ورقة بيانات شاشة العرض LED من نوع LTD-322JR - ارتفاع الرقم 0.3 بوصة - جهد أمامي 2.6 فولت - لون أحمر فائق - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTD-322JR هي وحدة عرض LED رقمية أحادية مكونة من سبعة قطاعات، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأحرف الرقمية (0-9) وبعض الرموز الأبجدية الرقمية المحدودة بصريًا من خلال الإضاءة الانتقائية لقطاعات LED الفردية الخاصة بها. تم تصنيع الجهاز باستخدام مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم الإنديوم الغاليوم)، والتي يتم زراعتها على ركيزة GaAs (زرنيخيد الغاليوم) غير الشفافة. تم اختيار تقنية المواد هذه خصيصًا لكفاءتها في إنتاج ضوء أحمر عالي السطوع. تتميز الشاشة بوجه أسود، مما يعزز التباين بشكل كبير عن طريق امتصاص الضوء المحيط، وقطاعات بيضاء تضيء بلون أحمر فائق نابض بالحياة عند التشغيل. يبلغ الارتفاع الفعلي للرقم 0.3 بوصة (7.62 مم)، مما يجعله مناسبًا للوحات متوسطة الحجم حيث تكون إمكانية القراءة من مسافة معتدلة أمرًا مهمًا.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لهذه الشاشة من تقنية LED الخاصة بـ AlInGaP وتصميمها. فهي توفر شدة إضاءة عالية، ومظهرًا ممتازًا للأحرف مع قطاعات موحدة مستمرة، وزاوية مشاهدة واسعة، مما يضمن إمكانية القراءة من مواقع مختلفة. تعمل بمتطلبات طاقة منخفضة، مما يساهم في كفاءة الطاقة في التطبيق النهائي. يوفر البناء ذو الحالة الصلبة موثوقية متأصلة وعمر تشغيلي طويل بدون أجزاء متحركة. يجعل هذا المزيج من الميزات LTD-322JR مثالية للأسواق المستهدفة بما في ذلك أدوات القياس الصناعية (مثل عدادات اللوحات، وحدات تحكم العمليات)، والأجهزة الاستهلاكية (مثل أفران الميكروويف، مؤقتات الغسالات)، ومعدات الاختبار والقياس، وأي نظام مضمن يتطلب واجهة عرض رقمية متينة ومشرقة وواضحة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً موضوعيًا ومفصلاً لمواصفات الجهاز كما هو محدد في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• تبديد الطاقة لكل قطاع:70 ملي واط. هذه هي أقصى طاقة يمكن تبديدها بأمان كحرارة بواسطة قطاع مضاء واحد تحت التشغيل المستمر بالتيار المستمر.
• تيار الذروة الأمامي لكل قطاع:90 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يسمح بفترات قصيرة من التشغيل الزائد لتحقيق سطوع لحظي أعلى، كما في شاشات العرض المتعددة.
• التيار الأمامي المستمر لكل قطاع:25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. هذا هو الحد الأقصى الموصى به للتيار للتشغيل الثابت (DC) لقطاع واحد في درجة حرارة الغرفة. يتناقص التصنيف خطيًا بمقدار 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta) فوق 25 درجة مئوية، مما يعني أن التيار المستمر المسموح به يتناقص لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• الجهد العكسي لكل قطاع:5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا إلى انهيار وصلة PN الخاصة بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصنيف الجهاز للعمل والتخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم تحت مستوى الجلوس (عادة سطح PCB). هذه معلمة حرجة لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع التلف الحراري لرقائق LED أو العبوة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):200 μcd (الحد الأدنى)، 600 μcd (النموذجي) عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير. هذا يقيس السطوع الملحوظ لإخراج الضوء. يشير النطاق الواسع إلى نظام تصنيف للشدة.
• الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_p):639 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الطيفية في الحد الأقصى، مما يضعه في منطقة "الأحمر الفائق" أو "البرتقالي المحمر" من الطيف المرئي.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (النموذجي). يقيس هذا عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، مما يشير إلى لون أحمر أحادي النطاق نقي نسبيًا.
• الطول الموجي المهيمن (λ_d):631 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بنقطة اللون.
• الجهد الأمامي لكل قطاع (V_F):2.0 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر قطاع LED عند توصيل التيار المحدد. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي لكل قطاع (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى). تحدد هذه النسبة القصوى المسموح بها بين ألمع وأخفت قطاع داخل رقم واحد، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة". وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بعد التصنيع.

3.1 تصنيف شدة الإضاءة

بسبب الاختلافات المتأصلة في عملية تصنيع أشباه الموصلات، تظهر رقائق LED الفردية اختلافات طفيفة في كفاءة إخراج الضوء. لضمان الاتساق للمستخدم النهائي، يتم اختبار مصابيح LED وفرزها في مجموعات شدة مختلفة بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير). يشير النطاق المحدد من 200 إلى 600 μcd إلى وجود مجموعات متعددة. يمكن للمصممين اختيار المجموعات المناسبة لمتطلبات تجانس السطوع في تطبيقهم. نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1 للقطاعات داخل جهاز واحد هي تسامح أضيق يتم تطبيقه بعد التصنيف.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما يشير مقتطف ورقة البيانات المقدم إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة غير مدرجة في النص. بناءً على سلوك LED القياسي، ستوضح هذه المنحنيات عادةً العلاقات التالية، والتي تعتبر بالغة الأهمية لتصميم الدائرة:

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

يظهر هذا الرسم البياني العلاقة الأسية بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. جهد "الركبة"، حول 2.6 فولت النموذجي، هو المكان الذي يبدأ فيه التيار في الزيادة بشكل كبير. يجب على المشغلات تنظيم التيار، وليس الجهد، للتشغيل المستقر.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا المنحنى كيف يزيد إخراج الضوء مع التيار الأمامي. يكون خطيًا بشكل عام على نطاق واسع ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة.

4.3 شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة

ينخفض إخراج ضوء LED مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. هذا المنحنى ضروري للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة لفهم احتياجات تعويض السطوع.

4.4 التوزيع الطيفي

رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند ~639 نانومتر وعرض الطيف ~20 نانومتر، مما يؤكد نقاء اللون.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي الجهاز على عبوة قياسية ذات 10 أطراف في خط واحد (SIL). يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام يبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تشمل الأبعاد الرئيسية الارتفاع الإجمالي، والعرض، والعمق، وحجم نافذة الرقم، والمسافة بين الأطراف (الملعب)، وهي حرجة لتخطيط PCB.

5.2 توصيل الأطراف وتحديد القطبية

LTD-322JR هي شاشةمزدوجة ذات كاثود مشترك. وهذا يعني أنها تحتوي على رقمين مستقلين (الرقم 1 والرقم 2) داخل عبوة واحدة، لكل منهما طرف كاثود مشترك خاص به. توصيل الأطراف كما يلي:

• الطرف 1: الأنود G (القطاع G)
• الطرف 2: لا يوجد اتصال
• الطرف 3: الأنود A (القطاع A)
• الطرف 4: الأنود F (القطاع F)
• الطرف 5: الكاثود المشترك (الرقم 2)
• الطرف 6: الأنود D (القطاع D)
• الطرف 7: الأنود E (القطاع E)
• الطرف 8: الأنود C (القطاع C)
• الطرف 9: الأنود B (القطاع B)
• الطرف 10: الكاثود المشترك (الرقم 1)

يعني تكوين "الكاثود المشترك" أن جميع الكاثودات (الأطراف السالبة) لمصابيح LED لرقم معين متصلة داخليًا معًا. لإضاءة قطاع ما، يجب تشغيل طرف الأنود المقابل له إلى مستوى مرتفع (أو توصيله بمصدر تيار عبر مقاوم)، بينما يجب توصيل الكاثود المشترك لذلك الرقم بالأرضي (منخفض). هذا التكوين شائع جدًا ويبسط عملية التعددية (Multiplexing).

يمثل المخطط الداخلي بشكل مرئي الاتصالات الكهربائية الموصوفة أعلاه. يظهر مجموعتين من سبعة مصابيح LED (القطاعات A-G)، كل مجموعة تشترك في اتصال كاثود مشترك للرقم 1 والرقم 2 على التوالي. الأنود لكل قطاع مقابل (مثل القطاع A للرقم 1 والقطاع A للرقم 2) هي أطراف منفصلة، مما يسمح بالتحكم المستقل.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الالتزام بملف اللحام المحدد أمر بالغ الأهمية لمنع التلف.

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق (Reflow)

يحدد التصنيف الأقصى المطلق درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم تحت مستوى الجلوس (عادة سطح PCB). يتوافق هذا مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (مثل IPC/JEDEC J-STD-020). يجب التحكم في معدلات التسخين المسبق، والنقع، وإعادة التدفق، والتبريد وفقًا لمواصفات تجميع PCB. يجب تجنب الصدمة الحرارية.

6.2 التعامل والتخزين

يجب تخزين الأجهزة في أكياس الحاجز الرطوبة الأصلية مع مجفف في بيئة خاضعة للتحكم (ضمن نطاق تخزين -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية). يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل لحماية وصلات LED الحساسة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

طريقة التشغيل الأكثر شيوعًا هي

التعددية (Multiplexing). نظرًا لأن الشاشة تحتوي على رقمين بكاثودات مشتركة منفصلة، يمكن للمتحكم الدقيق التبديل بسرعة بين إضاءة الرقم 1 والرقم 2. لكل دورة رقمية، يضع الكاثود المشترك المنخفض المناسب ويطبق النمط الصحيح للإشارات المرتفعة على أطراف أنود القطاع (عبر مقاومات تحديد التيار). يدمج استمرار الرؤية للعين البشرية هذه النبضات السريعة في رقم ثنائي مستقر. تقلل هذه الطريقة بشكل كبير من عدد أطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق المطلوبة مقارنة بالتشغيل الثابت (DC).7.2 اعتبارات التصميم

مقاومات تحديد التيار:

• ضرورية لكل خط أنود. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vالمصدر_{- V}) / I_F. باستخدام V_Fالنموذجي البالغ 2.6 فولت عند 20 مللي أمبير ومصدر 5 فولت، R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 أوم. غالبًا ما تُستخدم قيمة أعلى قليلاً (مثل 150 أوم) لزيادة العمر الافتراضي ومراعاة اختلاف V_Fالمصدر_{تردد التعددية (Multiplexing):} variations.
• يجب أن يكون مرتفعًا بما يكفي لتجنب الوميض المرئي، عادةً فوق 60-100 هرتز. دورة العمل لكل رقم في تعددية ثنائية الرقم هي 1/2، لذا يمكن أن يكون تيار الذروة أعلى من التصنيف DC للحفاظ على متوسط السطوع (كما يسمح به تصنيف الذروة البالغ 90 مللي أمبير).زاوية المشاهدة:
• زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن ضع في الاعتبار اتجاه المشاهدة الأساسي أثناء تصميم الغلاف الميكانيكي.تعزيز التباين:
• يوفر الوجه الأسود تباينًا متأصلًا. تأكد من أن نافذة العرض أو الغطاء لا يسببان انعكاسات أو وهجًا قد يقلل من إمكانية القراءة.8. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بتقنيات LED الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، توفر تقنية AlInGaP المستخدمة في LTD-322JR كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل. كما توفر نقاء لوني أفضل واستقرارًا على درجة الحرارة والعمر الافتراضي. مقارنة بالبدائل المعاصرة، فإن عوامل التمييز الرئيسية لها هي ارتفاع الرقم المحدد 0.3 بوصة في تكوين مزدوج بكاثود مشترك، ونقطة اللون الأحمر الفائق (~639 نانومتر)، والتصنيف حسب شدة الإضاءة مما يساعد في تحقيق شاشات موحدة عند استخدام وحدات متعددة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بواسطة متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟

نعم، ولكن هناك حاجة إلى حساب دقيق. مع V

بقيمة 2.6 فولت، هامش الجهد (3.3 فولت - 2.6 فولت = 0.7 فولت) منخفض. باستخدام الصيغة R = 0.7 فولت / I_F، لتيار 10 مللي أمبير ستحتاج إلى مقاوم 70 أوم. عند 20 مللي أمبير، المقاوم المطلوب 35 أوم لا يترك أي هامش تقريبًا لاختلاف V_Fالمصدر_{أو V}، مما قد يؤدي إلى تعتيم الشاشة. من الأكثر موثوقية استخدام مصدر 5 فولت لقطاعات LED، يتم التحكم فيه عبر ترانزستورات أو IC مشغل من المتحكم الدقيق 3.3 فولت._F9.2 ما الفرق بين الطول الموجي "الذروة" و"المهيمن"؟

الطول الموجي الذروة (λ

):_pالطول الموجي الفردي حيث يكون ناتج الطاقة البصرية هو الأعلى فعليًا.الطول الموجي المهيمن (λ):_dالطول الموجي للضوء أحادي اللون الذي سيبدو بنفس لون إخراج LED للمراقب البشري القياسي. يتم حسابه من الطيف الكامل لـ LED ووظائف مطابقة ألوان CIE. بالنسبة لـ LED ذو الطيف الضيق مثل هذا، غالبًا ما تكون قريبة في القيمة.9.3 كيف أحقق سطوعًا موحدًا عند استخدام التعددية (Multiplexing)؟

تأكد من أن روتين التعددية له وقت تشغيل متساوٍ لكل رقم. نظرًا لأن السطوع يتناسب مع متوسط التيار، يمكنك ضبط تيار القطاع (عبر قيم المقاوم أو إعدادات المشغل) للتعويض عن دورة العمل. للتعددية ثنائية الرقم بدورة عمل 1/2، قد تقوم بتشغيل كل قطاع بتيار ذروة 40 مللي أمبير (ضمن تصنيف 90 مللي أمبير) لتحقيق متوسط 20 مللي أمبير، مطابقًا لشرط الاختبار DC للسطوع.

10. دراسة حالة تصميمية

السيناريو:

تصميم قراءة درجة حرارة رقمية بسيطة مكونة من رقمين لوحدة تحكم فرن صناعي. لدى المتحكم الدقيق عدد محدود من أطراف الإدخال/الإخراج.التنفيذ:
LTD-322JR مثالية. يتطلب تصميمها المزدوج بكاثود مشترك 8 أطراف إدخال/إخراج فقط للتحكم (7 أنودات للقطاعات + 1 طرف لتبديل الكاثودين المشتركين، باستخدام ترانزستور إذا لزم الأمر). يضمن السطوع العالي وزاوية المشاهدة الواسعة إمكانية قراءة درجة الحرارة على أرضية المصنع. تضمن تقنية AlInGaP أداءً مستقرًا في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة بالقرب من الفرن. يختار المصمم مصابيح LED من نفس مجموعة شدة الإضاءة لضمان ظهور كلا الرقمين بنفس السطوع. يتم حساب مقاومات تحديد التيار لمصدر 5 فولت وتيار ذروة متعدد 30 مللي أمبير لكل قطاع، مما يوفر عرضًا مشرقًا وخاليًا من الوميض.11. مقدمة عن مبدأ التقنية

AlInGaP هو أشباه موصلات مركبة من المجموعة III-V. عند الانحياز الأمامي، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlInGaP الطول الموجي للضوء المنبعث، والذي في هذه الحالة يكون في المنطقة الحمراء (~639 نانومتر). يساعد استخدام ركيزة GaAs غير الشفافة في احتواء الضوء داخل الهيكل، وتوجيه المزيد منه لأعلى عبر الجزء العلوي من الرقاقة لتحقيق كفاءة استخراج أعلى مقارنة بتصميمات الركيزة الشفافة الأقدم. تمتص العبوة الإيبوكسية السوداء الضوء الشارد، مما يحسن التباين.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل AlInGaP تقنية مهيمنة لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والصفراء عالية الكفاءة، يركز البحث المستمر على تحسين الكفاءة عند تيارات تشغيل أعلى (تقليل "انخفاض الكفاءة") وتعزيز الموثوقية. بالنسبة للشاشات، فإن الاتجاه هو نحو كثافة بكسل أعلى (أرقام/مصابيح LED منفصلة أصغر) وتكامل الإلكترونيات المشغلة مباشرة في العبوة ("شاشات ذكية"). ومع ذلك، بالنسبة لشاشات العرض الرقمية المجزأة القياسية مثل LTD-322JR، فإن التقنية ناضجة، مع التركيز على خفض التكلفة، وتصنيف أكثر دقة للتجانس، وتحسين إدارة الحرارة للتطبيقات عالية الموثوقية.

While AlInGaP remains a dominant technology for high-efficiency red, orange, and yellow LEDs, ongoing research focuses on improving efficiency at higher drive currents (reducing "efficiency droop") and enhancing reliability. For displays, the trend is towards higher pixel densities (smaller digits/discrete LEDs) and the integration of driver electronics directly into the package ("intelligent displays"). However, for standard segmented numeric displays like the LTD-322JR, the technology is mature, with emphasis on cost reduction, tighter binning for uniformity, and improved thermal management for high-reliability applications.