ورقة بيانات شاشة LED طراز LTP-3862JF - ارتفاع الرقم 0.3 بوصة - لون أصفر برتقالي من AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-3862JF هي وحدة عرض ثنائية الأرقام مكونة من 17 قطعة ضوئية (LED) أبجدية رقمية. وظيفتها الأساسية هي توفير إخراج واضح وعالي الوضوح للأرقام وبعض الأحرف الأبجدية المحدودة في الأجهزة الإلكترونية. تعتمد التقنية الأساسية على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، المصممة خصيصًا لإصدار الضوء في الطيف الموجي الأصفر البرتقالي. يُصنف هذا الجهاز كشاشة ذات أنود مشترك متعدد الإرسال، مما يعني أن أقطاب الأنود لكل رقم متصلة داخليًا معًا لتبسيط دوائر القيادة عند استخدام تقنيات تقسيم الوقت المتعدد.

تتميز الشاشة بوجه أسود مع حدود بيضاء للقطع، مما يعزز بشكل كبير التباين وسهولة القراءة عن طريق تقليل الضوء المحيط المنعكس من المناطق غير المضاءة. يوفر ارتفاع الرقم البالغ 0.3 بوصة (7.62 ملم) توازنًا بين كونه كبيرًا بما يكفي للرؤية الواضحة من مسافة معتدلة وصغيرًا بما يكفي للتكامل في لوحات وأجهزة محدودة المساحة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري تحت ظروف الاختبار القياسية عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. المعلمة الرئيسية، متوسط شدة الإضاءة (I_V)، محددة بحد أدنى 320 ميكرو كانديلا، وقيمة نموذجية 800 ميكرو كانديلا، وبدون حد أقصى محدد، عند تشغيلها بتيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير. يشير هذا إلى إخراج ساطع مناسب للبيئات الداخلية والعديد من البيئات المضاءة جيدًا. نسبة مطابقة شدة الإضاءة بين القطاعات محددة بحد أقصى 2:1، مما يضمن سطوعًا موحدًا عبر الشاشة لمظهر متناسق.

تتركز الخصائص الطيفية في المنطقة الصفراء البرتقالية. طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p) هو نموذجيًا 611 نانومتر، بينما الطول الموجي السائد (λ_d) هو نموذجيًا 605 نانومتر، مقاسًا عند I_F=20 مللي أمبير. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو نموذجيًا 17 نانومتر، يصف النطاق الترددي الضيق للضوء المنبعث، وهو سمة مميزة لتقنية AlInGaP ويساهم في لون مشبع ونقي.

2.2 المعايير الكهربائية والحرارية

تحدد التصنيفات القصوى المطلقة الحدود التشغيلية التي بعدها قد يحدث تلف دائم. التيار الأمامي المستمر لكل قطعة مصنف عند 25 مللي أمبير، مع عامل تخفيض 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية. هذا التخفيض بالغ الأهمية للإدارة الحرارية، حيث أن تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى يمكن أن يقلل من الأداء والعمر الافتراضي. التيار الأمامي الذروة لكل قطعة، للتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، أعلى عند 60 مللي أمبير، مما يسمح بتشغيل زائد قصير لتحقيق سطوع ذروة أعلى في التطبيقات المتعددة الإرسال.

تبديد الطاقة لكل قطعة محدود بـ 70 ميلي واط. الجهد الأمامي لكل قطعة (V_F) يتراوح من 2.0 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.6 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=20 مللي أمبير. يجب على المصممين مراعاة انخفاض الجهد هذا عند حساب قيم مقاومات تحديد التيار التسلسلية. تصنيف الجهد العكسي متواضع عند 5 فولت، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى تصميم دائرة صحيح لتجنب الانحياز العكسي العرضي. التيار العكسي (I_R) محدد بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت.

3. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتوافق الجهاز مع بصمة حزمة LED قياسية مزدوجة الأرقام مكونة من 17 قطعة. يحدد الرسم الأبعاد المقدم التخطيط المادي الدقيق، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع الإجماليين، بالإضافة إلى التباعد الدقيق وقطر الـ 20 دبوسًا. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم ترتيب مخطط التوصيل في صف واحد على طول الحافة السفلية للحزمة. يُشار عادةً أيضًا إلى مستوى الجلوس وهندسة وسادة اللحام الموصى بها لتوجيه تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB) من أجل التثبيت الميكانيكي واللحام الموثوق.

3.1 توصيل الدبوس والدائرة الداخلية

تحتوي الشاشة على 20 دبوسًا. يكشف مخطط الدائرة الداخلية عن تكوين أنود مشترك متعدد الإرسال. الدبوس 4 هو الأنود المشترك للرقم 1، والدبوس 10 هو الأنود المشترك للرقم 2. جميع الدبابيس الأخرى (1-3، 5-9، 11-13، 15-20) متصلة بأقطاب الكاثود لقطاعات محددة (موسومة من A إلى U، DP، وغيرها وفقًا لاتفاقية تسمية القطاعات). الدبوس 14 مُشار إليه على أنه "لا اتصال" (N/C). مخطط التوصيل هذا ضروري لتصميم دائرة القيادة الصحيحة، والتي يجب أن تغذي أنود كل رقم بالتتابع بينما تسحب التيار عبر دبابيس كاثود القطاع المناسبة لتشكيل الحرف المطلوب.

4. تحليل منحنيات الأداء

توضح منحنيات الأداء النموذجية بيانيًا العلاقة بين المعلمات الرئيسية تحت ظروف مختلفة. بينما يتم الإشارة إلى منحنيات محددة، فإنها تشمل عمومًا:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا المنحنى غير الخطي كيف يزداد V_Fمع زيادة I_F. إنه بالغ الأهمية لتحديد نقطة التشغيل وقيمة مقاومة تحديد التيار المطلوبة لتحقيق مستوى سطوع مرغوب دون تجاوز الحد الأقصى للتيار المسموح به.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يُظهر هذا المنحنى الإخراج الضوئي النسبي كدالة لتيار القيادة. يكون عادةً دون خطي، مما يعني أن الكفاءة (لومن لكل واط) قد تنخفض عند التيارات العالية جدًا.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا المنحنى تخفيض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. لمصابيح LED من نوع AlInGaP، تنخفض شدة الإضاءة عمومًا مع زيادة درجة الحرارة، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في التصميمات للبيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة المميزة بالقرب من 611 نانومتر وعرض النصف الضيق.

5. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد ورقة البيانات معايير اللحام الحرجة لمنع التلف الحراري لشرائح LED وحزمة الإيبوكسي. يتم تعريف أقصى درجة حرارة لحام مسموح بها على أنها 260 درجة مئوية مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 ملم) أسفل مستوى جلوس المكون. يجب ألا تتجاوز مدة التعرض عند هذه الدرجة 3 ثوانٍ. تتوافق هذه المعايير مع ملفات اللحام بإعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء أو الحمل الحراري النموذجية. من الضروري اتباع هذه الإرشادات لتجنب المساومة على الروابط السلكية الداخلية، أو تدهور مادة الإيبوكسي، أو إحداث إجهاد حراري قد يؤدي إلى فشل مبكر. كما تُفهم ظروف التخزين المناسبة، عادةً في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة لمنع امتصاص الرطوبة وتلف التفريغ الكهروستاتيكي.

6. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية مدمجة ومنخفضة الطاقة. تشمل الاستخدامات الشائعة:

• معدات الاختبار والقياس (الملتيميديا، عدادات التردد).
• الإلكترونيات الاستهلاكية (مكبرات الصوت، ساعات الراديو، شاشات الأجهزة المنزلية).
• لوحات التحكم الصناعية (مؤشرات العمليات، شاشات المؤقتات).
• أجهزة السيارات التكميلية (مراقبات الجهد، المقاييس البسيطة).

يقدم اللون الأصفر البرتقالي وضوحًا ممتازًا وإجهادًا أقل للعين في ظروف إضاءة متنوعة مقارنة ببعض الألوان الأخرى.

6.2 اعتبارات التصميم ودوائر القيادة

يتطلب التصميم باستخدام LTP-3862JF الانتباه إلى عدة مجالات رئيسية:

1. تحديد التيار:المقاومات الخارجية إلزامية لكل كاثود قطعة أو أنود رقم (اعتمادًا على طوبولوجيا السائق) لضبط تيار التشغيل. يتم حساب قيمة المقاومة (R) باستخدام قانون أوم: R = (V_SUPPLY- V_F- V_{DRIVER_SAT}) / I_F. استخدم الحد الأقصى لـ V_Fمن ورقة البيانات لتصميم متحفظ.
2. سائقات التعددية:للتحكم في 34 قطعة (17 لكل رقم × 2) باستخدام 20 دبوسًا فقط، يتم استخدام نظام قيادة متعدد الإرسال. يتطلب هذا متحكمًا دقيقًا أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة العرض قادرة على توفير/سحب تيار كافٍ وتوفير توقيت التعددية الصحيح. يجب على السائق أن ينتقل بين تفعيل الرقم 1 والرقم 2 بتردد عالٍ بما يكفي لتجنب الوميض المرئي (عادةً >60 هرتز).
3. الإدارة الحرارية:تأكد من أن متوسط تبديد الطاقة لكل قطعة، خاصة عند تشغيلها بتيارات أعلى أو في درجات حرارة محيطة عالية، لا يتجاوز التصنيف البالغ 70 ميلي واط. قد تكون هناك حاجة إلى مساحة نحاسية كافية في اللوحة المطبوعة أو تهوية.
4. زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة، ولكن يجب مراعاة موضع التركيب على اللوحة الأمامية لمحاذاة مخروط المشاهدة الأمثل مع خط رؤية المستخدم النموذجي.

7. المقارنة التقنية والتمييز

تنبع المميزات الأساسية لـ LTP-3862JF من نظام مادة AlInGaP وتصميم الحزمة المحدد.

• مقارنة بمصابيح LED التقليدية من نوع GaAsP أو GaP:تقدم تقنية AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا حراريًا أفضل، مما يؤدي إلى إخراج أكثر سطوعًا وثباتًا. كما أن اللون الأصفر البرتقالي من AlInGaP أكثر تشبعًا ونقاءً مقارنة بالتقنيات الأقدم.
• مقارنة بمصابيح LED الحمراء القياسية:يوفر الانبعاث الأصفر البرتقالي حدة بصرية وقراءة فائقة في العديد من البيئات وقد يكون مفضلاً لمتطلبات جمالية أو وظيفية معينة.
• مقارنة بالشاشات الأكبر أو الأصغر حجمًا:يضع ارتفاع الرقم البالغ 0.3 بوصة الشاشة بين الشاشات الأصغر حجمًا والأكثر كثافة والشاشات الأكبر حجمًا للمشاهدة عن بعد. إنه حجم شائع لأدوات القياس المكتبية والمحمولة.
• مقارنة بتكوينات الكاثود المشترك:غالبًا ما يُفضل تكوين الأنود المشترك عند الواجهة مع منافذ المتحكم الدقيق المكونة كمصارف للتيار (سائقات منخفضة النشاط)، وهو إعداد شائع.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت بدون تعددية إرسال؟

ج: نعم، لكنها غير فعالة من حيث استخدام الدبابيس. ستحتاج إلى توصيل جميع كاثودات القطاعات لكلا الرقمين بشكل مستقل، مما يتطلب خطوط إدخال/إخراج أكثر بكثير. التعددية هي الطريقة القياسية والموصى بها.

س: ما هو الغرض من مواصفة "نسبة مطابقة شدة الإضاءة"؟

ج: تضمن أن فرق السطوع بين أغمق وألمع قطعة على نفس الشاشة لن يتجاوز نسبة 2:1. هذا يضمن التوحيد البصري، ويمنع ظهور بعض القطاعات بشكل ملحوظ أغمق من غيرها.

س: تيار الذروة الأمامي هو 60 مللي أمبير، لكن المستمر هو 25 مللي أمبير فقط. هل يمكنني استخدام 60 مللي أمبير بشكل مستمر؟

ج: قطعًا لا. تصنيف 60 مللي أمبير مخصص لنبضات قصيرة جدًا (0.1 مللي ثانية) بدورة عمل منخفضة (10%). سيؤدي تجاوز تصنيف التيار المستمر إلى التسبب في تسخين مفرط، مما يؤدي إلى تدهور إضاءة سريع وفشل كارثي محتمل.

س: كيف أحسب مقاومة تحديد التيار المطلوبة لتصميم متعدد الإرسال؟

ج: في تصميم متعدد الإرسال بدورة عمل 1/2 (لرقمين)، لتحقيق متوسط تيار فعال بقيمة I_{F_avg}، عادةً ما تقوم بتعيين تيار الذروة خلال فتحة الوقت النشطة إلى 2 * I_{F_avg}. ثم احسب المقاومة باستخدام تيار الذروة وجهد التغذية. على سبيل المثال، لمتوسط مستهدف 10 مللي أمبير لكل قطعة، استخدم ذروة 20 مللي أمبير في الحساب: R = (V_CC- V_F) / 0.020A.

9. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم قراءة فولتميتر بسيط مكون من رقمين.

يقوم متحكم دقيق مزود بمحول تناظري إلى رقمي (ADC) بقياس جهد (0-99 فولت محول إلى 0-5 فولت). يحول البرنامج الثابت القيمة الرقمية إلى رقمين عشريين. باستخدام روتين تعددية، يقوم المتحكم الدقيق بما يلي:

1. يفعّل الأنود المشترك للرقم 1 (يضع الدبوس في حالة عالية أو يوصله بـ V_CCعبر ترانزستور).
2. يضبط النمط المناسب على خطوط كاثود القطاعات (سحب التيار إلى الأرض) لعرض رقم "العشرات".
3. يحافظ على هذه الحالة لفترة قصيرة (مثلاً 5 مللي ثانية).
4. يعطل الرقم 1 ويفعّل الأنود المشترك للرقم 2.
5. يضبط نمط القطاعات لرقم "الآحاد" (واختياريًا النقطة العشرية، الدبوس 5).
6. يحافظ لمدة 5 مللي ثانية، ثم يكرر الدورة. إجمالي الفترة البالغ 10 مللي ثانية يؤدي إلى معدل تحديث 100 هرتز، مما يلغي الوميض.

يتم وضع مقاومات تحديد التيار على التوالي مع كل خط كاثود قطعة. يجب تنظيم مصدر الطاقة لضمان سطوع ثابت.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل شاشة LTP-3862JF على مبدأ الإضاءة الكهربائية في تقاطع p-n أشباه الموصلات. المادة الفعالة هي AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للتقاطع (حوالي 2.0-2.6 فولت)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p عبر التقاطع. تعيد حاملات الشحنة هذه الاتحاد في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlInGaP تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، والذي في هذه الحالة يكون في النطاق الأصفر البرتقالي (605-611 نانومتر). تحتوي كل قطعة من الشاشة على واحدة أو أكثر من شرائح LED الصغيرة هذه. يمتص الوجه الأسود الضوء الشارد، بينما تساعد الحدود البيضاء للقطعات على نشر الضوء المنبعث بالتساوي عبر مساحة القطعة.

11. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

بينما تنتشر تقنيات العرض الأحدث مثل مصابيح LED العضوية (OLED) وشاشات LCD ذات المصفوفات النقطية عالية الدقة في الإلكترونيات الاستهلاكية، تظل شاشات LED المنفصلة مثل LTP-3862JF ذات صلة عالية في مجالات صناعية وسيارية وأدوات قياس محددة. تشمل مزاياها الموثوقية الشديدة، ونطاق درجة حرارة تشغيل واسع، وسطوع عالٍ، وتكلفة منخفضة للقراءات الرقمية البسيطة، وسهولة الواجهة. الاتجاه داخل هذا القطاع هو نحو مواد ذات كفاءة أعلى (مثل AlInGaP محسّن و InGaN لألوان أخرى)، وجهد تشغيل أقل، وربما دوائر قيادة متكاملة داخل الحزمة. ومع ذلك، تظل مبادئ التصميم والتعددية الأساسية مستقرة ومفهومة على نطاق واسع، مما يضمن طول عمر هذه المكونات في مكتبات التصميم الهندسي.