एलईडी घटक डेटाशीट - लाइफसाइकल संशोधन 2 - तकनीकी दस्तावेज़ीकरण

1. उत्पाद अवलोकन

यह तकनीकी दस्तावेज़ एक लाइट-एमिटिंग डायोड (LED) घटक के लिए व्यापक विशिष्टताएँ और अनुप्रयोग दिशानिर्देश प्रदान करता है। इस घटक का प्राथमिक कार्य विद्युत धारा प्रवाहित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करना है। LED अर्धचालक उपकरण हैं जो विद्युत ऊर्जा को इलेक्ट्रोलुमिनेसेंस के माध्यम से सीधे प्रकाश में परिवर्तित करते हैं, जो पारंपरिक प्रकाश स्रोतों की तुलना में ऊर्जा दक्षता, दीर्घायु और विश्वसनीयता में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं। इस विशिष्ट घटक के मुख्य लाभों में लंबे परिचालन जीवनकाल में इसका स्थिर प्रदर्शन, सुसंगत प्रकाश उत्पादन और विभिन्न चुनौतीपूर्ण वातावरणों के लिए उपयुक्त मजबूत निर्माण शामिल है। इस LED के लक्षित बाजार में सामान्य प्रकाश व्यवस्था और वास्तुशिल्प प्रकाश व्यवस्था से लेकर डिस्प्ले के लिए बैकलाइटिंग, ऑटोमोटिव लाइटिंग और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स तथा औद्योगिक उपकरणों में संकेतक रोशनी तक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है।

2. गहन तकनीकी पैरामीटर विश्लेषण

LED का प्रदर्शन महत्वपूर्ण तकनीकी मापदंडों के एक सेट द्वारा परिभाषित किया जाता है। इन मापदंडों की गहन समझ उचित सर्किट डिजाइन और सिस्टम एकीकरण के लिए आवश्यक है।

2.1 प्रकाशमितीय और रंग विशेषताएँ

प्रकाशमितीय विशेषताएँ LED के प्रकाश उत्पादन का वर्णन करती हैं। प्रमुख मापदंडों में चमकदार फ्लक्स शामिल है, जो लुमेन (lm) में उत्सर्जित प्रकाश की कुल अनुभूत शक्ति को मापता है, और चमकदार तीव्रता, जो एक विशिष्ट दिशा में प्रकाश उत्पादन का वर्णन करती है, जिसे कैंडेला (cd) में मापा जाता है। रंग विशेषताएँ प्रमुख तरंगदैर्ध्य (एकवर्णी LED के लिए) या सहसंबंधित रंग तापमान (CCT, सफेद LED के लिए) द्वारा परिभाषित की जाती हैं, जिन्हें क्रमशः नैनोमीटर (nm) या केल्विन (K) में मापा जाता है। कलर रेंडरिंग इंडेक्स (CRI) सफेद LED के लिए एक और महत्वपूर्ण मापदंड है, जो यह दर्शाता है कि प्रकाश स्रोत वस्तुओं के रंगों को एक प्राकृतिक प्रकाश स्रोत की तुलना में कितनी सटीकता से प्रकट करता है। डिग्री में निर्दिष्ट व्यूइंग एंगल उत्सर्जित प्रकाश के कोणीय वितरण को निर्धारित करता है।

2.2 विद्युत पैरामीटर

एलईडी का विद्युत व्यवहार इसके फॉरवर्ड वोल्टेज (Vf), फॉरवर्ड करंट (If), और रिवर्स वोल्टेज (Vr) द्वारा नियंत्रित होता है। फॉरवर्ड वोल्टेज एलईडी के पार वोल्टेज ड्रॉप है जब यह अपने रेटेड मान पर करंट का संचालन कर रहा होता है। यह ड्राइविंग सर्किट्री, जैसे कि कॉन्स्टेंट करंट ड्राइवर या करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर्स को डिजाइन करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। फॉरवर्ड करंट अनुशंसित ऑपरेटिंग करंट है, जो आमतौर पर चमक, दक्षता और दीर्घायु को संतुलित करने वाले मान पर निर्दिष्ट किया जाता है। अधिकतम रेटेड फॉरवर्ड करंट से अधिक होने पर त्वरित क्षरण या विनाशकारी विफलता हो सकती है। रिवर्स वोल्टेज रेटिंग अधिकतम वोल्टेज को इंगित करती है जिसे एलईडी जंक्शन को नुकसान पहुंचाए बिना रिवर्स दिशा में लागू किया जा सकता है।

2.3 Thermal Characteristics

LED का प्रदर्शन तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। जंक्शन तापमान (Tj) अर्धचालक चिप पर स्वयं का तापमान होता है। प्रमुख थर्मल पैरामीटर में जंक्शन से सोल्डर पॉइंट या परिवेश तक का थर्मल रेजिस्टेंस (Rth j-sp या Rth j-a) शामिल है, जिसे डिग्री सेल्सियस प्रति वाट (°C/W) में मापा जाता है। कम थर्मल रेजिस्टेंस बेहतर हीट डिसिपेशन क्षमता को दर्शाता है। दीर्घकालिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए अधिकतम अनुमेय जंक्शन तापमान (Tj max) का उल्लंघन नहीं किया जाना चाहिए। प्रकाश उत्पादन, रंग स्थिरता और परिचालन जीवन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त हीटसिंकिंग और PCB डिजाइन के माध्यम से उचित थर्मल प्रबंधन आवश्यक है।

3. Binning System Explanation

अर्धचालक निर्माण प्रक्रिया में निहित विविधताओं के कारण, अंतिम उपयोगकर्ता के लिए स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए LEDs को प्रदर्शन बिन में वर्गीकृत किया जाता है।

3.1 Wavelength / Color Temperature Binning

LEDs को उनकी प्रमुख तरंगदैर्ध्य या संबंधित वर्ण तापमान के अनुसार बिन किया जाता है। यह सुनिश्चित करता है कि एक ही अनुप्रयोग या उत्पाद में उपयोग किए जाने वाले LEDs का रंग आउटपुट लगभग समान हो। बिन आमतौर पर क्रोमैटिसिटी डायग्राम पर छोटी सीमाओं (जैसे, MacAdam ellipses) द्वारा परिभाषित किए जाते हैं।

3.2 Luminous Flux Binning

कुल प्रकाश उत्पादन, या ल्यूमिनस फ्लक्स, को भी बिन किया जाता है। यह डिजाइनरों को उनके अनुप्रयोग के लिए एक विशिष्ट न्यूनतम या विशिष्ट प्रकाश उत्पादन वाले एलईडी का चयन करने की अनुमति देता है, जिससे उत्पादन रन में एक समान चमक स्तर सुनिश्चित होता है।

3.3 Forward Voltage Binning

फॉरवर्ड वोल्टेज को समान Vf विशेषताओं वाले एलईडी को समूहबद्ध करने के लिए बिन किया जाता है। यह उन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जहां कई एलईडी श्रृंखला में जुड़े होते हैं, क्योंकि यह समान वर्तमान वितरण और चमक सुनिश्चित करने में मदद करता है।

4. परफॉर्मेंस कर्व एनालिसिस

एलईडी प्रदर्शन के ग्राफिकल प्रतिनिधित्व केवल सारणीबद्ध डेटा की तुलना में गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

4.1 करंट-वोल्टेज (I-V) विशेषता वक्र

आई-वी वक्र एलईडी के माध्यम से प्रवाहित फॉरवर्ड करंट और उसके टर्मिनलों के बीच वोल्टेज के संबंध को दर्शाता है। यह गैर-रैखिक है, जो एक थ्रेशोल्ड वोल्टेज प्रदर्शित करता है जिसके नीचे बहुत कम करंट प्रवाहित होता है। उपयुक्त ड्राइव स्थितियों का चयन करने और एलईडी के डायनामिक प्रतिरोध को समझने के लिए यह वक्र आवश्यक है।

4.2 तापमान निर्भरता

प्रमुख पैरामीटर्स (जैसे ल्यूमिनस फ्लक्स, फॉरवर्ड वोल्टेज और प्रमुख वेवलेंथ) और जंक्शन तापमान के बीच संबंध दर्शाने वाले परफॉर्मेंस कर्व्स महत्वपूर्ण हैं। तापमान बढ़ने पर ल्यूमिनस फ्लक्स आमतौर पर घटता है, जबकि फॉरवर्ड वोल्टेज कम हो जाता है। इन संबंधों को समझना ऐसी प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है जो अपने इच्छित तापमान सीमा में विश्वसनीय रूप से कार्य करती हैं।

4.3 स्पेक्ट्रल पावर डिस्ट्रीब्यूशन

श्वेत एलईडी के लिए, स्पेक्ट्रल पावर डिस्ट्रीब्यूशन (एसपीडी) ग्राफ दृश्यमान स्पेक्ट्रम में प्रत्येक तरंगदैर्ध्य पर उत्सर्जित प्रकाश की सापेक्ष तीव्रता दर्शाता है। यह प्रकाश की वर्णक्रमीय संरचना को प्रकट करता है, जो सीधे रंग गुणवत्ता, सीआरआई और प्रकाशित वस्तुओं के प्रत्यक्षित रंग को प्रभावित करती है।

5. मैकेनिकल और पैकेज सूचना

एलईडी पैकेज की भौतिक संरचना यांत्रिक स्थिरता सुनिश्चित करती है, अर्धचालक डाई की सुरक्षा करती है, और तापीय एवं विद्युत कनेक्शन को सुगम बनाती है।

5.1 Dimensional Outline Drawing

एक विस्तृत आयामी चित्र एलईडी पैकेज के सभी महत्वपूर्ण माप प्रदान करता है, जिसमें लंबाई, चौड़ाई, ऊंचाई और कोई भी प्रासंगिक सहनशीलता शामिल है। यह जानकारी पीसीबी फुटप्रिंट डिजाइन और अंतिम असेंबली के भीतर उचित फिट सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है।

5.2 पैड लेआउट और सोल्डर पैड डिज़ाइन

विश्वसनीय सोल्डर जोड़ गठन सुनिश्चित करने के लिए रीफ्लो या वेव सोल्डरिंग के दौरान अनुशंसित PCB लैंड पैटर्न (सोल्डर पैड लेआउट) निर्दिष्ट किया गया है। इसमें पैड आयाम, अंतर और कोई भी थर्मल रिलीफ पैटर्न शामिल हैं।

5.3 पोलैरिटी पहचान

पैकेज पर स्पष्ट ध्रुवता चिह्न (एनोड और कैथोड) दर्शाया जाता है, जो अक्सर एक नॉच, एक डॉट, एक छोटा लीड, या नीचे की तरफ एक चिह्नित पैड के माध्यम से होता है। सही ढंग से कार्य करने के लिए सही ध्रुवता आवश्यक है।

6. Soldering and Assembly Guidelines

उचित हैंडलिंग और असेंबली क्षति को रोकने और दीर्घकालिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

6.1 Reflow Soldering Profile

एक अनुशंसित रीफ्लो सोल्डरिंग तापमान प्रोफाइल प्रदान की गई है, जिसमें प्रीहीट, सोक, रीफ्लो पीक तापमान और कूलिंग दरें शामिल हैं। इस प्रोफाइल का पालन करने से एलईडी पैकेज को थर्मल शॉक से बचाया जा सकता है और आंतरिक घटकों को नुकसान पहुंचाए बिना विश्वसनीय सोल्डर जोड़ सुनिश्चित किए जा सकते हैं।

6.2 सावधानियाँ और हैंडलिंग

दिशानिर्देशों में इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ESD) के खिलाफ सावधानियाँ शामिल हैं, जो सेमीकंडक्टर जंक्शन को नुकसान पहुंचा सकती हैं। भंडारण स्थितियों (आमतौर पर एक शुष्क, नियंत्रित वातावरण में) और हैंडलिंग प्रक्रियाओं (लेंस या लीड्स पर यांत्रिक तनाव से बचने) के लिए सिफारिशें भी विस्तृत हैं।

7. पैकेजिंग और ऑर्डरिंग जानकारी

यह खंड विस्तार से बताता है कि उत्पाद कैसे आपूर्ति किया जाता है और ऑर्डर करते समय इसे कैसे निर्दिष्ट किया जाए।

7.1 पैकेजिंग विशिष्टताएँ

एलईडी स्वचालित असेंबली के लिए टेप और रील पर आपूर्ति की जाती हैं। विशिष्टताओं में रील के आयाम, टेप की चौड़ाई, पॉकेट अंतराल और अभिविन्यास शामिल हैं। प्रति रील मात्रा भी बताई गई है।

7.2 लेबलिंग और पार्ट नंबरिंग प्रणाली

एक व्यापक पार्ट नंबरिंग सिस्टम उत्पाद की प्रमुख विशेषताओं को डिकोड करता है, जैसे कि रंग, फ्लक्स बिन, वोल्टेज बिन और पैकेज प्रकार। यह आवश्यक स्पेसिफिकेशन की सटीक ऑर्डरिंग की अनुमति देता है।

8. अनुप्रयोग सिफारिशें

वास्तविक दुनिया के डिज़ाइनों में एलईडी को प्रभावी ढंग से लागू करने के तरीके पर मार्गदर्शन।

8.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

सामान्य ड्राइव सर्किट के स्कीमैटिक्स दिखाए गए हैं, जैसे कि एक स्थिर वोल्टेज स्रोत के साथ श्रृंखला रोकनेवाला का उपयोग करना या एक समर्पित स्थिर-धारा एलईडी ड्राइवर IC का उपयोग करना। घटक मूल्यों की गणना के लिए डिज़ाइन समीकरण प्रदान किए गए हैं।

8.2 डिज़ाइन विचार

महत्वपूर्ण डिज़ाइन पहलुओं पर प्रकाश डाला गया है, जिसमें थर्मल प्रबंधन रणनीतियाँ (PCB कॉपर क्षेत्र, थर्मल वाया, बाहरी हीटसिंक), ऑप्टिकल विचार (लेंस चयन, सेकेंडरी ऑप्टिक्स), और शोर को कम करने व स्थिर संचालन सुनिश्चित करने के लिए विद्युतीय लेआउट शामिल हैं।

9. तकनीकी तुलना और विभेदन

इस एलईडी घटक के कई फायदे हैं। इसकी संरचना बेहतर थर्मल प्रदर्शन प्रदान कर सकती है, जिससे मानक पैकेजों की तुलना में उच्च कार्यशील तापमान पर लुमेन रखरखाव बेहतर होता है। बिनिंग संरचना रंग और फ्लक्स पर सख्त सहनशीलता प्रदान कर सकती है, जिससे मल्टी-एलईडी एरे में श्रेष्ठ रंग स्थिरता सुनिश्चित होती है। पैकेज डिज़ाइन को बेहतर प्रकाश निष्कर्षण दक्षता या किसी विशिष्ट बीम पैटर्न के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।

10. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

तकनीकी मापदंडों पर आधारित सामान्य प्रश्नों का समाधान यहां किया गया है।

प्र: यदि मैं LED को इसकी अधिकतम रेटेड धारा से ऊपर चलाता हूं तो क्या होगा?
A: अधिकतम रेटेड फॉरवर्ड करंट से ऊपर संचालन करने से जंक्शन तापमान में काफी वृद्धि होती है, जिससे फॉस्फर (सफेद एलईडी में) का तेजी से क्षरण होता है, लुमेन मूल्यह्रास में तेजी आती है, रंग परिवर्तन होता है, और अंततः, सेमीकंडक्टर जंक्शन की विनाशकारी विफलता होती है।

Q: परिवेश का तापमान एलईडी के जीवनकाल को कैसे प्रभावित करता है?
A: एलईडी जीवनकाल, जिसे अक्सर प्रारंभिक दीप्त फ्लक्स (L70) के 70% तक पहुंचने के समय के रूप में परिभाषित किया जाता है, जंक्शन तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है। उच्च परिवेश तापमान, या अपर्याप्त हीट सिंकिंग, जंक्शन तापमान बढ़ाते हैं, जिससे परिचालन जीवनकाल चरघातांकी रूप से कम हो जाता है।

Q: क्या मैं कई एलईडी को समानांतर में सीधे वोल्टेज स्रोत से जोड़ सकता हूं?
A: आमतौर पर इसकी सिफारिश नहीं की जाती है। एलईडी के बीच फॉरवर्ड वोल्टेज (Vf) में मामूली भिन्नताएं भी महत्वपूर्ण करंट असंतुलन पैदा कर सकती हैं, जिसमें सबसे कम Vf वाली एलईडी अधिकांश करंट खींच लेती है और संभावित रूप से उसके खराब होने का कारण बन सकती है। एक स्थिर करंट ड्राइवर के साथ श्रृंखला कनेक्शन या प्रत्येक समानांतर शाखा के लिए अलग-अलग करंट-सीमित रोकनेवाला का उपयोग करना बेहतर होता है।

11. व्यावहारिक अनुप्रयोग केस स्टडीज

Case Study 1: Linear LED Fixture for Office Lighting
एक निलंबित रैखिक प्रकाशक में, इन सैकड़ों एलईडी को एक लंबे, संकीर्ण धातु-कोर पीसीबी (एमसीपीसीबी) पर व्यवस्थित किया जाता है। तंग रंग तापमान और फ्लक्स बिनिंग फिक्स्चर की लंबाई के साथ दृश्यमान रंग भिन्नता के बिना एक समान सफेद प्रकाश सुनिश्चित करते हैं। एमसीपीसीबी एक प्रभावी हीट स्प्रेडर के रूप में कार्य करता है, जो 50,000 घंटे के लक्षित एल90 जीवनकाल को प्राप्त करने के लिए कम जंक्शन तापमान बनाए रखता है। एक स्थिर-धारा ड्राइवर लाइन वोल्टेज उतार-चढ़ाव के बावजूद स्थिर संचालन प्रदान करता है।

केस स्टडी 2: ऑटोमोटिव डेटाइम रनिंग लाइट (डीआरएल)
यहां, एलईडी का उपयोग एक कॉम्पैक्ट, उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोग में किया जाता है। पैकेज का मजबूत निर्माण ऑटोमोटिव-ग्रेड तापमान चक्रण और कंपन को सहन करता है। डीआरएल के लिए नियामक फोटोमेट्रिक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विशिष्ट दृश्य कोण और तीव्रता प्रोफ़ाइल चुनी जाती है। डिज़ाइन वाहन की बैटरी वोल्टेज से स्थिर धारा बनाए रखने के लिए एक बक-बूस्ट एलईडी ड्राइवर का उपयोग करता है, जो 9V से 16V तक भिन्न होती है।

12. संचालन सिद्धांत परिचय

एक LED एक सेमीकंडक्टर p-n जंक्शन डायोड है। जब फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है, तो n-टाइप क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-टाइप क्षेत्र से होल जंक्शन क्षेत्र में इंजेक्ट होते हैं। ये आवेश वाहक पुनर्संयोजित होते हैं, ऊर्जा मुक्त करते हैं। एक मानक सिलिकॉन डायोड में, यह ऊर्जा मुख्य रूप से ऊष्मा के रूप में मुक्त होती है। एक LED में, सेमीकंडक्टर सामग्री (जैसे ब्लू/व्हाइट एलईडी के लिए गैलियम नाइट्राइड (GaN) या रेड/येलो के लिए एल्युमिनियम गैलियम इंडियम फॉस्फाइड (AlGaInP)) में एक डायरेक्ट बैंडगैप होता है, जिसके कारण ऊर्जा फोटॉन (प्रकाश) के रूप में मुक्त होती है। उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य (रंग) सेमीकंडक्टर सामग्री की बैंडगैप ऊर्जा द्वारा निर्धारित होती है। व्हाइट एलईडी आमतौर पर एक ब्लू एलईडी चिप को फॉस्फर सामग्री से कोटिंग करके बनाई जाती है जो कुछ नीली रोशनी को अवशोषित करती है और इसे पीली रोशनी के व्यापक स्पेक्ट्रम के रूप में पुनः उत्सर्जित करती है; नीली और पीली रोशनी का मिश्रण सफेद के रूप में माना जाता है।

13. Technology Trends and Development

The LED industry continues to evolve with several key trends. Efficiency, measured in lumens per watt (lm/W), is constantly improving, reducing energy consumption for the same light output. There is a strong focus on improving color quality, with high-CRI (CRI>90) and full-spectrum LEDs becoming more common for applications where accurate color rendering is critical. Miniaturization is another trend, enabling new applications in ultra-thin displays and compact devices. Furthermore, the integration of smart features, such as built-in drivers, color tuning (dim-to-warm, tunable white), and connectivity for IoT lighting systems, is expanding the functionality of LED components beyond simple illumination.