ورقة بيانات شاشة LED طراز LTS-3861JF - ارتفاع الرقم 0.3 بوصة (7.62 مم) - لون أصفر برتقالي بتقنية AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LTS-3861JF وحدة عرض LED رقمية أحادية، مكونة من 7 شرائح بالإضافة إلى النقطة العشرية على الجانب الأيمن. وظيفتها الأساسية هي توفير مخرجات رقمية وأبجدية رقمية محدودة واضحة ومرئية للغاية في الأجهزة الإلكترونية. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لرقائق LED، والمعروفة بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في المنطقة الصفراء البرتقالية من الطيف. يتميز الجهاز بوجه رمادي مع شرائح بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة. تم تصميمه بتكوين أنود مشترك، مما يبسط دائرة القيادة في العديد من التطبيقات القائمة على المتحكمات الدقيقة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لهذه الشاشة من بنائها وتصميمها باستخدام تقنية AlInGaP. فهي توفر سطوعًا عاليًا وتباينًا ممتازًا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها الرؤية تحت ظروف إضاءة مختلفة أمرًا بالغ الأهمية. تضمن زاوية الرؤية الواسعة بقاء العرض مقروءًا من مواقع خارج المحور. تجعل متطلبات الطاقة المنخفضة والموثوقية العالية للحالة الصلبة منها مثالية للاستخدام طويل الأمد في الإلكترونيات الاستهلاكية والصناعية. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية لوحات الأجهزة، ومعدات نقاط البيع، والأجهزة المنزلية، ووحدات التحكم الصناعية، وأجهزة الاتصالات حيث تكون هناك حاجة إلى قراءة رقمية بسيطة وموثوقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للخصائص الكهربائية والبصرية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تصنيف شدة الإضاءة، بقيمة نموذجية تبلغ 600 ميكروكانديلا (ucd) عند تيار أمامي قدره 1 مللي أمبير. يتم قياس هذه المعلمة باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن ارتباط القيمة بإدراك الإنسان للسطوع. الطول الموجي السائد هو 605 نانومتر (nm)، مما يضع الناتج بشكل قاطع في نطاق اللون الأصفر البرتقالي. نصف عرض الخط الطيفي هو 17 نانومتر، مما يشير إلى لون نقي نسبيًا ومشبع مع انتشار طيفي ضئيل. نسبة مطابقة شدة الإضاءة بين الشرائح محددة عند 2:1، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر الرقم.

2.2 المعلمات الكهربائية

الجهد الأمامي لكل شريحة LED هو 2.60 فولت نموذجيًا عند 20 مللي أمبير. يجب على المصممين مراعاة نطاق الجهد الأمامي (2.05 فولت إلى 2.60 فولت) عند تصميم دائرة تحديد التيار لضمان سطوع متسق عبر دفعات الإنتاج. يتم تحديد التيار العكسي بحد أقصى 100 ميكروأمبير عند انحياز عكسي 5 فولت. من المهم للغاية ملاحظة أن حالة الجهد العكسي هذه هي لأغراض الاختبار فقط؛ لم يتم تصميم الجهاز للعمل المستمر تحت انحياز عكسي. تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود التشغيل: تبدد طاقة 70 ملي واط لكل شريحة، وذروة تيار أمامي 90 مللي أمبير تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، نبضة 0.1 مللي ثانية)، وتيار أمامي مستمر 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع تخفيض خطي بمقدار 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق تلك درجة الحرارة.

2.3 التصنيفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مع نطاق تخزين مماثل. يدعم هذا النطاق الواسع النشر في بيئات تتعرض لتغيرات كبيرة في درجة الحرارة. تصنيف درجة حرارة اللحام حاسم للتجميع: يجب ألا تتجاوز درجة حرارة جسم المكون الحد الأقصى المسموح به أثناء اللحام، مع إرشاد بدرجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ للأطراف على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس.

3. نظام التصنيف والفرز

تشير ورقة البيانات إلى أن الأجهزة مصنفة حسب شدة الإضاءة. وهذا يعني أنه يتم اختبار الوحدات وفرزها إلى مجموعات مختلفة بناءً على ناتج الضوء المقاس عند تيار اختبار قياسي (عادة 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع ذات سطوع متسق لتطبيق معين. بينما لا يتم تفصيل رموز المجموعات المحددة في هذا المقتطف، فإن مواصفة نسبة مطابقة الشدة 2:1 تضمن أن الشرائح داخل جهاز واحد سيكون لها سطوع موحد بشكل معقول. يجب على المصممين استشارة الشركة المصنعة للحصول على معلومات تفصيلية عن التصنيف إذا كانت هناك حاجة إلى توحيد سطوع دقيق عبر شاشات متعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

يتم الإشارة إلى منحنيات الأداء النموذجية في ورقة البيانات. هذه الرسوم البيانية ضرورية لفهم سلوك الجهاز بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة عند 25 درجة مئوية. تشمل عادةً:

• منحنى IV (التيار مقابل الجهد):يوضح العلاقة بين الجهد الأمامي والتيار الأمامي. هذا المنحنى غير خطي وهو حاسم لتصميم مقاومة تحديد التيار الصحيحة أو قائد تيار ثابت.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة التيار. يساعد في تحديد تيار القيادة الأمثل لمستوى سطوع مرغوب مع مراعاة تبديد الطاقة وعمر التشغيل.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية أو تيارات قيادة عالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند 611 نانومتر وعرض الطيف.

تسمح هذه المنحنيات للمهندسين بالتنبؤ بالأداء تحت ظروف العالم الحقيقي غير المثالية.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يبلغ ارتفاع الرقم في الشاشة 0.3 بوصة (7.62 مم). يوفر رسم أبعاد العبوة بيانات ميكانيكية حاسمة لتصميم البصمة على اللوحة المطبوعة (PCB) وتركيب العلبة. تم ملاحظة التسامحات الرئيسية: ±0.25 مم لمعظم الأبعاد وتسامح انزياح طرف الدبوس ±0.4 مم. قطر فتحة PCB الموصى به للأطراف هو 1.40 مم. تتضمن ورقة البيانات أيضًا ملاحظات مراقبة الجودة فيما يتعلق بمستويات المواد الغريبة المقبولة، والفقاعات في الشريحة، وانحناء العاكس، وتلوث حبر السطح.

5.1 مخطط الأطراف والدائرة الكهربائية

يحتوي الجهاز على تكوين 10 أطراف في صف واحد. يظهر مخطط الدائرة الداخلية تصميم أنود مشترك، حيث يتم توصيل أنودات جميع مصابيح LED لرقم معين معًا. جدول توصيل الأطراف ضروري للتوصيل الصحيح:
الطرف 1: الأنود المشترك
الطرف 2: الكاثود F (شريحة)
الطرف 3: الكاثود G (شريحة)
الطرف 4: الكاثود E (شريحة)
الطرف 5: الكاثود D (شريحة)
الطرف 6: الأنود المشترك (موصول داخليًا بالطرف 1)
الطرف 7: الكاثود D.P. (النقطة العشرية)
الطرف 8: الكاثود C (شريحة)
الطرف 9: الكاثود B (شريحة)
الطرف 10: الكاثود A (شريحة)
يساعد طرفا الأنود المزدوجان (1 و 6) في توزيع التيار ويمكن ربطهما معًا على اللوحة المطبوعة (PCB).

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 إعادة التدفق واللحام اليدوي

لعمليات اللحام الآلي، يتم تحديد الشرط بدرجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. بالنسبة للحام اليدوي، يُسمح بدرجة حرارة أعلى للمكواة تبلغ 350 درجة مئوية ±30 درجة مئوية، ولكن يجب تحديد وقت التلامس بما لا يزيد عن 5 ثوانٍ. يمكن أن يؤدي تجاوز هذه الملفات الزمنية-الحرارية إلى إتلاف الإيبوكسي الداخلي، أو رقائق LED، أو وصلات الأسلاك.

6.2 التخزين والتعامل

على الرغم من عدم تفصيلها صراحةً في المقتطف، فإن احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية تنطبق على أجهزة LED. يجب تخزينها في عبوات مضادة للكهرباء الساكنة في بيئة خاضعة للتحكم ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) لمنع امتصاص الرطوبة والتدهور الآخر.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

باعتبارها شاشة ذات أنود مشترك، يتم توصيل الأنودات عادةً بجهد إمداد موجب (Vcc) من خلال مقاومة تحديد تيار، أو يُفضل أن يتم قيادتها بواسطة مصدر تيار ثابت أو طرف متحكم دقيق مُهيأ كمصدر تيار (إذا كان ضمن إمكانياته). يتم توصيل أطراف الكاثود بالأرض (لتفريغ التيار) لتشغيل شريحة. هذا هو عكس شاشة الكاثود المشترك. تعد تعدد الإرسال (Multiplexing) لعدة أرقام تقنية شائعة لتوفير أطراف الإدخال/الإخراج (I/O)، حيث يتم تبديل الأنودات بسرعة بينما يتم تقديم أنماط الكاثود المقابلة.

7.2 تحذيرات تصميم حرجة

يُسلط قسم "التحذيرات" الضوء على عدة نقاط حيوية:
1. تحديد التيار إلزامي:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. يلزم دائمًا وجود مقاومة على التوالي أو دائرة تيار ثابت نشطة لمنع الانحراف الحراري والتدمير.
2. ضع في اعتبارك تباين الجهد الأمامي:يجب تصميم الدائرة لتوفير تيار القيادة المقصود عبر نطاق VF الكامل (2.05 فولت - 2.60 فولت).
3. تجنب الانحياز العكسي:يجب أن تتضمن دائرة القيادة حماية (مثل ثنائي موازٍ) لمنع ذروات الجهد العكسي أثناء دورات الطاقة.
4. الإدارة الحرارية:يجب تخفيض تيار القيادة لدرجات الحرارة المحيطة العالية. يؤدي التيار الزائد أو درجة حرارة التشغيل العالية إلى تسريع تدهور ناتج الضوء والفشل المبكر.
5. نطاق التطبيق:الجهاز مخصص للمعدات الإلكترونية القياسية. للتطبيقات الحرجة للسلامة (الطيران، الطبية، إلخ)، يلزم استشارة وتأهيل محددان.

8. الموثوقية والاختبار

يخضع الجهاز لمجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية بناءً على المعايير العسكرية (MIL-STD)، واليابانية (JIS)، والمعايير الداخلية. وتشمل هذه:
- اختبار عمر التشغيل (RTOL):1000 ساعة عند أقصى تيار مقنن.
- اختبارات الإجهاد البيئي:التخزين في درجة حرارة/رطوبة عالية، التخزين في درجة حرارة عالية/منخفضة، دورات الحرارة، والصدمة الحرارية.
- اختبارات متانة العمليات:اختبارات مقاومة اللحام وقابلية اللحام.
تتحقق هذه الاختبارات من قدرة الجهاز على تحمل صعوبات التصنيع والتخزين والتشغيل طويل الأمد.

9. المقارنة والتمييز

يتمثل التمييز الأساسي لـ LTS-3861JF في استخدامها لتقنية AlInGaP للانبعاث الأصفر البرتقالي. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا حراريًا أفضل، مما يؤدي إلى ناتج أكثر إشراقًا وثباتًا. يوفر تصميم الوجه الرمادي/الشرائح البيضاء تباينًا فائقًا مقارنةً بالعبوات المنتشرة بالكامل. يستهدف حجم الرقم 0.3 بوصة مكانة محددة بين الشاشات الأصغر والأقل قابلية للقراءة والشاشات الأكبر والأعلى استهلاكًا للطاقة.

10. الأسئلة المتكررة (FAQ)

س: ما الفرق بين الأنود المشترك والكاثود المشترك؟
ج: في شاشة الأنود المشترك، يتم توصيل جميع أنودات LED معًا بـ Vcc، ويتم تشغيل الشرائح عن طريق تفريغ التيار (جعل الكاثود منخفضًا). في الكاثود المشترك، يتم توصيل جميع الكاثودات بالأرض، ويتم تشغيل الشرائح عن طريق تزويد التيار (جعل الأنود مرتفعًا). يجب أن تتطابق دائرة القيادة مع النوع.

س: كيف أحسب قيمة مقاومة تحديد التيار؟
ج: استخدم قانون أوم: R = (V_supply - VF_LED) / I_desired. استخدم أقصى VF من ورقة البيانات (2.60 فولت) لضمان تيار كافٍ عند الطرف المنخفض من نطاق VF. لإمداد 5 فولت وتيار مرغوب 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 أوم. تحقق دائمًا من تصنيف قدرة المقاومة: P = I^2 * R.

س: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق؟
ج: يعتمد ذلك على قدرة طرف المتحكم الدقيق على تزويد/تفريغ التيار. يمكن للعديد من المتحكمات الدقيقة تفريغ تيار أكثر مما يمكنها تزويده. بالنسبة لشاشة الأنود المشترك (تفريغ التيار)، قد تتمكن من قيادتها مباشرة إذا كان تيار الشريحة (مثل 10-20 مللي أمبير) ضمن مواصفات تيار التفريغ للمتحكم الدقيق لكل طرف والحد الإجمالي للعبوة. غالبًا ما يتم استخدام دائرة متكاملة قائدة (مثل سجل الإزاحة 74HC595 مع قائد تفريغ TPIC6B595، أو قائد LED مخصص) للتعددية وتوفير تيار أعلى.

11. مثال تطبيقي عملي

السيناريو: تصميم عرض مؤقت رقمي بسيط.
يتم استخدام أربعة أرقام من طراز LTS-3861JF لإظهار الدقائق والثواني (MM:SS). تم اختيار متحكم دقيق بأطراف إدخال/إخراج محدودة.التنفيذ:استخدم التعددية (Multiplexing). قم بتوصيل جميع كاثودات الشرائح المقابلة (A, B, C, D, E, F, G, DP) للأرقام الأربعة معًا. تتصل هذه الخطوط الثمانية بثمانية أطراف متحكم دقيق مُهيأة كمخرجات (لتفريغ التيار). يتم توصيل طرف الأنود المشترك لكل رقم بطرف متحكم دقيق منفصل عبر ترانزستور NPN صغير (مثل 2N3904) يمكنه التعامل مع إجمالي تيار الرقم (حتى 8 شرائح * 20 مللي أمبير = 160 مللي أمبير). يقوم المتحكم الدقيق بالدوران بسرعة عبر تشغيل ترانزستور واحد (تمكين رقم واحد) أثناء إخراج نمط الشريحة لذلك الرقم على خطوط الكاثود. يمنع معدل التحديث >100 هرتز الوميض المرئي. يتم وضع مقاومات تحديد التيار إما على خطوط الكاثود أو مسارات الأنود.

12. مبدأ التقنية

AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم) هو شبه موصل مركب من المجموعة III-V. عند الانحياز الأمامي، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد النسبة المحددة لـ Al و In و Ga و P في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. للضوء الأصفر البرتقالي (~605 نانومتر)، يتم استخدام تركيبة محددة. يتم زراعة AlInGaP على ركيزة GaAs. تشتهر بكفاءتها الكمية الداخلية العالية وأدائها الجيد في درجات الحرارة المرتفعة مقارنة بأنظمة المواد الأخرى للألوان الحمراء والصفراء.

13. اتجاهات الصناعة

يتجه الاتجاه في شاشات LED المنفصلة نحو كفاءة أعلى، ونطاق ألوان أوسع، والتكامل مع تقنية التركيب السطحي (SMT). بينما تظل AlInGaP مهيمنة للون الكهرماني والأحمر عالي الأداء، فإن الأجهزة القائمة على AllnGaN تدفع أكثر نحو الطيف الأخضر والأصفر. هناك أيضًا تحول عام في الصناعة نحو وحدات LED ذات درجة دقة أعلى للعرض المباشر للشاشات الكبيرة، مما يقلل الطلب على الأرقام المجزأة المنفصلة في بعض التطبيقات. ومع ذلك، بالنسبة للقراءات الرقمية البسيطة منخفضة التكلفة وعالية الموثوقية في الأجهزة الصناعية والاستهلاكية، تظل شاشات LED المجزأة مثل LTS-3861JF حلاً قويًا وعمليًا بسبب بساطتها ومتانتها وسهولة واجهتها.