ورقة بيانات شاشة LED من نوع LTD-5721AJF - ارتفاع الرقم 0.56 بوصة - لون أصفر برتقالي من مادة AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTD-5721AJF هي وحدة عرض أبجدية رقمية مزدوجة الأرقام من سبعة أجزاء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام وبعض الأحرف الأبجدية الرقمية المحدودة بصريًا باستخدام أجزاء LED قابلة للعنونة بشكل فردي. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) المترسبة على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة لإنتاج انبعاث الضوء الأصفر البرتقالي المميز. يتميز هذا الجهاز بلوحة أمامية رمادية مع علامات بيضاء على الأجزاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة عند إضاءة الأجزاء أو إطفائها. يتم تصنيف الشاشة بناءً على شدة الإضاءة، مما يضمن اتساق مستويات السطوع للتطبيقات التي يكون فيها المظهر الموحد عبر وحدات متعددة أمرًا بالغ الأهمية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم الشاشة عدة فوائد رئيسية تجعلها مناسبة لمجموعة من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية. يضمن سطوعها العالي ونسبة التباين الممتازة إمكانية القراءة حتى في البيئات المضاءة بشكل ساطع. تتيح زاوية المشاهدة الواسعة قراءة المعلومات المعروضة من مواقع مختلفة دون فقدان كبير في الوضوح. كجهاز ذو حالة صلبة، فإنه يوفر موثوقية عالية، وعمر تشغيلي طويل، ومقاومة للصدمات والاهتزازات مقارنة بتقنيات العرض الميكانيكية أو القديمة مثل شاشات الفلورسنت المفرغة (VFDs). يجعلها متطلبات الطاقة المنخفضة موفرة للطاقة. تجعل هذه الميزات شاشة LTD-5721AJF مثالية للأسواق المستهدفة بما في ذلك معدات الاختبار والقياس، ولوحات التحكم الصناعية، وأطراف نقاط البيع، وأدوات لوحة عدادات السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية المختلفة حيث تكون هناك حاجة لعرض رقمي موثوق.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً موضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها لمهندسي التصميم.

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة لكل جزء:70 ميلي واط. هذه هي أقصى طاقة مسموح بها يمكن تبديدها كحرارة بواسطة جزء LED واحد تحت أي ظرف. يمكن أن يؤدي تجاوز ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وتدهور متسارع لشريحة LED.
• التيار الأمامي الذروي لكل جزء:60 مللي أمبير (بدورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية). هذا التقييم مخصص للتشغيل النبضي القصير، وغالبًا ما يُستخدم في أنظمة التعدد لتحقيق سطوع مُدرك أعلى دون تجاوز حد التيار المتوسط.
• التيار الأمامي المستمر لكل جزء:25 مللي أمبير (مخفض خطيًا من 25°C بمعدل 0.33 مللي أمبير/°C). هذا هو أقصى تيار مستمر موصى به للتشغيل المستمر عند 25°C. يشير عامل التخفيض إلى أنه يجب تقليل تيار التشغيل الآمن مع زيادة درجة حرارة البيئة المحيطة (Ta) لمنع الانحراف الحراري.
• الجهد العكسي لكل جزء:5 فولت. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا إلى حدوث انهيار وفشل في وصلة LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35°C إلى +85°C. تم تصنيف الجهاز للعمل والتخزين ضمن نطاق درجة الحرارة هذا.
• درجة حرارة اللحام:260°C لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة أسفل مستوى الجلوس. يحدد هذا ظروف ملف تعريف لحام إعادة التدفق لتجنب إتلاف العبوة أو الروابط الداخلية.

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

هذه هي معلمات الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):320 - 900 ميكرو كانديلا (نموذجي 900 ميكرو كانديلا) عند I_F=1 مللي أمبير. يقيس هذا قوة إخراج الضوء كما يدركها العين البشرية. يشير النطاق إلى عملية الفرز؛ يجب على المصممين مراعاة القيمة الدنيا (320 ميكرو كانديلا) لضمان سطوع كافٍ في تطبيقهم.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):611 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه توزيع القدرة الطيفية للضوء المنبعث في أقصى حد. وهو يحدد اللون المُدرك (أصفر برتقالي).
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. تشير هذه المعلمة إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث. تعني القيمة الأصغر إخراجًا أكثر أحادية اللون (لون نقي).
• الطول الموجي السائد (λ_d):605 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يتطابق بشكل أفضل مع اللون المُدرك لـ LED بواسطة العين البشرية، وغالبًا ما يُستخدم لتحديد اللون.
• الجهد الأمامي لكل جزء (V_F):2.05 - 2.6 فولت (نموذجي 2.6 فولت) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار. يجب استخدام القيمة القصوى (2.6 فولت) لتصميم أسوأ سيناريو لضمان جهد تشغيل كافٍ.
• التيار العكسي لكل جزء (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R=5 فولت. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي ضمن تقييمه الأقصى.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى). يحدد هذا النسبة القصوى المسموح بها بين ألمع جزء وأخفت جزء داخل جهاز واحد أو بين أجهزة من نفس المجموعة. تعني النسبة 2:1 أن أضعف جزء لا يمكن أن يكون أقل سطوعًا من نصف سطوع ألمع جزء، مما يضمن التوحيد البصري.

3. شرح نظام الفرز

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف لشدة الإضاءة\". يشير هذا إلى عملية فرز أو تصنيف تتم أثناء التصنيع.

3.1 فرز شدة الإضاءة

بسبب الاختلافات المتأصلة في تصنيع أشباه الموصلات، يمكن أن يكون لشرائح LED من نفس الدفعة الإنتاجية مخرجات ضوئية مختلفة. لضمان الاتساق للعملاء، يتم اختبار LEDs وفرزها إلى مجموعات (صناديق) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير). من المرجح أن يمثل النطاق المحدد لـ LTD-5721AJF من 320 إلى 900 ميكرو كانديلا الانتشار عبر صناديق متعددة. عادةً ما يشير رمز طلب محدد أو لاحقة في رقم الجزء الكامل إلى الصندوق المشترى، مما يضمن أن الشدة تقع ضمن نطاق أضيق ومحدد مسبقًا (مثل 700-900 ميكرو كانديلا). يجب على المصممين الرجوع إلى وثائق الفرز الخاصة بالشركة المصنعة أو تحديد الصندوق المطلوب عند الطلب لضمان اتساق السطوع في منتجهم.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يشير مقتطف PDF المقدم إلى \"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 تعتبر بالغة الأهمية لفهم أداء الجهاز تحت ظروف غير قياسية:

• التيار الأمامي (I_F) مقابل الجهد الأمامي (V_F):يوضح الخاصية الأسية للتيار مقابل الجهد للدايود. مهم لتحديد جهد التشغيل اللازم لتيار مرغوب.
• شدة الإضاءة (I_V) مقابل التيار الأمامي (I_F):يظهر عمومًا علاقة شبه خطية عند التيارات المنخفضة، مع احتمالية التشبع عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية. أساسي للتحكم في السطوع عبر تعديل التيار أو PWM.
• شدة الإضاءة (I_V) مقابل درجة حرارة البيئة المحيطة (T_a):يظهر عادةً انخفاضًا في إخراج الضوء مع زيادة درجة الحرارة. يجب أخذ هذا التخفيض الحراري في الاعتبار للتطبيقات التي تعمل في بيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يرسم الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند حوالي 611 نانومتر والشكل المحدد بنصف العرض 17 نانومتر.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يتميز الجهاز بعبوة LED رقمية مزدوجة من سبعة أجزاء قياسية. يوضح الرسم (المشار إليه ولكن غير مفصل في النص) الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع للوحدة، وارقام الرقم (0.56 بوصة / 14.22 ملم)، وأبعاد الأجزاء، والمسافة بين الأرقام. كما سيحدد موقع وقطر فتحات التثبيت، إن وجدت. عادةً ما تكون التفاوتات ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك على الرسم.

5.2 توصيل الأطراف والقطبية

تمتلك LTD-5721AJF تكوين 18 طرفًا وتستخدممصعد مشتركهندسة الدائرة. هذا يعني أن المصاعد لجميع LEDs لكل رقم متصلة معًا داخليًا بطرف مشترك (الطرف 13 للرقم 2، الطرف 14 للرقم 1). لإضاءة جزء، يجب دفع طرف المهبط المقابل له إلى مستوى منطقي منخفض (أرضي أو مصرف تيار) بينما يتم تثبيت المصعد المشترك لذلك الرقم عند جهد موجب (من خلال مقاومة تحديد تيار). توفر قائمة توصيل الأطراف التوصيل المهبطي المحدد لكل جزء (A-G و DP) لكلا الرقمين. يعد التعريف الصحيح للطرف 1 (غالبًا ما يُشار إليه بشق، أو حافة مائلة، أو نقطة على العبوة) أمرًا بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح أثناء التجميع.

5.3 مخطط الدائرة الداخلية

يمثل الرسم التخطيطي (المشار إليه في PDF) هيكل المصعد المشترك بصريًا. يظهر كتلتين (واحدة لكل رقم)، كل منهما تحتوي على سبعة أجزاء LED (A-G) و LED نقطة عشرية واحدة (DP). جميع المصاعد داخل كتلة رقم مربوطة معًا بطرف المصعد المشترك لذلك الرقم. يتم إخراج مهبط كل جزء فردي إلى أطراف منفصلة، مما يسمح بالتحكم المستقل.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد التقييمات القصوى المطلقة معلمة لحام رئيسية: يمكن للعبوة أن تتحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260°C لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 ملم) أسفل مستوى الجلوس (عادة سطح PCB). هذا تقييم قياسي لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق باستخدام لحام خالي من الرصاص (SnAgCu). يجب على المصممين التأكد من أن ملف فرن إعادة التدفق الخاص بهم لا يتجاوز هذا المزيج من الوقت ودرجة الحرارة لتجنب إتلاف العبوة البلاستيكية، أو الروابط السلكية الداخلية، أو شرائح LED نفسها. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية (ESD) أثناء التعامل والتجميع. يجب أن يكون التخزين ضمن النطاق المحدد من -35°C إلى +85°C في بيئة منخفضة الرطوبة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

لشاشة ذات مصعد مشترك مثل LTD-5721AJF، تتضمن دائرة التشغيل النموذجية استخدام متحكم دقيق أو IC سائق عرض مخصص. يتم توصيل أطراف المصعد المشترك (13، 14) بجهد إمداد موجب (مثل 5 فولت) من خلال مقاومات تحديد تيار فردية أو عبر مفاتيح ترانزستور إذا كان هناك تعدد. يتم توصيل أطراف المهبط للأجزاء (1-12، 15-18) بمخرجات مصرف السائق. يجب تحديد تيار كل جزء لتقييم التيار الأمامي المستمر (25 مللي أمبير كحد أقصى، عادة ما يتم تشغيله عند 10-20 مللي أمبير لتحقيق التوازن بين السطوع والعمر الافتراضي). يجب طرح انخفاض الجهد الأمامي (الحد الأقصى 2.6 فولت) من جهد الإمداد لحساب قيمة مقاومة تحديد التيار المناسبة: R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_F.

7.2 اعتبارات التصميم

• التعدد:للتحكم في رقمين بعدد أقل من أطراف الإدخال/الإخراج، يتم استخدام تقنية التعدد. يتم إضاءة الأرقام واحدًا تلو الآخر بسرعة متتالية (مثل 100 هرتز أو أعلى). تدرك العين البشرية هذا على أن كلا الرقمين مضاءان باستمرار. يتطلب هذا تشغيل المصاعد المشتركة بإشارة تبديل ومزامنة بيانات الأجزاء لكل رقم. يمكن زيادة التيار الذروي لكل جزء خلال وقت التشغيل القصير (حتى تقييم الذروة 60 مللي أمبير) للتعويض عن تقليل دورة العمل والحفاظ على متوسط السطوع.
• إدارة الحرارة:بينما تبديد الطاقة منخفض لكل جزء، يمكن أن يتراكم إجمالي الطاقة لجميع الأجزاء المضاءة في رقم واحد. تأكد من وجود تهوية كافية إذا كانت الشاشة مغلقة، خاصة في درجات حرارة البيئة المحيطة العالية، لمنع تجاوز درجة حرارة الوصلة للحدود الآمنة.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة هي ميزة، ولكن التصميم الميكانيكي لغلاف المنتج (مثل عمق نافذة العرض، استخدام المرشحات أو العدسات) يمكن أن يؤثر على زاوية المشاهدة الفعالة للمستخدم النهائي.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الأساسي لـ LTD-5721AJF هو استخدامهAlInGaPتقنية أشباه الموصلات للانبعاث الأصفر البرتقالي. مقارنة بتقنيات أقدم مثل LEDs الصفراء القياسية من فوسفيد الغاليوم (GaP)، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل. كما توفر عمومًا تشبع لوني أفضل واستقرارًا على درجة الحرارة والعمر الافتراضي. مقارنة بالشاشات التي تستخدم الضوء المصفى (مثل LED أبيض مع مرشح لوني)، توفر AlInGaP إخراج طيفي أنقى وكفاءة أعلى، حيث لا يضيع أي ضوء في عملية التصفية. يوفر تصميم الوجه الرمادي/الأجزاء البيضاء مظهرًا احترافيًا عالي التباين سواء كان مضاءً أو مطفأً، وهو ما قد يكون مفضلاً عن اللوحات الأمامية الخضراء أو الحمراء في بعض التطبيقات.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ما الفرق بين طول موجة الانبعاث الذروي والطول الموجي السائد؟

أ: الطول الموجي الذروي هو الذروة الفيزيائية للطيف الضوئي المنبعث. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي سيظهر بنفس اللون لمراقب بشري. غالبًا ما يكونان متقاربين ولكن ليسا متطابقين، خاصةً لـ LEDs ذات المنحنيات الطيفية غير المتماثلة. الطول الموجي السائد أكثر صلة بمطابقة الألوان.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة باستخدام متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت بدون محول مستوى؟

أ: ربما، ولكن هناك حاجة إلى حساب دقيق. إذا كانت أطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق يمكنها استهلاك تيار الجزء المطلوب (مثل 10-20 مللي أمبير)، واستخدمت إمداد 3.3 فولت للمصعد المشترك، فإن انخفاض الجهد الأمامي (الحد الأقصى 2.6 فولت) يترك فقط 0.7 فولت لمقاومة تحديد التيار. يؤدي هذا إلى قيمة مقاومة صغيرة جدًا (مثل 35 أوم لـ 20 مللي أمبير)، والتي قد تكون غير عملية وحساسة للتغيرات في V_F. يعتبر إمداد 5 فولت للمصاعد أكثر شيوعًا ويوفر هامشًا أفضل للتحكم المستقر في التيار.

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

أ: تعني أنه داخل وحدة عرض واحدة، يمكن أن يكون أضعف جزء نصف سطوع ألمع جزء. إذا كان التوحيد المطلق بالغ الأهمية (مثل في المعدات الطبية)، يجب عليك اختيار أجهزة من مجموعة أضيق أو تنفيذ معايرة سطوع برمجية لكل جزء، وهو أمر معقد. بالنسبة للعديد من التطبيقات، تعتبر نسبة 2:1 مقبولة ولا تشتت الانتباه بصريًا.

10. مثال على حالة استخدام عملية

السيناريو: تصميم مؤقت/ساعة توقيف رقمية بسيطة.

تعد LTD-5721AJF خيارًا ممتازًا لعرض الدقائق والثواني (MM:SS). يمكن استخدام متحكم دقيق منخفض التكلفة لإدارة حفظ الوقت وتشغيل الشاشة. سيتم تعدد الرقمين. سيتم توصيل المصعد المشترك لرقم \"الدقائق\" ورقم \"الثواني\" بطرفي GPIO منفصلين تم تكوينهما كمخرجات، يتم تبديلهما إلى مستوى عالٍ (عبر ترانزستور لقدرة تيار أعلى) واحدًا تلو الآخر. سيتم توصيل خطوط المهبط السبعة للأجزاء (A-G) بسبعة أطراف GPIO أخرى تم تكوينها كمصدر مفتوح أو مدفوعة بنشاط إلى مستوى منخفض، مع مقاومة متسلسلة على كل خط (أو مقاومة واحدة على مسار المصعد المشترك إذا كان توحيد السطوع أقل أهمية). يقوم برنامج المتحكم الدقيق بتحديث نمط الأجزاء للرقم النشط، ثم ينتقل بسرعة إلى الرقم الآخر. غالبًا ما يرتبط اللون الأصفر البرتقالي بالحذر أو الانتباه، مما يجعله مناسبًا لعرض المؤقت. يضمن السطوع العالي رؤيته في ظروف إضاءة مختلفة.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأالإنارة الكهربائيةفي وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. لنظام مادة AlInGaP فجوة نطاق مباشرة تتوافق مع طاقات الفوتون في المنطقة الصفراء البرتقالية من الطيف المرئي (~2.0 إلكترون فولت). عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز الجهد المضمن للوصلة (الجهد الأمامي V_F)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p عبر الوصلة. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب السبائكي المحدد للألومنيوم، والإنديوم، والغاليوم، والفوسفيد طاقة فجوة النطاق وبالتالي لون (طول موجة) الضوء المنبعث. تمتص ركيزة GaAs غير الشفافة أي ضوء منبعث للأسفل، مما يجعل الجهاز أكثر كفاءة في اتجاه المشاهدة المقصود.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل AlInGaP تقنية عالية الأداء لـ LEDs الحمراء والبرتقالية والصفراء، فإن مشهد تقنية العرض الأوسع يستمر في التطور. بالنسبة للشاشات الرقمية السباعية الأجزاء، تشمل الاتجاهات: 1)تكامل أعلى:أصبحت الوحدات المزودة بـ ICs سائق مدمجة، ومتحكمات، وحتى واجهات اتصال (I2C، SPI) أكثر شيوعًا، مما يبسط تصميم النظام. 2)تقنيات بديلة:تقدم أجزاء LED العضوية (OLED) ملامح فائقة النحافة وزوايا مشاهدة واسعة، على الرغم من أن العمر الافتراضي والتكلفة يمكن أن يكونا عاملين. 3)التصغير والكثافة:بينما يعد 0.56 بوصة حجمًا قياسيًا، هناك طلب على شاشات أصغر (للأجهزة المحمولة) وأكبر وأعلى سطوعًا. 4)خيارات الألوان و RGB:تسمح الشاشات الرقمية السباعية الأجزاء متعددة الألوان أو كاملة الألوان باستخدام شرائح LED RGB بتغيير اللون الديناميكي، على الرغم من أنها تتطلب إلكترونيات تشغيل أكثر تعقيدًا. تضمن المزايا الأساسية لتقنية LED - الموثوقية، والكفاءة، والمتانة ذات الحالة الصلبة - استمرار أهميتها في تطبيقات العرض الرقمي في المستقبل المنظور.