ورقة بيانات شاشة LED طراز LTD-5023AJD - ارتفاع رقم 0.56 بوصة - جهد أمامي 2.6 فولت - لون أحمر شديد - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTD-5023AJD هي وحدة عرض LED مكونة من رقمين، مع شرائح سباعية بالإضافة إلى نقطة عشرية. تتميز بارتفاع رقم يبلغ 0.56 بوصة (14.22 ملم)، مما يوفر مخرجات رقمية واضحة وقابلة للقراءة تناسب تطبيقات القياس والعرض المختلفة. يستخدم الجهاز رقائق LED متطورة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) ذات اللون الأحمر الشديد، والتي يتم زراعتها طبقة فوق طبقة (epitaxially) على ركيزة من زرنيخيد الغاليوم (GaAs). تشتهر هذه التكنولوجيا بكفاءتها العالية وأدائها الإشعاعي الممتاز. تقدم الشاشة واجهة رمادية فاتحة مع شرائح بيضاء، مما يوفر مظهرًا كلاسيكيًا وتباينًا عاليًا يعزز قابلية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة.

1.1 المزايا الأساسية

• سطوع وتباين عاليان:تقدم تكنولوجيا AlInGaP شدة إضاءة فائقة، مما يضمن رؤية الشاشة بسهولة.
• زاوية مشاهدة واسعة:توفر سطوعًا ولونًا متسقين عبر نطاق واسع من مواقع المشاهدة.
• متطلبات طاقة منخفضة:مصممة للتشغيل بكفاءة، مما يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو التي تراعي استهلاك الطاقة.
• مظهر ممتاز للأحرف:تتميز بشرائح مستمرة وموحدة لعرض رقمي نظيف واحترافي.
• موثوقية الحالة الصلبة:توفر مصابيح LED عمرًا تشغيليًا طويلاً ومتانة ضد الصدمات والاهتزازات مقارنة بتقنيات العرض الأخرى.
• تصنيف حسب الشدة الضوئية:يتم فرز الأجهزة لضمان مستويات سطوع متسقة، مما يساعد في تحقيق التوحيد في التصميم.
• عبوة خالية من الرصاص:متوافقة مع اللوائح البيئية (مثل RoHS).

1.2 السوق المستهدف

هذه الشاشة مثالية للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات رقمية موثوقة، ومشرقة، وسهلة القراءة. تشمل حالات الاستخدام الشائعة: معدات الاختبار والقياس، ولوحات التحكم الصناعية، والأجهزة الطبية، والأجهزة المنزلية الاستهلاكية، ولوحات عدادات السيارات (الشاشات الثانوية)، وأطراف نقاط البيع.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت هذه الظروف.

• تبديد الطاقة لكل شريحة:70 ملي واط كحد أقصى.
• تيار أمامي ذروي لكل شريحة:90 مللي أمبير (عند 1 كيلو هرتز، دورة عمل 10%). هذا التصنيف مخصص للتشغيل النبضي لتحقيق سطوع لحظي أعلى دون ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار أمامي مستمر لكل شريحة:25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التيار خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر تقريبًا: 25 مللي أمبير - ((85 درجة مئوية - 25 درجة مئوية) * 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية) = 5.2 مللي أمبير.
• جهد عكسي لكل شريحة:5 فولت كحد أقصى. تجاوز هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:تتحمل حدًا أقصى يبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 ملم أسفل مستوى الجلوس (أي على اللوحة PCB بالقرب من الرصاصة). هذا تصنيف قياسي لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص (مثل استخدام لحام SAC305). يجب على المصممين التأكد من أن ملف تعريف فرن إعادة التدفق يبقى ضمن هذه الحدود لمنع تلف رقائق LED أو الغلاف البلاستيكي.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (Ta=25°C)

هذه هي معايير الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• الشدة الضوئية المتوسطة (I_V):تتراوح من 320 ميكرو كنديلا (الحد الأدنى) إلى 700 ميكرو كنديلا (الحد الأقصى) عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير. عند 10 مللي أمبير، تكون الشدة النموذجية 16250 ميكرو كنديلا (16.25 ملي كنديلا). هذه الكفاءة العالية هي سمة مميزة لتكنولوجيا AlInGaP.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):650 نانومتر (نموذجي). هذا يحدد الذروة الطيفية لإخراج الضوء، مما يضعها في منطقة الأحمر الشديد من الطيف.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف؛ فالعرض الأضيق يعني لونًا أكثر أحادية اللون.
• الطول الموجي السائد (λ_d):639 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية وهو حاسم لتحديد اللون.
• الجهد الأمامي لكل شريحة (V_F):2.1 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذه المعلمة أساسية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي لكل شريحة (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت.
• نسبة مطابقة الشدة الضوئية (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى) عند I_F=1 مللي أمبير. هذا يحدد أقصى تباين مسموح به في السطوع بين الشرائح داخل الجهاز، مما يضمن التوحيد البصري.

ملاحظة: تستخدم قياسات الشدة الضوئية مستشعرًا ومرشحًا يقتربان من منحنى استجابة العين الضوئي CIE لتحقيق دقة ذات صلة بالرؤية البشرية.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف حسب الشدة الضوئية\". وهذا يعني عملية تصنيف حيث يتم فرز شاشات العرض بناءً على الإخراج البصري المقاس عند تيار اختبار قياسي (على الأرجح 1 مللي أمبير أو 10 مللي أمبير). يمكن للمصممين اختيار التصنيفات لضمان سطوع متسق عبر وحدات متعددة في المنتج، وتجنب الاختلافات الملحوظة بين شاشات العرض. بينما لا يتم توفير رموز تصنيف محددة في هذا المقتطف، يتم تعريف التصنيفات النموذجية بنطاقات من الشدة الضوئية (مثل التصنيف أ: 500-600 ميكرو كنديلا، التصنيف ب: 600-700 ميكرو كنديلا).

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية\". على الرغم من عدم عرضها في النص المقدم، فإن هذه المنحنيات تشمل عادةً:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة بين الجهد الأمامي والتيار لكل شريحة. إنه غير خطي، مع جهد تشغيل يبلغ حوالي 1.8-2.0 فولت لـ AlInGaP، ويرتفع إلى 2.6 فولت النموذجي عند 20 مللي أمبير.
• الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي:رسم بياني يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع زيادة التيار. يكون خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية.
• الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع زيادة درجة الحرارة. تتمتع مصابيح LED من نوع AlInGaP بأداء جيد في درجات الحرارة المرتفعة مقارنة ببعض المواد الأخرى، ولكن لا يزال من الضروري تقليل التصنيف.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند حوالي 650 نانومتر ونصف العرض البالغ 20 نانومتر.

هذه المنحنيات حيوية لفهم سلوك الجهاز تحت الظروف غير القياسية ولتحسين ظروف التشغيل لتلبية احتياجات التطبيق المحددة (مثل تعظيم السطوع مقابل تعظيم الكفاءة أو العمر الافتراضي).

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يأتي الجهاز في عبوة ثنائية الخط قياسية (DIP). يتم تحديد جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام يبلغ ±0.25 ملم (0.01 بوصة). يتم تحديد المخطط التفصيلي الدقيق، وتباعد الشرائح، وتباعد الرصاصات، والارتفاع/العرض/الطول الإجمالي في رسم الأبعاد الموجود في الصفحة 2 من ورقة البيانات. هذا الرسم حاسم لتصميم بصمة اللوحة PCB والتكامل الميكانيكي في المنتج النهائي.

5.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

شاشة LTD-5023AJD هي من نوعالمهبط المشترك. وهذا يعني أن المهبطات (الأطراف السالبة) لمصابيح LED لكل رقم متصلة معًا داخليًا. توزيع الأطراف هو كما يلي:

• الأطراف 1-4، 15-18: تتحكم في الشرائح (A, B, C, D, E, F, G, DP) الخاصة بـالرقم 1.
• الأطراف 5-13: تتحكم في الشرائح (A, B, C, D, E, F, G, DP) والمهبط المشترك لـالرقم 2.
• الطرف 14: المهبط المشترك لـالرقم 1.

يظهر مخطط الدائرة الداخلية ترتيب 14 شريحة LED (7 لكل رقم، بالإضافة إلى نقطتين عشريتين) وتوصيلها بـ 18 طرفًا. يلزم استخدام التعددية (Multiplexing) لتشغيل الرقمين: من خلال تمكين مهبط الرقم 1 والرقم 2 بالتناوب مع تزويد إشارات المصعد للشرائح المطلوبة للرقم النشط، يمكن التحكم في كلا الرقمين باستخدام عدد أقل من خطوط الإدخال/الإخراج.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يحدد التصنيف الأقصى المطلق ملف تعريف درجة حرارة اللحام: يمكن للعبوة أن تتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة على بعد 1.6 ملم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس (أي على اللوحة PCB بالقرب من الرصاصة). هذا تصنيف قياسي لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص (مثل استخدام لحام SAC305). يجب على المصممين التأكد من أن ملف تعريف فرن إعادة التدفق يبقى ضمن هذه الحدود لمنع تلف رقائق LED أو الغلاف البلاستيكي. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (ESD) أثناء التعامل. يجب أن يكون التخزين ضمن النطاق المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية في بيئة منخفضة الرطوبة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

لتشغيل هذه الشاشة، يلزم وجود متحكم دقيق أو دائرة متكاملة مخصصة للسائق. بالنسبة لشاشات المهبط المشترك، يتم توصيل أطراف المهبط بالأرض (عبر مفتاح ترانزستور للتعددية)، ويتم توصيل أطراف المصعد بمصدر جهد محدد التيار (على سبيل المثال، عبر مقاوم متسلسل أو سائق تيار ثابت). يحدد الجهد الأمامي (V_F) البالغ 2.6 فولت والتيار المطلوب (I_F، على سبيل المثال، 10-20 مللي أمبير للسطوع الكامل) قيمة المقاوم المتسلسل: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. إذا تم استخدام التعددية لرقمين عند 10 مللي أمبير لكل منهما، فقد يكون التيار الذروي أثناء وقت تشغيل الرقم 10 مللي أمبير، لكن متوسط التيار لكل شريحة يكون أقل، مما يقلل من استهلاك الطاقة.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومات متسلسلة أو سائقي تيار ثابت. لا تقم بتوصيل LED مباشرة بمصدر جهد.
• التعددية (Multiplexing):أساسية لشاشات العرض متعددة الأرقام لتقليل عدد الأطراف. يجب أن يكون معدل التحديث مرتفعًا بما يكفي (>60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن مصابيح LED فعالة، إلا أن تبديد الطاقة (P = V_F* I_F) لكل شريحة يمكن أن يصل إلى 52 ملي واط (2.6 فولت * 20 مللي أمبير). تأكد من وجود تهوية كافية، خاصة عند التشغيل بتيارات عالية أو في درجات حرارة محيطة مرتفعة.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن ضع في اعتبارك خط رؤية المستخدم الأساسي عند تركيب الشاشة.

8. المقارنة التقنية

مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم مصابيح LED الحمراء الشديدة من نوع AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير (مزيد من إخراج الضوء لكل مللي أمبير من التيار) وأداء أفضل في درجات الحرارة المرتفعة. مقارنة بمصابيح LED البيضاء (غالبًا LED أزرق + فوسفور)، فإنها توفر نقاء لونيًا فائقًا وكفاءة أعلى عادةً للضوء الأحمر أحادي اللون. يعد ارتفاع الرقم 0.56 بوصة حجمًا شائعًا، ويوفر توازنًا جيدًا بين قابلية القراءة والضغط مقارنة بشاشات العرض الأصغر (0.3 بوصة) أو الأكبر (0.8 بوصة).

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة (650 نانومتر) والطول الموجي السائد (639 نانومتر)؟

ج: طول موجة الذروة هو أعلى نقطة على منحنى الإخراج الطيفي. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس اللون للعين البشرية. غالبًا ما يختلفان قليلاً.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة باستخدام متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟

ج: نعم. مع V_Fبقيمة 2.6 فولت، فإن مصدر 3.3 فولت كافٍ. سيكون المقاوم المتسلسل: R = (3.3 فولت - 2.6 فولت) / 0.020 أمبير = 35 أوم. سيكون المقاوم القياسي 33 أو 39 أوم مناسبًا.

س: لماذا يكون التيار الأمامي الذروي (90 مللي أمبير) أعلى بكثير من التيار المستمر (25 مللي أمبير)؟

ج: يمكن لـ LED تحمل نبضات تيار عالية وقصيرة دون ارتفاع درجة الحرارة، مما يسمح بمخططات عرض متعددة أكثر سطوعًا (حيث يكون كل رقم قيد التشغيل لجزء من الوقت فقط) أو لإنشاء ومضات ساطعة جدًا.

س: ماذا يعني \"AlInGaP epi على ركيزة GaAs\"؟

ج: الطبقات الباعثة للضوء (الطبقات الطبقية أو \"epi\") مصنوعة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم. يتم زراعتها على رقاقة من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) التي توفر الدعم الهيكلي ولكنها ليست المادة الأساسية الباعثة للضوء.

10. مثال على حالة استخدام عملية

السيناريو: تصميم عرض فولتميتر رقمي بسيط.

تنتج دائرة الفولتميتر إخراج BCD (العدد العشري المشفر ثنائيًا) يتوافق مع قراءة الجهد. يقرأ المتحكم الدقيق قيمة BCD هذه. ثم يستخدم جدول بحث لتحديد الشرائح (A-G) التي يجب إضاءتها لكل رقم لعرض الرقم. تقوم أطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق، المتصلة عبر مقاومات تحديد التيار، بتشغيل أطراف المصعد لشاشة LTD-5023AJD. يتحكم طرفان آخران للإدخال/الإخراج، متصلان بمفاتيح ترانزستور، في أطراف المهبط المشترك (14 و 13). يقوم البرنامج بالتبديل بسرعة (تعددية) بين تمكين الرقم 1 والرقم 2، مع إرسال أنماط المصعد الصحيحة لكل رقم. يوفر الحجم 0.56 بوصة قراءة واضحة من مسافة العمل النموذجية، ويضمن التباين العالي الرؤية تحت إضاءة ورشة العمل. يكون استهلاك الطاقة المنخفض مفيدًا إذا كان العداد محمولاً.

11. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

AlInGaP هو مركب شبه موصل من النوع III-V. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة حيث تتحد. تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد للألومنيوم، والإنديوم، والغاليوم، والفوسفيد في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. بالنسبة للون الأحمر الشديد، يتم ضبط فجوة النطاق لبعث فوتونات حول 650 نانومتر. ركيزة GaAs ممتصة بصريًا عند هذا الطول الموجي، لذلك يتم استخراج الضوء عادةً من السطح العلوي للرقاقة. يشير تعيين \"الأحمر الشديد\" إلى لون أحمر عميق ومشبع بكفاءة إضاءة عالية.

12. اتجاهات تطور التكنولوجيا

تستمر تكنولوجيا شاشات العرض LED في التطور. بينما يظل AlInGaP المادة المهيمنة لمصابيح LED الحمراء والكهرمانية عالية الكفاءة، تشمل الاتجاهات:

• زيادة الكفاءة:تؤدي التحسينات المستمرة في علوم المواد وتصميم الرقائق إلى المزيد من لومن لكل واط، مما يتيح شاشات عرض أكثر سطوعًا بطاقة أقل.
• التصغير:يسمح تطوير هندسات رقائق أصغر بشاشات عرض بدقة أعلى أو أحجام عبوات أصغر.
• تحسين إدارة الحرارة:تقوم مواد وتصميمات عبوات جديدة بتبديد الحرارة بشكل أفضل، مما يسمح بتيارات تشغيل أعلى وسطوع مستدام.
• التكامل:الاتجاه نحو شاشات العرض مع دوائر متكاملة للسائق (\"شاشات ذكية\") لتبسيط تصميم النظام.
• توسيع نطاق الألوان:على الرغم من أن هذا جهاز أحادي اللون، فإن الاتجاهات الأوسع تنطوي على تطوير فوسفورات جديدة ومواد انبعاث مباشر لنطاقات ألوان أوسع في شاشات العرض الملونة الكاملة، على الرغم من أن AlInGaP الأحمر هو مكون رئيسي في أنظمة RGB هذه.