ورقة بيانات شاشة LED رقمية صفراء مقاس 0.3 بوصة - LTD-323JS - ارتفاع الرقم 7.62 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

الجهاز عبارة عن وحدة عرض بارتفاع رقم 0.3 بوصة (7.62 مم). تم تصميمه لتوفير مخرجات رقمية واضحة وعالية الوضوح في عامل شكل مدمج. تستخدم التقنية الأساسية رقائق LED صفراء من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). يتم تصنيع هذه الرقائق على ركيزة GaAs (زرنيخيد الغاليوم) غير شفافة، مما يساهم في تباين وأداء العرض. يتميز التصميم المرئي بواجهة سوداء مع شرائط بيضاء، مما يحسن قابلية القراءة من خلال تعزيز التباين بين المناطق المضاءة وغير المضاءة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم العرض عدة فوائد رئيسية تجعله مناسبًا لمجموعة من التطبيقات. تشمل مزاياه الأساسية انخفاض متطلبات الطاقة، وهو أمر ضروري للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو الموفرة للطاقة. يوفر سطوعًا عاليًا وتباينًا عاليًا، مما يضمن إمكانية القراءة حتى في البيئات المضاءة جيدًا. تتيح زاوية الرؤية الواسعة قراءة المعلومات المعروضة من مواضع مختلفة. يتميز الجهاز بموثوقية الحالة الصلبة، مما يعني عدم وجود أجزاء متحركة وعمر تشغيلي أطول عادةً مقارنة بتقنيات العرض الأخرى. يتم تصنيفه وفقًا للشدة الضوئية، مما يشير إلى أداء متسق ومراقبة جودة. تساهم الشرائط المتجانسة المستمرة في مظهر ممتاز للأحرف. يجعل هذا المزيج من الميزات العرض مثاليًا لتطبيقات مثل لوحات الأجهزة، ومعدات الاختبار، والإلكترونيات الاستهلاكية، وضوابط الصناعة، وأي جهاز يتطلب قراءة رقمية موثوقة وواضحة وفعالة.

2. التفسير العميق الموضوعي للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الكهروضوئية

يتم تعريف الأداء الضوئي واللوني تحت ظروف اختبار محددة. يتم تحديد متوسط الشدة الضوئية (Iv) بحد أدنى 320 ميكروكنديلا، وقيمة نموذجية 800 ميكروكنديلا، وبدون حد أقصى محدد، عند قياسها عند تيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. تشير هذه المعلمة إلى السطوع الملحوظ للشرائط المضاءة. طول موجة الانبعاث الذروي (λp) هو 588 نانومتر، مقاسًا عند IF=20 مللي أمبير، مما يضع الناتج بشكل قاطع في المنطقة الصفراء من الطيف المرئي. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 15 نانومتر (عند IF=20 مللي أمبير)، ويصف نقاء الطيف أو ضيق نطاق طول موجة الضوء المنبعث؛ تشير القيمة الأصغر إلى لون أكثر أحادية اللون. الطول الموجي السائد (λd) هو 587 نانومتر (عند IF=20 مللي أمبير)، وهو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لمطابقة لون الضوء. يتم قياس الشدة الضوئية باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن ارتباط القياس بالرؤية البشرية.

2.2 المعايير الكهربائية

تحدد المواصفات الكهربائية حدود وظروف التشغيل. جهد الأمام لكل شريط (VF) له قيمة نموذجية 2.6 فولت وحد أقصى 2.6 فولت عندما يكون التيار الأمامي 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر شريط LED عندما يكون موصلًا. التيار العكسي لكل شريط (IR) له حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت، مما يشير إلى مستوى التسرب عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي. نسبة مطابقة الشدة الضوئية (IV-m) محددة بـ 2:1 (عند IF=1 مللي أمبير). تحدد هذه النسبة أقصى تباين مسموح به في السطوع بين الشرائط المختلفة لنفس الرقم أو بين الأرقام، مما يضمن تجانسًا بصريًا.

2.3 التقييمات القصوى المطلقة والخصائص الحرارية

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. أقصى تبديد للطاقة لكل شريط هو 70 ميلي واط. ذروة التيار الأمامي لكل شريط هي 60 مللي أمبير، ولكن هذا مسموح به فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). التيار الأمامي المستمر لكل شريط هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. المهم، يجب تخفيض هذا التيار خطيًا بمقدار 0.33 مللي أمبير لكل درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 50 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * 25 درجة مئوية) = 16.75 مللي أمبير. هذا التخفيض بالغ الأهمية للتشغيل الموثوق في درجات الحرارة المرتفعة. أقصى جهد عكسي لكل شريط هو 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين هو من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. أقصى درجة حرارة لحام هي 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى جلوس الجهاز.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز مصنف وفقًا للشدة الضوئية. وهذا يعني عملية فرز أو تصنيف حيث يتم فرز الوحدات بناءً على قياس ناتج الضوء عند تيار اختبار قياسي (على الأرجح 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). وهذا يضمن أن يحصل العملاء على شاشات ذات مستويات سطوع متسقة. بينما لا يتم تفصيل رموز أو نطاقات فرز محددة في هذه الوثيقة، فإن مثل هذا النظام يتضمن عادةً تجميع الأجهزة في فئات (مثل السطوع العالي، السطوع القياسي) لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة أو لضمان الحد الأدنى من مستوى الأداء. نسبة مطابقة الشدة الضوئية 2:1 هي مواصفة ذات صلة تتحكم في التباين داخل جهاز واحد.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. على الرغم من عدم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة ستشمل عادةً:التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V): يوضح هذا العلاقة بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. إنه غير خطي، مع جهد "ركبة" مميز (حوالي Vf النموذجي 2.6 فولت) فوقه يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد.الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي (منحنى L-I): يوضح هذا الرسم البياني كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة تيار القيادة. إنه خطي بشكل عام على مدى معين ولكن يمكن أن يشبع عند تيارات عالية جدًا.الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة: يوضح هذا المنحنى كيف ينخفض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، مما يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة وتخفيض التيار.التوزيع الطيفي: رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند 588 نانومتر وعرض النصف 15 نانومتر، مؤكدًا انبعاث اللون الأصفر.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 رسم الأبعاد

يتم توفير أبعاد العبوة في رسم (يشار إليه ولكن لم يتم تفصيله في النص). يتم تحديد جميع الأبعاد بالمليمترات (مم). التسامح القياسي لهذه الأبعاد هو ±0.25 مم (وهو ما يعادل ±0.01 بوصة) ما لم يذكر ملاحظة ميزة محددة خلاف ذلك. هذا الرسم بالغ الأهمية لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يضمن أن البصمة وأنماط الثقوب تتطابق مع الجهاز المادي.

5.2 توصيل الأطراف وتحديد القطبية

يحتوي الجهاز على تكوين 10 أطراف. إنه عرض أنود مشترك مزدوج (رقمان). توصيل الأطراف كما يلي: الطرف 1: كاثود G؛ الطرف 2: لا يوجد طرف (على الأرجح مكان ميكانيكي احتياطي أو غير مستخدم)؛ الطرف 3: كاثود A؛ الطرف 4: كاثود F؛ الطرف 5: الأنود المشترك (الرقم 2)؛ الطرف 6: كاثود D؛ الطرف 7: كاثود E؛ الطرف 8: كاثود C؛ الطرف 9: كاثود B؛ الطرف 10: الأنود المشترك (الرقم 1). يعني تكوين "الأنود المشترك" أن الأنودات LEDs لكل رقم متصلة داخليًا معًا. لإضاءة شريط، يجب دفع طرف الكاثود المقابل له إلى مستوى منخفض (متصل بالأرض أو مصرف تيار) بينما يتم دفع طرف الأنود المشترك لرقمه إلى مستوى مرتفع (متصل بمصدر الطاقة الموجب عبر مقاومة محددة للتيار).

5.3 مخطط الدائرة الداخلية

يشار إلى مخطط دائرة داخلي. بالنسبة لعرض أنود مشترك، رقمين، 7 شرائط، سيظهر هذا المخطط عادةً: عقدتان أنود مشتركتان، واحدة لكل رقم (الأطراف 10 و 5). سبعة خطوط كاثود (A, B, C, D, E, F, G)، كل منها متصل بشريط LED المقابل في كلا الرقمين. كل شريط LED (مثل شريط "A" للرقم 1 وشريط "A" للرقم 2) يشترك في نفس طرف الكاثود ولكن أنوده متصل بالأنود المشترك لرقمه الخاص. يقلل هذا الترتيب المتعدد من العدد الإجمالي للأطراف المطلوبة للتحكم في العرض.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المواصفة الرئيسية للتجميع المقدمة هي لعملية اللحام. يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية. يجب أن يقتصر هذا التعرض على مدة أقصاها 3 ثوانٍ. يتم قياس درجة الحرارة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى جلوس المكون على PCB. هذا الإرشاد بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع التلف الحراري لرقائق LED أو العبوة البلاستيكية. بالنسبة للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مع وقت تلامس أدنى. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل والتجميع لحماية الوصلات شبه الموصلة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذا العرض مناسب جيدًا لأي تطبيق يتطلب مؤشرًا رقميًا واضحًا وموثوقًا. تشمل الأمثلة: أجهزة القياس الرقمية المتعددة وراسمات الذبذبات. عدادات اللوحة للجهد أو التيار أو درجة الحرارة. الأجهزة الاستهلاكية مثل أفران الميكروويف أو الساعات الرقمية أو معدات الصوت. لوحات التحكم والتحكم الآلي الصناعية. معدات الاختبار والقياس. عدادات السيارات بعد البيع (مع الأخذ في الاعتبار نطاق درجة حرارة التشغيل). الأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية بسبب انخفاض متطلبات الطاقة لديها.

7.2 اعتبارات التصميم وتنفيذ الدائرة

عند تصميم دائرة قيادة، هناك عدة عوامل حاسمة:تحديد التيار: يجب أن يكون لكل شريط مقاومة محددة للتيار على التوالي. يتم حساب قيمة المقاومة بناءً على جهد الإمداد (Vcc)، وجهد الأمام لـ LED (Vf، نموذجي 2.6 فولت)، والتيار الأمامي المطلوب (If). على سبيل المثال، لقيادة شريط عند 20 مللي أمبير مع إمداد 5 فولت: R = (Vcc - Vf) / If = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 أوم.التعددية: بالنسبة للعروض متعددة الأرقام ذات الأنود المشترك، يتم استخدام التعددية. يقوم المتحكم الدقيق بتفعيل أنود مشترك لرقم واحد في كل مرة بينما يخرج نمط الشرائط لذلك الرقم على خطوط الكاثود. يجب أن يكون التبديل سريعًا بدرجة كافية (عادةً >60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.دوائر القيادة المتكاملة (IC): يبسط استخدام دوائر قيادة عرض LED مخصصة (مثل MAX7219، TM1637) التحكم، ويوفر قيادة تيار ثابت، ويتعامل مع التعددية داخليًا.الإدارة الحرارية: الالتزام بمنحنى تخفيض التيار فوق 25 درجة مئوية. تأكد من التهوية الكافية إذا كان العرض في مساحة مغلقة أو بالقرب من مكونات أخرى تولد الحرارة.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات العرض الرقمية الأخرى، يقدم عرض LED الأصفر AlInGaP هذا مزايا مميزة:مقارنة بـ LEDs الحمراء GaAsP/GaP: تقدم تقنية AlInGaP عمومًا كفاءة وسطوعًا أعلى، واستقرارًا حراريًا أفضل من مواد LED الحمراء القديمة. قد يوفر اللون الأصفر وضوحًا أفضل أو تفضيلًا جماليًا في بعض التطبيقات.مقارنة بـ LCDs (شاشات الكريستال السائل): LEDs هي انبعاثية (تنتج ضوءها الخاص)، مما يجعلها مرئية بسهولة في ظروف الإضاءة المنخفضة بدون إضاءة خلفية، بينما تتطلب LCDs العاكسة ضوءًا محيطيًا. تمتلك LEDs زاوية رؤية أوسع بكثير ووقت استجابة أسرع. ومع ذلك، تستهلك LCDs عادةً طاقة أقل بكثير للعروض الثابتة.مقارنة بـ VFDs (شاشات الفلورسنت المفرغة): LEDs هي حالة صلبة، أكثر متانة، ولها عمر أطول، وتتطلب إلكترونيات قيادة أبسط وجهدًا أقل مقارنة بـ VFDs، التي تحتاج إلى جهد أنود مرتفع نسبيًا. المميزات الرئيسية لهذا الجهاز المحدد هي ارتفاع رقمه 0.3 بوصة، ومادة AlInGaP للانبعاث الأصفر، وتكوين الأنود المشترك، وأدائه المحدد في السطوع والتباين وزاوية الرؤية.

9. الأسئلة الشائعة بناءً على المعايير التقنية

س: ما هو الغرض من "لا يوجد طرف" على الطرف 2؟

ج: هذا عادةً ما يكون مكانًا ميكانيكيًا احتياطيًا يستخدم للمحاذاة أثناء عملية التصنيع أو لضمان أن العبوة لها عدد أطراف متماثل للاستقرار على PCB. إنه غير متصل كهربائيًا.

س: كيف أحسب مقاومة تحديد التيار المناسبة؟

ج: استخدم قانون أوم: R = (جهد الإمداد - جهد الأمام لـ LED) / التيار الأمامي المطلوب. استخدم دائمًا أقصى جهد أمامي من ورقة البيانات (2.6 فولت) في حسابك لضمان ألا يتجاوز التيار الحدود الآمنة، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة.

س: هل يمكنني قيادة هذا العرض باستخدام متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟

ج: نعم، ولكن هامش الأمان صغير. مع Vf قدره 2.6 فولت، يتبقى فقط 0.7 فولت لمقاومة تحديد التيار. عند 20 مللي أمبير، يتطلب هذا مقاومة 35 أوم فقط. قد يكون السطوع أقل قليلاً. غالبًا ما يكون من الأفضل استخدام تيار قيادة أقل (مثل 10-15 مللي أمبير) أو استخدام دائرة قيادة متكاملة يمكنها توفير مصدر جهد أعلى.

س: ماذا يعني "مصنف وفقًا للشدة الضوئية" لتصميمي؟

ج: هذا يعني أن الشاشات يتم اختبارها وفرزها حسب السطوع. عند الشراء، قد تتلقى وحدات من "صنف" سطوع محدد. للمظهر المتسق في منتج، من المهم تحديد ما إذا كنت بحاجة إلى درجة سطوع معينة أو توريد جميع الوحدات لدورة إنتاج من نفس دفعة الشركة المصنعة.

س: لماذا تخفيض التيار ضروري؟

ج: تقل كفاءة LED مع زيادة درجة الحرارة. قيادة LED بنفس التيار عند درجة حرارة تقاطع أعلى ينتج المزيد من الحرارة، وليس المزيد من الضوء، مما قد يؤدي إلى الهروب الحراري والفشل. يقلل تخفيض التيار من تبديد الطاقة وتوليد الحرارة في درجات الحرارة المحيطة العالية، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد.

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم قراءة فولتميتر رقمين

يقوم مصمم بإنشاء عرض فولتميتر تيار مستمر بسيط من 0-99 فولت. يختار هذا العرض لوضوحه وحجمه. يستخدم النظام متحكمًا دقيقًا مع محول تناظري رقمي (ADC) لقياس الجهد. لا يمكن لأطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق توفير/استهلاك تيار كافٍ لـ LEDs. يختار المصمم دائرة قيادة LED مخصصة بمخرجات تيار ثابت ودعم تعددية. يتم توصيل القائد بالعرض: مخرجات شرائط القائد متصلة بأطراف الكاثود للعرض (A-G)، وموصلات الرقمين للقائد متصلة بأطراف الأنود المشتركة (10 و 5). يتواصل المتحكم الدقيق مع دائرة القيادة المتكاملة عبر واجهة تسلسلية (مثل SPI أو I2C)، مرسلاً قيم الأرقام. تتعامل دائرة القيادة المتكاملة مع التعددية، وتجدد كل رقم بتردد 500 هرتز لتجنب الوميض. يتم ضبط تحديد التيار داخل دائرة القيادة المتكاملة إلى 15 مللي أمبير لكل شريط لموازنة السطوع واستهلاك الطاقة، مع البقاء ضمن تصنيف 25 مللي أمبير المستمر عند درجة حرارة التشغيل المتوقعة. يتضمن تخطيط PCB البصمة الدقيقة من رسم الأبعاد، مع تخفيف حراري على الوسادات لأطراف الأنود المشتركة التي قد تحمل متوسط تيار أعلى.

11. مقدمة عن المبدأ

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في المواد شبه الموصلة. يشكل هيكل AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) وصلة p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد حاجز الوصلة (الجهد الأمامي، Vf)، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في منطقة الوصلة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة. في أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة مثل AlInGaP، يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة الفجوة، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. بالنسبة لهذا الجهاز، يتم ضبط التركيب لإنتاج فوتونات بطول موجي حوالي 588 نانومتر، والذي يُدرك كضوء أصفر. تساعد الركيزة GaAs غير الشفافة على امتصاص الضوء الشارد، مما يحسن التباين عن طريق منع الانعكاسات الداخلية التي قد تجعل الشرائط غير المضاءة تبدو مضاءة بشكل خافت.

12. اتجاهات التطوير

يتبع تطور تقنية عرض LED مثل هذا عدة اتجاهات صناعية:زيادة الكفاءة: يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) وكفاءة استخراج الضوء لـ AlInGaP ومواد LED الأخرى، مما يؤدي إلى سطوع أعلى عند تيارات أقل.التصغير: هناك دفع مستمر لمسافات بكسل/رقم أصغر وحزم ذات مظهر جانبي أقل مع الحفاظ على الأداء البصري أو تحسينه.تعزيز الموثوقية والعمر الافتراضي: تستمر التحسينات في مواد التغليف، وطرق ربط القالب، وتقنية الفوسفور (لـ LEDs البيضاء) في إطالة العمر التشغيلي والاستقرار مع درجة الحرارة والوقت.التكامل: تشمل الاتجاهات دمج دوائر القيادة، ومحددات التيار، أو حتى المتحكمات الدقيقة مباشرة مع وحدة العرض، مما يبسط عملية تصميم المستخدم النهائي.نطاقات ألوان أوسع ومواد جديدة: بينما يستخدم هذا الجهاز AlInGaP للون الأصفر، مكّن البحث في مواد مثل GaN (نتريد الغاليوم) وسبائكه (InGaN، AlGaN) من الحصول على LEDs زرقاء وخضراء وبيضاء عالية الكفاءة. لا يزال السعي للحصول على LEDs حمراء وعنبرية فعالة باستخدام أنظمة مواد أخرى نشطًا. بالنسبة للعروض الرقمية، فإن الاتجاه هو نحو وحدات أكثر تسطيحًا وتعدد استخدامات يمكن دمجها بسهولة في تصاميم المنتجات الحديثة.