ورقة بيانات شاشة عرض LED مكونة من 7 شرائح مقاس 0.56 بوصة - ارتفاع الرقم 14.22 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - لون أصفر برتقالي بتقنية AlInGaP - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LTS-5703AJF وحدة عرض LED مكونة من رقم واحد و7 شرائح، مُصممة للتطبيقات التي تتطلب عرضًا رقميًا واضحًا وعالي الوضوح. وظيفتها الأساسية هي تحويل الإشارات الكهربائية إلى حرف رقمي مرئي. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) المترسبة على ركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs) لإنتاج الضوء في الطيف الأصفر البرتقالي. تم اختيار نظام المادة هذا لكفاءته العالية وسطوعه الممتاز في نطاق اللون الكهرماني/البرتقالي مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل فوسفيد الجاليوم القياسي (GaP). يتميز الجهاز بوجه رمادي فاتح وشرائح بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة.

يتم تصنيف الشاشة على أنها من نوع الكاثود المشترك، مما يعني أن جميع أقطاب الكاثود (الأطراف السالبة) لشرائح LED الفردية متصلة داخليًا بأطراف مشتركة. هذا التكوين شائع في الشاشات الرقمية ويبسط تصميم الدائرة عند استخدام متحكم دقيق أو دوائر متكاملة سائقة (driver ICs) تسحب التيار. يشمل السوق المستهدف لهذا المكون لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، والأجهزة الاستهلاكية، ولوحات عدادات السيارات (للإشارات غير الحرجة)، وأي نظام مدمج يتطلب شاشة رقمية موثوقة ومنخفضة الطاقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص البصرية

يتم تعريف الأداء البصري من خلال عدة معايير رئيسية يتم قياسها تحت ظروف الاختبار القياسية (Ta=25°C).شدة الإضاءة المتوسطة (Iv)يتم تحديدها بحد أدنى 800 μcd، وقيمة نموذجية 1667 μcd، ولا يوجد حد أقصى مذكور، عند تشغيلها بتيار أمامي (IF) مقداره 1 مللي أمبير. تشير هذه المعلمة إلى السطوع الملحوظ للشرائح المضاءة. يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مستشعر ومرشح يقترب من منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (المتكيف مع ضوء النهار) كما هو محدد من قبل اللجنة الدولية للإضاءة (CIE).

يتم تعريف خصائص اللون بواسطة الطول الموجي.الطول الموجي لذروة الانبعاث (λp)يبلغ نموذجيًا 611 نانومتر (nm) عند IF=20mA. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه ناتج الطاقة البصرية في أقصى حد.الطول الموجي السائد (λd)يبلغ نموذجيًا 605 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يتطابق بشكل أفضل مع اللون الملحوظ للضوء المنبعث وهو أكثر صلة بتحديد اللون.نصف عرض الخط الطيفي (Δλ)يبلغ نموذجيًا 17 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف أو انتشار الأطوال الموجية المنبعثة حول الذروة؛ يشير نصف العرض الأضيق إلى لون أكثر أحادية اللون (نقي).

2.2 الخصائص الكهربائية

المعلمة الكهربائية الأساسية هيالجهد الأمامي لكل شريحة (VF)، والتي تبلغ قيمتها النموذجية 2.6 فولت وحد أقصى 2.6 فولت عند تيار أمامي 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر شريحة LED عندما تكون موصلة. القيمة الدنيا مدرجة كـ 2.05 فولت.التيار العكسي لكل شريحة (IR)يتم تحديده بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت، مما يشير إلى خصائص التسرب للجهاز في حالة الإيقاف.

نسبة مطابقة شدة الإضاءةيتم تحديدها كحد أقصى 2:1 للشرائح داخل منطقة ضوئية متشابهة. هذا يعني أن سطوع شريحة واحدة يجب ألا يزيد عن ضعف سطوع شريحة أخرى تحت ظروف التشغيل المتطابقة، مما يضمن مظهرًا موحدًا للرقم.

2.3 التقييمات القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم.التيار الأمامي المستمر لكل شريحةمقدر بحد أقصى 25 مللي أمبير. تم تحديد عامل تخفيض قدره 0.33 مللي أمبير/°C فوق درجة حرارة المحيط 25°C (Ta). هذا أمر بالغ الأهمية للإدارة الحرارية؛ مع ارتفاع درجة حرارة المحيط، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار خطيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند 85°C، سيكون الحد الأقصى للتيار 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/°C * (85-25)°C) = 5.2 مللي أمبير.

Theالتيار الأمامي الذروي لكل شريحةهو 60 مللي أمبير، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بأنظمة تعدد الإرسال (multiplexing) أو التشغيل الزائد لفترة وجيزة لزيادة السطوع.تبديد الطاقة لكل شريحةهو 70 ملي واط.الجهد العكسي لكل شريحةيجب ألا يتجاوز 5 فولت. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين هو من -35°C إلى +105°C. تصنيف درجة حرارة اللحام هو للحام الموجة أو إعادة التدفق: 260°C لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى جلوس العبوة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهازمصنف حسب شدة الإضاءة. وهذا يعني أن نظام تصنيف (binning) معمول به. التصنيف هو ممارسة صناعية قياسية حيث يتم فرز (تصنيف) مصابيح LED المصنعة بناءً على معايير رئيسية مثل شدة الإضاءة، والجهد الأمامي، والطول الموجي السائد بعد الإنتاج. وهذا يضمن الاتساق داخل دفعة إنتاج واحدة أو طلب واحد. بينما لم يتم توفير رموز تصنيف محددة في هذا المقتطف، يجب أن يدرك المصممون أن التصنيفات النموذجية ستجمع الأجهزة ذات Iv متشابهة (مثل 800-1200 μcd، 1200-1667 μcd) وربما نطاقات VF متشابهة. بالنسبة للتطبيقات الحرجة التي تتطلب اتساقًا في اللون أو السطوع عبر شاشات عرض متعددة، من الضروري تحديد تصنيف ضيق أو طلب أجهزة من نفس التصنيف.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لم يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن منحنيات الخصائص النموذجية لمثل هذا الجهاز ستشمل:

• منحنى التيار الأمامي (IF) مقابل الجهد الأمامي (VF):يُظهر هذا العلاقة الأسية. سيكون للمنحنى جهد ركبة حول 1.8-2.0 فولت، وبعدها يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد. يتم قراءة قيمة VF النموذجية البالغة 2.6 فولت من هذا المنحنى عند IF=20mA.
• منحنى شدة الإضاءة (Iv) مقابل التيار الأمامي (IF):يكون هذا المنحنى خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يُظهر تشبعًا أو انخفاضًا في الكفاءة عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية.
• منحنى شدة الإضاءة (Iv) مقابل درجة حرارة المحيط (Ta):يُظهر هذا كيف ينخفض السطوع مع زيادة درجة حرارة التقاطع (junction) لـ LED. عادةً ما يكون لمصابيح LED من نوع AlInGaP معامل درجة حرارة سالب لإخراج الضوء.
• منحنى التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر ذروة حول 611 نانومتر ونصف عرض يبلغ حوالي 17 نانومتر، مما يؤكد الانبعاث الأصفر البرتقالي.

هذه المنحنيات حيوية للمصممين لفهم السلوك غير الخطي لمصابيح LED، والتخطيط للإدارة الحرارية، وتصميم دوائر تحديد التيار المناسبة.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يتميز الجهازبارتفاع رقم يبلغ 0.56 بوصة (14.22 مم). يتم توفير أبعاد العبوة في رسم (غير مفصل بالكامل هنا) بجميع الأبعاد بالمليمترات. تمت ملاحظة التسامحات الرئيسية: التسامحات الأبعاد العامة هي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك، وتسامح انزياح طرف الدبوس هو ±0.4 مم. يأخذ هذا التسامح في الاعتبار عدم المحاذاة الطفيف للأطراف الخارجة من جسم العبوة البلاستيكية، وهو أمر مهم لتصميم بصمة اللوحة المطبوعة (PCB) ومعدات الإدخال التلقائي.

Theمخطط توصيل الأطرافمُحدد بوضوح مع 10 أطراف في تكوين عبوتة ثنائية الخط (DIP). توزيع الأطراف هو: 1(E)، 2(D)، 3(كاثود مشترك)، 4(C)، 5(DP)، 6(B)، 7(A)، 8(كاثود مشترك)، 9(F)، 10(G). وجود طرفي كاثود مشترك (3 و 8) يساعد في توزيع التيار وتقليل كثافة التيار في طرف واحد، وهو أمر جيد للموثوقية. الأنود الخاص بالنقطة العشرية (DP) موجود على الطرف 5. يُظهر مخطط الدائرة الداخلية كل شريحة (A-G، DP) كمصباح LED فردي مع أنود متصل بالطرف المعني وجميع الكاثودات مربوطة معًا بأطراف الكاثود المشتركة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد التقييمات القصوى المطلقة ملف تعريف اللحام: يجب ألا تتجاوز درجة حرارة جسم المكون الحد الأقصى المسموح به أثناء التجميع. على وجه التحديد، تنص على أن درجة حرارة اللحام يجب أن تكون 260°C لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة 1/16 بوصة (1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذا مرجع قياسي للحام الموجة. بالنسبة للحام بإعادة التدفق، سيكون ملف تعريف قياسي خالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروة 260°C مناسبًا، مع ضبط وقت التحكم فوق نقطة الانصهار (TAL) ومدة درجة الحرارة القصوى عند أطراف المكون لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية أو الروابط السلكية الداخلية.

ظروف التخزينيجب أن تلتزم بنطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -35°C إلى +105°C. يُنصح بتخزين المكونات في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة لمنع امتصاص الرطوبة (والذي يمكن أن يسبب ظاهرة "الفرقعة" أثناء إعادة التدفق) وتلف التفريغ الكهروستاتيكي، على الرغم من أن الخطر لمصابيح LED أقل منه لبعض الدوائر المتكاملة.

7. معلومات التعبئة والطلب

رقم الجزء هو LTS-5703AJF. من المحتمل أن يشير اللاحقة "AJF" إلى سمات محددة مثل اللون (أصفر برتقالي)، ونوع العبوة، وربما تصنيف السطوع. يُشار إلى مراجعة ورقة البيانات، ويتم وضع علامة على الوثيقة كممتلكات للشركة المصنعة. التعبئة القياسية لمثل هذه المكونات ذات الثقوب المارة تكون عادةً في أنابيب مضادة للكهرباء الساكنة أو أشرطة ذخيرة على بكرات للإدخال الآلي. الكمية الدقيقة لكل أنبوب/بكرة ومادة التعبئة غير محددة في هذا المقتطف ولكن ستكون متاحة في مواصفات التعبئة المنفصلة.

8. توصيات التطبيق

دوائر التطبيق النموذجية:باعتبارها شاشة عرض ذات كاثود مشترك، يتم تشغيلها عادةً بواسطة متحكم دقيق أو دائرة متكاملة سائقة مخصصة للعرض (مثل سجل إزاحة 74HC595 مع مقاومات تحديد تيار أو MAX7219). يتطلب أنود كل شريحة مقاومة تحديد تيار. يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام R = (Vcc - VF) / IF. لمصدر طاقة 5 فولت (Vcc)، و VF=2.6V، و IF=20mA، R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 أوم. غالبًا ما تُستخدم قيمة أعلى قليلاً (مثل 150-220 أوم) لزيادة العمر الافتراضي وتقليل استهلاك الطاقة مع الحفاظ على سطوع جيد.

اعتبارات التصميم:

• تشغيل التيار:لا تتجاوز الحد الأقصى المطلق للتيار المستمر البالغ 25 مللي أمبير لكل شريحة. استخدم عامل التخفيض لبيئات درجات الحرارة العالية.
• تعدد الإرسال (Multiplexing):لشاشات العرض متعددة الأرقام، يكون تعدد الإرسال شائعًا. يسمح تصنيف تيار الذروة (60 مللي أمبير بدورة عمل 1/10) بتيار لحظي أعلى خلال وقت التشغيل المتعدد لتحقيق سطوع ملحوظ أعلى. تأكد من ألا يتجاوز متوسط التيار مع مرور الوقت التصنيف المستمر.
• زاوية المشاهدة:تذكر ورقة البيانات زاوية مشاهدة واسعة، وهي سمة مميزة لشاشات LED ذات العدسة المنتشرة. ضع في اعتبارك موضع المشاهدة المقصود عند تركيب الشاشة.
• تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB Layout):اتبع بصمة القدم الموصى بها من الرسم الأبعادي. تأكد من أن حجم الثقوب مناسب لقطر الطرف ووفر مساحة كافية.

9. المقارنة التقنية والمزايا

مقارنة بمصابيح LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP أو مصابيح LED الصفراء/الخضراء القياسية من نوع GaP، تقدم تقنية AlInGaP في LTS-5703AJF مزايا كبيرة:

• سطوع وكفاءة أعلى:يوفر AlInGaP فعالية إضاءة فائقة، مما يؤدي إلى شاشات عرض أكثر سطوعًا عند نفس تيار التشغيل أو سطوع مماثل بقدرة أقل.
• تشبع لوني أفضل:تنتج الخصائص الطيفية لونًا أصفر برتقاليًا أكثر حيوية واتساقًا.
• موثوقية الحالة الصلبة:لا تحتوي مصابيح LED على فتائل أو زجاج يمكن أن ينكسر، مما يوفر مقاومة عالية للصدمات والاهتزازات وعمر تشغيلي طويل جدًا (عادة عشرات الآلاف من الساعات).
• متطلبات طاقة منخفضة:تعمل بجهد وتيار منخفضين، مما يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية.
• عبوة خالية من الرصاص:متوافقة مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة)، مما يجعلها مناسبة للأسواق العالمية ذات اللوائح البيئية.

مقارنة بشاشات العرض المكونة من 7 شرائح الحديثة ذات التركيب السطحي (SMD)، فإن هذا الإصدار ذو الثقوب المارة أسهل للنماذج الأولية، والتجميع اليدوي، والتطبيقات التي قد يكون من الضروري فيها استبدال الشاشة.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س1: ما هو الغرض من طرفي الكاثود المشترك (3 و 8)؟

ج1: هما متصلان داخليًا. يساعد وجود طرفين في توزيع إجمالي تيار الكاثود (وهو مجموع التيارات من جميع الشرائح المضاءة) عبر طرفين ماديين، مما يقلل من كثافة التيار والإجهاد الحراري على كل وصلة لحام وإطار طرف، وبالتالي تحسين الموثوقية.

س2: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟

ج2: ربما، ولكن يجب عليك التحقق من الجهد الأمامي. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.6 فولت، لذا فإن مصدر 3.3 فولت يترك 0.7 فولت فقط لمقاومة تحديد التيار. باستخدام قانون أوم، لتيار مرغوب فيه 10 مللي أمبير، R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 أوم. هذا ممكن، ولكن قد يكون السطوع أقل قليلاً من القيمة المقدرة عند 20 مللي أمبير. تأكد من أن طرف المتحكم الدقيق يمكنه توفير التيار المطلوب.

س3: ماذا تعني "نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1" لتصميمي؟

ج3: تضمن أنه داخل جهاز واحد، لن تكون أي شريحة أكثر سطوعًا بمرتين من أي شريحة أخرى عند تشغيلها بشكل متطابق. هذا يمنع ظهور رقم غير متساوٍ (على سبيل المثال، شريحة A باهتة جدًا وشريحة G ساطعة جدًا). لتصميمات متعددة الأرقام، حدد أجهزة من نفس تصنيف الشدة لضمان الاتساق عبر الأرقام.

س4: كيف أحسب تبديد الطاقة للشاشة بأكملها؟

ج4: لأسوأ سيناريو مع إضاءة جميع الشرائح الثمانية (7 شرائح + DP) بشكل مستمر بأقصى تيار مستمر 25 مللي أمبير لكل منها، مع جهد أمامي نموذجي 2.6 فولت. الطاقة لكل شريحة = VF * IF = 2.6V * 0.025A = 65 ملي واط. الطاقة الإجمالية = 8 * 65 ملي واط = 520 ملي واط. هذه هي الطاقة المبددة كحرارة بواسطة عبوة LED نفسها، والتي يجب أخذها في الاعتبار للإدارة الحرارية في المساحات المغلقة.

11. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

المثال 1: عرض الفولتميتر الرقمي.في نموذج أولي بسيط لملتيميديا رقمي مكتبي، يمكن استخدام LTS-5703AJF لعرض قراءات الجهد. يقرأ محول التناظري إلى الرقمي (ADC) الخاص بالمتحكم الدقيق الجهد، ويعالجه، ويشغل الشاشة عبر سجل إزاحة مثل 74HC595. يتم وضع مقاومات تحديد تيار على التوالي مع أنود كل شريحة. يتم تبديل الكاثودات المشتركة بواسطة ترانزستور يتحكم فيه المتحكم الدقيق لتعدد الإرسال إذا تم استخدام أرقام متعددة. يضمن التباين العالي والسطوع سهولة القراءة في بيئات المختبر المضاءة جيدًا.

المثال 2: عرض عداد صناعي.لعداد قطع خط الإنتاج، تحتاج الشاشة إلى أن تكون موثوقة ومرئية من مسافة. تعتبر LTS-5703AJF، بارتفاع رقم 0.56 بوصة، مناسبة. يمكن تشغيلها بواسطة وحدة إخراج لوحة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مصممة لشاشات LED أو عبر دائرة متكاملة عداد بسيطة. يجعل نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-35°C إلى +105°C) الجهاز قويًا لظروف أرضية المصنع حيث قد تتقلب درجات الحرارة.

12. مقدمة عن مبدأ التقنية

تعتمد LTS-5703AJF علىبنية غير متجانسة لأشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)تمت زراعتها بشكل طبقي علىركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs). يتم تحقيق انبعاث الضوء من خلال الوميض الكهربائي. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد فجوة النطاق للثنائي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (بئر الكم). هناك، يعيدون الاتحاد بإشعاع، ويطلقون الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب السبائكي المحدد لـ AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. للضوء الأصفر البرتقالي، تبلغ طاقة فجوة النطاق حوالي 2.0-2.1 إلكترون فولت (eV). ركيزة GaAs معتمة للضوء المنبعث، لذلك تم تصميم الشريحة لتنبعث منها الضوء من السطح العلوي. تحتوي العبوة البلاستيكية على عدسة مصبوبة تشكل ناتج الضوء، وتوفر حماية بيئية، وتخلق شكل الشريحة المميز.

13. اتجاهات تطور التقنية

بينما هذا مكون ناضج ذو ثقوب مارّة، فإن اتجاهات تقنية العرض تؤثر على سياقه. تواصل صناعة LED الأوسع التركيز على:

• زيادة الكفاءة (لومن/وات):يهدف البحث المستمر في علم المواد إلى تقليل إعادة الاتحاد غير الإشعاعي وتحسين استخراج الضوء من شريحة أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى شاشات عرض أكثر سطوعًا بطاقة أقل.
• التصغير وهيمنة التركيب السطحي (SMD):تحول السوق إلى حد كبير نحو عبوات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، وتقليل مساحة اللوحة، وملف تعريف منخفض. تظل شاشات الثقوب المارة مثل هذه ذات صلة لتخصصات محددة تتطلب المتانة، وسهولة اللحام اليدوي، أو الاستبدال.
• الحلول المتكاملة:هناك اتجاه نحو شاشات العرض ذات الدوائر المتكاملة السائقة المدمجة ("شاشات ذكية") التي تبسط واجهة المتحكم الدقيق المضيف من خلال التعامل مع تعدد الإرسال، وفك الترميز، والتحكم في التيار داخليًا.
• توسيع نطاق الألوان و RGB:لشاشات العرض القادرة على الألوان الكاملة، فإن تطوير مصابيح LED حمراء وخضراء وزرقاء فعالة، بما في ذلك مصابيح LED الدقيقة، هو اتجاه رئيسي. بينما هذا جهاز أحادي اللون، فإن تحسينات المواد الأساسية تفيد جميع ألوان LED.
• ركائز مرنة وشفافة:البحث في شاشات العرض على ركائز مرنة أو شفافة نشط، على الرغم من أن هذا أكثر صلة بشاشات اللوحات المتقدمة منه بوحدات الأرقام المجزأة التقليدية.

تمثل LTS-5703AJF حلاً موثوقًا وفعالاً من حيث التكلفة ضمن هذه التطورات التكنولوجية المستمرة.