ورقة بيانات شاشة LED طراز LTP-3862JR - ارتفاع الرقم 0.3 بوصة - تقنية AlInGaP الأحمر الفائق - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-3862JR هي وحدة عرض أبجدية رقمية عالية الأداء مزدوجة الأرقام، مصممة للتطبيقات التي تتطلب تمثيلًا واضحًا للأحرف. وظيفتها الأساسية هي عرض الأحرف الأبجدية الرقمية (الحروف والأرقام) باستخدام تكوين 17 قطعة لكل رقم، مما يوفر مرونة أكبر مقارنة بشاشات العرض ذات 7 قطع القياسية. يستخدم الجهاز رقائق LED المتقدمة من نوع AS-AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) الأحمر الفائق، والتي يتم تنميتها طبقيًا على ركيزة GaAs. تشتهر هذه التقنية بكفاءتها العالية وخصائصها الإنارة الممتازة. يتميز التصميم البصري بوجه أسود مع قطع بيضاء، مما يعزز بشكل كبير التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة. يتم تصنيف الشاشة وفقًا لشدة الإنارة، مما يضمن اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لهذه الشاشة من تصميمها وتقنية أشباه الموصلات المستخدمة. تخلق القطع المتصلة والمتجانسة مظهرًا سلسًا وجذابًا للأحرف دون فجوات مرئية أو انقطاعات. تعمل بمتطلبات طاقة منخفضة، مما يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات أو التي تراعي استهلاك الطاقة. يضمن الجمع بين السطوع العالي والتباين العالي إمكانية القراءة حتى في البيئات المضاءة بشكل ساطع. تتيح زاوية الرؤية الواسعة قراءة المعلومات المعروضة من مواقع مختلفة بالنسبة لسطح العرض. توفر الموثوقية الصلبة لتقنية LED عمرًا تشغيليًا طويلاً ومقاومة للصدمات والاهتزازات مقارنة بأنواع العرض الأخرى مثل الفلورسنت المفرغ أو المتوهج.

يستهدف هذا المنتج عادةً الأسواق والتطبيقات التي تكون فيها قراءات أبجدية رقمية مدمجة وموثوقة وواضحة أمرًا أساسيًا. تشمل التطبيقات الشائعة لوحات أدوات القياس الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، والأجهزة الطبية، ونقاط بيع المحطات الطرفية، وشاشات لوحة القيادة في السيارات (للمعلومات المساعدة)، ومختلف الإلكترونيات الاستهلاكية حيث تحتاج إلى عرض بيانات الحالة أو الرقمية.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الفنية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محورًا لوظيفة الشاشة. يتم تحديدشدة الإنارة المتوسطة لكل قطعةبحد أدنى 200 ميكرو كنديلا، وقيمة نموذجية 600 ميكرو كنديلا، ولا يوجد حد أقصى مدرج، عند تشغيلها بتيار أمامي (I_F) قدره 1 مللي أمبير. تحدد هذه المعلمة السطوع الملحوظ لكل قطعة على حدة. يتم تحديدنسبة مطابقة شدة الإنارةبحد أقصى 2:1. هذه معلمة حاسمة لتوحيد العرض؛ فهي تعني أن سطوع أضعف قطعة لن يقل عن نصف سطوع ألمع قطعة تحت نفس الظروف، مما يضمن مظهرًا متسقًا عبر جميع قطع الحرف.

يتم تعريف خصائص اللون بواسطة معلمات الطول الموجي، المقاسة عند I_F=20 مللي أمبير. يبلغطول موجة الانبعاث الذروي (λ_p)639 نانومتر، وهو في المنطقة الحمراء من الطيف المرئي. يبلغالطول الموجي السائد (λ_d)631 نانومتر. يرتبط الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد بشكل طيف الانبعاث. يبلغنصف عرض الخط الطيفي (Δλ)20 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيفي أو انتشار أطوال موجات الضوء المنبعث حول الذروة.

2.2 المعلمات الكهربائية

تحدد المواصفات الكهربائية حدود وظروف التشغيل للجهاز. يتراوحالجهد الأمامي لكل قطعة (V_F)من 2.0 فولت إلى 2.6 فولت عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير جهد كافٍ للتغلب على هذا، عادةً باستخدام مقاومة محددة للتيار أو مشغل تيار ثابت. يبلغالتيار العكسي لكل قطعة (I_R)حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت، مما يشير إلى مستوى التسرب عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي.

تحددالتقييمات القصوى المطلقةحدود التشغيل الآمن. يبلغالتيار الأمامي المستمر لكل قطعة25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع عامل تخفيض قدره 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق تلك درجة الحرارة. هذا يعني أن الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لمنع ارتفاع درجة الحرارة. يبلغالتيار الأمامي الذروي90 مللي أمبير ولكن فقط تحت ظروف النبض المحددة: دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. هذا يسمح بأنظمة التعدد حيث يمكن استخدام تيار لحظي أعلى لتحقيق سطوع ملحوظ مع الحفاظ على تبديد الطاقة المتوسط منخفضًا. يقتصرتبديد الطاقة لكل قطعةعلى 70 ميلي واط.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاقدرجة حرارة التشغيلمن -35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية ونفس نطاقدرجة حرارة التخزين. يجعل هذا النطاق الواسع الجهاز مناسبًا للتطبيقات في البيئات القاسية، سواء الصناعية أو السياراتية. يعتبر تخفيض التيار الأمامي مع درجة الحرارة، كما ذكر، اعتبارًا مباشرًا للإدارة الحرارية. تحدد ورقة البيانات أيضًا ظروف اللحام: يمكن للجهاز تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ على مسافة 1/16 بوصة (حوالي 1.59 مم) أسفل مستوى الجلوس، وهو إرشاد نموذجي لملف إعادة التدفق للحام.

3. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يأتي طراز LTP-3862JR في عبوة قياسية لشاشات LED. تتضمن ورقة البيانات رسمًا مفصلاً بالأبعاد (أبعاد العبوة). تشمل الميزات الميكانيكية الرئيسية البصمة الإجمالية، وارتفاع العبوة، والمسافة بين الرقمين، والموقع الدقيق وقطر فتحات التثبيت أو المسامير. يحدد الرسم أن جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامحات قياسية تبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات حاسمة لمصممي تخطيط لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لضمان تطابق البصمة المادية على اللوحة مع الشاشة وأن هناك مساحة كافية حول المكون.

3.1 تكوين المسامير والدائرة الداخلية

يحتوي الجهاز على إجمالي 20 مسمارًا. تم تكوينه كنوعمشترك الأنود متعدد الإرسال. هذا يعني أن الأنودات الخاصة بـ LEDs لكل رقم متصلة معًا داخليًا. الأنود المشترك للرقم 1 موجود على المسمار 4، والأنود المشترك للرقم 2 موجود على المسمار 10. يتم توصيل الكاثودات لكل قطعة فردية (من A إلى U، بالإضافة إلى DP للنقطة العشرية) إلى مسامير منفصلة. يسمح هذا الهيكل المتعدد بالتحكم في رقمين بعدد أقل من خطوط القيادة مما لو كان كل قطعة قابلة للعنونة بشكل مستقل. يُظهر مخطط الدائرة الداخلية عادةً هذه التوصيلات المشتركة للأنود لكل رقم وكيفية تنظيم كاثودات القطع. يعتبر جدول اتصال المسامير ضروريًا لتوصيل الشاشة بشكل صحيح بوحدة تحكم دقيقة أو IC مشغل.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة ستشمل:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V): يوضح هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين الجهد عبر LED والتيار المتدفق عبره. يساعد المصممين في اختيار قيمة المقاوم المحدد للتيار المناسبة لجهد إمداد معين.
• شدة الإنارة مقابل التيار الأمامي: يوضح هذا المنحنى كيف يزداد إخراج الضوء مع زيادة تيار القيادة. يكون خطيًا عادةً على مدى معين ولكن قد يشبع عند تيارات عالية جدًا.
• شدة الإنارة مقابل درجة الحرارة المحيطة: يوضح هذا الرسم البياني كيف ينخفض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة تقاطع LED. فهم هذا التخفيض أمر حيوي للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية.
• التوزيع الطيفي: رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يوضح شكل طيف الضوء المنبعث، متمركزًا حول طول موجة الذروة البالغ 639 نانومتر.

توفر هذه المنحنيات للمصممين فهمًا أكثر دقة لسلوك الجهاز تحت ظروف غير قياسية أو متغيرة تتجاوز بيانات النقطة الواحدة في الجداول.

5. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

5.1 تصميم دائرة القيادة

لتشغيل شاشة الأنود المشترك المتعددة هذه، يلزم دائرة قيادة. يتضمن هذا عادةً استخدام وحدة تحكم دقيقة بها عدد كافٍ من مسامير الإدخال/الإخراج أو IC مشغل LED مخصص. سيتم توصيل الأنودات المشتركة (المسامير 4 و 10) بوحدة التحكم الدقيقة عبر ترانزستورات مصدرة للتيار أو مباشرة إذا كانت مسامير MCU يمكنها توفير تيار كافٍ. سيتم توصيل كاثودات القطع (المسامير 1-3، 5-9، 11-13، 15-20) بمشغلات غاطسة للتيار (مثل مصفوفة ترانزستور أو IC مشغل). يتم تحقيق التعدد عن طريق تشغيل أنود مشترك لرقم واحد في كل مرة بشكل تسلسلي أثناء عرض نمط القطع لذلك الرقم على خطوط الكاثود. يجب أن تحدث هذه الدورة بسرعة كافية (عادةً >60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي. يسمح تصنيف تيار الذروة باستخدام تيارات لحظية أعلى خلال وقت التشغيل القصير لكل رقم لتحقيق سطوع متوسط ملحوظ أعلى.

5.2 الإدارة الحرارية واللحام

بينما تعتبر LEDs فعالة، فإن الطاقة المبددة (حتى 70 ميلي واط لكل قطعة) يمكن أن تؤدي إلى التسخين، خاصة عندما تضاء عدة قطع في وقت واحد. يمكن النظر في مساحة نحاسية كافية في PCB أو فتحات حرارية لمسامير الأنود المشترك لتعمل كمشتت حراري. الالتزام الصارم بملف اللحام (260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ) ضروري لمنع تلف الإيبوكسي الداخلي، أو روابط الأسلاك، أو رقاقة أشباه الموصلات نفسها أثناء التجميع.

5.3 التكامل البصري

يوفر تصميم الوجه الأسود/القطع البيضاء تباينًا عاليًا. لمزيد من التحسين في ضوء البيئة الساطع، يمكن استخدام مرشح تباين أو نافذة غطاء معتمة. تزيل زاوية الرؤية الواسعة الحاجة إلى محاذاة دقيقة للمشاهد مع العمودي للشاشة. يجب على المصممين مراعاة مسافة المشاهدة المقصودة ومستويات الضوء المحيط عند اختيار تيارات القيادة لضمان إمكانية القراءة المثلى دون استهلاك طاقة غير ضروري.

6. المقارنة الفنية والتمييز

المميزات الأساسية لـ LTP-3862JR هي استخدامها لتقنيةAlInGaP الأحمر الفائقوهيكلهاذو 17 قطعة. مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل LEDs القياسية من نوع GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة إنارة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى شاشات أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. يسمح تنسيق 17 قطعة، مقارنة بشاشة العرض القياسية ذات 7 قطع، بتمثيل مقروء للأبجدية الكاملة (أبجدية رقمية) بدلاً من الأرقام فقط وبعض الحروف، مما يوسع نطاق تطبيقها بشكل كبير. يعتبر التصنيف وفقًا لشدة الإنارة نقطة رئيسية أخرى، حيث يوفر مستوى من اتساق السطوع المهم للشاشات متعددة الأرقام حيث يكون السطوع غير المتساوي مشتتًا بصريًا.

7. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ماذا تعني نسبة مطابقة شدة الإنارة 2:1 لتصميمي؟

ج: تضمن التوحيد البصري. في أسوأ الحالات، لن تكون أي قطعة أقل سطوعًا من نصف سطوع قطعة أخرى يتم تشغيلها بشكل مماثل. هذا يمنع ظهور بعض الأحرف أو أجزاء من الأحرف بشكل ملحوظ أكثر خفوتًا من غيرها.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بوحدة تحكم دقيقة 5 فولت مباشرة؟

ج: ليس مباشرة للقطع. جهد الأمامي هو 2.0-2.6 فولت. سيؤدي توصيل مسمار MCU 5 فولت مباشرة بكاثود قطعة (عبر مقاومة) إلى تطبيق انحياز عكسي ~5 فولت على LED عندما يكون مسمار MCU مرتفعًا، وهو ما يتجاوز تصنيف الجهد العكسي البالغ 8 فولت ويمكن أن يتلف LED. يجب عليك استخدام دائرة قيادة مناسبة (ترانزستورات أو ICs مشغلة) لتوصيل مستويات منطق MCU بمتطلبات تيار LED.

س: كيف أحسب قيمة المقاوم المحدد للتيار؟

ج: استخدم قانون أوم: R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_F. لجهد إمداد 5 فولت، V_Fنموذجي 2.3 فولت، و I_Fمطلوب 20 مللي أمبير: R = (5 - 2.3) / 0.02 = 135 أوم. استخدم القيمة القياسية التالية (مثل 150 أوم) والتي تعطي تيارًا أقل قليلاً، ضمن منطقة التشغيل الآمنة تمامًا.

س: ما هو الغرض من تصنيف تيار الذروة الأمامي؟

ج: يمكّن من التعدد. في إعداد متعدد، يكون كل رقم قيد التشغيل لجزء من الوقت فقط (مثل دورة عمل 1/2 لرقمين). لتحقيق سطوع متوسط مرغوب، يمكنك استخدام تيار لحظي أعلى خلال وقت التشغيل القصير. يسمح تصنيف الذروة 90 مللي أمبير (عند نبضة 0.1 مللي ثانية، دورة عمل 1/10) بذلك. يجب أن يحترم التيار المتوسط تصنيف التيار المستمر عند حسابه بمرور الوقت.

8. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم عداد بسيط مكون من رقمين مع واجهة وحدة تحكم دقيقة.

ستتضمن حالة التصميم وحدة تحكم دقيقة 8 بت (مثل ATmega328P). سيتم تكوين اثنين من مسامير الإدخال/الإخراج الخاصة بها كمخرجات لقيادة الأنودات المشتركة (الرقم 1 والرقم 2) عبر ترانزستورات NPN صغيرة (مثل 2N3904) لتوفير التيار المطلوب لجميع القطع المضاءة في رقم. سيتم استخدام ثمانية مسامير إدخال/إخراج أخرى لقيادة كاثودات القطع عبر IC مشغل غاطس للتيار مثل مصفوفة دارلينجتون ULN2003A، والتي يمكنها التعامل مع تيارات القطع مجتمعة. ستحتفظ البرامج الثابتة بمتغير عداد. ستقوم بفصل أرقام العشرات والآحاد، وتحويل كل منها إلى نمط 17 قطعة (باستخدام جدول بحث)، ثم تمكين الترانزستور للرقم 1 أثناء إخراج نمط رقم الآحاد، ثم تمكين الرقم 2 أثناء إخراج نمط رقم العشرات، في حلقة مستمرة مع تأخير قصير. سيتم وضع مقاومات تحديد التيار إما على جانب الأنود المشترك (أبسط، مقاومة واحدة لكل رقم) أو على جانب كاثود القطعة (تحكم أكثر دقة لكل قطعة، المزيد من المقاومات).

9. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على الانبعاث الكهروضوئي في تقاطع p-n لأشباه الموصلات. لمادة أشباه الموصلات AlInGaP طاقة فجوة نطاق محددة. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة التقاطع (الجهد الأمامي V_F)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p عبر التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة. في أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشر مثل AlInGaP، يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث من خلال طاقة فجوة النطاق للمادة. تخطيط 17 قطعة هو ترتيب هندسي لرقائق LED فردية أو مناطق رقاقة داخل العبوة، كل منها يتوافق مع قطعة من الحرف. يتم إجراء التوصيلات الكهربائية عبر روابط الأسلاك إلى جهات اتصال الأنود والكاثود، والتي يتم توجيهها إلى المسامير الخارجية للعبوة.

10. اتجاهات التكنولوجيا

تتطور تكنولوجيا العرض باستمرار. بينما تمثل تقنية AlInGaP في ورقة البيانات هذه حلاً عالي الأداء للألوان الحمراء/البرتقالية/الصفراء، تشمل الاتجاهات الأوسع اعتماد مواد وهياكل أكثر كفاءة. بالنسبة للشاشات الملونة الكاملة أو البيضاء، تهيمن LEDs الزرقاء والخضراء القائمة على InGaN (نتريد الإنديوم الغاليوم). هناك دفع مستمر نحو كفاءة إنارة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، مما يسمح بشاشات أكثر سطوعًا أو استهلاك طاقة أقل. التصغير هو اتجاه آخر، حيث تتيح التعبئة على مستوى الرقاقة وأحجام الرقائق الأصغر شاشات بدقة أعلى أو نفس الدقة في بصمة أصغر. علاوة على ذلك، أصبحت الحلول المتكاملة أكثر شيوعًا، حيث يتم دمج دائرة قيادة LED، ووحدة التحكم الدقيقة، وأحيانًا الشاشة نفسها في وحدة واحدة أو شاشة ذكية، مما يبسط عملية التصميم لمصنعي المنتجات النهائية. تظل المزايا الأساسية للموثوقية الصلبة، والطاقة المنخفضة، وزاوية الرؤية الواسعة أساسية ويتم تعزيزها من خلال هذه التطورات في المواد والتكامل.