ورقة بيانات شاشة العرض LED طراز LTS-3403JS - ارتفاع الرقم 0.8 بوصة - أصفر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 40 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-3403JS هي وحدة عرض أبجدية رقمية أحادية اللون ذات سبعة أجزاء، مُصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وساطعة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام (0-9) وبعض الأحرف المحدودة بصريًا من خلال إضاءة انتقائية للأجزاء الفردية لثنائيات LED. تعتمد التكنولوجيا الأساسية على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP)، والمُصممة لإصدار ضوء في نطاق الطول الموجي الأصفر. يقدم هذا الاختيار المحدد للمادة توازنًا بين الكفاءة والسطوع ونقاء اللون. يُصنف الجهاز كنوع كاثود مشترك، مما يعني أن أقطاب الكاثود (الأطراف السالبة) لأجزاء LED متصلة معًا داخليًا، مما يبسط دائرة القيادة عند استخدام مشغلات تيار الغرق. يتميز التصميم الفيزيائي بلوحة أمامية رمادية فاتحة مع حدود بيضاء للأجزاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة عند إضاءة الأجزاء.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفصيلًا دقيقًا لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه تحت الظروف المحددة.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه المعايير حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لضمان أداء موثوق.

• تبديد الطاقة لكل جزء:40 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة الكهربائية يمكن تحويلها إلى حرارة وضوء بواسطة جزء واحد دون خطر التلف.
• تيار الأمامي الذروي لكل جزء:60 مللي أمبير. يُسمح بهذا التيار فقط تحت ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. يُستخدم للومضات قصيرة وعالية الكثافة.
• تيار الأمامي المستمر لكل جزء:25 مللي أمبير عند درجة حرارة 25°مئوية. تقل هذه القيمة خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/°مئوية مع ارتفاع درجة حرارة البيئة (Ta) فوق 25°مئوية، وهي عملية تُعرف باسم تخفيض التصنيف (Derating).
• الجهد العكسي لكل جزء:5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في اتجاه الانحياز العكسي في انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35°مئوية إلى +85°مئوية. تم تصنيف الجهاز للعمل والتخزين ضمن هذا النطاق لدرجة حرارة البيئة.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260°مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 ملم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس المكون أثناء اللحام بالموجة أو إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة عند درجة حرارة بيئة (Ta) تبلغ 25°مئوية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):تتراوح من 320 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 700 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)، مع وجود قيمة نموذجية ضمنية، عند تشغيلها بتيار أمامي (I_F) قدره 1 مللي أمبير لكل جزء. هذا مقياس للسطوع الملحوظ لخرج الضوء.
• الطول الموجي الذروي للانبعاث (λ_p):588 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه قوة الخرج البصرية أعظم، مما يحدد اللون الأصفر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ فالقيمة الأصغر تعني لونًا أصفر أكثر أحادية اللون (نقاءً).
• الطول الموجي السائد (λ_d):587 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية، ويتطابق بشكل وثيق مع الطول الموجي الذروي.
• الجهد الأمامي لكل جزء (V_F):يتراوح من 2.05 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.6 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر ثنائي LED عندما يكون في حالة توصيل.
• التيار العكسي لكل جزء (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند تطبيق جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى). تحدد هذه النسبة الحد الأقصى المسموح به للتباين في السطوع بين الأجزاء المختلفة لنفس الرقم أو بين الأرقام، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

ملاحظة على القياس:يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مزيج من مستشعر ومرشح يقارب الحساسية الطيفية الضوئية (المتكيفة مع ضوء النهار) للعين البشرية، كما هو محدد من قبل اللجنة الدولية للإضاءة (CIE).

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف لشدة الإضاءة". يشير هذا إلى عملية فرز ما بعد الإنتاج تُعرف باسم "التصنيف (Binning)". أثناء التصنيع، يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة في النمو الطبقي الخارجي ومعالجة مادة AlInGaP إلى اختلافات في معايير رئيسية مثل الجهد الأمامي (V_F) وشدة الإضاءة (I_V). لضمان الاتساق للمستخدم النهائي، يتم اختبار الوحدات المصنعة وفرزها إلى "صناديق" أو مجموعات محددة بناءً على هذه القيم المقاسة. بالنسبة لـ LTS-3403JS، فإن معيار التصنيف الأساسي هو شدة الإضاءة عند 1 مللي أمبير، كما يتضح من القيم المحددة للحد الأدنى (320 ميكروكانديلا) والحد الأقصى (700 ميكروكانديلا). يسمح هذا للمصممين باختيار أجزاء من صندوق شدة محدد إذا كان تطبيقهم يتطلب مستويات سطوع متطابقة بدقة عبر شاشات عرض متعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة الأسية. سيُظهر المنحنى قيمة V_Fالنموذجية عند تيارات تشغيل شائعة مثل 1 مللي أمبير و20 مللي أمبير.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع التيار، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل، قبل أن يشبع محتملاً عند تيارات عالية جدًا.
• شدة الإضاءة مقابل درجة حرارة البيئة:يوضح انخفاض خرج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو عامل حاسم لإدارة الحرارة في تطبيقات السطوع العالي أو درجة الحرارة العالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند حوالي 588 نانومتر ونصف العرض، مؤكدًا انبعاث اللون الأصفر.

هذه المنحنيات ضرورية للمصممين لنمذجة سلوك العرض تحت ظروف تشغيل مختلفة لا يتم تغطيتها صراحةً في الجدول.

5. معلومات الميكانيكا والغلاف

5.1 أبعاد الغلاف

للجهاز مخطط فيزيائي محدد. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات (ملم) مع تسامح قياسي يبلغ ±0.25 ملم (0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك على الرسم الأبعادي. الميزة الرئيسية هي ارتفاع الرقم 0.8 بوصة، والذي يقابل 20.32 ملم، مما يحدد حجم الحرف.

5.2 تكوين الأطراف والدائرة الداخلية

يُحتوى LTS-3403JS في غلاف ذو 18 طرفًا. توزيع الأطراف كما يلي: الأطراف 4، 6، 12، و17 هي أقطاب أنود مشتركة. يتم تعيين أقطاب كاثود الأجزاء لأطراف محددة: A(2)، B(15)، C(13)، D(11)، E(5)، F(3)، G(14). بالإضافة إلى ذلك، يتميز بنقطتين عشريتين، اليسرى (L.D.P، الطرف 7) واليمنى (R.D.P، الطرف 10). الأطراف 1، 8، 9، 16، و18 مذكورة على أنها "لا طرف" (غير مستخدمة على الأرجح أو موجودة ميكانيكيًا فقط). يُظهر مخطط الدائرة الداخلية تكوين كاثود مشترك لأجزاء الرقم الرئيسية، مما يعني أن جميع أقطاب كاثود الأجزاء منفصلة، بينما الأقطاب الأنود منفصلة للتحكم الفردي في كل جزء. النقاط العشرية يمكن الوصول إليها بشكل فردي.

6. إرشادات اللحام والتركيب

توفر القيم القصوى المطلقة معيار اللحام الرئيسي: يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة قصوى تبلغ 260°مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ أثناء عملية اللحام. هذا نموذجي لملامح اللحام بالموجة أو إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. من الأهمية بمكان عدم تجاوز هذا الحد الحراري لمنع تلف الروابط السلكية الداخلية، أو شريحة LED، أو الغلاف البلاستيكي. يجب على المصممين اتباع إرشادات JEDEC أو IPC القياسية لتصميم بصمة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وضمان حجم وتباعد مناسبين للوسادة لتسهيل تكوين وصلة لحام جيدة وتجنب الجسور. يجب تخزين الجهاز في كيس الحاجز الرطوبي الأصلي حتى الاستخدام لمنع امتصاص الرطوبة، والذي يمكن أن يسبب "انفجار الفشار" (تشقق الغلاف) أثناء إعادة التدفق.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تتناسب شاشة LTS-3403JS مع مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب شاشات رقمية واضحة وموثوقة، بما في ذلك:

• معدات الاختبار والقياس:الملتيميديا، عدادات التردد، مصادر الطاقة.
• التحكم الصناعي:عدادات اللوحة، مؤشرات العمليات، شاشات المؤقت.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:معدات الصوت (المكبرات، المستقبلات)، الأجهزة المنزلية.
• قطع غيار السيارات:المقاييس والقراءات (حيث يتم استيفاء المواصفات البيئية).
• الأجهزة المحمولة منخفضة الطاقة:حيث يكون أداؤها الممتاز عند التيار المنخفض (حتى 1 مللي أمبير/جزء) ميزة كبيرة لعمر البطارية.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:ثنائيات LED هي أجهزة تعمل بالتيار. مقاومة تحديد تيار على التوالي إلزامية لكل أنود مشترك أو يجب استخدام مشغل تيار ثابت لمنع تجاوز الحد الأقصى للتيار المستمر، خاصةً لأن V_Fيمكن أن يختلف.
• التعددية (Multiplexing):لشاشات العرض متعددة الأرقام، التعددية (تدوير الطاقة بسرعة بين الأرقام) شائعة لتقليل عدد الأطراف والطاقة. تصميم الكاثود المشترك لـ LTS-3403JS مناسب جدًا لهذا. يسمح تصنيف تيار الذروة (60 مللي أمبير) بتيارات نبضية أعلى أثناء التعددية لتحقيق سطوع ملحوظ.
• زاوية المشاهدة:ميزة "زاوية المشاهدة الواسعة" مفيدة للتطبيقات التي قد يتم فيها مشاهدة الشاشة من مواقع خارج المحور.
• إدارة الحرارة:على الرغم من انخفاض الطاقة، في بيئات درجة الحرارة البيئية العالية أو عند التشغيل بتيارات أعلى، يجب الانتباه إلى منحنى تخفيض التصنيف للتيار المستمر.

8. المقارنة والتمييز التقني

مزايا التمييز الرئيسية لـ LTS-3403JS بناءً على ورقة البيانات الخاصة بها هي:

• المادة (AlInGaP):مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة، مما يؤدي إلى خرج أكثر سطوعًا واتساقًا.
• التشغيل بتيار منخفض:توصيفها واختبارها لأداء ممتاز عند تيارات منخفضة تصل إلى 1 مللي أمبير لكل جزء يجعلها بارزة للتطبيقات فائقة انخفاض الطاقة حيث قد تكون الشاشات الأخرى باهتة أو غير مستقرة.
• مطابقة الأجزاء:يتم اختبار الجهاز لمطابقة الأجزاء، مما يضمن سطوعًا موحدًا عبر جميع أجزاء الرقم، وهو أمر بالغ الأهمية للمظهر الاحترافي.
• غلاف ذو تباين عالي:الوجه الرمادي الفاتح مع أجزاء بيضاء يوفر تباينًا عاليًا حتى عند عدم التشغيل، مما يحسن إجمالي سهولة القراءة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج: لا. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.05-2.6 فولت. توصيلها مباشرة بجهد 5 فولت بدون مقاومة تحديد تيار سيسبب تيارًا مفرطًا، مما يدمر ثنائي LED. يجب حساب مقاومة على التوالي بناءً على جهد الإمداد (مثل 5 فولت)، وجهد ثنائي LED V_F، والتيار المطلوب I_F.

س: ما الفرق بين "الطول الموجي الذروي" و"الطول الموجي السائد"؟

ج: الطول الموجي الذروي هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء المنبعث. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية ويتطابق مع لون الضوء. لمصدر أحادي اللون مثل ثنائي LED الأصفر هذا، يكونان قريبين جدًا (587 نانومتر مقابل 588 نانومتر).

س: الحد الأقصى للتيار المستمر هو 25 مللي أمبير، لكن شرط الاختبار لـ V_Fهو 20 مللي أمبير. أي منهما يجب أن أستخدم في التصميم؟

ج: 20 مللي أمبير هو شرط اختبار قياسي ونقطة تشغيل شائعة لسطوع جيد. يمكنك التصميم لـ 20 مللي أمبير. تصنيف 25 مللي أمبير هو الحد الأقصى المطلق؛ لا يُنصح بالتصميم بالقرب من هذا الحد دون مراعاة حرارية لموثوقية طويلة الأمد.

س: كيف أستخدم النقطتين العشريتين اليسرى واليمنى؟

ج: هما ثنائيا LED مستقلان. الطرف 7 (L.D.P) هو الكاثود للنقطة العشرية اليسرى، والطرف 10 (R.D.P) للنقطة العشرية اليمنى. لإضاءة إحداهما، يجب عليك توصيل طرف الكاثود الخاص بها بالأرضي (عبر مقاومة) وتزويد الجهد إلى أحد الأقطاب الأنود المشتركة (الأطراف 4، 6، 12، 17).

10. مثال تصميمي عملي

السيناريو:تصميم قراءة فولتميتر برقم واحد يعمل بجهد إمداد 5 فولت، يستهدف تيار جزء قدره 10 مللي أمبير لسطوع كافٍ.

1. تكوين الدائرة:استخدم تكوين كاثود مشترك. قم بتوصيل جميع أقطاب كاثود الأجزاء (A-G، DP) إلى أطراف الإدخال/الإخراج الفردية لمتحكم دقيق عبر مقاومات تحديد تيار. قم بتوصيل جميع الأقطاب الأنود المشتركة الأربعة (الأطراف 4، 6، 12، 17) معًا إلى خط إمداد الجهد 5 فولت.
2. حساب المقاومة:بافتراض أسوأ حالة لـ V_Fبقيمة 2.6 فولت عند 10 مللي أمبير. قيمة المقاومة R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_F= (5 فولت - 2.6 فولت) / 0.01 أمبير = 240 أوم. مقاومة قياسية بقيمة 220 أو 270 أوم ستكون مناسبة. تبديد الطاقة في المقاومة P = I²R = (0.01)²* 240 = 0.024 واط، لذا مقاومة قياسية بقدرة 1/4 واط مناسبة.
3. واجهة المتحكم الدقيق:لعرض رقم (مثل '7')، سيقوم المتحكم الدقيق بتعيين أطرافه المتصلة بالأجزاء A، B، وC إلى مستوى منطقي منخفض (غرق التيار)، مع الحفاظ على الآخرين عند مستوى مرتفع. يكمل هذا الدائرة من 5 فولت (الأنود) عبر ثنائي LED والمقاومة إلى أرضي المتحكم الدقيق، مما يضيء الأجزاء A، B، وC.
4. امتداد التعددية:لشاشة عرض مكونة من 4 أرقام، سيكون لديك أربع وحدات من LTS-3403JS. قم بتوصيل جميع أقطاب كاثود الأجزاء المقابلة معًا (جميع أطراف 'A' معًا، إلخ). سيتم التحكم في الأقطاب الأنود المشتركة لكل شاشة بشكل منفصل بواسطة مفتاح ترانزستور. يقوم المتحكم الدقيق بالتدوير بسرعة لتمكين أنود رقم واحد في كل مرة مع إخراج نمط الأجزاء لذلك الرقم. يجعل استمرارية الرؤية جميع الأرقام تبدو مضاءة في وقت واحد.

11. مبدأ التشغيل

تعمل LTS-3403JS على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. المادة النشطة هي AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الوصلة (حوالي 2 فولت)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للفوتونات المنبعثة - في هذه الحالة، الضوء الأصفر حول 587-588 نانومتر. كل جزء من الرقم هو ثنائي LED منفصل مع وصلة p-n خاصة به. يعني تكوين الكاثود المشترك أن الجانب n (الكاثود) لجميع هذه الوصلات للرقم الرئيسي متصل داخليًا، بينما الجوانب p (الأنود) منفصلة للتحكم الفردي في كل جزء.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل شاشات العرض LED المنفصلة ذات السبعة أجزاء مثل LTS-3403JS ذات صلة لتطبيقات محددة بسبب بساطتها وارتفاع سطوعها ومتانتها، فقد تحولت اتجاهات تكنولوجيا العرض الأوسع. للمعلومات الأبجدية الرقمية أو الرسومية المعقدة، أصبحت شاشات LED ذات المصفوفة النقطية، وشاشات OLED، وشاشات LCD هي السائدة الآن بسبب مرونتها. ومع ذلك، في مجال مؤشرات الأرقام البسيطة عالية السطوع ومنخفضة الطاقة، تستمر تقنيات AlInGaP وخاصة تقنيات AllnGaP-on-GaP (الركيزة الشفافة) الأحدث في تقديم كفاءة وسطوع متفوقين مقارنة بالمواد الأقدم. الاتجاه في مثل هذه الشاشات المنفصلة هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من الضوء لكل مللي أمبير)، وجهد تشغيل أقل، وربما عبوات فردية متعددة الألوان أو قادرة على RGB، على الرغم من أن الشاشات أحادية اللون مثل هذه ستستمر للتطبيقات الحساسة للتكلفة والحاسمة للموثوقية حيث تكون مزاياها المحددة في المقام الأول.