شاشة عرض رقمية LED فائقة الحمراء مقاس 0.56 بوصة - ارتفاع 14.22 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - ورقة بيانات تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُفصّل هذا المستند مواصفات مكون شاشة عرض LED عالية الأداء بارتفاع رقمي يبلغ 0.56 بوصة (14.22 مم). صُمم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب مؤشرًا رقميًا أو أبجديًا رقميًا واضحًا وساطعًا مع وضوح رؤية وموثوقية ممتازين. يركز تصميمه الأساسي على تقديم أداء بصري فائق من خلال مواد أشباه الموصلات المتقدمة.

تستخدم الشاشة تصميمًا ذو حالة صلبة، مما يضمن عمرًا تشغيليًا طويلاً ومتانة ضد الاهتزاز والصدمات، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الصناعية وأجهزة القياس والإلكترونيات الاستهلاكية حيث يكون الناتج البصري الموثوق به أمرًا بالغ الأهمية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الأساسية لرقم العرض هذا من تقنية مواده وتصميمه البصري. يُعد استخدام مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة عاملاً تمييزيًا رئيسيًا. يُشتهر نظام المواد هذا بكفاءته العالية في الجزء الأحمر إلى الكهرماني من الطيف المرئي، مما يساهم مباشرة في سطوع الجهاز العالي ونقاء لونه الممتاز.

تم اختيار مزيج الوجه الرمادي الفاتح ولون القطعة الأبيض خصيصًا لتعظيم نسبة التباين. وهذا يعزز قابلية القراءة تحت ظروف الإضاءة المحيطة المختلفة، من البيئات ذات الإضاءة الخافتة إلى الغرف المضيئة جيدًا. تضمن زاوية المشاهدة الواسعة بقاء المعلومات المعروضة قابلة للقراءة حتى عند مشاهدتها من مواقع خارج المحور، وهو أمر بالغ الأهمية لعدادات اللوحات ومعدات الاختبار وشاشات المعلومات العامة.

يُعد انخفاض متطلبات الطاقة فائدة كبيرة أخرى، مما يسمح بالدمج في الأنظمة التي تعمل بالبطارية أو الموفرة للطاقة دون المساس بسطوع العرض. يتم تصنيف الجهاز وفقًا للشدة الضوئية، مما يوفر اتساقًا وإمكانية التنبؤ بمستويات السطوع عبر دفعات الإنتاج، وهو أمر ضروري للشاشات متعددة الأرقام حيث يكون المظهر الموحد إلزاميًا.

يشمل السوق المستهدف مجموعة واسعة من القطاعات بما في ذلك الأتمتة الصناعية (لقراءات التحكم في العمليات)، ومعدات الاختبار والقياس (الملتيميديا، راسمات الذبذبات)، والأجهزة الطبية، ولوحات عدادات السيارات (للشاشات المساعدة)، والأجهزة الاستهلاكية. تجعل موثوقيته وأدائه الخيار المفضل للمصممين الذين يحتاجون إلى حل عرض رقمي متين وواضح.

2. التعمق في المعلمات التقنية

يعد الفهم الشامل للمعايير الكهربائية والبصرية أمرًا ضروريًا لتصميم الدائرة الكهربائية الصحيح وتحقيق الأداء المطلوب في التطبيق النهائي.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري تحت ظروف الاختبار القياسية عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.متوسط الشدة الضوئية (Iv)يُحدد بحد أدنى 320 ميكروكنديلا، وقيمة نموذجية 700 ميكروكنديلا، وبدون حد أقصى محدد، عند تشغيله بتيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. تشير هذه المعلمة، المقاسة باستخدام مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، إلى السطوع المُدرك. يشير النطاق الواسع إلى ضرورة الفرز الدقيق للتطبيقات المطابقة للشدة.

يبلغالطول الموجي السائد (λd)639 نانومتر، مما يصنف الناتج كلون أحمر فائق. يبلغالطول الموجي لذروة الانبعاث (λp)عادة 650 نانومتر. يشير الفرق الصغير بين الطول الموجي السائد وذروة الطول الموجي إلى ناتج طيفي نقي. يبلغنصف عرض الخط الطيفي (Δλ)20 نانومتر، وهو ما يصف ضيق طيف الضوء المنبعث؛ تشير القيمة الأصغر إلى مصدر ضوء أكثر أحادية اللون.

يُحددنسبة مطابقة الشدة الضوئية (Iv-m)بحد أقصى 2:1 عند تشغيل القطع بتيار 10 مللي أمبير. تحدد هذه النسبة التباين المسموح به في السطوع بين القطع المختلفة لنفس الرقم أو بين الأرقام، مما يضمن التوحيد البصري في الرقم المعروض.

2.2 الخصائص الكهربائية والحرارية

المعلمة الكهربائية الرئيسية هيالجهد الأمامي لكل قطعة (VF)، وتبلغ قيمته النموذجية 2.6 فولت عند تيار تشغيل (IF) قدره 20 مللي أمبير. الحد الأدنى مدرج بـ 2.1 فولت. هذا الجهد حاسم لتصميم دائرة تحديد التيار. يبلغالتيار العكسي لكل قطعة (IR)حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت، مما يشير إلى خاصية التسرب للثنائي في حالة الإيقاف.

يتم تعريف الحدود الحرارية والموثوقية تحتالحدود القصوى المطلقة. يبلغالتيار الأمامي المستمر لكل قطعة25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع عامل تخفيض قدره 0.28 مللي أمبير/درجة مئوية. وهذا يعني أن التيار المستمر المسموح به يتناقص خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. قد يؤدي تجاوز هذه التصنيفات إلى تلف دائم.

يُصنفالتيار الأمامي الذروي لكل قطعةبـ 90 مللي أمبير ولكن فقط تحت ظروف النبض المحددة: دورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهذا يسمح بفترات قصيرة من التشغيل الزائد للتعددية أو تحقيق ذروة سطوع أعلى. يقتصرتبديد الطاقة لكل قطعةعلى 70 ملي واط. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن نطاق درجة حرارة واسع من -35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 260 درجة مئوية لأكثر من 3 ثوانٍ على مسافة 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس أثناء التجميع.

3. معلومات الميكانيكية والتعبئة والتغليف

يحدد البناء المادي للجهز مساحة تركيزه، ومتطلبات التثبيت، والتكامل العام في المنتج.

3.1 أبعاد العبوة وتوصيل الأطراف

يتوافق الجهاز مع عبوة شاشة عرض LED ثنائية الأرقام القياسية. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك في الرسم البعدي. هذا الرسم ضروري لمصممي تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة لإنشاء مساحة التركيز الصحيحة، مما يضمن الملاءمة الميكانيكية المناسبة وتشكيل وصلة اللحام.

مخطط توصيل الأطراف حاسم للواجهة الصحيحة. يحتوي الجهاز علىتكوين الأنود المشترك. هناك طرفان أنود مشترك منفصلان: الطرف 12 للرقم 1 والطرف 9 للرقم 2. وهذا يسمح بالتحكم المستقل أو التعددية للرقمين. تتصل كاثودات القطع (من A إلى G، والنقطة العشرية) على التوازي عبر الرقمين. على سبيل المثال، يتحكم الطرف 11 (الكاثود A) في القطعة 'A' لكل من الرقم 1 والرقم 2. يُشار إلى الطرفين 6 و 8 على أنهما "بدون توصيل" (N/C). يُظهر مخطط الدائرة الداخلية المفصل عادةً هيكل الأنود المشترك، الكاثود المتوازي هذا لرقمين.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما توفر ورقة البيانات معلومات جدولية، تقدم منحنيات الخصائص النموذجية نظرة أعمق في سلوك الجهاز تحت الظروف غير القياسية.

منحنى الجهد الأمامي (VF) مقابل التيار الأمامي (IF) أساسي. يُظهر العلاقة غير الخطية حيث يزداد VF مع IF. يستخدم المصممون هذا لتحديد قيمة مقاومة تحديد التيار المناسبة لجهد إمداد معين لتحقيق تيار التشغيل المستهدف (مثل 10 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير).

يُظهر منحنى الشدة الضوئية (Iv) مقابل التيار الأمامي (IF) كيفية قياس السطوع مع التيار. يكون خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يشبع عند التيارات الأعلى بسبب التأثيرات الحرارية والكفاءة. يساعد هذا المنحنى المصممين على موازنة السطوع مقابل استهلاك الطاقة وعمر الجهاز.

منحنى الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة حاسم لفهم التخفيض الحراري. مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض كفاءة شريحة LED، مما يؤدي إلى انخفاض في شدة الناتج لنفس تيار التشغيل. يجب أخذ هذا في الاعتبار في التطبيقات المعرضة لدرجات حرارة تشغيل عالية لضمان بقاء الشاشة ساطعة بدرجة كافية.

5. إرشادات اللحام والتجميع

المناولة الصحيحة أثناء عملية التجميع أمر حيوي لمنع التلف وضمان الموثوقية طويلة المدى.

تم ذكر الحد الأقصى المطلق للحمل صراحة: يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة. صُممت هذه الإرشادات لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق. قد يؤدي تجاوز حدود الوقت ودرجة الحرارة هذه إلى فشل رابطة الأسلاك الداخلية، أو تشقق العبوة، أو تدهور شريحة LED.

يوصى باتباع إرشادات JEDEC أو IPC القياسية للحساسية للرطوبة وإجراءات الخبز إذا تم تخزين الأجهزة في بيئات غير خاضعة للرقابة قبل الاستخدام، على الرغم من عدم ذكر مستوى محدد في ورقة البيانات هذه. يُنصح دائمًا باستخدام احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أثناء المناولة لمكونات أشباه الموصلات.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

يتطلب دمج هذه الشاشة تصميمًا كهربائيًا وبصريًا دقيقًا.

6.1 تصميم دائرة التشغيل

بالنسبة لعرض الأنود المشترك، عادةً ما تتصل الأنودات بمصدر جهد موجب من خلال مقاومات تحديد التيار أو يتم تبديلها عبر الترانزستورات. تتصل كاثودات القطع بدارة متكاملة مشغلة (مثل مشغل عرض مخصص أو أطراف GPIO لوحدة التحكم الدقيقة) التي تسحب التيار إلى الأرض لإضاءة القطعة. يتم حساب قيمة مقاومة تحديد التيار (R) باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF - Vdriver_sat) / IF، حيث Vcc هو جهد الإمداد، VF هو الجهد الأمامي لقطعة LED (استخدم القيمة النموذجية أو القصوى للموثوقية)، Vdriver_sat هو جهد التشبع لمشغل الترانزستور أو الدائرة المتكاملة، و IF هو التيار الأمامي المطلوب.

لتعددية رقمين، يتم تشغيل الأنودات المشتركة (الطرفان 9 و 12) بالتناوب بتردد عالٍ (عادةً >100 هرتز). عندما يكون أنود الرقم 1 نشطًا، تقدم مشغلات الكاثود النمط للرقم 1. ثم يتم تنشيط أنود الرقم 2 بنمطه المقابل. يقلل هذا بشكل كبير من عدد أطراف المشغل المطلوبة ولكنه يتطلب توقيتًا دقيقًا لتجنب الوميض والظلال.

6.2 التكامل البصري

يوفر الوجه الرمادي الفاتح خلفية محايدة غير عاكسة تعزز التباين. عند تصميم غلاف المنتج، ضع في اعتبارك استخدام نافذة أو مرشح. يمكن استخدام مرشح الكثافة المحايدة لتقليل السطوع في البيئات المظلمة جدًا، بينما يمكن للمرشح الملون (مثل الأحمر) تعزيز التباين أكثر في الظروف المضيئة. يجب مراعاة زاوية المشاهدة الواسعة عند وضع الشاشة بالنسبة لخطوط رؤية المستخدم المتوقعة.

7. المقارنة التقنية والتمييز

العامل المميز الرئيسي لهذا الجهاز هو استخدامه لتقنيةAlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم). مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية من GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير. وهذا يعني أنها تنتج المزيد من الضوء (لومن) لنفس كمية الطاقة الكهربائية (واط)، مما يؤدي إلى سطوع أعلى و/أو استهلاك طاقة أقل.

علاوة على ذلك، تتمتع مصابيح LED من AlInGaP عمومًا باستقرار حراري فائق وعمر أطول بسبب خصائص المواد الأفضل. الناتج "الأحمر الفائق" (الطول الموجي السائد 639 نانومتر) هو أيضًا لون أحمر مشبع ومميز مقارنة باللون الأحمر المائل إلى البرتقالي غالبًا للتقنيات الأقدم. عند المقارنة مع البدائل المعاصرة، فإن المزيج المحدد لارتفاع الرقم 0.56 بوصة، وتكوين الأنود المشترك، وتصنيف الشدة الضوئية المضمونة هي ميزاته المحددة للمصممين الذين يختارون شاشة عرض.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ماذا يعني "مصنف للشدة الضوئية"؟

ج: يعني ذلك أن مصابيح LED يتم اختبارها وفرزها (تجميعها) بناءً على ناتج الضوء المقاس عند تيار اختبار قياسي. وهذا يضمن الاتساق عند استخدام أرقام متعددة جنبًا إلى جنب، مما يمنع ظهور رقم واحد أكثر سطوعًا أو خفوتًا بشكل ملحوظ من جيرانه.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف وحدة تحكم دقيقة بجهد 5 فولت؟

ج: لا، ليس مباشرة. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.6 فولت، ولا يمكن لطرف GPIO لوحدة التحكم الدقيقة توفير أو سحب تيار كافٍ بأمان (عادةً 20-40 مللي أمبير كحد أقصى لكل طرف، مع حد إجمالي للشريحة). يجب عليك استخدام مقاومات تحديد تيار خارجية وعلى الأرجح مشغلات ترانزستور أو دائرة متكاملة مشغلة عرض مخصصة لتوفير التيار والجهد الصحيحين.

س: لماذا يوجد طرفان أنود مشترك منفصلان لرقمين؟

ج: هذا يمكّن التعددية. من خلال تشغيل الأنود للرقم 1 وضبط قطعه، ثم إيقافه وتشغيل الأنود للرقم 2 مع قطعه، وتكرار هذه الدورة بسرعة، يمكنك التحكم في رقمين باستخدام 7 أطراف قطع فقط + طرفي رقم = 9 أطراف، بدلاً من 7 × 2 = 14 طرفًا إذا تم توصيل كل قطعة بشكل مستقل.

س: ما هو الغرض من الأطراف "بدون توصيل" (N/C)؟

ج: إنها أطراف موجودة ماديًا على العبوة غير متصلة كهربائيًا بدائرة LED الداخلية. غالبًا ما يتم تضمينها لاستقرار العبوة الميكانيكي أثناء عملية التشكيل أو للحفاظ على تباعد أطراف قياسي ومساحة تركيز. يجب عدم توصيلها في الدائرة.

9. مقدمة عن مبدأ التشغيل

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو صمام ثنائي تقاطع p-n من أشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة التقاطع. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه (الإلكترونات والفجوات)، فإنها تطلق الطاقة. في الصمام الثنائي السيليكوني القياسي، تُطلق هذه الطاقة بشكل أساسي كحرارة. في مادة مثل AlInGaP، تكون فجوة النطاق الطاقة بحيث يتم إطلاق جزء كبير من طاقة الاتحاد هذه كفوتونات (ضوء). يحدد طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث. تم تصميم فجوة النطاق لـ AlInGaP لإنتاج ضوء في المنطقة الحمراء إلى الكهرمانية من الطيف بكفاءة عالية. تساعد ركيزة GaAs غير الشفافة في عكس المزيد من الضوء المُولد من خلال الجزء العلوي من الجهاز، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الإجمالية.

10. اتجاهات التطوير

يتطور مجال تقنية العرض باستمرار. بينما تظل الأرقام المنفصلة لـ LED مثل هذه حيوية لتطبيقات محددة بسبب بساطتها وسطوعها وموثوقيتها، هناك عدة اتجاهات ملحوظة. هناك حركة عامة نحو تكامل أعلى، مثل وحدات متعددة الأرقام مع وحدات تحكم مدمجة (واجهة I2C أو SPI) التي تبسط مهمة وحدة التحكم الدقيقة المضيفة. يستمر السعي لتحقيق كفاءة أعلى، مما قد ينتقل من AlInGaP إلى أنظمة مواد أكثر تقدمًا للانبعاث الأحمر/البرتقالي. علاوة على ذلك، قد يؤدي الطلب على نطاق ألوان أوسع وإحداثيات لونية محددة في التطبيقات الاحترافية إلى دفع فرز أكثر دقة ومواصفات أشد صرامة على الطول الموجي السائد ونقاء اللون. ومع ذلك، فإن المزايا الأساسية لرقم LED المنفصل - المتانة، والسطوع العالي، والتكلفة المنخفضة للعرض الرقمي البسيط، وزاوية المشاهدة الممتازة - تضمن استمرار أهميته في العديد من المنتجات الصناعية والتجارية.