فهم رقائق LED: جوهر تكنولوجيا الإضاءة الحديثة.

يعتمد كل نظام إلكتروني يعمل بتقنية LED، سواءً كان لوحة إعلانات أو شاشة عرض أو مصباحًا ذكيًا، على مكون أساسي واحد: رقاقة LED. تُحوّل هذه الأشباه الموصلات المجهرية التيار الكهربائي إلى ضوء مرئي، مما يُحدد سطوع وكفاءة وموثوقية منتج LED.

تُهيمن تقنيتان رائدتان في صناعة مصابيح LED، وهما COB (الرقائق على اللوحة) وSMD (الأجهزة المثبتة على السطح). يساعدك فهم بنيتهما وأدائهما والاختلافات بينهما على اختيار التقنية المناسبة لتطبيقات إلكترونيات LED، سواءً للإضاءة الدقيقة أو الشاشات عالية الدقة.

ما هي رقائق LED في الأنظمة الإلكترونية LED؟

تُشكّل رقاقة LED جوهر كل دائرة إلكترونية LED؛ وهي مصدر ضوء شبه موصل يُنتج الإضاءة من خلال التلألؤ الكهربائي. تُحدد كفاءة الرقاقة مقدار الطاقة الكهربائية المُحوّلة إلى ضوء بدلاً من حرارة، مما يؤثر على استهلاك الطاقة وعمرها الافتراضي.

تُصنع رقائق الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) من أشباه موصلات مركبة، مثل نتريد الغاليوم (GaN) وفوسفيد إنديوم الغاليوم والألومنيوم (AGaInP). عند مرور جهد كهربائي عبر الشريحة، تتحد الإلكترونات مع ثقوب في الوصلة p-n، مُطلقةً فوتونات. يُحدد الطول الموجي المنبعث لون الصمام الثنائي الباعث للضوء، بينما تُنتج طبقات الفوسفور ضوءًا أبيض للإضاءة العامة.

رقائق LED SMD: مكونات متعددة الاستخدامات وقوية لمصابيح LED في الإلكترونيات.

تُركَّب رقائق LED ذات التركيب السطحي (SMD) مباشرةً على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). وهي من أكثر المواد استخدامًا في إضاءة LED واللافتات الكهربائية بفضل مرونتها وتصميمها المدمج وكفاءتها الضوئية.

تتضمن الأنواع الأكثر شيوعًا SMD 2835 و3528 و5050 و5630، حيث تتوافق الأرقام مع حجم الشريحة بالمليمترات.

الخصائص التقنية:

• كفاءة الإضاءة: 160-220 لومن/واط
• زاوية الشعاع: 120 درجة – 160 درجة
• الغلاف: راتينج إيبوكسي مع رابط سلكي ذهبي.
• الطاقة: 0.2 – 1.0 واط (نموذجي)

المزايا:

• خفيف الوزن ومتوافق مع التجميع الآلي.
• تكوين RGB سهل لشاشات LED الإلكترونية الملونة.
• تغطية إضاءة واسعة

العيوب:

• درجات حرارة الوصلات أعلى في التخطيطات الكثيفة.
• يتطلب موزعات للحصول على انحناء ضوء موحد.

التطبيقات:

• شرائط وأنابيب LED
• شاشات LED ولوحات النتائج المعتمدة على البكسل
• لافتات إلكترونية LED للبيئات الداخلية والإضاءة التجارية.

رقائق LED COB: مسحوق مضغوط لمصابيح LED

تقنية COB (الرقائق على اللوحة) تدمج رقائق LED متعددة على طبقة واحدة، مما يُشكّل سطحًا كثيفًا باعثًا للضوء. يُحسّن هذا الهيكل تبديد الحرارة، ويُقلل من الفقد البصري، ويوفر إضاءة أكثر اتساقًا، مما يجعله مثاليًا لمصابيح LED الإلكترونية عالية الطاقة.

الخصائص التقنية:

• كفاءة الإضاءة: 120-180 لومن/واط
• انبعاث ضوء موحد، وتظليل ضئيل.
• مقاومة حرارية منخفضة (RØ < 2° C/W نموذجي)
• مناسب للتشغيل بتيار عالي.

المزايا:

• موصلية حرارية ممتازة لعمر خدمة طويل.
• كثافة لومن عالية للمصابيح المدمجة.
• تم تقليل الوهج وتحسين التحكم البصري.

العيوب:

• تخصيص RGB محدود
• يتطلب إدارة حرارية دقيقة والتحكم في السائق.

التطبيقات:

• إنارة الشوارع والأنفاق
• عاكسات وكشافات
• وحدات LED الإلكترونية ذات الجودة الصناعية.

COB مقابل SMD: مقارنة تقنية لأنظمة LED الإلكترونية

التكامل الإلكتروني وتصميم الدوائر

في أنظمة LED الإلكترونية الحديثة، تُدمج شرائح LED مع محركات ومقاومات ومكونات التحكم الحراري. تشمل اعتبارات التصميم الرئيسية ما يلي:

• محركات التيار المستمر: يحافظون على تيار ثابت لمنع التحميل الزائد للشريحة.
• لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs): تعمل لوحات الدوائر ذات النواة المعدنية على تحسين تبديد الحرارة في مصابيح LED COB.
• مشعات الحرارة ووسادات التدفئة: ضروري للإعدادات ذات الطاقة العالية.
• العدسات البصرية: إنهم يتحكمون في شكل الشعاع وتوحيد السطوع.

يؤثر التوازن الكهربائي والحراري لدائرة LD بشكل مباشر على أداء الشريحة. على سبيل المثال، وحدة SMD تعمل عند 60 درجة مئوية ستنبعث منها كمية ضوء أقل مقارنةً بالشريحة نفسها التي تعمل عند 25 درجة مئوية.

المواد والتصنيع

تعتمد كفاءة رقائق LED على تطوير تقنيات النمو الطلائي والتغليف. تشمل المواد الشائعة:

• الركيزة: الياقوت أو كربيد السيليكون (SiC)
• طريقة التكاثر: الترسيب الكيميائي للبخار المعدني العضوي (MOCVD)
• التغليف: السيليكون أو الإيبوكسي لحماية البيئة.
• طلاء الفوسفوريقوم بتحويل الضوء الأزرق إلى ضوء أبيض لتطبيقات الإضاءة العامة.

تستمر الشركات الرائدة في تصنيع مصابيح LED الإلكترونية، مثل Cree وNichia وOsram وEpistar، في تحسين هياكل الرقائق لتحقيق لومن أعلى لكل واط من الناتج وتحسين الاستقرار الحراري.

للاستخدام في شاشات LED والألواح الإلكترونية.

في لوحات LED الإلكترونية، تُشكّل آلافٌ من رقائق SMD أو COB بكسلات RGB. تتكون كل بكسل من ثلاث رقائق فرعية: الأحمر والأخضر والأزرق، والتي تمزج الضوء لإنتاج ملايين الألوان.

• شاشات SMD: إنها توفر مسافة بكسل أدق (تصل إلى P 0.9) وزوايا رؤية أوسع.
• شاشات COB: إنها توفر حماية أفضل ضد الغبار والرطوبة والصدمات، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الهواء الطلق والتأجير.

تعمل الشركات المصنعة الرائدة الآن على تطوير مصابيح LED COB ذات الشريحة الدقيقة، مما يؤدي إلى التخلص من توصيلات الأسلاك لزيادة المتانة وتوزيع التيار؛ وهي مثالية لجدران الفيديو LED ذات الخطوات الدقيقة المستخدمة في غرف التحكم واستوديوهات البث.

الاتجاهات المستقبلية في تطوير رقائق LED والمصابيح الإلكترونية LED.

تُفضي التطورات في معالجة أشباه الموصلات إلى أجيال جديدة من رقائق LED الإلكترونية ذات كفاءة طاقة أعلى وصغر حجم أقل. ومن بين هذه الاتجاهات:

• مصابيح LED الصغيرة والمتناهية الصغر: ثنائيات أصغر حجمًا توفر دقة فائقة للشاشات ذات الدقة العالية.
• طبقات تحويل النقاط الكموميةتعمل على تحسين إعادة إنتاج الألوان على شاشات LED.
• ركيزة GaN-on-GaN: ويحسن الإدارة الحالية والكفاءة.
• التكامل الإلكتروني الذكي لمصابيح LEDدمج مصابيح LED مع التحكم عبر إنترنت الأشياء للحصول على أنظمة إضاءة قابلة للتكيف.

الاتجاهات المستقبلية في تطوير رقائق LED والمصابيح الإلكترونية LED.

تُفضي التطورات في معالجة أشباه الموصلات إلى أجيال جديدة من رقائق LED الإلكترونية ذات كفاءة طاقة أعلى وصغر حجم أقل. ومن بين هذه الاتجاهات:

• مصابيح LED الصغيرة والمتناهية الصغر: ثنائيات أصغر حجمًا توفر دقة فائقة للشاشات ذات الدقة العالية.
• طبقات تحويل النقاط الكموميةتعمل على تحسين إعادة إنتاج الألوان على شاشات LED.
• ركيزة GaN-on-GaN: ويحسن الإدارة الحالية والكفاءة.
• التكامل الإلكتروني الذكي لمصابيح LEDدمج مصابيح LED مع التحكم عبر إنترنت الأشياء للحصول على أنظمة إضاءة قابلة للتكيف.

كيفية اختيار رقائق LED المناسبة لمشروع الإلكترونيات LED الخاص بك.

عند الاختيار بين COB وSMD للاستخدام الإلكتروني في مصابيح LED، ضع في اعتبارك ما يلي:

• متطلبات السطوع: COB لكثافة عالية؛ SMD لتصاميم مرنة وغنية بالألوان.
• الظروف الحرارية: يدعم COB درجات الحرارة الأعلى مع الإدارة الحرارية المحسنة.
• دقة الشاشة: SMD مناسب للبكسلات ذات المسافات الدقيقة والتحكم الديناميكي في الألوان.
• بيئة: توفر مادة COB حماية أكبر للتركيبات الخارجية وفي البيئات ذات الرطوبة العالية.