ورقة بيانات شاشة LTD-5223AJF LED - ارتفاع الرقم 0.56 بوصة - لون أصفر برتقالي من AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTD-5223AJF هي وحدة عرض أبجدية رقمية سباعية المقاطع عالية الأداء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وساطعة مع استهلاك منخفض للطاقة. وظيفتها الأساسية هي توفير مخرج رقمي مرئي في الأجهزة الإلكترونية. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لإنتاج انبعاث ضوئي مميز باللون الأصفر البرتقالي. يُعرف نظام المادة هذا بكفاءته العالية ووضوحه الممتاز. تتميز الشاشة بوجه رمادي فاتح ولون مقاطع أبيض، مما يوفر تباينًا عاليًا لتحقيق أفضل وضوح للقراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة.

يُصنف الجهاز كنوع كاثود مشترك مع تكوين نقطة عشرية على الجانب الأيمن. تم تصميمه ليكون موثوقًا بحالة صلبة، مما يضمن عمر تشغيلي طويل وأداءً متسقًا. يشمل السوق المستهدف لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، والأجهزة الاستهلاكية، وأي نظام مضمن حيث تكون هناك حاجة إلى شاشة رقمية مدمجة وموثوقة وموفرة للطاقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص البصرية

يعد الأداء البصري محورًا لوظيفة الشاشة. المعايير الرئيسية، المقاسة عند درجة حرارة محيطة (TA) تبلغ 25 درجة مئوية، هي كما يلي:

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):تتراوح من حد أدنى 320 ميكروكنديلا إلى قيمة نموذجية 700 ميكروكنديلا عند تشغيلها بتيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير لكل مقطع. يضمن هذا المستوى العالي من السطوع وضوحًا جيدًا للرؤية.
• طول موجة الانبعاث الذروي (\u03bb_p):عادة 611 نانومتر (نانومتر). هذا يحدد النقطة المحددة لأعلى ناتج طيفي للطاقة في المنطقة الصفراء البرتقالية من الطيف المرئي.
• نصف عرض الخط الطيفي (\u0394\u03bb):حوالي 17 نانومتر. تشير هذه المعلمة إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث؛ يشير العرض الأضيق إلى لون أكثر تشبعًا ونقاءً.
• الطول الموجي السائد (\u03bb_d):عادة 605 نانومتر. هذا هو إدراك العين البشرية للون كطول موجي واحد، ويتطابق بشكل وثيق مع الدرجة الصفراء البرتقالية المدركة.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):بحد أقصى 2:1. يحدد هذا التباين المسموح به في السطوع بين المقاطع المختلفة لنفس الرقم عند تشغيلها تحت نفس الظروف (I_F=1 مللي أمبير)، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

يتم إجراء جميع قياسات شدة الإضاءة باستخدام مزيج من مستشعر ومرشح معاير لتقريب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن صلة البيانات بالرؤية البشرية.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعايير الكهربائية ظروف التشغيل والحدود للجهاز:

• الجهد الأمامي لكل مقطع (V_F):عادة 2.6 فولت، بحد أقصى 2.6 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر المقطع المضاء.
• التيار العكسي لكل مقطع (I_R):بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. يشير هذا إلى مستوى تيار التسرب عندما يكون الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) في حالة انحياز عكسي.

2.3 القيم القصوى المطلقة

هذه هي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف من الظروف لمنع تلف دائم:

• تبديد الطاقة لكل مقطع:70 ملي واط.
• التيار الأمامي الذروي لكل مقطع:90 مللي أمبير (عند دورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية).
• التيار الأمامي المستمر لكل مقطع:25 مللي أمبير. يتم تخفيض هذا التصنيف خطيًا من 25 درجة مئوية بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية.
• الجهد العكسي لكل مقطع:5 فولت.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف لشدة الإضاءة". وهذا يعني عملية تصنيف أو فرز بناءً على الناتج البصري المقاس. بينما لم يتم تقديم تفاصيل رمز التصنيف المحدد في هذا المقتطف، فإن التصنيف النموذجي لمثل هذه الشاشات يتضمن تجميع الوحدات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير). وهذا يضمن أن المصممين يتلقون شاشات ذات مستويات سطوع متسقة لمظهر منتج موحد. يجب على المشترين الرجوع إلى مواصفات التصنيف الكاملة للشركة المصنعة للحصول على تعريفات الرموز التفصيلية المتعلقة بالشدة وربما الجهد الأمامي (V_f) لضمان التوافق الكهربائي في تصميمهم.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". هذه التمثيلات الرسومية حاسمة لفهم سلوك الجهاز بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة. على الرغم من عدم عرض المنحنيات المحددة في النص المقدم، فإنها تشمل عادةً:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة بين التيار الأمامي (I_F) والجهد الأمامي (V_F). هذا أمر أساسي لتصميم دائرة تحديد التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع تيار القيادة، مما يساعد في تحسين المقايضة بين السطوع واستهلاك الطاقة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض السطوع مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة (\u03bb_p) وشكل طيف الضوء المنبعث.

يجب على المصممين الرجوع إلى هذه المنحنيات للتنبؤ بالأداء تحت الظروف غير القياسية ولضمان التشغيل الموثوق عبر نطاق درجة الحرارة المحدد.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يبلغ ارتفاع الرقم في الجهاز 0.56 بوصة (14.22 مم). يوفر رسم الأبعاد (المشار إليه ولكن غير معروض) مخططات ميكانيكية مفصلة، تشمل الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع، وأبعاد المقاطع، وتباعد الأطراف (السنون). يتم تحديد جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي \u00b10.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات حيوية لتصميم بصمة اللوحة المطبوعة (PCB) وضمان الملاءمة المناسبة داخل غلاف المنتج النهائي.

5.2 توصيل الأطراف وتحديد القطبية

شاشة LTD-5223AJF هي شاشة مكونة من رقمين، ذات كاثود مشترك، وتحتوي على 18 طرفًا. مخطط التوصيل هو كما يلي:

• الكاثود المشترك (CC):الطرفان 13 و 14 هما طرفا الكاثود المشترك للرقم 2 والرقم 1 على التوالي. في تكوين الكاثود المشترك، يتم توصيل جميع كاثودات مقاطع LED لرقم معين داخليًا بهذا الطرف الواحد. لإضاءة مقطع ما، يجب أن يكون طرف الأنود المقابل له في حالة جهد عالٍ (جهد موجب عبر مقاومة تحديد تيار) بينما يتم سحب الكاثود المشترك للرقم الخاص به إلى الأرض (الجهد المنخفض).
• أنودات المقاطع:الأطراف من 1 إلى 12 ومن 15 إلى 18 هي توصيلات الأنود للمقاطع الفردية (من A إلى G و DP) لكلا الرقمين. يتم تحديد التعيين بوضوح في جدول توصيل الأطراف (مثال: الطرف 1: أنود E للرقم 1).
• النقطة العشرية اليمنى:يتم تحديد أنودات النقطة العشرية لكل رقم (الطرفان 4 و 9)، مما يؤكد موقعها على الجانب الأيمن من الرقم.

يؤكد الرسم التخطيطي للدائرة الداخلية (المشار إليه) بصريًا هذا الهيكل ذو الكاثود المشترك والترابط بين المقاطع داخل كل رقم.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد القيم القصوى المطلقة معلمة لحام حرجة: يمكن تعريض الأطراف لدرجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1/16 بوصة (1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس (حيث يلتقي جسم العبوة باللوحة المطبوعة PCB). هذا هو قيد ملف تعريف لحام إعادة التدفق القياسي. لضمان الموثوقية:

• الالتزام الصارم بملف الوقت-درجة الحرارة هذا أثناء عمليات لحام إعادة التدفق.
• تجنب اللحام اليدوي المباشر على جسم العبوة؛ قم بتطبيق الحرارة على الأطراف فقط.
• اسمح للجهاز بالتبريد بشكل طبيعي بعد اللحام؛ تجنب الصدمة الحرارية.
• اتبع احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل والتجميع.
• قم بتخزين الأجهزة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) في بيئة جافة قبل الاستخدام.

7. توصيات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

للشاشات ذات الكاثود المشترك مثل LTD-5223AJF، يتم استخدام طريقتين أساسيتين للقيادة:

1. القيادة الساكنة (Static Drive):يحتوي كل أنود مقطع على مقاومة تحديد تيار مخصصة وطرف قيادة مخصص. يتم توصيل الكاثودات المشتركة بشكل دائم بالأرض. هذه الطريقة بسيطة ولكنها تتطلب العديد من أطراف الإدخال/الإخراج (I/O) (7 مقاطع + DP لكل رقم).
2. القيادة المتعددة (Multiplexed/Dynamic Drive):هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا للشاشات متعددة الأرقام. يتم توصيل جميع أنودات المقاطع لنفس موضع المقطع عبر الأرقام معًا. يتم التحكم في الكاثود المشترك لكل رقم بشكل مستقل بواسطة ترانزستور أو دائرة متكاملة (IC) قائدة. يقوم المتحكم الدقيق (Microcontroller) بالدوران بسرعة عبر تشغيل كاثود رقم واحد في كل مرة مع تقديم بيانات المقاطع لذلك الرقم على خطوط الأنود المشتركة. هذا يقلل بشكل كبير من أطراف الإدخال/الإخراج المطلوبة وهو فعال للغاية. يجعل السطوع العالي ووقت الاستجابة الجيد لمصابيح LED من نوع AlInGaP مناسبتها جيدًا للقيادة المتعددة.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة متسلسلة لكل أنود مقطع (أو خط أنود مشترك في القيادة المتعددة) لتحديد التيار الأمامي إلى قيمة آمنة، عادةً بين 1 مللي أمبير و 20 مللي أمبير اعتمادًا على السطوع المطلوب وميزانية الطاقة. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_المصدر- V_F) / I_F.
• التشغيل بتيار منخفض:تسلط ورقة البيانات الضوء على أداء ممتاز عند تيارات منخفضة تصل إلى 1 مللي أمبير لكل مقطع. هذه ميزة رئيسية للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة.
• زاوية المشاهدة:تضمن زاوية المشاهدة الواسعة إمكانية القراءة من مواضع مختلفة، وهو أمر مهم للمعدات المثبتة على اللوحات.
• إدارة الحرارة:بينما يكون تبديد الطاقة منخفضًا، تأكد من ألا تتجاوز درجة حرارة التشغيل المحيطة 85 درجة مئوية. في المساحات المغلقة أو البيئات عالية الحرارة، ضع في اعتبارك التهوية.

8. المقارنة والتمييز التقني

المميزات الأساسية لشاشة LTD-5223AJF هي تقنية المواد الخاصة بها والتحسين للتيار المنخفض:

• AlInGaP مقابل المواد التقليدية:مقارنة بتقنيات LED الأقدم مثل GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار القيادة أو سطوع مكافئ بطاقة أقل. كما توفر تشبع لوني واستقرارًا متفوقين عبر درجة الحرارة وعمر التشغيل.
• تصميم التيار المنخفض:يتم توصيف العديد من الشاشات عند تيارات أعلى (مثل 20 مللي أمبير). يتم اختيار واختبار LTD-5223AJF صراحةً لخصائص ممتازة عند 1 مللي أمبير، مما يجعلها خيارًا بارزًا للتصميمات فائقة انخفاض الطاقة حيث يكون كل مللي أمبير مهمًا.
• التوحيد:تضمن ميزات مثل "المقاطع المتواصلة الموحدة" ونسبة مطابقة شدة الإضاءة الضيقة (2:1) مظهرًا احترافيًا ومتسقًا عبر جميع الأرقام والمقاطع، وهو ما لا يتم ضمانه دائمًا في الشاشات منخفضة التكلفة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الحد الأدنى للتيار اللازم لرؤية المقاطع مضاءة؟

ج: بينما يتم اختبار الجهاز حتى 1 مللي أمبير، قد تكون المقاطع مرئية عند تيارات أقل، على الرغم من أن السطوع سيكون خافتًا جدًا. للتشغيل الموثوق، صمم للحد الأدنى المحدد وهو 1 مللي أمبير.

س: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة باستخدام متحكم دقيق (Microcontroller) بجهد 3.3 فولت أو 5 فولت مباشرة؟

ج: نعم، ولكن يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة تحديد تيار. مع جهد أمامي نموذجي V_Fبقيمة 2.6 فولت، سيتطلب مصدر 5 فولت قيمة مقاومة تقريبية (5 فولت - 2.6 فولت) / 0.020 أمبير = 120 أوم لقيادة 20 مللي أمبير. لمنطق 3.3 فولت، هامش الأمان أصغر: (3.3 فولت - 2.6 فولت) / 0.020 أمبير = 35 أوم. تحقق دائمًا من التيار الأمامي الفعلي.

س: ماذا يعني "كاثود مشترك" لتصميم دوارتي؟

ج: يعني أنك تسحب التيار إلى الأرض لتشغيل رقم. عمليًا، تقوم بتوصيل طرف الكاثود المشترك بطرف إدخال/إخراج (I/O) في المتحكم الدقيق (يتم ضبطه كمخرج منخفض) أو إلى مجمع ترانزستور NPN الذي يكون باعثه متصلًا بالأرض. ثم يقوم المتحكم الدقيق بتشغيل الترانزستور لتمكين الرقم.

س: كيف أحقق سطوعًا موحدًا عند استخدام القيادة المتعددة؟

ج: في القيادة المتعددة، يكون التيار اللحظي لكل مقطع أعلى من متوسط التيار المطلوب لأن كل رقم يكون قيد التشغيل لجزء من الوقت فقط (دورة العمل). على سبيل المثال، لتحقيق متوسط 5 مللي أمبير لكل مقطع في قيادة متعددة لرقمين مع دورة عمل متساوية، ستقود كل مقطع بحوالي 10 مللي أمبير عندما يكون رقمه نشطًا. يجب أن يظل التيار الذروي ضمن الحد الأقصى المطلق البالغ 25 مللي أمبير مستمر/90 مللي أمبير نبضي.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم شاشة لجهاز قياس متعدد محمول منخفض الطاقة

يقوم مصمم بإنشاء جهاز قياس متعدد رقمي محمول باليد يجب أن يعمل لفترات طويلة على بطارية 9 فولت واحدة. إمكانية القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة أمر بالغ الأهمية. تعد شاشة LTD-5223AJF مرشحة مثالية.

التنفيذ:يستخدم المصمم متحكمًا دقيقًا (Microcontroller) مع دوائر قيادة مدمجة للشاشات البلورية السائلة (LCD) أو المقاطع، أو دائرة متكاملة (IC) قائدة متعددة مخصصة. يختارون قيادة كل مقطع بمتوسط تيار 2 مللي أمبير للحفاظ على الطاقة. للقيادة المتعددة لرقمين، يتم ضبط التيار الذروي خلال فتحة الوقت النشطة على 4 مللي أمبير لكل مقطع، وهو ضمن قدرات الجهاز بشكل جيد. تضمن شدة الإضاءة العالية عند التيار المنخفض (320-700 ميكروكنديلا عند 1 مللي أمبير) بقاء الشاشة مرئية بوضوح. تم اختيار اللون الأصفر البرتقالي من AlInGaP لتوفيره تباينًا عاليًا ضد الوجه الرمادي الفاتح وفعاليته في كل من الضوء المحيط الخافت والساطع. تسمح زاوية المشاهدة الواسعة للمستخدم بقراءة القياس من زوايا مختلفة دون فقدان الوضوح. يقلل الجهد الأمامي المنخفض من فقد الطاقة في دائرة القيادة، مما يطيل عمر البطارية بشكل أكبر.

11. مقدمة عن المبدأ التقني

يعتمد المبدأ التشغيلي الأساسي على الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence) في وصلة P-N لأشباه الموصلات. تستخدم شاشة LTD-5223AJF مادة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) كمادة أشباه الموصلات النشطة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز طاقة فجوة النطاق (Bandgap) للمادة عبر الوصلة، تندمج الإلكترونات من المنطقة من النوع N مع الفجوات (Holes) من المنطقة من النوع P. تطلق عملية الاندماج هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث — في هذه الحالة، الأصفر البرتقالي (~605-611 نانومتر). يتم تركيب الشرائح على ركيزة GaAs غير شفافة، مما يساعد في توجيه ناتج الضوء لأعلى عبر المقطع، مما يحسن الكفاءة والتباين. يتم تشكيل المقاطع السبعة الفردية (من A إلى G) والنقطة العشرية (DP) بواسطة شرائح LED منفصلة أو مناطق شريحة، معزولة كهربائيًا ولكنها مرتبة فيزيائيًا لتشكيل نمط رقمي. يقوم تكوين الكاثود المشترك بتوصيل جميع كاثودات المقاطع داخل رقم واحد داخليًا، مما يبسط دائرة القيادة الخارجية.

12. اتجاهات وسياق التكنولوجيا

بينما تظل شاشات LED السباعية المقاطع حلاً قويًا وفعالاً من حيث التكلفة للقراءات الرقمية، فإن مجال الإلكترونيات الضوئية الأوسع يتطور. يمثل استخدام AlInGaP تقدمًا مقارنة بمواد أشباه الموصلات من المجموعة III-V الأقدم مثل GaAsP، حيث يوفر كفاءة أعلى ونقاء لوني أفضل. تشمل الاتجاهات الحالية في تكنولوجيا العرض للمعلومات الأكثر تعقيدًا التحول نحو شاشات OLED أو LCD ذات المصفوفة النقطية، والتي تقدم قدرات أبجدية رقمية ورسومية كاملة في عبوات ذات حجم مماثل. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الرقمية المخصصة التي تتطلب موثوقية فائقة، وتشغيلًا عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، وسطوعًا عاليًا، وبساطة، تستمر شاشات LED السباعية المقاطع مثل LTD-5223AJF في كونها الخيار المفضل. قد تركز التطورات المستقبلية على مواد ذات كفاءة أعلى (مثل InGaN المحسّن لألوان أخرى أو تكنولوجيا micro-LED)، مما يقلل بشكل أكبر من استهلاك الطاقة للتطبيقات الحساسة للبطارية، ودمج إلكترونيات القيادة مباشرة في عبوة العرض لتبسيط تصميم النظام.