جدول المحتويات
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 الميزات والمزايا الرئيسية
- 1.2 الوصف الفيزيائي
- 2. الغوص العميق في المواصفات الفنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (درجة حرارة المحيط = 25°م)
- 3. شرح نظام التصنيف (Binning)
- 4. تحليل منحنيات الأداء
- 5. معلومات الميكانيكا والتغليف
- 5.1 أبعاد ورسم التغليف
- 5.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية
- 6. إرشادات اللحام والتجميع
- 7. اقتراحات التطبيق
- 7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
- 7.2 اعتبارات التصميم ودائرة التشغيل
- 8. المقارنة والتمييز الفني
- 9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)
- 10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام
- 11. مقدمة في المبدأ التقني
- 12. الاتجاهات والسياق التكنولوجي
1. نظرة عامة على المنتج
شاشة LTC-2621JG هي وحدة عرض رقمية ثلاثية الأرقام مدمجة وعالية الأداء، مُصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وساطعة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل ثلاثة أرقام من البيانات عددياً بصرياً باستخدام تقنية LED الحالة الصلبة. التقنية الأساسية المستخدمة هي طبقات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم) المُنْمَاة على ركيزة GaAs، والمُصممة خصيصاً لإنتاج انبعاث ضوئي أخضر عالي الكفاءة. تم اختيار نظام المادة هذا لكفاءته الإنشائية الفائقة ونقاء لونه مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل GaP القياسي، مما ينتج عنه سطوع ممتاز ومظهر واضح للأحرف حتى عند تيارات التشغيل المنخفضة. يُصنف الجهاز كشاشة ذات مصعد مشترك ومتعدد الإرسال (Multiplexed)، مما يعني أن جميع المصاعد لكل رقم متصلة داخلياً معاً، مما يسمح بالتحكم الفعال في أرقام متعددة بعدد أقل من دبابيس الإدخال/الإخراج لوحدة التحكم الدقيقة من خلال تعدد الإرسال بتقسيم الوقت.
1.1 الميزات والمزايا الرئيسية
تقدم الشاشة عدة مزايا مميزة تجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية وأدوات القياس.
- الأداء البصري:تتميز بارتفاع رقم يبلغ 0.28 بوصة (7.0 مم) مع شرائط متصلة وموحدة، مما يلغي الفجوات للحصول على مظهر أنيق واحترافي. يجمع المزيج بين السطوع العالي والتباين العالي على إمكانية قراءة ممتازة تحت ظروف الإضاءة المحيطة المختلفة. تسمح زاوية المشاهدة الواسعة بقراءة الشاشة بوضوح من مواقع خارج المحور.
- الكفاءة الكهربائية:يتميز الجهاز بمتطلبات طاقة منخفضة، مما يساهم في تصميم نظام موفر للطاقة. يوفر استخدام تقنية AlInGaP شدة إضاءة عالية مع تيار أمامي منخفض نسبياً.
- الموثوقية والاتساق:كوحدة حالة صلبة، فإنه يوفر موثوقية عالية بدون أجزاء متحركة ومقاومة للصدمات والاهتزازات. يتم تصنيف الوحدات حسب شدة الإضاءة، مما يضمن مستويات سطوع متسقة بين الشاشات المختلفة، وهو أمر بالغ الأهمية للمنتجات متعددة الوحدات.
- الامتثال البيئي:التغليف خالٍ من الرصاص، مما يتوافق مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعله مناسباً للاستخدام في المنتجات المباعة في الأسواق ذات اللوائح البيئية الصارمة.
1.2 الوصف الفيزيائي
تمتلك الشاشة لوحة أمامية رمادية اللون، مما يساعد على امتصاص الضوء المحيط وتحسين التباين. تنبعث الشرائط نفسها بضوء أبيض اللون عند التشغيل، والذي يتوهج عبر الوجه الرمادي لخلق الأحرف المرئية. تم اختيار هذا المزيج للحصول على أفضل إمكانية للقراءة. الجهاز عبارة عن شاشة ثلاثية الأرقام، مما يعني أنه يمكنه عرض الأرقام من 000 إلى 999.
2. الغوص العميق في المواصفات الفنية
يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعياً للمعلمات الكهربائية والبصرية والحرارية المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه الحدود والخصائص أمراً ضرورياً لتصميم دائرة موثوقة.
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو ما بعد هذه الحدود ويجب تجنبه.
- تبديد الطاقة لكل شريط:70 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن تبديدها بأمان كحرارة بواسطة شريط LED واحد. تجاوز ذلك يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي أو الفشل.
- تيار الذروة الأمامي لكل شريط:60 مللي أمبير (عند 1 كيلو هرتز، دورة عمل 25%). هذا هو أقصى تيار لحظي يمكن للشريط تحمله تحت الظروف النبضية. للتشغيل المستمر بالتيار المستمر، فإن تصنيف التيار الأمامي المستمر هو العامل المحدد.
- التيار الأمامي المستمر لكل شريط:25 مللي أمبير عند 25°م. يجب تخفيض قيمة هذا التيار خطياً بمقدار 0.28 مللي أمبير/°م مع ارتفاع درجة حرارة المحيط (Ta) فوق 25°م. على سبيل المثال، عند 85°م، سيكون الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر: 25 مللي أمبير - [0.28 مللي أمبير/°م * (85°م - 25°م)] = 25 مللي أمبير - 16.8 مللي أمبير =8.2 مللي أمبير.
- الجهد العكسي لكل شريط:5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي أكبر من هذا يمكن أن يسبب الانهيار وإتلاف وصلة LED.
- نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35°م إلى +85°م. تم تصنيف الجهاز للعمل والتخزين ضمن هذا النطاق الواسع من درجات الحرارة، مما يجعله مناسباً للبيئات القاسية.
- ظروف اللحام:260°م لمدة 3 ثوانٍ، مع أن يكون طرف المكواة على الأقل 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى جلوس المكون. هذا إرشاد قياسي لملف إعادة التدفق الخالي من الرصاص لمنع التلف الحراري أثناء التجميع.
2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (درجة حرارة المحيط = 25°م)
هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار المحددة. يجب على المصممين استخدام هذه القيم لحسابات الدائرة.
- شدة الإضاءة المتوسطة (IV):320 ميكرو شمعة (الحد الأدنى)، 692 ميكرو شمعة (النموذجي) عند IF= 1 مللي أمبير. هذا مقياس لإخراج الضوء. يشير النطاق الواسع إلى استخدام نظام تصنيف (binning)؛ يجب على المصممين مراعاة القيمة الدنيا لضمان سطوع كافٍ في جميع الوحدات.
- طول موجة الانبعاث الذروة (λp):571 نانومتر (النموذجي) عند IF= 20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الذي ينبعث فيه LED أكبر قدر من الطاقة البصرية، في المنطقة الخضراء من الطيف.
- نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (النموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ يعني العرض الأضيق لوناً أخضر أكثر نقاءً وتشبعاً.
- الطول الموجي السائد (λd):572 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، ويتطابق بشكل وثيق مع طول موجة الذروة لهذا LED الأخضر.
- الجهد الأمامي لكل شريط (VF):2.05 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي) عند IF= 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند التوصيل. يجب حساب قيمة المقاوم المحدد للتيار باستخدام أقصى VFلضمان الحد الأدنى المطلوب من التيار.
- التيار العكسي لكل شريط (IR):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند VR= 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي ضمن أقصى تصنيف له.
- نسبة مطابقة شدة الإضاءة:2:1 (الحد الأقصى). يحدد هذا أن فرق السطوع بين أي شريطين داخل "منطقة الضوء المماثلة" (عادةً داخل رقم واحد أو عبر الأرقام) لن يتجاوز عامل اثنين. وهذا يضمن التوحيد البصري.
3. شرح نظام التصنيف (Binning)
تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة." هذا يشير إلى عملية تصنيف ما بعد الإنتاج.
- تصنيف شدة الإضاءة:بعد التصنيع، يتم اختبار مصابيح LED وفرزها (تصنيفها) بناءً على قياس إخراج الضوء عند تيار اختبار قياسي (1 مللي أمبير في هذه الحالة). يحتوي LTC-2621JG على حد أدنى محدد يبلغ 320 ميكرو شمعة ونموذجي يبلغ 692 ميكرو شمعة. يتم تجميع الوحدات في فئات ذات نطاقات شدة أضيق (مثلاً، 320-400 ميكرو شمعة، 400-500 ميكرو شمعة، إلخ). وهذا يسمح للعملاء باختيار فئة لسطوع متسق عبر شاشات متعددة في منتج واحد. تقدم ورقة البيانات النطاق العام؛ عادةً ما تكون رموز الفئات المحددة متاحة من الشركة المصنعة للطلب.
- الجهد الأمامي:على الرغم من عدم ذكره صراحةً كمصنف، فإن النطاق المقدم (2.05 فولت إلى 2.6 فولت) يشير إلى تباين طبيعي. بالنسبة للتصميمات التي يكون فيها استهلاك الطاقة أو تصميم دائرة التشغيل أمراً بالغ الأهمية، قد يكون من الضروري استشارة الشركة المصنعة للحصول على فئات الجهد.
4. تحليل منحنيات الأداء
تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية." على الرغم من عدم تقديم الرسوم البيانية المحددة في النص، يمكننا استنتاج محتواها القياسي وأهميتها.
- شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى IV/ IF):سيظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار التشغيل. عادةً ما يكون غير خطي، حيث تنخفض الكفاءة (إخراج الضوء لكل مللي أمبير) غالباً عند التيارات العالية جداً. يساعد هذا المنحنى المصممين على اختيار تيار تشغيل يوازن بين السطوع والكفاءة.
- الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (منحنى VF/ IF):يُظهر هذا الخاصية الأسية للتيار-الجهد لثنائي LED. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
- شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة المحيط:يوضح هذا المنحنى كيف ينخفض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة الوصلة. إنه أمر حيوي للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو تيارات تشغيل عالية، حيث قد يتطلب ذلك تخفيض التصنيف أو استخدام مشتت حراري.
- التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الطاقة البصرية النسبية عبر الأطوال الموجية، متمركزة حول 571-572 نانومتر بنصف عرض ~15 نانومتر، مؤكداً انبعاث اللون الأخضر.
5. معلومات الميكانيكا والتغليف
5.1 أبعاد ورسم التغليف
يستخدم الجهاز تنسيق تغليف ثنائي الخط قياسي (DIP) مناسب للتركيب على لوحة الدوائر المطبوعة عبر الثقب. ملاحظات الأبعاد الرئيسية هي: جميع الأبعاد بالميليمترات، والتسامح العام هو ±0.25 مم (حوالي ±0.01 بوصة) ما لم يكن لميزة محددة إشارة مختلفة. يجب على المصممين الرجوع إلى الرسم الميكانيكي التفصيلي (غير مفصل بالكامل في النص المقدم) للحصول على تباعد الثقوب الدقيق، وقطر الطرف، وعرض الجسم، والارتفاع، وتباعد الأرقام لإنشاء بصمات PCB دقيقة وضمان ملاءمة مناسبة داخل العلبة.
5.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية
تحتوي الشاشة على 16 موضع طرف، على الرغم من عدم وجود أطراف مادية في جميعها (تم إدراج الأطراف 10 و 11 و 14 على أنها "NO PIN"). الطرف 9 هو "NO CONNECTION". يظهر مخطط الدائرة الداخلية تكوين مصعد مشترك متعدد الإرسال.
- المصاعد المشتركة:الأطراف 2 و 5 و 8 و 13 هي أطراف المصعد المشتركة. يتحكم الطرف 2 في الرقم 1، والطرف 5 يتحكم في الرقم 2، والطرف 8 يتحكم في الرقم 3. الطرف 13 هو مصعد مشترك لمصابيح LED المؤشر الثلاثة للنقطتين (L1، L2، L3).
- مهبطات الشرائط:الأطراف الأخرى هي مهبطات لشرائط محددة (A، B، C، D، E، F، G، DP) والمؤشرات. على سبيل المثال، لإضاءة الشريط 'A' على الرقم 1، يجب على الدائرة توصيل مهبط الشريط A (الطرف 15) بالأرض مع تطبيق جهد موجب على مصعد الرقم 1 (الطرف 2).
- النقطة العشرية اليمنى:يلاحظ الوصف "Rt.Hand Decimal"، والطرف 3 هو المهبط لـ D.P. (النقطة العشرية)، مما يشير إلى أن النقطة العشرية تقع على يمين الأرقام الثلاثة.
6. إرشادات اللحام والتجميع
الالتزام بظروف اللحام المحددة أمر بالغ الأهمية للموثوقية طويلة المدى.
- اللحام اليدوي:إذا كان اللحام اليدوي ضرورياً، فإن الإرشاد هو تطبيق مكواة لحام عند 260°م لمدة أقصاها 3 ثوانٍ لكل طرف. يجب وضع طرف المكواة على الأقل 1.6 مم أسفل مستوى جلوس جسم الشاشة لمنع انتقال الحرارة المفرط عبر الأطراف وإتلاف الإيبوكسي الداخلي أو وصلات الأسلاك.
- لحام الموجة أو إعادة التدفق:للعمليات الآلية، فإن ملف درجة الحرارة القياسي الخالي من الرصاص الذي يبلغ ذروته 260°م مناسب. يشير نطاق درجة حرارة تخزين وتشغيل الجهاز (-35°م إلى +85°م) إلى أنه يمكنه تحمل دورات حرارية نموذجية لإعادة التدفق SMT، على الرغم من أن تغليف الثقب يشير إلى أن لحام الموجة هو الطريقة الأساسية المقصودة.
- ظروف التخزين:يجب تخزين الأجهزة في أكياس الحاجز الرطوبة الأصلية في بيئة ضمن نطاق درجة حرارة التخزين (-35°م إلى +85°م) ورطوبة منخفضة لمنع أكسدة الأطراف.
7. اقتراحات التطبيق
7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية
شاشة LTC-2621JG مثالية لأي نظام مضمن يتطلب عرضاً رقمياً واضحاً وموثوقاً ومنخفض الطاقة.
- معدات الاختبار والقياس:الملتيميديا، عدادات التردد، مصادر الطاقة، قراءات المستشعرات.
- التحكم الصناعي:عدادات لوحة التحكم لدرجة الحرارة، والضغط، ودورات في الدقيقة، وعروض العد على الآلات.
- الأجهزة الاستهلاكية:أفران الميكروويف، الساعات الرقمية، ضوابط معدات الصوت، موازين الحمام.
- قطع غيار السيارات:المقاييس والعروض للأنظمة المساعدة (الجهد، درجة الحرارة).
7.2 اعتبارات التصميم ودائرة التشغيل
يتطلب التصميم باستخدام هذه الشاشة اهتماماً خاصاً بطريقة التشغيل.
- مشغل متعدد الإرسال:يجب على وحدة التحكم الدقيقة تفعيل مصعد كل رقم مشترك (الأطراف 2، 5، 8) بالتتابع بمعدل تحديث عالٍ (عادةً >100 هرتز) أثناء إخراج نمط مهبط الشريط المقابل لذلك الرقم. يخلق استمرار الرؤية هذا وهم إضاءة جميع الأرقام في وقت واحد. يمكن تشغيل مصعد النقطتين (الطرف 13) بشكل منفصل أو تضمينه في تسلسل تعدد الإرسال.
- تحديد التيار:يجب أن يحتوي كل خط مهبط شريط على مقاوم محدد للتيار على التوالي. يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام R = (Vsupply- VF) / IF. استخدم أقصى VF(2.6 فولت) من ورقة البيانات لضمان تحقيق الحد الأدنى المطلوب من IFدائماً. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت وهدف IFبقيمة 10 مللي أمبير: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω. سيكون المقاوم القياسي 220 Ω أو 270 Ω مناسباً.
- تبديد الطاقة:تأكد من أن الطاقة لكل شريط (VF* IF) لا تتجاوز 70 ملي واط، وقم بتخفيض تصنيف التيار المستمر عند درجات الحرارة المحيطة العالية كما هو موضح في القسم 2.1.
- زاوية المشاهدة:تسمح زاوية المشاهدة الواسعة بالمرونة في موضع التركيب بالنسبة للمستخدم.
8. المقارنة والتمييز الفني
مقارنة بتقنيات العرض الأخرى وأنواع LED الأقدم، تقدم شاشة LTC-2621JG مزايا محددة.
- مقارنة بمصابيح LED الخضراء القياسية من نوع GaP:توفر تقنية AlInGaP كفاءة إنشائية أعلى بكثير، مما ينتج عنه شاشات أكثر سطوعاً عند نفس التيار أو سطوع مكافئ بطاقة أقل. اللون أيضاً أخضر أكثر حيوية ونقاءً.
- مقارنة بشاشات LCD:مصابيح LED هي انبعاثية، مما يعني أنها تنتج ضوءها الخاص، مما يوفر سطوعاً وإمكانية قراءة فائقة في ظروف الإضاءة المنخفضة أو ضوء الشمس المباشر بدون إضاءة خلفية. كما أن لديها وقت استجابة أسرع بكثير ونطاق تشغيل أوسع لدرجة الحرارة. المقايضة هي عمومًا استهلاك طاقة أعلى عند عرض العديد من الشرائط.
- مقارنة بشاشات الأرقام الأكبر أو الأصغر:يقدم الارتفاع 0.28 بوصة توازناً جيداً بين الوضوح واستهلاك مساحة اللوحة، مما يجعله مناسباً بين المؤشرات الأصغر وعدادات اللوحة الأكبر.
- مقارنة بالشاشات غير المصنفة:يعد التصنيف حسب شدة الإضاءة عاملاً مميزاً رئيسياً للتطبيقات التي تتطلب اتساقاً بصرياً عبر وحدات متعددة، كما في خط إنتاج أو لوحة تحكم تحتوي على عدة قراءات متطابقة.
9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)
س1: ما هو الغرض من الأطراف "NO PIN" و "NO CONNECTION"؟
ج1: "NO PIN" تعني أن الطرف المادي محذوف من التغليف، مما يترك فجوة في صف الأطراف. "NO CONNECTION" (الطرف 9) تعني أن طرفاً مادياً موجود ولكنه غير متصل كهربائياً بأي شيء داخل الشاشة. غالباً ما يتم تضمين هذه لتوحيد بصمة التغليف مع شاشات أخرى في عائلة قد تستخدم تلك الأطراف.
س2: كيف أحسب المقاوم المحدد للتيار المناسب؟
ج2: استخدم الصيغة R = (Vsupply- VF) / IF. استخدم دائماًالقيمة القصوى VFمن ورقة البيانات (2.6 فولت) في حسابك لضمان تدفق الحد الأدنى المطلوب من التيار تحت جميع الظروف. اختر قيمة مقاوم قياسية تساوي أو أقل قليلاً من القيمة المحسوبة.
س3: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت بدون تعدد إرسال؟
ج3: تقنياً نعم، لكنه غير فعال للغاية. ستحتاج إلى توصيل جميع مصاعد الأرقام الثلاثة معاً وتزويد تيار لكل مهبط شريط بشكل مستمر. هذا سيسحب 3 أضعاف التيار (لثلاثة أرقام متطابقة) مقارنة بتصميم متعدد الإرسال ومن المحتمل أن يتجاوز تصنيفات التيار المستمر القصوى إذا كانت جميع الشرائط مضاءة. تعدد الإرسال هو الطريقة المقصودة والمثلى.
س4: ماذا تعني "نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1" عملياً؟
ج4: تعني أنه داخل "منطقة الضوء المماثلة" المحددة (على الأرجح داخل شاشة واحدة)، لن يكون الشريط الأقل سطوعاً أقل من نصف سطوع الشريط الأكثر سطوعاً. وهذا يضمن أن الرقم "8" (جميع الشرائط مضاءة) يبدو موحداً، وليس ببعض الشرائط أغمق بشكل ملحوظ من الأخرى.
10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام
السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر رقمي
يقوم مصمم بإنشاء فولتميتر تيار مستمر 0-30 فولت. تقرأ ADC لوحدة التحكم الدقيقة الجهد، وتحوله إلى قيمة بين 0.00 و 30.00، وتحتاج إلى عرضه على ثلاثة أرقام ونقطة عشرية (عرض أعشار الفولت، مثلاً "12.3").
- واجهة الأجهزة:يستخدم المصمم 4 دبابيس لوحدة تحكم دقيقة مُهيأة كمخرجات رقمية للتحكم في مصاعد الأرقام الثلاثة (الأطراف 2،5،8) ومصعد النقطتين/النقطة العشرية (الطرف 13). 8 دبابيس أخرى مُهيأة كمخرجات رقمية (أو تستخدم سجل إزاحة) للتحكم في مهبطات الشرائط (A-G، DP).
- الروتين البرمجي:يعمل البرنامج الثابت على مقاطعة مؤقت بتردد 500 هرتز. في كل دورة مقاطعة:
- إيقاف تشغيل جميع دبابيس المصعد.
- إخراج نمط الشريط للرقم 1 (مكان المئات) إلى دبابيس المهبط.
- تشغيل دبوس المصعد للرقم 1 (الطرف 2).
- انتظر تأخيراً قصيراً.
- كرر للرقم 2 (مكان العشرات، الطرف 5) والرقم 3 (مكان الآحاد، الطرف 8)، بما في ذلك مهبط النقطة العشرية (الطرف 3) عندما يكون الرقم 2 نشطاً. - حساب التيار:استهداف تيار شريط بقيمة 5 مللي أمبير لسطوع جيد واستهلاك طاقة منخفض، باستخدام مصدر طاقة 5 فولت: R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 Ω. يتم وضع مقاوم 470 Ω على التوالي مع كل من خطوط مهبط الشريط الثمانية.
- النتيجة:تعرض الشاشة قراءة جهد ثلاثية الأرقام مستقرة وساطعة مع نقطة عشرية، مستهلكة الحد الأدنى من دبابيس الإدخال/الإخراج لوحدة التحكم الدقيقة والطاقة.
11. مقدمة في المبدأ التقني
المبدأ التشغيلي الأساسي يعتمد على الإضاءة الكهربائية في وصلة PN أشباه الموصلات. في نظام مادة AlInGaP، عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المضمن للوصلة (حوالي 2 فولت)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع N والثقوب من المنطقة من النوع P عبر الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه في المنطقة النشطة (آبار الكم لطبقة AlInGaP المُنْمَاة)، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يحدد التركيب المحدد لذرات الألومنيوم، والإنديوم، والجاليوم، والفوسفيد طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. بالنسبة لـ LTC-2621JG، يتم ضبط هذا التركيب لإنتاج فوتونات بطول موجي حوالي 572 نانومتر، والذي تدركه العين البشرية كضوء أخضر. تعمل اللوحة الأمامية الرمادية كمرشح لتعزيز التباين، حيث تمتص الضوء المحيط لجعل الشرائط الخضراء المنبعثة تبدو أكثر سطوعاً ووضوحاً.
12. الاتجاهات والسياق التكنولوجي
تمثل الشاشات مثل LTC-2621JG قطاعاً ناضجاً ومحسناً للغاية في مجال الإلكترونيات الضوئية. كان الاتجاه في مثل هذه الشاشات من فئة المؤشرات نحو زيادة الكفاءة (مزيد من الضوء لكل واط)، وتحسين الاتساق من خلال التصنيف المتقدم، والامتثال للوائح البيئية (خالية من الرصاص، خالية من الهالوجين). بينما تقدم تقنيات أحدث مثل OLEDs مرونة وتبايناً عالياً، تحتفظ شاشات LED المجزأة التقليدية بمواقف قوية في التطبيقات التي تتطلب سطوعاً عالياً، وموثوقية قصوى، وتشغيلاً على نطاق واسع لدرجة الحرارة، وتكلفة منخفضة لكل رقم. كان الانتقال إلى AlInGaP من GaP:N الأقدم خطوة كبيرة في أداء LED الأخضر والأصفر. قد تركز التطورات المستقبلية على مزيد من المكاسب في الكفاءة والتكامل، مثل الشاشات ذات المشغلات المدمجة أو الواجهات التسلسلية (مثل I2C أو SPI)، مما يقلل من عبء وحدة التحكم الدقيقة المطلوب لتعدد الإرسال. ومع ذلك، تظل شاشة المصعد المشترك متعدد الإرسال الأساسية عبر الثقب مكوناً أساسياً ومستخدمًا على نطاق واسع بسبب بساطتها، وقوتها، وقدرة واجهتها المباشرة مع وحدات التحكم الدقيقة للأغراض العامة.
مصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
الأداء الكهروضوئي
| المصطلح | الوحدة/التمثيل | شرح مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الكفاءة الضوئية | لومن/وات | الإخراج الضوئي لكل واط من الكهرباء، أعلى يعني أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. | يحدد مباشرة درجة كفاءة الطاقة وتكلفة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي | لومن | إجمالي الضوء المنبعث من المصدر، يسمى عادةً "السطوع". | يحدد ما إذا كان الضوء ساطعًا بما يكفي. |
| زاوية الرؤية | درجة، مثل 120 درجة | الزاوية التي ينخفض فيها شدة الضوء إلى النصف، يحدد عرض الحزمة. | يؤثر على نطاق الإضاءة والتوحيد. |
| درجة حرارة اللون | كلفن، مثل 2700K/6500K | دفء/برودة الضوء، القيم المنخفضة صفراء/دافئة، العالية بيضاء/باردة. | يحدد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون | بدون وحدة، 0-100 | القدرة على تقديم ألوان الكائن بدقة، Ra≥80 جيد. | يؤثر على أصالة اللون، يُستخدم في أماكن الطلب العالي مثل المراكز التجارية والمتاحف. |
| تفاوت اللون | خطوات بيضاوي ماك آدم، مثل "5 خطوات" | مقياس اتساق اللون، خطوات أصغر تعني لون أكثر اتساقًا. | يضمن لونًا موحدًا عبر نفس دفعة مصابيح LED. |
| الطول الموجي المهيمن | نانومتر، مثل 620 نانومتر (أحمر) | الطول الموجي المقابل للون مصابيح LED الملونة. | يحدد تدرج اللون الأحمر، الأصفر، الأخضر مصابيح LED أحادية اللون. |
| توزيع الطيفي | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | يُظهر توزيع الشدة عبر الأطوال الموجية. | يؤثر على تجسيد اللون وجودة اللون. |
المعايير الكهربائية
| المصطلح | الرمز | شرح مبسط | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي | Vf | الحد الأدنى للجهد لتشغيل LED، مثل "عتبة البدء". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، تضاف الفولتية لمصابيح LED المتسلسلة. |
| التيار الأمامي | If | قيمة التيار للعمل العادي لمصباح LED. | عادةً استخدام تشغيل تيار ثابت، التيار يحدد السطوع وعمر التشغيل. |
| التيار النبضي الأقصى | Ifp | تيار الذروة الذي يمكن تحمله لفترات قصيرة، يُستخدم للتعتير أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ودورة العمل لتجنب التلف. |
| الجهد العكسي | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن أن يتحمله LED، التجاوز قد يسبب انهيارًا. | يجب على الدائرة منع الاتصال العكسي أو ارتفاع الجهد. |
| المقاومة الحرارية | Rth (°C/W) | مقاومة نقل الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، الأقل أفضل. | المقاومة الحرارية العالية تتطلب تبديد حرارة أقوى. |
| مناعة التفريغ الكهروستاتيكي | V (HBM)، مثل 1000V | القدرة على تحمل التفريغ الكهروستاتيكي، أعلى يعني أقل عرضة للتلف الكهروستاتيكي. | يجب اتخاذ إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED الحساسة. |
إدارة الحرارة والموثوقية
| المصطلح | المقياس الرئيسي | شرح مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الوصلة | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | كل انخفاض 10°C قد يضاعف عمر التشغيل؛ عالي جدًا يسبب تدهور الضوء، انزياح اللون. |
| تدهور التدفق الضوئي | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من القيمة الأولية. | يحدد مباشرة "عمر الخدمة" لمصباح LED. |
| الحفاظ على التدفق الضوئي | %، مثل 70% | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد الوقت. | يشير إلى قدرة الحفاظ على السطوع على المدى الطويل. |
| انزياح اللون | Δu′v′ أو بيضاوي ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق اللون في مشاهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية | تدهور المادة | التدهور بسبب درجة الحرارة العالية على المدى الطويل. | قد يسبب انخفاض السطوع، تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
التعبئة والمواد
| المصطلح | الأنواع الشائعة | شرح مبسط | الميزات والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة، توفر واجهة بصرية/حرارية. | EMC: مقاومة حرارة جيدة، تكلفة منخفضة؛ السيراميك: تبديد حرارة أفضل، عمر أطول. |
| هيكل الشريحة | أمامي، شريحة معكوسة | ترتيب أقطاب الشريحة. | الشريحة المعكوسة: تبديد حرارة أفضل، كفاءة ضوئية أعلى، للطاقة العالية. |
| طلاء الفسفور | YAG، السيليكات، النتريدات | يغطي الشريحة الزرقاء، يحول بعضها إلى أصفر/أحمر، يخلط إلى أبيض. | الفسفورات المختلفة تؤثر على الكفاءة الضوئية، درجة حرارة اللون، ومؤشر تجسيد اللون. |
| العدسة/البصريات | مسطحة، العدسات الدقيقة، الانعكاس الداخلي الكلي | الهيكل البصري على السطح يتحكم في توزيع الضوء. | يحدد زاوية الرؤية ومنحنى توزيع الضوء. |
مراقبة الجودة والتصنيف
| المصطلح | محتوى الفرز | شرح مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| فرز التدفق الضوئي | الرمز مثل 2G، 2H | مجمعة حسب السطوع، كل مجموعة لها قيم لومن دنيا/قصوى. | يضمن سطوعًا موحدًا في نفس الدفعة. |
| فرز الجهد | الرمز مثل 6W، 6X | مجمعة حسب نطاق الجهد الأمامي. | يسهل مطابقة مصدر التشغيل، يحسن كفاءة النظام. |
| فرز اللون | 5 خطوات بيضاوي ماك آدم | مجمعة حسب إحداثيات اللون، تضمن نطاق ضيق. | يضمن اتساق اللون، يتجنب لون غير متساوٍ داخل التركيبة. |
| فرز درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K إلخ. | مجمعة حسب درجة حرارة اللون، لكل منها نطاق إحداثي مقابل. | يلبي متطلبات درجة حرارة اللون لمشاهد مختلفة. |
الاختبار والشهادات
| المصطلح | المعيار/الاختبار | شرح مبسط | الأهمية |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | إضاءة طويلة الأمد في درجة حرارة ثابتة، تسجيل بيانات تدهور السطوع. | يُستخدم لتقدير عمر مصباح LED (مع TM-21). |
| TM-21 | معيار تقدير العمر | يقدر العمر تحت الظروف الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | يوفر تنبؤ علمي للعمر. |
| IESNA | جمعية هندسة الإضاءة | يغطي طرق الاختبار البصرية، الكهربائية، الحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة بيئية | يضمن عدم وجود مواد ضارة (الرصاص، الزئبق). | شرط الوصول إلى السوق دوليًا. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | يُستخدم في المشتريات الحكومية، برامج الدعم، يعزز القدرة التنافسية. |