ورقة بيانات شاشة LED موديل LTD-4608JS - ارتفاع رقم 0.4 بوصة - أصفر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTD-4608JS هي وحدة عرض أبجدية رقمية مزدوجة الأرقام من سبعة أجزاء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل رقمين (0-9) ونقطة عشرية بصريًا باستخدام أجزاء LED فردية. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج انبعاث الضوء الأصفر. يُعرف نظام المادة هذا بكفاءته العالية وسطوعه الممتاز مقارنة بتقنيات LED التقليدية. يتميز الجهاز بلوحة وجه رمادية مع علامات أجزاء بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. يتم تصنيفه بناءً على شدة الإضاءة، مما يسمح باتساق الاختيار في الإنتاج بالجملة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم الشاشة عدة مزايا رئيسية تجعلها مناسبة لمجموعة من التطبيقات. يجعلها متطلبات الطاقة المنخفضة مثالية للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. يضمن السطوع العالي والتباين، إلى جانب زاوية مشاهدة واسعة، إمكانية القراءة من وجهات نظر مختلفة، وهو أمر بالغ الأهمية للإلكترونيات الاستهلاكية وأجهزة القياس ولوحات التحكم الصناعية. تعني موثوقية الحالة الصلبة لمصابيح LED عمر تشغيلي طويل ومقاومة للصدمات والاهتزازات، على عكس الشاشات الميكانيكية أو الفلورية المفرغة. توفر الأجزاء المتصلة المنتظمة مظهرًا جماليًا مُرضيًا للأحرف. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الأجهزة الإلكترونية المحمولة، ومعدات الاختبار والقياس، ولوحات عدادات السيارات (للإشارات غير الحرجة)، والأجهزة المنزلية، ونقاط البيع حيث يكون العرض الرقمي الواضح والموثوق ضروريًا.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها لمهندسي التصميم.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء الضوئي محوريًا لوظيفة العرض. يتم تحديدشدة الإضاءة المتوسطة (Iv)من 200 إلى 650 ميكروكانديلا عند تيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. يشير هذا النطاق الواسع إلى عملية فرز؛ يجب على المصممين مراعاة هذا التباين أو تحديد فئات أضيق لمظهر موحد عبر شاشات متعددة. يبلغطول موجة الانبعاث الذروة (λp)588 نانومتر، والطول الموجي السائد (λd)587 نانومتر، وكلاهما مقاس عند IF=20 مللي أمبير. تحدد هذه القيم نقطة اللون الأصفر. يشيرنصف عرض الخط الطيفي (Δλ)البالغ 15 نانومتر إلى نطاق طيفي ضيق نسبيًا، مما يؤدي إلى لون أصفر مشبع. يحددنسبة مطابقة شدة الإضاءة (IV-m)التي تبلغ 2:1 كحد أقصى التباين المسموح به في السطوع بين الأجزاء داخل جهاز واحد، مما يؤثر على الانتظام العام.

2.2 المعايير الكهربائية

تحدد المواصفات الكهربائية حدود وظروف التشغيل. تبلغ القيمة النموذجية لـالجهد الأمامي لكل جزء (VF)2.6 فولت عند IF=20 مللي أمبير. هذه المعلمة حاسمة لتصميم شبكة المقاوم المحدد للتيار. يبلغالتيار العكسي لكل جزء (IR)حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت، مما يشير إلى تيار التسرب عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي، وهو أمر ضئيل بشكل عام في التشغيل العادي. يجب مراعاة هذه المعلمات جنبًا إلى جنب مع الحدود القصوى المطلقة لضمان تشغيل موثوق.

2.3 الحدود القصوى المطلقة والحرارية

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. يبلغالتيار الأمامي المستمر لكل جزء25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع عامل تخفيض قدره 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية. هذا يعني أن التيار المستمر المسموح به ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta) فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى للتيار حوالي 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * (85-25) درجة مئوية) = 5.2 مللي أمبير. يبلغالتيار الأمامي الذروة60 مللي أمبير ولكن فقط في ظل ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). يبلغتبديد الطاقة لكل جزء70 ملي واط. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يحدد الحدود البيئية للاستخدام وعدم التشغيل. تصنيف درجة حرارة اللحام (260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ) أمر بالغ الأهمية لعمليات تجميع لوحة الدوائر المطبوعة.

3. شرح نظام الفرز

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة." وهذا يعني وجود عملية فرز أو تصنيف بعد التصنيع. على الرغم من عدم تقديم رموز فرز محددة في هذه الوثيقة، فإن الفرز النموذجي لمثل هذه الشاشات يتضمن تصنيف الوحدات بناءً على شدة الإضاءة المقاسة عند تيار اختبار قياسي (على سبيل المثال، 1 مللي أمبير، كما هو موضح في الخصائص). وهذا يضمن أن المصممين الذين يشترون وحدات متعددة يمكنهم تحقيق مستويات سطوع متسقة عبر منتجاتهم. يجب على المهندسين استشارة الشركة المصنعة للحصول على مواصفات فرز مفصلة أو بيانات خاصة بالدفعة إذا كان الانتظام مطلبًا تصميميًا حرجًا.

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 المنحنيات القياسية لمثل هذه الثنائيات الباعثة للضوء تشمل عادةً:

• منحنى IV (التيار مقابل الجهد الأمامي):يوضح العلاقة الأسية، مما يساعد في تحديد المقاومة الديناميكية وانخفاض الجهد الدقيق عند تيارات تشغيل مختلفة.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (Iv-IF):يوضح كيف يزداد خرج الضوء مع التيار، عادةً في علاقة شبه خطية ضمن نطاق التشغيل، مما يساعد في معايرة السطوع وحسابات الكفاءة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة (Iv-Ta):يوضح انخفاض خرج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو أمر حيوي لتصميم التطبيقات التي تعمل في بيئات عالية الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يؤكد أطوال موجات الذروة والسائدة وشكل طيف الانبعاث.

هذه المنحنيات ضرورية لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية ولتحسين دائرة القيادة للأداء وطول العمر.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

يتم تعريف عبوة الجهاز برسم تفصيلي للأبعاد (بالمليمترات). تشمل الميزات الرئيسية البصمة الإجمالية، وارتفاع الشاشة، والمسافة بين الرقمين، وموقع وقطر فتحات التثبيت أو الأطراف. يعد مخطط توصيل الأطراف أمرًا بالغ الأهمية: فهو تكوين مكون من 10 أطراف مع أنودين مشتركين (واحد لكل رقم) وكاثودات فردية للأجزاء من A إلى G والنقطة العشرية (D.P.). يُظهر مخطط الدائرة الداخلية الترتيب المتعدد: جميع الأجزاء المقابلة (على سبيل المثال، جميع أجزاء 'A') بين الرقمين متصلة داخليًا بطرف كاثود واحد. يتم التحكم في الأنود الخاص بكل رقم بشكل منفصل (الطرف 9 للرقم 1، الطرف 4 للرقم 2). يقلل تصميم التعددية هذا عدد أطراف القيادة المطلوبة من 15 (7 أجزاء + نقطة عشرية لكل رقم، بالإضافة إلى أرضيتين) إلى 10، مما يبسط دائرة الواجهة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الاعتبار الأساسي للتجميع هو عملية اللحام. تحدد الحدود القصوى المطلقة ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا تصنيف قياسي للحام الموجة أو اللحام اليدوي. بالنسبة للحام بإعادة التدفق، يجب استخدام ملف تعريف قياسي خالٍ من الرصاص بدرجة حرارة ذروة أقل من 260 درجة مئوية، مع ضبط الوقت فوق نقطة الانصهار لتقليل الإجهاد الحراري على رقائق LED والعبوة البلاستيكية. يُوصى بالتعامل السليم لتجنب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، على الرغم من أن ورقة البيانات لا تحدد تصنيف ESD. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) في بيئة منخفضة الرطوبة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يتسبب في "انفجار" أثناء إعادة التدفق.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة تمامًا لأي تطبيق يتطلب قراءة رقمية مزدوجة الأرقام مدمجة ومشرقة. تشمل الأمثلة: أجهزة القياس الرقمية المتعددة، ومصادر الطاقة المكتبية، وعدادات التردد، وعروض الساعة (الدقائق/الثواني)، ولوحات النتائج، وعدادات خط الإنتاج، ومؤشرات الحالة على معدات الشبكة أو الصوت. غالبًا ما يتم اختيار لونها الأصفر لمؤشرات التحذير أو لتوفير تباين بصري مميز ضد الشاشات الأخرى.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:استخدم دائرة قيادة متعددة. يتم إضاءة كل رقم بالتناوب بتردد عالٍ (عادةً >100 هرتز) لخلق إدراك بأن كلا الرقمين مضاءان باستمرار. يتطلب هذا دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة العرض (مثل وحدة فك الترميز 7447 أو MAX7219) قادرة على استيعاب تيار الجزء وتوفير تيار أنود الرقم.
• تحديد التيار:المقاومات الخارجية المحددة للتيار إلزامية لكل خط كاثود (أجزاء) أو مدمجة في السائق. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (Vcc - VF) / IF، حيث VF هو الجهد الأمامي (استخدم القيمة القصوى لحساب أسوأ حالة تيار)، وVcc هو جهد الإمداد، وIF هو التيار الأمامي المطلوب (لا يتجاوز التصنيف المستمر).
• تحكم السطوع:يمكن التحكم في متوسط السطوع عن طريق ضبط تيار IF أو باستخدام تعديل عرض النبضة (PWM) على إشارات القيادة.
• زاوية المشاهدة:ضع الشاشة مع مراعاة زاوية المشاهدة الواسعة لضمان الرؤية للمستخدم النهائي.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات العرض الأخرى، تقدم شاشة LED هذه من نوع AlInGaP مزايا مميزة. مقارنة بـثنائيات LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير لنفس التيار، واستقرارًا حراريًا أفضل. مقارنة بـوحدات LCD (شاشة الكريستال السائل)، لا تتطلب إضاءة خلفية، وتوفر زوايا مشاهدة أوسع، وتعمل بشكل أسرع في درجات الحرارة الباردة، وأكثر متانة ميكانيكيًا. المقايضة الأساسية هي استهلاك طاقة أعلى عند عرض العديد من الأجزاء مقارنة بشاشات LCD. داخل سوق شاشات العرض الرقمية LED، فإن عوامل التمييز الرئيسية لها هي ارتفاع الرقم المحدد 0.4 بوصة، واللون الأصفر AlInGaP، وتكوين الأنود المشترك المزدوج، وشدة الإضاءة المصنفة التي تضمن اتساق الجودة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: كيف يمكنني توصيل هذه الشاشة بوحدة تحكم دقيقة؟

ج: تحتاج إلى 10 دبابيس GPIO على الأقل. قم بتوصيل دبابيس الأنود المشتركة (4 و 9) بدبابيس وحدة التحكم الدقيقة المُهيأة كمخرجات مضبوطة على HIGH لتمكين رقم. قم بتوصيل دبابيس كاثود الجزء (1,2,3,5,6,7,8,10) بدبابيس مُهيأة كمخرجات مضبوطة على LOW لتشغيل جزء. يجب عليك استخدام التعددية عن طريق تمكين رقم واحد بسرعة، وضبط أجزائه، ثم التبديل إلى الرقم الآخر. يوصى بشدة باستخدام دائرة متكاملة مخصصة للقيادة لتقليل حمل وحدة التحكم الدقيقة.

س: لماذا يتم تخفيض التيار الأمامي مع درجة الحرارة؟

ج: مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض الكفاءة الداخلية لـ LED، ويتم تحويل المزيد من الطاقة الكهربائية إلى حرارة بدلاً من الضوء. هذه الحرارة، إذا لم تتم إدارتها، يمكن أن ترفع درجة حرارة الوصلة أكثر، مما يؤدي إلى تسريع التدهور أو الفشل. يحدد تخفيض التيار الحرارة المتولدة، مما يحافظ على درجة حرارة الوصلة ضمن الحدود الآمنة.

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

ج: هذا يعني أنه داخل وحدة عرض واحدة، لن يقل سطوع الجزء الأقل سطوعًا عن نصف سطوع الجزء الأكثر سطوعًا. ستكون النسبة 1:1 انتظامًا مثاليًا؛ 2:1 هي مواصفة شائعة تضمن اتساقًا بصريًا مقبولاً.

10. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم عداد رقمي بسيط مزدوج.الهدف هو العد من 00 إلى 99. تقوم وحدة تحكم دقيقة منخفضة التكلفة (مثل ATtiny) بتوليد إشارات التحكم. تستخدم الدائرة ثمانية مقاومات محددة للتيار بقيمة 180 أوم (واحدة لكل كاثود جزء، محسوبة لإمداد 5 فولت، VF=2.6 فولت، IF~13 مللي أمبير). يتم استخدام ترانزستورين NPN (مثل 2N3904) كمفاتيح عالية الجانب لدبابيس الأنود المشتركة، يتم التحكم فيها بواسطة دبوسين آخرين من وحدة التحكم الدقيقة. ينفذ البرنامج الثابت مقاطعة مؤقت عند 2 مللي ثانية. في روتين خدمة المقاطعة، يقوم بإيقاف تشغيل الرقم المعروض حاليًا، وتحديث نمط الجزء للرقم التالي بناءً على قيمة العداد، وتمكين الترانزستور لذلك الرقم، ثم الخروج. تقوم الحلقة الرئيسية بزيادة متغير العداد كل ثانية. يستخدم هذا التصميم موارد وحدة التحكم الدقيقة بكفاءة ويوفر عرضًا ثابتًا وخاليًا من الوميض.

11. مقدمة مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الصمام الثنائي (حوالي 2.05-2.6 فولت) عبر جزء (من الأنود المشترك إلى كاثوده المحدد)، تتحد الإلكترونات والثقوب في منطقة AlInGaP النشطة. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات، منتجة ضوءًا أصفر بطول موجي يتركز حول 588 نانومتر. الأجزاء السبعة (من A إلى G) هي رقائق LED فردية مرتبة في نمط "8". من خلال تنشيط مجموعات مختلفة من هذه الأجزاء بشكل انتقائي، يمكن تشكيل جميع الأرقام من 0 إلى 9. يعني تكوين الأنود المشترك المزدوج أن جميع مصابيح LED لرقم واحد تشترك في اتصال جهد موجب مشترك، والذي يتم تبديله لتمكين ذلك الرقم أثناء التعددية.

12. اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

بينما يستخدم هذا الجهاز المحدد تقنية AlInGaP الراسخة، فإن مجال شاشات العرض LED الأوسع يستمر في التطور. تشمل الاتجاهات اعتماد مواد أكثر كفاءة مثل InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) لنطاق ألوان أوسع، على الرغم من أن AlInGaP يظل مهيمنًا للألوان الأحمر والبرتقالي والأصفر. هناك اتجاه نحو وحدات رقمية متعددة ذات كثافة أعلى وشاشات مع برامج تشغيل ووحدات تحكم مدمجة ("شاشات ذكية") لتبسيط تصميم النظام. التصغير هو اتجاه آخر، مع توفر ارتفاعات أرقام أصغر للأجهزة المحمولة. علاوة على ذلك، تهدف التطورات في التعبئة والتغليف إلى تحسين إدارة الحرارة، مما يسمح بسطوع أعلى عند مستويات تيار معينة أو تحسين طول العمر. يظل مبدأ التعددية الأساسي قياسيًا بسبب كفاءته في تقليل عدد الأطراف.