ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-5836JG - ارتفاع الرقم 0.52 بوصة - أخضر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-5836JG هي وحدة عرض LED رقمية سباعية الشرائح عالية الأداء ومتعددة الأرقام (ثلاثية). تم تصميمها للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) المزروعة على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs)، والمصممة لإصدار الضوء الأخضر. يُعرف نظام المواد هذا بكفاءته العالية ونقاء لونه الممتاز. يتميز الجهاز بارتفاع رقم يبلغ 0.52 بوصة (13.2 ملم)، مما يوفر وضوحًا جيدًا. تحتوي الشاشة على لوحة وجه رمادية مع شرائح بيضاء، مما يعزز التباين ويحسن وضوح الأحرف تحت ظروف الإضاءة المختلفة. تستخدم تكوين الأنود المشترك، وهو تصميم قياسي لتبسيط دوائر القيادة في شاشات العرض متعددة الأرقام.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذه الشاشة شدة إضاءتها العالية، ومظهر الأحرف الممتاز مع إضاءة موحدة للشرائح، وزاوية مشاهدة واسعة تضمن إمكانية القراءة من مواقع مختلفة. يوفر بناؤها ذو الحالة الصلبة موثوقية عالية وعمر تشغيلي طويل مقارنة بتقنيات العرض الأخرى. يجعلها متطلبات الطاقة المنخفضة مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو التي تراعي استهلاك الطاقة. يستهدف هذا المنتج عادةً أجهزة القياس الصناعية، والإلكترونيات الاستهلاكية (مثل الساعات والموقتات والأجهزة المنزلية)، ومعدات الاختبار والقياس، وأي تطبيق يتطلب شاشة رقمية موثوقة ومشرقة وسهلة القراءة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

تحدد الخصائص الكهربائية والبصرية الحدود التشغيلية وأداء شاشة LED. يعد فهم هذه المعلمات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدوائر المناسب ودمج النظام.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

المعيار البصري الرئيسي هو متوسط شدة الإضاءة لكل شريحة. تحت تيار اختبار قياسي يبلغ 10 مللي أمبير، تبلغ القيمة النموذجية 577 ميكروكانديلا (µcd)، مع قيمة دنيا محددة تبلغ 200 µcd. يضمن هذا المستوى العالي من السطوع وضوحًا جيدًا. يبلغ طول موجة الانبعاث الذروي (λp) نموذجيًا 571 نانومتر (nm)، مما يضعها بقوة في المنطقة الخضراء من الطيف المرئي. يبلغ عرض النصف الطيفي (Δλ) 15 نانومتر، مما يشير إلى انبعاث لوني ضيق ونقي نسبيًا. الطول الموجي السائد (λd) هو 572 نانومتر. يتم تحديد مطابقة شدة الإضاءة بين الشرائح بنسبة قصوى تبلغ 2:1، بهدف ضمان سطوع موحد عبر جميع شرائح الرقم للحصول على مظهر متناسق.

2.2 المعلمات الكهربائية

الجهد الأمامي (VF) لكل شريحة هو معيار حاسم لتصميم السائق. عند تيار أمامي (IF) يبلغ 20 مللي أمبير، يبلغ VF النموذجي 2.6 فولت، بحد أقصى 2.6 فولت وحد أدنى 2.1 فولت. يجب مراعاة نطاق الجهد هذا عند اختيار مقاومات تحديد التيار أو تصميم سائقات التيار الثابت. تيار التسرب العكسي (IR) لكل شريحة منخفض جدًا، بحد أقصى 100 ميكروأمبير (µA) عند جهد عكسي (VR) يبلغ 5 فولت، مما يشير إلى خصائص ثنائية جيدة.

2.3 الحدود القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. أقصى تبديد مستمر للطاقة لكل شريحة هو 70 ملي واط. أقصى تيار أمامي ذروي لكل شريحة هو 60 مللي أمبير، ولكن هذا مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (تردد 1 كيلو هرتز، دورة عمل 10%) لإدارة توليد الحرارة. يتم تخفيض التيار الأمامي المستمر لكل شريحة من 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية. من الضروري فهم منحنى التخفيض هذا لتصميم أنظمة موثوقة تعمل في درجات حرارة محيطة مرتفعة. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من البيئات.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز مصنف حسب شدة الإضاءة. وهذا يعني وجود عملية تصنيف حيث يتم فرز الوحدات بناءً على قياس ناتج الضوء الخاص بها عند تيار اختبار قياسي (على الأرجح 10 مللي أمبير). يتم تعريف التصنيفات بقيم دنيا و قصوى للشدة. يجب أن يدرك المصممون أن طلب هذا الجزء قد ينتج عنه شاشات من تصنيف شدة محدد، مما يؤثر على اتساق سطوع الشاشة بشكل عام، خاصة إذا تم استخدام شاشات متعددة في منتج واحد. لا تحدد ورقة البيانات تصنيفات منفصلة للطول الموجي أو الجهد الأمامي، مما يشير إلى تحكم أكثر إحكامًا أو تباينًا أقل في هذه المعلمات لخط الإنتاج هذا.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل المنحنيات المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات المميزة النموذجية لمثل هذا الجهاز ستكون ضرورية للتصميم. تشمل هذه عادةً:

• منحنى التيار-الجهد (IV Curve):يوضح العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي، وهو أمر بالغ الأهمية لتحديد نقطة التشغيل وتصميم دائرة القيادة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع زيادة التيار، عادةً بطريقة شبه خطية، مما يساعد في تحسين المفاضلة بين السطوع واستهلاك الطاقة/الحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات في البيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر الأطوال الموجية، مؤكدًا قيم الطول الموجي الذروي والسائد.

يجب على المهندسين الرجوع إلى هذه المنحنيات للتنبؤ بالأداء في ظل ظروف تشغيل غير قياسية.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يأتي الجهاز في عبوة شاشة LED قياسية. يتم توفير أبعاد العبوة بالمليمترات مع تسامح عام يبلغ ±0.25 ملم. يعد مخطط توصيل الدبابيس أمرًا بالغ الأهمية لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). تحتوي LTC-5836JG على 30 دبوسًا. يوضح مخطط الدائرة الداخلية تكوين الأنود المشترك لكل من الأرقام الثلاثة، مع كاثودات فردية لكل شريحة (من A إلى G) والنقطة العشرية (D.P.). يقوم جدول توزيع الدبابيس بتعيين كل دبوس بدقة لوظيفته (على سبيل المثال، الدبوس 3 هو الأنود المشترك للرقم 1، الدبوس 16 هو الكاثود B للرقم 3). التفسير الصحيح لهذا الجدول إلزامي لتجنب أخطاء التوصيل أثناء تصميم PCB.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد ورقة البيانات حالة لحام واحدة: يمكن تعريض الجهاز لدرجة حرارة مكواة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مع وضع طرف المكواة على الأقل 1/16 بوصة (حوالي 1.59 ملم) أسفل مستوى جلوس العبوة. هذا إرشاد للحام اليدوي أو الإصلاح. بالنسبة للتجميع الحديث، ستكون ملفات تعريف اللحام الموجي أو إعادة التدفق أكثر شيوعًا. على الرغم من عدم تحديدها هنا، فمن المحتمل أن يكون ملف تعريف إعادة التدفق الخالي من الرصاص النموذجي بدرجة حرارة ذروية تتراوح بين 245-260 درجة مئوية قابلاً للتطبيق، ولكن يجب مراعاة الكتلة الحرارية للعبوة. يُوصى دائمًا بإجراء تأهيل للعملية. يتراوح نطاق درجة حرارة التخزين من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، ويجب الاحتفاظ بالأجهزة في عبوات حساسة للرطوبة إذا كانت مخصصة للحام بإعادة التدفق لمنع تلف \"الانفجار\" (popcorning).

7. معلومات التغليف والطلب

رقم الجزء هو LTC-5836JG. من المرجح أن تشير اللاحقة \"JG\" إلى اللون الأخضر والنوع المحدد من العبوة أو الأداء. لا تذكر ورقة البيانات تفاصيل التغليف السائب (مثل الأنابيب أو الصواني أو البكرات) أو الكميات لكل عبوة. للإنتاج، يجب الحصول على هذه المعلومات من المورد أو الموزع. عادةً ما يتضمن الملصق على العبوة رقم الجزء، ورمز الدفعة، وربما معلومات تصنيف الشدة.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية لأي جهاز يتطلب قراءة رقمية متعددة الأرقام وواضحة. تشمل التطبيقات الشائعة: الملتمترات الرقمية، عدادات التردد، مؤشرات التحكم في العمليات، الموازين، الأجهزة الطبية، شاشات لوحة القيادة في السيارات (للمعلومات غير الحرجة)، الموقتات الصناعية، والأجهزة الاستهلاكية مثل الأفران أو أفران الميكروويف.

8.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:استخدم سائق تيار ثابت أو مقاومات تحديد تيار لكل كاثود شريحة. يجب تبديل الأنود المشترك لكل رقم (على سبيل المثال، بواسطة ترانزستور) لتمكين التعددية (Multiplexing)، مما يقلل عدد دبابيس الإدخال/الإخراج المطلوبة من المتحكم الدقيق.
• حساب التيار:بناءً على السطوع المطلوب ومنحنى التيار-الجهد، احسب قيمة المقاوم التسلسلي المناسبة باستخدام الصيغة: R = (Vcc - VF) / IF، حيث Vcc هو جهد التغذية، VF هو الجهد الأمامي (استخدم 2.6 فولت هامش تصميم)، و IF هو التيار الأمامي المطلوب (لا يتجاوز 25 مللي أمبير مستمر).
• التعددية (Multiplexing):عند استخدام التعددية لأرقام متعددة، تأكد من أن معدل التحديث مرتفع بما يكفي (عادةً >60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي. يجب ألا يتجاوز التيار الذروي لكل شريحة خلال وقت التشغيل المتعدد الحدود القصوى المطلقة.
• إدارة الحرارة:تأكد من التهوية الكافية إذا كان التشغيل قريبًا من الحد الأقصى للتيار أو في درجات حرارة محيطة عالية. ضع في اعتبارك منحنى تخفيض التيار الأمامي.
• الحماية من الكهرباء الساكنة (ESD):حساسة لمخاطر التفريغ الكهروستاتيكي. نفذ إجراءات التعامل المناسبة مع ESD أثناء التجميع.

9. المقارنة التقنية

مقارنةً بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الحمراء من زرنيخيد فوسفيد الغاليوم (GaAsP)، تقدم تقنية AlInGaP في LTC-5836JG كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى شاشات أكثر سطوعًا لنفس التيار، أو سطوع مماثل بقدرة أقل. غالبًا ما يُنظر إلى اللون الأخضر على أنه أكثر راحة للمشاهدة المطولة من اللون الأحمر. مقارنةً بشاشات OLED النقطية أو الرسومية، فإن شاشة العرض السباعية الشرائح هذه أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات الرقمية فقط، وتوفر عادةً سطوعًا أعلى وعمرًا أطول، على الرغم من افتقارها إلى القدرة الأبجدية الرقمية أو الرسومية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الغرض من تكوين \"الأنود المشترك\"؟

ج: في شاشة الأنود المشترك، يتم توصيل جميع أقطاب الأنود لمصابيح LED في رقم واحد معًا بدبوس واحد. هذا يسمح للمتحكم الدقيق بالتحكم في الرقم النشط عن طريق توفير الجهد (من خلال مفتاح) لهذا الأنود المشترك، بينما يتم التحكم في كاثودات الشرائح الفردية لتشغيل شرائح محددة أو إيقافها. هذا يقلل بشكل كبير من عدد دبابيس المتحكم الدقيق المطلوبة.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بمصدر طاقة 5 فولت؟

ج: نعم، ولكن يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل شريحة. على سبيل المثال، لتحقيق تيار أمامي يبلغ 20 مللي أمبير مع VF بقيمة 2.6 فولت و Vcc بقيمة 5 فولت، ستكون قيمة المقاوم: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 أوم. سيكون المقاوم القياسي 120Ω مناسبًا.

س: ماذا يعني \"مصنف حسب شدة الإضاءة\" لتصميمي؟

ج: هذا يعني أنه يتم اختبار الشاشات وفرزها إلى مجموعات (تصنيفات) بناءً على سطوعها. إذا كان اتساق السطوع المطلق أمرًا بالغ الأهمية عبر جميع وحدات منتجك، فيجب عليك تحديد وشراء أجهزة من نفس تصنيف الشدة من موردك.

س: كيف يمكنني استخدام التعددية (Multiplexing) للأرقام الثلاثة؟

ج: ستقوم بتوصيل جميع كاثودات الشرائح المقابلة معًا (على سبيل المثال، جميع كاثودات الشريحة \"A\" من الرقم 1 و 2 و 3 إلى دبوس متحكم دقيق واحد عبر سائق). ثم تقوم بتشغيل (توفير الطاقة) لأنود الرقم 1 المشترك، ثم الرقم 2، ثم الرقم 3، مع إخراج نمط الشريحة الصحيح لكل رقم. تتكرر هذه الدورة بسرعة.

11. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم مؤقت رقمي باستخدام متحكم دقيق.يقوم مصمم بإنشاء مؤقت تنازلي. يستخدم LTC-5836JG لعرض الدقائق والثواني (MM:SS). يقوم بتوصيل خطوط الشرائح السبعة (من A إلى G) وخطوط النقطتين/النقطة العشرية إلى دبابيس إخراج متحكم دقيق عبر مقاومات تحديد تيار (محسوبة لـ 15 مللي أمبير لكل شريحة لتحقيق توازن بين السطوع والطاقة). يتم توصيل دبابيس الأنود المشترك الثلاثة (واحد لكل رقم من الدقائق واثنان للثواني) بالمتحكم الدقيق عبر ترانزستورات NPN تعمل كمفاتيح منخفضة الجانب. يقوم برنامج ثابت المتحكم الدقيق بتشغيل مقاطعة المؤقت بتردد 1 كيلو هرتز. في روتين خدمة المقاطعة، يقوم بإيقاف تشغيل جميع ترانزستورات الأرقام، وتحديث نمط الشريحة للرقم التالي الذي سيتم عرضه، وتشغيل ترانزستور الرقم المقابل، ثم الانتقال إلى الرقم التالي. يستخدم مخطط التعددية هذا 7+3=10 دبوس إدخال/إخراج فقط من المتحكم الدقيق للتحكم في شاشة مكونة من 3 أرقام، مما يوضح استخدامًا فعالاً للموارد.

12. مقدمة عن مبدأ التقنية

تعتمد LTC-5836JG على تقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP). هذا هو أشباه موصلات مركب III-V ذو فجوة نطاق مباشرة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. تتحد حاملات الشحن هذه، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لـ Al و In و Ga و P في الشبكة البلورية طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. للانبعاث الأخضر، يتم هندسة فجوة النطاق لتكون حوالي 2.2 إلى 2.3 إلكترون فولت (eV). يوفر استخدام ركيزة GaAs قالبًا بلوريًا مناسبًا لنمو طبقات AlInGaP فوقية. الوجه الرمادي والشرائح البيضاء هما جزء من العبوة البلاستيكية، التي تعمل كمشتت للضوء وعدسة لتشكيل ناتج الضوء من رقائق LED الصغيرة إلى شرائح موحدة ويمكن التعرف عليها.

13. اتجاهات تطور التقنية

يتجه تطور تقنية شاشات LED نحو كفاءة أعلى، وتكامل أكبر، وأشكال أكثر تنوعًا. بينما تظل شاشات العرض السباعية الشرائح المنفصلة مثل LTC-5836JG ذات صلة بالتطبيقات الحساسة للتكلفة والرقمية فقط، هناك عدة اتجاهات ملحوظة. أولاً، التوجه نحو مواد أكثر كفاءة مثل نتريد الغاليوم (GaN) للألوان الأزرق/الأخضر/الأبيض والتحسين المستمر لـ AlInGaP للألوان الأحمر/البرتقالي/الأصفر/الأخضر. ثانيًا، دمج دوائر السائق IC مباشرة في وحدة العرض (\"الشاشات الذكية\") لتبسيط تصميم النظام. ثالثًا، نمو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) على أنواع الثقب المار للتجميع الآلي. أخيرًا، الضغط التنافسي من التقنيات البديلة مثل مصابيح LED العضوية (OLED) وشاشات الكريستال السائل (LCD)، التي تقدم قدرات رسومية كاملة في عبوات رقيقة، وإن كان ذلك غالبًا بنقاط سعر وسطوع وعمر مختلفة. تحتل شاشة العرض السباعية الشرائح من AlInGaP مكانة مستقرة حيث تكون بساطتها ومتانتها وارتفاع سطوعها وتكلفتها المنخفضة مزايا حاسمة.