ورقة بيانات شاشة LED من نوع LTD-4708JS - ارتفاع الرقم 0.4 بوصة - أصفر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTD-4708JS هي وحدة عرض أبجدية رقمية مزدوجة الرقم من نوع سبعة أجزاء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وساطعة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل رقمين (0-9) بصريًا باستخدام أجزاء LED قابلة للعنونة بشكل فردي. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لإنتاج انبعاث الضوء الأصفر. يُعرف نظام المادة هذا بكفاءته العالية ونقاوة لونه الممتازة في طيف الأصفر-البرتقالي-الأحمر. يتميز الجهاز بلوحة أمامية رمادية مع علامات أجزاء بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة. يتم تصنيفه بناءً على شدة الإضاءة، مما يضمن مستويات سطوع متسقة عبر دفعات الإنتاج لمظهر موحد في التطبيقات متعددة الوحدات.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محورياً لوظيفة العرض. عند تيار اختبار قياسي قدره 1 مللي أمبير لكل جزء، يتراوح متوسط شدة الإضاءة من حد أدنى 200 ميكرو كنديلة إلى قيمة نموذجية 650 ميكرو كنديلة. طول موجة الانبعاث الذروة (λp) هو نموذجياً 588 نانومتر، مع طول موجة مهيمن (λd) قدره 587 نانومتر، مما يضع الناتج بقوة في المنطقة الصفراء من الطيف المرئي. عرض النصف للنطاق الطيفي (Δλ) هو 15 نانومتر، مما يشير إلى عرض نطاق ترددي ضيق نسبيًا وتشبع لوني جيد. نسبة مطابقة شدة الإضاءة بين الأجزاء محددة بحد أقصى 2:1، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان سطوع موحد عبر جميع أجزاء الرقم.

2.2 المعاملات الكهربائية والحرارية

كهربائياً، لكل جزء LED جهد أمامي (VF) يتراوح من 2.05 فولت إلى 2.6 فولت عند تيار تشغيل 20 مللي أمبير. تحدد التقييمات القصوى المطلقة حدود التشغيل: التيار الأمامي المستمر لكل جزء هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع تخفيض خطي بمقدار 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة. تيار الذروة الأمامي، المسموح به في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية)، هو 60 مللي أمبير. أقصى تبديد للطاقة لكل جزء هو 70 ملي واط. يمكن للجهاز تحمل جهد عكسي يصل إلى 5 فولت لكل جزء، مع تيار عكسي (IR) أقل من 100 ميكرو أمبير عند هذا الجهد. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين محدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يشير إلى متانة للبيئات الصناعية والاستهلاكية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف حسب شدة الإضاءة.\" وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بعد التصنيع. عادةً ما يتم اختبار مصابيح LED وتجميعها (تصنيفها) بناءً على معايير رئيسية مثل شدة الإضاءة والجهد الأمامي لضمان الاتساق. بينما لم يتم تقديم تفاصيل رمز التصنيف المحدد في هذا المقتطف، فإن مثل هذا النظام يسمح للمصممين باختيار أجزاء ذات سطوع متطابق بدقة، مما يمنع حدوث اختلافات ملحوظة بين الأرقام أو الأجزاء في مصفوفة، وهو أمر بالغ الأهمية للتوحيد الجمالي والوظيفي في المنتجات النهائية.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية.\" على الرغم من عدم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن مثل هذه المنحنيات توضح عادة العلاقة بين التيار الأمامي (IF) وشدة الإضاءة (IV)، والجهد الأمامي (VF) مقابل درجة الحرارة، والتوزيع الزاوي للضوء (نمط زاوية المشاهدة). هذه المنحنيات ضرورية للمصممين لفهم السلوك غير الخطي لمصابيح LED. على سبيل المثال، يُظهر منحنى IV كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار ولكنه قد يشبع عند التيارات الأعلى. منحنى تخفيض درجة الحرارة حيوي لتصميم إدارة الحرارة لضمان طول العمر والأداء المستقر.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد والمخطط التفصيلي

يوفر رسم التغليف (المشار إليه ولكن غير موضح بالتفصيل) الأبعاد الفعلية للشاشة. المواصفة الأساسية هي ارتفاع رقم 0.4 بوصة (10.0 ملم). يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات بالغة الأهمية لتصميم بصمة اللوحة المطبوعة (PCB) وضمان ملاءمة الشاشة بشكل صحيح داخل غلاف المنتج.

5.2 تكوين الأطراف والقطبية

يحتوي الجهاز على تكوين 10 أطراف. يستخدم بنية كاثود مشترك مزدوج، مما يعني وجود طرفي كاثود مشترك منفصلين - واحد لكل رقم (الأطراف 4 و 9). الأنودات للأجزاء من A إلى G ونقطة العشرية (D.P.) موجودة على أطراف فردية. التكوين المحدد للأطراف هو: 1(C), 2(D.P.), 3(E), 4(كاثود الرقم 2), 5(D), 6(F), 7(G), 8(B), 9(كاثود الرقم 1), 10(A). التعريف الصحيح لأطراف الكاثود والأنود ضروري لمنع تلف الانحياز العكسي أثناء تجميع الدائرة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تتضمن التقييمات القصوى المطلقة معلمة لحام حرجة: يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند 1.6 ملم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. يهدف هذا الدليل إلى عمليات اللحام بالموجة أو اللحام اليدوي. بالنسبة للحم إعادة التدفق، يجب استخدام ملف تعريف بدرجة حرارة ذروة أقل من هذا الحد ومعدلات صعود/هبوط مضبوطة. التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية يمكن أن يتلف وصلات الأسلاك الداخلية، أو رقائق LED، أو غلاف البلاستيك.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب مؤشرات رقمية مدمجة ومنخفضة الطاقة. تشمل الاستخدامات الشائعة لوحات الأدوات (مثل أجهزة القياس المتعددة، عدادات التردد)، الأجهزة الاستهلاكية (الميكروويف، الغسالات، منظمات الحرارة)، قراءات التحكم الصناعي، والأجهزة الإلكترونية المحمولة. السطوع العالي وزاوية المشاهدة الواسعة يجعلانها قابلة للقراءة في كل من البيئات المعتمة والمضاءة بشكل ساطع.

7.2 اعتبارات التصميم

الحد من التيار:مقاومات الحد من التيار الخارجية إلزامية لكل أنود جزء أو خط كاثود مشترك لضبط السطوع المطلوب ومنع تجاوز الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر. يتم حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد التغذية (Vcc)، وجهد LED الأمامي (VF ~2.6V كحد أقصى)، والتيار الأمامي المطلوب (مثلاً، 10-20 مللي أمبير).
التعددية (Multiplexing):بنية الكاثود المشترك مثالية لدوائر القيادة المتعددة. من خلال تمكين كاثود واحد (رقم) بالتتابع بتردد عالٍ (عادة >100 هرتز) مع توفير بيانات الجزء المناسبة للأنودات، يمكن التحكم في رقمين بعدد أقل من أطراف الإدخال/الإخراج مقارنة بالقيادة الثابتة. هذا يقلل أيضًا من متوسط استهلاك الطاقة.
زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن يجب أخذها في الاعتبار أثناء التصميم الميكانيكي لمحاذاة مخروط المشاهدة الأمثل للشاشة مع خط رؤية المستخدم المتوقع.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED القياسية من نوع GaAsP أو GaP، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار الإدخال. اللون الأصفر المنتج أكثر تشبعًا ونقاءً. مقارنة بشاشات الرقم الواحد، توفر هذه الوحدة المزدوجة الرقم مساحة على اللوحة المطبوعة (PCB) وتُبسط عملية التجميع. التصنيف (binning) لشدة الإضاءة هو عامل تمييز رئيسي عن الأجزاء غير المصنفة، مما يوفر للمصممين أداءً يمكن التنبؤ به وهو أمر أساسي للمنتجات ذات المستوى الاحترافي.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)

س: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها لتشغيل جزء عند 15 مللي أمبير بجهد تغذية 5 فولت؟
أ: باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF. بافتراض VF نموذجي 2.3 فولت، R = (5V - 2.3V) / 0.015A ≈ 180 أوم. استخدم دائمًا أقصى VF من ورقة البيانات (2.6V) لتصميم متحفظ: R = (5V - 2.6V) / 0.015A ≈ 160 أوم. ستكون مقاومة قياسية 150 أوم أو 180 أوم مناسبة، مع التحقق من تبديد الطاقة الفعلي في المقاوم.
س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق (microcontroller)؟
أ: لا. عادةً لا يمكن لأطراف المتحكم الدقيق توفير أو استيعاب التيار المطلوب (حتى 25 مللي أمبير لكل جزء، وربما أكثر بكثير لأجزاء متعددة على رقم واحد). يجب عليك استخدام سواقات الترانزستور (لتبديل الكاثود المشترك) و/أو دوائر متكاملة (IC) مخصصة لسواقة LED لتوفير تيار كافٍ وتنفيذ التعددية.
س: ما هو الغرض من تقييم \"تيار الذروة الأمامي\"؟
أ: يسمح هذا التقييم بنبضات تيار قصيرة أعلى من التقييم المستمر (DC)، والتي يمكن استخدامها في الدوائر المتعددة لتحقيق سطوع ذروة أعلى خلال وقت التشغيل القصير لكل رقم. يجب أن يظل متوسط التيار مع مرور الوقت ضمن حدود التقييم المستمر.

10. حالة عملية للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم عداد بسيط مزدوج الرقم. ستتضمن الدائرة متحكمًا دقيقًا يولد تسلسل العد. سيتم استخدام ترانزستورين NPN (أو مصفوفة ترانزستور مزدوجة) لاستيعاب التيار عبر طرفي الكاثود المشترك (الرقم 1 و 2)، يتم التحكم فيهما بواسطة طرفي إدخال/إخراج عامين منفصلين للمتحكم الدقيق مضبوطين في وضع المصدر المفتوح أو المجمع المفتوح. ستكون الأنودات السبعة (A-G) متصلة بأطراف إدخال/إخراج عامة أخرى من خلال مقاومات فردية للحد من التيار (مثلاً، 150Ω). ستنفذ البرامج الثابتة (Firmware) التعددية: تشغيل الترانزستور للرقم 1، ضبط أطراف الإدخال/الإخراج العامة لإضاءة الأجزاء المطلوبة لقيمة الرقم الأول، الانتظار لبضعة مللي ثوانٍ، ثم إيقاف الرقم 1، تشغيل الرقم 2، ضبط الأجزاء لقيمة الرقم الثاني، والتكرار. تخلق هذه الدورة إدراكًا بأن كلا الرقمين مضاءان باستمرار.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي (حوالي 2 فولت لـ AlInGaP)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء يتحدد بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات - AlInGaP في هذه الحالة، والتي تم هندستها لتنبعث في الطيف الأصفر. يحتوي كل من الأجزاء السبعة (بالإضافة إلى نقطة العشرية) على واحدة أو أكثر من رقائق LED الصغيرة هذه. يعني تكوين الكاثود المشترك أن الكاثودات (الأطراف السالبة) لجميع مصابيح LED في رقم واحد متصلة داخليًا، مما يسمح بتمكين الرقم بأكمله أو تعطيله بواسطة مفتاح واحد.

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل تكنولوجيا AlInGaP تقدمًا كبيرًا مقارنة بمواد LED السابقة للضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر. فهي توفر كفاءة أعلى واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة. بينما ورقة البيانات هذه لمكون منفصل، فإن الاتجاه في تكنولوجيا العرض يتجه نحو تكامل أعلى، مثل وحدات متعددة الأرقام مع سواقات مدمجة وواجهات تسلسلية (I2C, SPI). علاوة على ذلك، بالنسبة للمؤشرات الصفراء، تُستخدم أحيانًا مصابيح LED بيضاء محولة بالفوسفور أو مصابيح LED قائمة على InGaN تنبعث مباشرة وتغطي طيفًا أوسع. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب ضوءًا أصفر نقيًا وفعالًا مع قيادة مباشرة بسيطة، يظل AlInGaP خيارًا ذا صلة وموثوقًا. مبادئ التعددية، والحد من التيار، وإدارة الحرارة التي تمت مناقشتها هنا أساسية وتنطبق على مجموعة واسعة من تقنيات العرض القائمة على LED.