ورقة بيانات شاشة LED مكونة من 7 شرائح LTS-5701AJF باللون الأصفر البرتقالي مقاس 0.56 بوصة - ارتفاع الرقم 14.22 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 مللي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTS-5701AJF هي وحدة عرض LED رقمية عالية الأداء مكونة من سبع شرائح لرقم واحد. وظيفتها الأساسية هي توفير تمثيل رقمي وحرفي محدود واضح وساطع في الأجهزة الإلكترونية. تعتمد التكنولوجيا الأساسية على مادة أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، المصممة خصيصًا لإصدار الضوء في الطيف الأصفر البرتقالي. يُعرف نظام المواد هذا بكفاءته العالية وسطوعه الممتاز مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل فوسفيد الجاليوم القياسي (GaP). يتميز الجهاز بوجه بلون رمادي مع علامات شرائح بيضاء، مما يعزز بشكل كبير التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة. تم تصميمه بتكوين أنود مشترك، مما يبسط تصميم الدائرة في العديد من التطبيقات القائمة على المتحكم الدقيق حيث يكون توفير التيار أكثر سهولة.

1.1 الميزات والمزايا الرئيسية

يقدم العرض عدة مزايا مميزة تجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات:

• حجم الحرف الأمثل:بارتفاع رقم يبلغ 0.56 بوصة (14.22 مم)، يوفر رؤية ممتازة من مسافة مع الحفاظ على بصمة مدمجة.
• أداء بصري فائق:يؤدي استخدام رقائق AlInGaP إلى سطوع عالي وتباين عالي. تضمن الشرائط المستمرة والموحدة مظهرًا متسقًا وممتعًا للحرف دون بقع داكنة أو عدم انتظام.
• زاوية مشاهدة واسعة:يسمح التصميم برؤية واضحة من مجموعة واسعة من الزوايا، وهو أمر بالغ الأهمية لعدادات اللوحات والأجهزة والإلكترونيات الاستهلاكية.
• تشغيل منخفض الطاقة:يتطلب تيارًا أماميًا منخفضًا نسبيًا لتحقيق شدة إضاءة جيدة، مما يجعله موفرًا للطاقة ومناسبًا للأجهزة التي تعمل بالبطارية.
• موثوقية معززة:كوحدة صلبة الحالة، فإنه يوفر موثوقية عالية، وعمر تشغيلي طويل، ومقاومة للصدمات والاهتزازات مقارنة بعروض الفلورسنت الميكانيكية أو المفرغة.
• ضمان الجودة:يتم تصنيف الأجهزة (Binning) حسب شدة الإضاءة، مما يضمن اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج لمظهر لوحة موحد.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعاملات الكهربائية والبصرية المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه القيم أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدائرة المناسب وضمان الموثوقية على المدى الطويل.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود ويجب تجنبه لتصميم موثوق.

• تبديد الطاقة لكل شريحة (70 مللي واط):هذا هو الحد الأقصى من الطاقة التي يمكن تبديدها بأمان كحرارة بواسطة شريحة LED واحدة تحت التشغيل المستمر. يتجاوز هذا الحد خطر ارتفاع درجة حرارة التقاطع شبه الموصل، مما يؤدي إلى تدهور متسارع أو فشل كارثي.
• تيار أمامي ذروي لكل شريحة (60 مللي أمبير، دورة عمل 1/10، نبضة 0.1 مللي ثانية):يسمح هذا التقييم بنبضات قصيرة من تيار أعلى لتحقيق ذروة لحظية في السطوع، على سبيل المثال في العروض المتعددة أو للتسليط الضوء. تعد قيود دورة العمل وعرض النبضة الصارمة أمرًا بالغ الأهمية؛ يجب أن يظل متوسط التيار متوافقًا مع التقييم المستمر.
• تيار أمامي مستمر لكل شريحة (25 مللي أمبير):التيار الأقصى الموصى به للتشغيل المستقر غير النبضي لشريحة واحدة. تم تحديد عامل تخفيض خطي قدره 0.33 مللي أمبير/°C فوق درجة حرارة محيطية 25°C (Ta). هذا يعني أنه إذا ارتفعت درجة الحرارة المحيطة إلى 50°C، فإن الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر سيكون: 25 مللي أمبير - ((50°C - 25°C) * 0.33 مللي أمبير/°C) = 25 مللي أمبير - 8.25 مللي أمبير =16.75 مللي أمبير.
• جهد عكسي لكل شريحة (5 فولت):أقصى جهد يمكن تطبيقه في الاتجاه المتحيز عكسيًا عبر شريحة LED. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا في انهيار وتلف تقاطع PN. يجب أن يتضمن تصميم الدائرة المناسب حماية إذا كانت هناك إمكانية لتقلبات الجهد العكسي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين (-35°C إلى +85°C):يحدد الحدود البيئية للتشغيل الموثوق والتخزين غير التشغيلي.
• درجة حرارة اللحام (260°C لمدة 3 ثوانٍ):يوفر إرشادات لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق، ويحدد أقصى درجة حرارة عند نقطة محددة لفترة زمنية محدودة لمنع تلف العبوة البلاستيكية والروابط السلكية الداخلية.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (عند درجة حرارة محيطية Ta=25°C)

هذه هي معاملات الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة. يتم استخدامها لحسابات التصميم وتوقعات الأداء.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):320-900 μcd عند I_F=1mA. هذا هو مقياس السطوع الذي تدركه العين البشرية. يشير النطاق الواسع (الحد الأدنى: 320، النموذجي: 900) إلى عملية تصنيف (Binning). يجب على المصممين استخدام القيمة الدنيا لحسابات السطوع في أسوأ الحالات لضمان الرؤية تحت جميع الظروف.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):611 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20mA. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه الناتج الطيفي أقوى. يقع ضمن المنطقة الصفراء البرتقالية من الطيف المرئي.
• الطول الموجي السائد (λ_d):605 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20mA. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يتطابق بشكل أفضل مع لون الضوء المنبعث. وهو أقل قليلاً من طول موجة الذروة، وهو أمر شائع لمصابيح LED ذات أطياف أوسع.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20mA. يشير هذا المعامل إلى نقاء اللون. قيمة 17 نانومتر واسعة بشكل معتدل، مما يؤدي إلى لون أصفر برتقالي مشبع ولكنه ليس أحادي اللون.
• الجهد الأمامي لكل شريحة (V_F):2.05V (الحد الأدنى)، 2.6V (النموذجي) عند I_F=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. إنه أمر بالغ الأهمية لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار: R = (V_supply- V_F) / I_F. يضمن استخدام القيمة النموذجية أو القصوى ألا يتجاوز التيار المستوى المطلوب.
• التيار العكسي لكل شريحة (I_R):100 μA (الحد الأقصى) عند V_R=5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED متحيزًا عكسيًا ضمن أقصى تصنيف له.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى). يحدد هذا أقصى تباين مسموح به في السطوع بين الشرائح المختلفة لنفس الرقم أو بين الأرقام المختلفة في عرض متعدد الأرقام. نسبة 2:1 تعني أن ألمع شريحة يجب ألا يزيد سطوعها عن ضعف سطوع الشريحة الأقل سطوعًا، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الأجهزة "مصنفة حسب شدة الإضاءة". يشير هذا إلى عملية تصنيف أو فرز ما بعد التصنيع.

• تصنيف شدة الإضاءة:بسبب الاختلافات الطبيعية في نمو الطبقات البلورية لأشباه الموصلات وعملية تصنيع الرقائق، يمكن أن يختلف إخراج الضوء من مصابيح LED. بعد الإنتاج، يتم اختبار الأجهزة وتصنيفها إلى مجموعات مختلفة بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1mA). من المحتمل أن يشمل النطاق المحدد من 320 إلى 900 μcd عدة مجموعات. قد يقدم المصنعون رموز مجموعات محددة للتطبيقات التي تتطلب مطابقة دقيقة للسطوع.
• فرز الجهد الأمامي:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً كمعامل مصنف، فإن النطاق المعطى لـ V_F(2.05V إلى 2.6V) نموذجي. بالنسبة للتصميمات عالية الحجم أو الحساسة للغاية، يمكن أيضًا فرز الأجزاء حسب الجهد الأمامي لضمان استهلاك طاقة وخصائص حرارية متسقة عبر العرض.

4. تحليل منحنيات الأداء

على الرغم من أن مقتطف ورقة البيانات المقدم يذكر "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة غير مدرجة في النص. بناءً على سلوك LED القياسي، فإن هذه المنحنيات توضح عادةً العلاقات التالية، والتي تعد حيوية لفهم أداء الجهاز تحت ظروف غير قياسية:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة الأسية. يتحول المنحنى مع درجة الحرارة؛ V_Fينخفض مع زيادة درجة حرارة التقاطع لتيار معين.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يظهر عمومًا علاقة شبه خطية عند التيارات المنخفضة، مع احتمال تشبع أو انخفاض في الكفاءة عند التيارات العالية جدًا. يستخدم هذا الرسم البياني لاختيار تيار التشغيل لمستوى سطوع مرغوب.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة (وبالتالي درجة حرارة التقاطع). هذا أمر بالغ الأهمية للتصميمات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند ~611 نانومتر ونصف العرض ~17 نانومتر، مما يحدد خصائص اللون الدقيقة.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد العبوة وترتيب الأطراف (Pinout)

يتم وضع الجهاز في عبوة عرض LED قياسية مكونة من 10 أطراف ورقم واحد وسبع شرائح. توفر ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا للأبعاد (غير معاد إنتاجه هنا) بجميع القياسات الحرجة بالمليمترات. تشمل الميزات الرئيسية الارتفاع الإجمالي والعرض والعمق، وحجم نافذة الرقم، وتباعد الأطراف (Pitch)، ومستوى الجلوس. عادة ما تكون التفاوتات ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تعريف اتصال الطرف بوضوح:

1. الطرف 1: كاثود E
2. الطرف 2: كاثود D
3. الطرف 3: أنود مشترك
4. الطرف 4: كاثود C
5. الطرف 5: كاثود D.P. (النقطة العشرية)
6. الطرف 6: كاثود B
7. الطرف 7: كاثود A
8. الطرف 8: أنود مشترك
9. الطرف 9: كاثود F
10. الطرف 10: كاثود G

يظهر مخطط الدائرة الداخلية أن جميع مصابيح LED للشرائح (A-G و DP) متصلة أقطابها الموجبة معًا داخليًا بطرفي الأنود المشترك (3 و 8)، واللذين يتصلان أيضًا داخليًا. يعني تصميم الأنود المشترك هذا أنه لإضاءة شريحة، يجب دفع طرف الكاثود المقابل لها إلى مستوى منخفض (متصل بالأرض أو بجهد أقل) بينما يتم تثبيت أطراف الأنود عند جهد موجب من خلال مقاوم محدد للتيار.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد القيم القصوى المطلقة حالة اللحام: 260°C لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة 1/16 بوصة (حوالي 1.59 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذا مرجع قياسي للحام الموجي. بالنسبة للحام بإعادة التدفق، فإن ملف تعريف قياسي خالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260°C مناسب. من الأهمية بمكان تجنب الإجهاد الحراري المفرط، والذي يمكن أن يتسبب في تشقق العبوة الإيبوكسية، أو تلف التثبيت الداخلي للرقاقة، أو كسر الروابط السلكية الدقيقة التي تربط الرقاقة بالأطراف. يوصى بالتسخين المسبق لتقليل الصدمة الحرارية. بعد اللحام، يجب السماح للجهاز بالتبريد تدريجيًا. بالنسبة للتخزين، يجب الحفاظ على النطاق المحدد من -35°C إلى +85°C في بيئة جافة غير مكثفة للحفاظ على قابلية اللحام ومنع امتصاص الرطوبة (والذي يمكن أن يسبب "انفجار الذرة" أثناء إعادة التدفق).

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

LTS-5701AJF مثالي للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وموثوقة:

• معدات الاختبار والقياس:الملتيميديا الرقمية، عدادات التردد، مصادر الطاقة، قراءات المستشعرات.
• ضوابط صناعية:عدادات اللوحات لدرجة الحرارة والضغط والتداقم ودورات في الدقيقة وعروض متغيرات العمليات.
• إلكترونيات استهلاكية:ساعات، مؤقتات، عروض أجهزة المطبخ، مقاييس مستوى معدات الصوت.
• قطع غيار السيارات:عدادات وعروض للأنظمة المساعدة (ليست للأجهزة الأساسية بسبب متطلبات شهادات درجة الحرارة والموثوقية).
• الأجهزة الطبية:عروض معاملات بسيطة على معدات المراقبة غير الحرجة (خاضعة للموافقات التنظيمية المناسبة).

7.2 اعتبارات التصميم وتنفيذ الدائرة

• تحديد التيار:يجب توصيل مقاوم على التوالي مع الأنود المشترك (المشتركة) أو كل كاثود لتحديد التيار الأمامي إلى قيمة آمنة (مثل 10-20 مللي أمبير). يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام جهد الإمداد (V_CC)، جهد LED الأمامي (V_F)، والتيار المطلوب (I_F): R = (V_CC- V_F) / I_F. استخدم أقصى قيمة لـ V_Fمن ورقة البيانات لتصميم محافظ يضمن ألا يتجاوز التيار الهدف أبدًا.
• التعددية (Multiplexing):للعروض متعددة الأرقام، يتم استخدام تقنية التعددية دائمًا تقريبًا لتقليل عدد الأطراف على المتحكم الدقيق القائد. يتضمن ذلك إضاءة رقم واحد في كل مرة بتسلسل سريع. يجعل استمرارية الرؤية العرض يبدو مضاءً باستمرار. عند استخدام التعددية، يمكن أن يكون التيار الذروي لكل شريحة أعلى (ضمن تصنيف النبضة 60 مللي أمبير) للتعويض عن انخفاض دورة العمل والحفاظ على متوسط السطوع. يجب أن يضمن التصميم أن متوسط التيار وتبديد الطاقة لكل شريحة ضمن الحدود المستمرة.
• قيادة المتحكم الدقيق:يمكن قيادة عروض الأنود المشترك بسهولة بواسطة أطراف منفذ المتحكم الدقيق المكونة كمخرجات مصب مفتوح أو جامع مفتوح تسحب التيار إلى الأرض. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام دوائر متكاملة مخصصة لقيادة LED أو مصفوفات الترانزستور (مثل ULN2003) لقدرة تيار أعلى أو منطق أبسط.
• زاوية المشاهدة والتركيب:ضع في اعتبارك زاوية مشاهدة المستخدم المقصودة عند تصميم فتحة اللوحة وعمق التركيب للاستفادة من زاوية المشاهدة الواسعة للعرض.

8. المقارنة والتمييز التقني

المميز الأساسي لـ LTS-5701AJF هو استخدامه لمادة AlInGaP للانبعاث الأصفر البرتقالي. مقارنة بمصابيح LED الصفراء الأقدم من GaP، يقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى عروض أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو سطوع مكافئ بطاقة أقل. مقارنة بمصابيح LED الحمراء من GaAsP أو AllnGaP، فإنه يوفر لونًا مميزًا يمكن أن يكون أسهل في القراءة في ظروف إضاءة محيطة معينة وقد يكون مفضلاً لمتطلبات ترميز ألوان جمالية أو وظيفية محددة. يضع حجم الرقم 0.56 بوصة في فئة شائعة لعدادات اللوحات، مما يوفر توازنًا جيدًا بين الحجم وسهولة القراءة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)

س1: ما قيمة المقاوم التي يجب أن أستخدمها مع مصدر طاقة 5 فولت لقيادة شريحة عند 15 مللي أمبير؟

ج1: باستخدام أقصى قيمة لـ V_Fوهي 2.6 فولت لتصميم آمن: R = (5V - 2.6V) / 0.015A = 2.4V / 0.015A = 160 Ω. ستكون القيمة القياسية الأقرب وهي 150 Ω أو 180 Ω مناسبة. تحقق دائمًا من السطوع والتيار الفعليين في الدائرة.

س2: هل يمكنني توصيل طرفي الأنود المشترك معًا؟

ج2: نعم، الطرفان 3 و 8 متصلان داخليًا. توصيلهما معًا على لوحة الدوائر المطبوعة هو ممارسة قياسية ويساعد في توزيع التيار، مما قد يحسن تجانس السطوع.

س3: كيف أعرض الرقم "7"؟

ج3: لعرض "7"، تحتاج إلى إضاءة الشرائح A و B و C. لذلك، مع تكوين الأنود المشترك، قم بتطبيق جهد موجب (من خلال مقاوم محدد للتيار) على الأنود المشترك (المشتركة)، وقم بتوصيل أطراف الكاثود لـ A (الطرف 7) و B (الطرف 6) و C (الطرف 4) بالأرض (مستوى منطقي منخفض).

س4: لماذا ينخفض الحد الأقصى للتيار المستمر فوق 25°C؟

ج4: حد تبديد الطاقة ثابت. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، يقل فرق درجة الحرارة بين تقاطع LED والهواء المحيط (التدرج الحراري)، مما يجعل تبديد الحرارة أكثر صعوبة. لمنع تجاوز درجة حرارة التقاطع لحدها الآمن، يجب تقليل الطاقة المسموح بها (وبالتالي التيار لجهد أمامي معين V_F).

10. مثال تصميمي عملي

السيناريو: تصميم عرض فولتميتر مكون من 4 أرقام.

يتم استخدام متحكم دقيق بأطراف إدخال/إخراج محدودة. يتم توصيل وحدات العرض الأربع LTS-5701AJF في تكوين متعدد. يتم توصيل أقطاب الكاثود للشرائح (A-G، DP) للأرقام الأربعة جميعها على التوازي. يتم التحكم في طرف الأنود المشترك لكل رقم بواسطة ترانزستور NPN منفصل يقوده طرف متحكم دقيق. يستخدم المتحكم الدقيق مقاطعة مؤقت للدوران عبر الأرقام كل 2-5 مللي ثانية. يحسب بيانات الشرائح للرقم النشط ويخرجها إلى منفذ متصل بالكاثودات المشتركة عبر مقاومات محددة للتيار. للحفاظ على سطوع جيد بدورة عمل 1/4، قد يتم ضبط تيار الشريحة الذروي خلال وقت نشاطه على 25-30 مللي أمبير (أقل بكثير من تصنيف النبضة 60 مللي أمبير)، مما يؤدي إلى متوسط تيار يبلغ ~6-7.5 مللي أمبير لكل شريحة، وهو آمن ويوفر سطوعًا وافرًا. يجب أن يتضمن التصميم حساب التخفيض إذا كان من المتوقع أن يعمل الجهاز في بيئة حارة.

11. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد LTS-5701AJF على مركب أشباه موصلات من المجموعة III-V، فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (Al_xIn_yGa_1-x-yP). تحدد النسب المحددة لهذه العناصر طاقة فجوة النطاق للمادة، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. في هذه الحالة، تم هندسة التركيب لفجوة نطاق تتوافق مع فوتونات صفراء برتقالية (~605-611 نانومتر). عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع PN، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. تتحد بشكل إشعاعي، وتطلق الطاقة في شكل ضوء. يساعد استخدام ركيزة GaAs غير الشفافة في امتصاص الضوء الضال، مما يحسن التباين. يتكون الوجه الرمادي والشرائح البيضاء من إيبوكسي مصبوب مع أصباغ منتشرة، مما يساعد على نشر الضوء بالتساوي عبر كل شريحة ويعزز التباين ضد الخلفية غير المضاءة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل عروض السبعة شرائح المنفصلة ذات صلة بالعديد من التطبيقات، فإن الاتجاه العام في تكنولوجيا العرض هو نحو التكامل والمرونة. وهذا يشمل:

التكامل:أصبحت الوحدات النمطية متعددة الأرقام مع دوائر متكاملة مدمجة لقيادة LED (مثل واجهة SPI/I2C) أكثر شيوعًا، مما يبسط واجهة المتحكم الدقيق.

المواد:بينما يكون AlInGaP فعالاً للأحمر والبرتقالي والأصفر، فإن المواد الأحدث مثل InGaN (للأزرق/الأخضر/الأبيض) تقدم كفاءات أعلى. تكتسب العروض الهجينة أو مصفوفات LED القابلة للعنونة كاملة اللون شعبية لعرض معلومات أكثر تعقيدًا.

عوامل الشكل:هناك دفع مستمر نحو عبوات أرق، سطوع أعلى لسهولة القراءة في ضوء الشمس، واستهلاك طاقة أقل للأجهزة المحمولة. ومع ذلك، فإن البساطة الأساسية والمتانة والفعالية من حيث التكلفة لمصابيح LED السباعية القياسية مثل LTS-5701AJF تضمن استمرار استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات حيث يكون المخرجات الرقمية البسيطة مطلوبة.