LED डिवाइस स्पेसिफिकेशन शीट - लाइफसाइकल रिविज़न 2 - तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

यह तकनीकी दस्तावेज़ एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED) उपकरण के व्यापक विनिर्देश पैरामीटर और अनुप्रयोग मार्गदर्शन प्रदान करता है। उपकरण का मुख्य कार्य विद्युत ऊर्जा को दृश्य प्रकाश में कुशलतापूर्वक और विश्वसनीय रूप से परिवर्तित करना है। इसका डिज़ाइन व्यापक अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है, जिसमें सामान्य प्रकाश व्यवस्था, बैकलाइटिंग से लेकर संकेतक लैंप और सजावटी प्रकाश व्यवस्था शामिल हैं। उपकरण के मुख्य लाभों में अत्यधिक लंबा कार्य जीवनकाल, विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों में स्थिर प्रदर्शन और उच्च ऊर्जा दक्षता संचालन शामिल हैं। लक्षित बाजार उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव लाइटिंग, औद्योगिक उपकरण और आवासीय/वाणिज्यिक प्रकाश व्यवस्था प्रणालियों को शामिल करता है, जहां विश्वसनीय और कुशल प्रकाश स्रोतों की उच्च मांग है।

2. तकनीकी मापदंडों का गहन विश्लेषण

सर्किट डिज़ाइन में इन्हें सही ढंग से एकीकृत करने के लिए तकनीकी पैरामीटर का विस्तृत विश्लेषण महत्वपूर्ण है। निम्नलिखित भाग प्रमुख विशेषताओं को विभाजित करेगा।

2.1 प्रकाशमितीय एवं विद्युत विशेषताएँ

ल्यूमिनस प्रदर्शन को लुमेन में प्रकाश प्रवाह, प्रमुख तरंगदैर्ध्य या संबंधित रंग तापमान (CCT), और रंग प्रतिपादन सूचकांक (CRI) जैसे मापदंडों द्वारा परिभाषित किया जाता है। ये मापदंड उत्सर्जित प्रकाश की चमक, रंग और गुणवत्ता निर्धारित करते हैं। विद्युत मापदंड भी उतने ही महत्वपूर्ण हैं। फॉरवर्ड वोल्टेज (Vf) रेटेड करंट पर कार्य करते समय LED के वोल्टेज ड्रॉप को निर्दिष्ट करता है। फॉरवर्ड करंट (If) अनुशंसित ऑपरेटिंग करंट है, जो पावर रेटिंग के आधार पर आमतौर पर 20mA से 350mA की सीमा में होता है। अधिकतम फॉरवर्ड करंट या रिवर्स वोल्टेज से अधिक होने पर डिवाइस की तत्काल या क्रमिक विफलता हो सकती है। बिजली की खपत की गणना Vf * If के रूप में की जाती है, जिसे उचित थर्मल डिज़ाइन के माध्यम से प्रबंधित किया जाना चाहिए।

2.2 ऊष्मीय विशेषताएँ

LED का प्रदर्शन और जीवनकाल काफी हद तक जंक्शन तापमान से प्रभावित होता है। प्रमुख ऊष्मीय मापदंडों में जंक्शन से सोल्डर पॉइंट तक का थर्मल प्रतिरोध (Rth_j-sp) तथा अधिकतम अनुमेय जंक्शन तापमान (T_j(max)). सुरक्षित सीमा के भीतर जंक्शन तापमान बनाए रखने के लिए प्रभावी ताप अपव्यय उपायों की आवश्यकता होती है, क्योंकि उच्च तापमान प्रकाश क्षय को तेज करता है और प्रकाश रंग में विस्थापन का कारण बन सकता है। डिरेटिंग वक्र अधिकतम अनुमेय फॉरवर्ड करंट को परिवेश के तापमान के फलन के रूप में दर्शाता है और एक महत्वपूर्ण डिजाइन उपकरण है।

3. ग्रेडिंग सिस्टम विवरण

उत्पादन में रंग और चमक की एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए, एलईडी को सटीक माप परिणामों के आधार पर बिन किया जाता है।

3.1 तरंगदैर्ध्य/वर्ण तापमान ग्रेडिंग

LED को सख्त तरंगदैर्ध्य सीमा (मोनोक्रोमैटिक LED के लिए) या संबंधित रंग तापमान सीमा (सफेद LED के लिए) में वर्गीकृत किया जाता है। एक विशिष्ट सफेद LED ग्रेडिंग प्रणाली में स्वीकार्य रंग विचलन को परिभाषित करने के लिए कई मैकएडम दीर्घवृत्त या ANSI C78.377 चतुर्भुज शामिल हो सकते हैं। डिजाइनर को यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक ग्रेड निर्दिष्ट करना चाहिए कि सरणी या ल्यूमिनेयर में रंग की उपस्थिति एक समान हो।

3.2 चमकदार प्रवाह ग्रेडिंग

ल्यूमिनस फ्लक्स आउटपुट का भी ग्रेडिंग किया जाता है। एक ही उत्पादन बैच से आने वाले LED का परीक्षण किया जाता है और विभिन्न ल्यूमिनस फ्लक्स ग्रेड (उदाहरण के लिए, एक विशिष्ट परीक्षण धारा पर न्यूनतम/अधिकतम ल्यूमेन मान) में समूहीकृत किया जाता है। यह डिजाइनरों को विशिष्ट चमक आवश्यकताओं को पूरा करने वाले उपकरणों का चयन करने और सिस्टम के कुल प्रकाश उत्पादन को सटीक रूप से पूर्वानुमानित करने में सक्षम बनाता है।

3.3 अग्र वोल्टेज वर्गीकरण

एलईडी को समानांतर में जोड़ने या स्थिर वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित करने पर बेहतर धारा मिलान प्राप्त करने के लिए फॉरवर्ड वोल्टेज को ग्रेड में विभाजित किया जाता है। एक ही Vf ग्रेड से आने वाले एलईडी का उपयोग करने से करंट असंतुलन की घटना को रोकने में मदद मिलती है, जहां कम Vf वाला एक एलईडी अधिक धारा खींचता है, जिससे असमान चमक और संभावित अति-तनाव उत्पन्न होता है।

4. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

ग्राफिकल डेटा विभिन्न परिस्थितियों में डिवाइस के व्यवहार की गहन अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

4.1 धारा-वोल्टेज (I-V) अभिलक्षण वक्र

I-V वक्र अरेखीय होता है, एक बार फॉरवर्ड वोल्टेज डायोड के थ्रेशोल्ड से अधिक हो जाता है, तो करंट तेजी से बढ़ता है। यह वक्र उपयुक्त ड्राइव विधि (कॉन्स्टेंट करंट बनाम कॉन्स्टेंट वोल्टेज) चुनने और LED के डायनेमिक रेजिस्टेंस को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

4.2 तापमान निर्भरता

ग्राफ आमतौर पर दिखाते हैं कि कैसे फॉरवर्ड वोल्टेज जंक्शन तापमान बढ़ने के साथ घटता है (नकारात्मक तापमान गुणांक), और कैसे लुमेन आउटपुट तापमान बढ़ने के साथ कम होता है। ये वक्र क्षतिपूर्ति सर्किट डिजाइन करने या उच्च तापमान वाले वातावरण में प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

4.3 स्पेक्ट्रल पावर डिस्ट्रीब्यूशन (SPD)

SPD ग्राफ प्रत्येक तरंगदैर्ध्य पर प्रकाश उत्पादन की सापेक्ष तीव्रता को दर्शाता है। सफेद एलईडी के लिए, यह ब्लू पंप एलईडी के शिखर और व्यापक फॉस्फर रूपांतरण स्पेक्ट्रम को दिखाता है। SPD रंग गुणवत्ता मेट्रिक्स जैसे CRI और डिस्प्ले कलर गैमट को निर्धारित करता है।

5. Mechanical and Packaging Information

भौतिक पैकेजिंग विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन और ताप प्रबंधन सुनिश्चित करती है।

5.1 Dimensions and Outline Drawing

इसमें मुख्य आयाम (लंबाई, चौड़ाई, ऊंचाई, पिन पिच) और सहनशीलता वाला विस्तृत चित्र प्रदान किया गया है। यह PCB पैड डिज़ाइन और घटक में सही फिट सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है।

5.2 पैड लेआउट डिज़ाइन

अनुशंसित PCB पैड पैटर्न (पैड आकार, आकार और पिच) निर्दिष्ट किए गए हैं ताकि रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान अच्छे सोल्डर जोड़ बन सकें और PCB में गर्मी अपव्यय के लिए पर्याप्त थर्मल रिलीज़ प्रदान की जा सके।

5.3 ध्रुवीयता पहचान

एनोड और कैथोड को पैकेजिंग पर स्पष्ट रूप से चिह्नित किया जाता है, आमतौर पर एक नॉच, कट कोने या अलग-अलग पिन लंबाई के माध्यम से अंतर किया जाता है। रिवर्स बायस क्षति को रोकने के लिए ध्रुवीयता सही सुनिश्चित करना आवश्यक है।

6. वेल्डिंग और असेंबली गाइड

विश्वसनीयता के लिए सही संचालन और असेंबली महत्वपूर्ण है।

6.1 रीफ्लो सोल्डरिंग तापमान प्रोफ़ाइल

इसमें समय-तापमान प्रोफाइल निर्धारित की गई है, जिसमें प्रीहीट, सोक, रीफ्लो पीक तापमान और कूलिंग रेट शामिल हैं। आंतरिक चिप, बॉन्डिंग वायर या प्लास्टिक लेंस को क्षति से बचाने के लिए सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान अधिकतम पैकेज बॉडी तापमान (आमतौर पर 260°C, कुछ सेकंड के लिए) पार नहीं किया जाना चाहिए।

6.2 सावधानियाँ और संचालन प्रक्रियाएँ

चूंकि LED संवेदनशील अर्धचालक उपकरण हैं, ESD (इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज) सुरक्षा उपायों का पालन किया जाना चाहिए। लेंस पर यांत्रिक तनाव डालने से बचें। सफाई के लिए ऐसे विलायकों का उपयोग न करें जो सिलिकॉन या एपॉक्सी एनकैप्सुलेशन सामग्री को नुकसान पहुंचा सकते हैं।

6.3 भंडारण की शर्तें

LED应储存在受控温湿度的干燥、避光环境中（通常为<40°C/90%RH），以防止吸湿（这可能导致回流焊时产生“爆米花”现象）和材料降解。

7. पैकेजिंग और ऑर्डर जानकारी

उत्पाद आपूर्ति और पहचान के बारे में जानकारी।

7.1 पैकेजिंग विनिर्देश

यह उपकरण स्वचालित असेंबली के लिए उपयुक्त, रील पर टेप और रील के रूप में आपूर्ति किया जाता है। रील आकार, कैरियर टेप चौड़ाई, पॉकेट आकार और कैरियर टेप पर उपकरण की अभिविन्यास EIA मानक के अनुसार परिभाषित हैं।

7.2 लेबल और पार्ट नंबर नियम

रील लेबल में पार्ट नंबर, मात्रा, बैच नंबर और डेट कोड शामिल होते हैं। पार्ट नंबर स्वयं एक कोड है जो रंग, लुमेन फ्लक्स बिन, वोल्टेज बिन और पैकेज प्रकार जैसे महत्वपूर्ण गुणों को समाहित करता है, जिससे सटीक ऑर्डरिंग सुविधाजनक होती है।

8. अनुप्रयोग सुझाव

व्यावहारिक डिज़ाइन में इस डिवाइस को लागू करने के लिए मार्गदर्शन।

8.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

सामान्य ड्राइव टोपोलॉजी में कम शक्ति अनुप्रयोगों के लिए सरल श्रृंखला प्रतिरोध करंट सीमित, रैखिक निरंतर-धारा विनियमक, और उच्च शक्ति या बैटरी-संचालित प्रणालियों के लिए स्विचिंग बक/बूस्ट एलईडी ड्राइवर शामिल हैं। ऑटोमोटिव या औद्योगिक वातावरण के लिए, ट्रांजिएंट वोल्टेज सप्रेसर (TVS) जैसे सुरक्षा घटकों के उपयोग की सिफारिश की जा सकती है।

8.2 डिज़ाइन विचार के मुख्य बिंदु

प्रमुख विचारणीय बिंदुओं में थर्मल प्रबंधन (PCB कॉपर फ़ॉइल क्षेत्र, वाया से आंतरिक परतें, बाहरी हीटसिंक), ऑप्टिकल डिज़ाइन (बीम शेपिंग के लिए लेंस चयन) और विद्युतीय लेआउट (PWM डिमिंग के दौरान ट्रेस इंडक्शन को कम करना) शामिल हैं।

9. तकनीकी तुलना

यह LED डिवाइस अपनी दीप्ति दक्षता (लुमेन/वाट), रंग प्रतिपादन गुणवत्ता और थर्मल प्रदर्शन के विशिष्ट संयोजन के माध्यम से अलग दिखता है। पूर्व संस्करणों या वैकल्पिक तकनीकों की तुलना में, यह समान पैकेज आकार में उच्च अधिकतम ड्राइव करंट क्षमता प्रदान कर सकता है, या उत्पादन बैचों के बीच बेहतर रंग स्थिरता प्रदर्शित कर सकता है। इसकी विश्वसनीयता डेटा (आमतौर पर L70 या L90 जीवनकाल के रूप में व्यक्त, यानी प्रकाश उत्पादन के प्रारंभिक मूल्य के 70% या 90% तक गिरने के घंटे) एक महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी मापदंड है।

10. Frequently Asked Questions (FAQ)

यहां तकनीकी मापदंडों पर आधारित सामान्य प्रश्नों के उत्तर दिए गए हैं।

प्रश्न: क्या मैं इस LED को कॉन्स्टेंट वोल्टेज स्रोत से चला सकता हूँ?
उत्तर: ऐसा करने की दृढ़ता से अनुशंसा नहीं की जाती है। LED एक करंट-चालित डिवाइस है। सीरीज़ रेसिस्टर के साथ कॉन्स्टेंट वोल्टेज सप्लाई, फॉरवर्ड वोल्टेज में बदलाव (बिनिंग या तापमान के कारण) होने पर करंट रेगुलेशन में बहुत खराब प्रदर्शन करती है। स्थिर प्रदर्शन और लंबी आयु के लिए समर्पित कॉन्स्टेंट करंट ड्राइवर के उपयोग की सलाह दी जाती है।

प्रश्न: आवश्यक हीटसिंक की गणना कैसे करें?
उत्तर: बिजली की खपत (P_d= Vf * If) से शुरू करें। डेटाशीट में दिए गए जंक्शन से सोल्डर पॉइंट तक के थर्मल रेजिस्टेंस (Rth_j-sp) का उपयोग करें। अपना लक्षित अधिकतम जंक्शन तापमान (T_j) और अधिकतम परिवेश तापमान (T_a) निर्धारित करें। जंक्शन से परिवेश तक आवश्यक कुल थर्मल रेजिस्टेंस Rth_j-a= (T_j- T_a) / P_dहीट सिंक का थर्मल प्रतिरोध Rth से कम होना चाहिए।_j-aपैकेज के आंतरिक Rth को घटाएं।_j-spऔर थर्मल इंटरफ़ेस मटेरियल के थर्मल प्रतिरोध को।

प्रश्न: समय के साथ रंग में बदलाव का क्या कारण है?
उत्तर: मुख्य कारण फॉस्फर का क्षरण (सफेद एलईडी के लिए) और उच्च जंक्शन तापमान पर अर्धचालक सामग्री के गुणों में परिवर्तन है। निर्दिष्ट तापमान और धारा सीमा के भीतर एलईडी संचालित करने से इस विचलन को न्यूनतम किया जा सकता है।

11. Practical Application Cases

केस स्टडी 1: रैखिक एलईडी ल्यूमिनेयर:4 फुट लंबाई के एक रैखिक ल्यूमिनेयर में, कई एलईडी एक संकीर्ण लंबी धातु कोर प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (एमसीपीसीबी) पर व्यवस्थित की जाती हैं। डिजाइन की चुनौती पूरी लंबाई पर चमक की एकरूपता और रंग तापमान की स्थिरता बनाए रखना है। समाधान के रूप में एक ही सख्त लुमेन आउटपुट और सीसीटी बिन से एलईडी का उपयोग किया जाता है, और एक मजबूत निरंतर-धारा ड्राइवर जिसमें अच्छी लाइन/लोड विनियमन क्षमता होती है, को अपनाया जाता है। एमसीपीसीबी को एल्यूमीनियम प्रोफाइल से जोड़ा जाता है, जो संरचनात्मक सदस्य और हीट सिंक दोनों के रूप में कार्य करता है।

केस स्टडी 2: ऑटोमोटिव डेटाइम रनिंग लैंप (डीआरएल):इस अनुप्रयोग में, आवश्यकताओं में दृश्यता सुनिश्चित करने के लिए उच्च चमक, व्यापक कार्य तापमान सीमा (परिवेश -40°C से +85°C) और उच्च विश्वसनीयता शामिल है। डिजाइन में एक ऑटोमोटिव-ग्रेड बक कन्वर्टर द्वारा संचालित श्रृंखला-समानांतर एलईडी सरणी का उपयोग किया गया है। प्रकाशिकी डिजाइन में आवश्यक पैटर्न में प्रकाश पुंज को आकार देने के लिए द्वितीयक प्रकाशिकी (टीआईआर लेंस) का उपयोग किया जाता है। थर्मल साइकिल, आर्द्रता और कंपन पर व्यापक परीक्षण किए गए।

12. कार्य सिद्धांत

LED एक अर्धचालक p-n जंक्शन डायोड है। जब फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है, तो n-प्रकार क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-प्रकार क्षेत्र से होल सक्रिय क्षेत्र में इंजेक्ट किए जाते हैं। जब ये वाहक पुनर्संयोजित होते हैं, तो ऊर्जा फोटॉन (प्रकाश) के रूप में मुक्त होती है। उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य (रंग) सक्रिय क्षेत्र में प्रयुक्त अर्धचालक सामग्री की बैंडगैप ऊर्जा द्वारा निर्धारित होती है (उदाहरण के लिए, नीली/हरी रोशनी के लिए InGaN, लाल/अंबर रोशनी के लिए AlInGaP)। सफेद एलईडी आमतौर पर नीले एलईडी चिप पर पीले फॉस्फोर को लेपित करके बनाई जाती है; कुछ नीला प्रकाश पीले प्रकाश में परिवर्तित हो जाता है, और नीले और पीले प्रकाश का मिश्रण मानव आंख द्वारा सफेद प्रकाश के रूप में माना जाता है।

13. प्रौद्योगिकी विकास प्रवृत्तियाँ

LED行业持续发展。主要趋势包括不断提高光效，商用产品已突破每瓦200流明。业界高度关注改善颜色质量，高显色指数（CRI>90）和全光谱LED越来越普遍。小型化趋势持续，芯片级封装（CSP）LED消除了传统的封装基板。智能照明，即将传感器和通信（Li-Fi、蓝牙）直接集成到LED封装中，是一个新兴领域。此外，针对钙钛矿等用于颜色转换的新型材料的研究，以及用于超高分辨率显示器的微LED技术，代表了固态照明技术的下一个前沿。