیطی کنترل‌شده در محدوده دمای انبارش مشخص شده (55- تا +100 درجه سلسیوس) نگهداری کنید. از محیط‌های با رطوبت بالا یا گازهای خورنده اجتناب کنید.

5. پیشنهادات کاربردی

5.1 سناریوهای کاربردی معمول

• تابلوهای پیام و نمایشگرها:ایده‌آل برای نشانگرهای وضعیت، نمایشگرهای متحرک متن یا پنل‌های اطلاعاتی که در آن‌ها برای دید در نور روز به روشنایی بالا نیاز است.
• علائم ترافیکی و سیگنالینگ:مناسب برای چراغ‌های سیگنالینگ کمکی، نشانگرهای عبور عابر پیاده یا سایر کاربردهای مرتبط با ترافیک که نیازمند رنگ‌های خاص (قرمز، کهربایی، زرد) هستند.
• نشانگرهای صنعتی:چراغ‌های وضعیت ماشین‌آلات، نشانگرهای هشدار روی پنل‌های کنترل.
• الکترونیک مصرفی:نشانگرهای برق، نور پس‌زمینه برای نمایشگرهای کوچک.

5.2 ملاحظات طراحی

• محدود‌کننده جریان:همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان استفاده کنید. مقدار مقاومت را بر اساس ولتاژ تغذیه (V_CC)، ولتاژ مستقیم LED (V_F) و جریان مستقیم مورد نظر (I_F، معمولاً 20mA) محاسبه کنید. فرمول: R = (V_CC- V_F) / I_F.
• انتخاب زاویه دید:سری را بر اساس الگوی پرتو مورد نیاز انتخاب کنید. از زاویه باریک (سری F با 8 درجه) برای مشاهده جهت‌دار و از فاصله دور استفاده کنید. از زوایای بازتر (سری P با 22 درجه، سری R با 30 درجه) برای روشنایی گسترده‌تر و پخش‌شده‌تر استفاده نمایید.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان پایین است، اطمینان حاصل کنید که دمای محیط کاری از 100 درجه سلسیوس تجاوز نکند. برای طراحی‌های دارای چندین LED یا در محیط‌های با دمای بالا، فاصله‌گذاری و جریان هوا را در نظر بگیرید.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:اگرچه LED می‌تواند تا 5 ولت در جهت معکوس را تحمل کند، اما خوب است که از قرارگیری در معرض بایاس معکوس اجتناب شود. در مدارهای AC یا مدارهایی که قطبیت معکوس می‌شود، یک دیود موازی معکوس برای محافظت قرار دهید.

6. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای استاندارد 5mm نسل قدیمی‌تر (مثلاً با استفاده از فناوری GaP یا GaAsP)، این سری مبتنی بر AlInGaP مزایای قابل‌توجهی ارائه می‌دهد:

• بازدهی و روشنایی بالاتر:فناوری AlInGaP بازده نوری برتری فراهم می‌کند که منجر به شدت نور بسیار بالاتر برای همان جریان راه‌اندازی می‌شود.
• اشباع رنگ بهبودیافته:ویژگی‌های طیفی (عرض نیمه باریک‌تر) می‌تواند منجر به رنگ‌های خالص‌تر و اشباع‌شده‌تر، به ویژه در محدوده قرمز تا کهربایی شود.
• گزینه‌های زاویه دید گسترده‌تر:در دسترس بودن چندین زاویه دید به‌خوبی تعریف‌شده (8، 15، 22، 30 درجه) از یک فناوری هسته یکسان، به طراحان اجازه می‌دهد تا توزیع نور را دقیقاً برای کاربرد خود تنظیم کنند بدون آن‌که ویژگی‌های الکتریکی یا رنگی LED تغییر کند.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

7.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P)) طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی نور ساطع‌شده از LED در حداکثر خود قرار دارد.طول موج غالب (λ_d)) از نمودار رنگی CIE مشتق می‌شود؛ این طول موج واحد رنگ طیفی خالصی است که با رنگ درک‌شده نور LED مطابقت دارد. برای LEDهایی با طیف گسترده، این مقادیر می‌توانند متفاوت باشند. طول موج غالب اغلب نماینده‌تر از رنگ درک‌شده توسط انسان است.

7.2 چگونه بین سری‌های F، H، P انتخاب کنم؟

انتخاب عمدتاً بر اساس الگوی پرتو و شدت مورد نیاز است.سری F (8 درجه)نور را در یک پرتو بسیار باریک و شدید متمرکز می‌کند که برای نشان‌دهی از راه دور ایده‌آل است.سری H (15 درجه)تعادل خوبی از شدت و گستردگی ارائه می‌دهد.سری P (22 درجه)وسری R (30 درجه)نوری بسیار گسترده‌تر و پخش‌شده‌تر فراهم می‌کنند که برای روشنایی منطقه یا مشاهده با زاویه باز مناسب است. شدت نور با افزایش زاویه دید کاهش می‌یابد.

7.3 آیا می‌توانم این LEDها را بدون مقاومت محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

No.LEDها قطعات جریان‌محور هستند. ولتاژ مستقیم آن‌ها یک تلرانس و یک ضریب دمایی منفی دارد (با افزایش دما کاهش می‌یابد). اتصال مستقیم به یک منبع ولتاژ باعث جریان بیش از حد خواهد شد که ممکن است از حداکثر مقدار مجاز مطلق برای جریان مستقیم پیوسته (50mA) فراتر رفته و قطعه را از بین ببرد. یک مقاومت سری برای عملکرد پایدار و ایمن الزامی است.

7.4 لنز \"شفاف مانند آب\" به چه معناست؟

یک لنز \"شفاف مانند آب\" یا غیرپخش‌شونده کاملاً شفاف است. این امر اجازه می‌دهد تا شدت کامل تراشه LED تابش شود که منجر به بالاترین شدت نور ممکن و یک الگوی پرتو مشخص‌تر (همان‌طور که در انواع با زاویه دید باریک دیده می‌شود) می‌گردد. این لنز نور را مانند یک لنز پخش‌شونده (شیری) پراکنده نمی‌کند.

8. مورد عملی طراحی

سناریو:طراحی یک نشانگر \"روشن\" با دید بالا و باتری‌خور برای تجهیزات بیرونی که باید در نور مستقیم خورشید قابل مشاهده باشد. رنگ نشانگر باید قرمز باشد.

انتخاب‌های طراحی:

1. انتخاب LED:انتخابLTL2F3VEKNT(قرمز، زاویه دید 8 درجه، سری F). پرتو باریک 8 درجه، شدت نور (معمولاً 1900-3100 میلی‌کاندلا) را در یک نقطه متمرکز می‌کند و درخشندگی درک‌شده برای بیننده مستقیماً در مقابل را به حداکثر می‌رساند. رنگ قرمز یک استاندارد برای نشانگرهای \"روشن\" است.
2. مدار راه‌انداز:دستگاه توسط یک خط تغذیه 5 ولت تغذیه می‌شود. با استفاده از V_Fمعمول 2.4 ولت و I_Fهدف 20mA: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ω. یک مقاومت استاندارد 130Ω یا 150Ω با توان 1/4W به صورت سری استفاده می‌شود.
3. چیدمان:LED سوراخدار روی پنل جلویی قرار می‌گیرد. مقاومت محدودکننده جریان می‌تواند روی PCB اصلی قرار گیرد. اطمینان حاصل کنید که قطبیت LED در حین مونتاژ به درستی جهت‌دهی شده است.
4. نتیجه:یک نشانگر نقطه‌ای قرمز بسیار پرنور و متمرکز که تنها 20mA * 2.4V = 48mW توان مصرف می‌کند، که به خوبی در محدوده ریت 120mW دستگاه قرار دارد و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین می‌کند.

9. معرفی اصل فناوری

این LEDها بر پایهماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP)رشد یافته بر روی یک بستر آرسنید گالیم (GaAs) هستند. اصل کار، الکترولومینسانس است.

1. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند.
2. درون لایه فعال AlInGaP، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند. انرژی آزادشده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) ساطع می‌شود.
3. رنگ خاص نور (طول موج) توسط انرژی گاف باند آلیاژ AlInGaP تعیین می‌شود که توسط نسبت‌های دقیق آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر در طول رشد کریستال کنترل می‌شود. افزودن آلومینیوم و ایندیم بیشتر، گاف باند را افزایش داده و نور ساطع‌شده را از قرمز به سمت زرد/سبز جابجا می‌کند.
4. پکیج اپوکسی \"شفاف مانند آب\" به عنوان یک لنز عمل می‌کند، خروجی نور را شکل می‌دهد و محافظت مکانیکی و محیطی را برای تراشه نیمه‌هادی ظریف فراهم می‌کند.

10. روندهای توسعه

در حالی که این دیتاشیت نمایانگر یک محصول بالغ و پرکاربرد است، فناوری LED همچنان در حال تکامل است. روندهای مرتبط با این کلاس از دستگاه شامل موارد زیر است:

• افزایش بازدهی:بهبودهای مستمر در علم مواد و فرآیندهای تولید منجر به بازده نوری بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) می‌شود که امکان خروجی پرنورتر در همان جریان یا همان روشنایی با مصرف توان کمتر را فراهم می‌کند.
• یکنواختی رنگ و دسته‌بندی:پیشرفت‌ها در رشد اپیتاکسیال و کنترل فرآیند، توزیع طول موج و شدت نور فشرده‌تری را ممکن می‌سازد، نیاز به دسته‌بندی گسترده را کاهش می‌دهد و عملکرد یکنواخت‌تری از قطعه به قطعه ارائه می‌دهد.
• نوآوری‌های بسته‌بندی:در حالی که پکیج T-13/4 برای کاربردهای سوراخدار استاندارد باقی می‌ماند، یک تغییر کلی صنعتی به سمت پکیج‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای اکثر طراحی‌های جدید به دلیل اندازه کوچک‌تر و مناسب بودن برای مونتاژ خودکار وجود دارد. با این حال، LEDهای سوراخدار در نمونه‌سازی اولیه، کیت‌های آموزشی و کاربردهای نیازمند قابلیت اطمینان بالا یا مونتاژ دستی اهمیت خود را حفظ می‌کنند.
• محدوده رنگ گسترده‌تر:توسعه مواد نیمه‌هادی جدید (مانند InGaN برای آبی/سبز/سفید) AlInGaP را تکمیل کرده و امکان نمایشگرهای تمام‌رنگ را فراهم کرده است. برای نشانگرهای تک‌رنگ، AlInGaP همچنان فناوری غالب برای LEDهای قرمز، نارنجی و کهربایی با روشنایی بالا باقی مانده است.