ورقة بيانات شاشة LED طراز LTS-3401LJF - ارتفاع الرقم 0.8 بوصة - لون أصفر برتقالي - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-3401LJF هي شاشة عرض رقمية أحادية الرقم من نوع الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ذات سبعة أجزاء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب مؤشرًا رقميًا واضحًا ومنخفض الطاقة. تعتمد تقنيتها الأساسية على مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP)، والمعروفة بإنتاج ضوء عالي الكفاءة في الطيف من الكهرماني إلى الأحمر البرتقالي. هذا الجهاز المحدد يصدر ضوءًا بلون أصفر برتقالي. تتميز الشاشة بوجه رمادي وأجزاء بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. الأهداف التصميمية الأساسية لهذا المكون هي استهلاك منخفض للطاقة، ومظهر ممتاز للأحرف مع إضاءة موحدة للأجزاء، وموثوقية عالية في الحالة الصلبة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والصناعية حيث يجب عرض البيانات الرقمية بوضوح وكفاءة.

1.1 المزايا الأساسية

• تشغيل منخفض الطاقة:مصمم لاستهلاك طاقة ضئيل، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة.
• رؤية عالية:يوفر مظهرًا ممتازًا للأحرف مع أجزاء مستمرة وموحدة وزاوية مشاهدة واسعة، مما يضمن سهولة القراءة من مواقع مختلفة.
• موثوقية الحالة الصلبة:كجهاز يعتمد على LED، يتمتع بعمر تشغيلي طويل، ومقاومة للصدمات، وأداء ثابت مقارنة بالشاشات الميكانيكية أو المعتمدة على الفتيل.
• واجهة قياسية:متطلبات القيادة المتوافقة مع الدوائر المتكاملة (I.C.) تبسط التكامل مع دوائر المتحكم الدقيق والدوائر المنطقية الشائعة.
• أداء مصنف:يتم تصنيف الأجهزة بناءً على شدة الإضاءة، مما يسمح بمطابقة سطوع متسقة في التطبيقات متعددة الأرقام.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والفيزيائية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الكهربائية

تحدد المعلمات الكهربائية حدود التشغيل وظروفه للشاشة.

• الحدود القصوى المطلقة:هذه هي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف لمنع تلف دائم.
  • تبديد الطاقة لكل جزء:70 ميغاواط كحد أقصى. هذا يحد من التأثير المشترك للتيار الأمامي وانخفاض الجهد عبر كل جزء LED.
  • التيار الأمامي المستمر لكل جزء:25 مللي أمبير كحد أقصى عند درجة حرارة 25°م. يتم تطبيق عامل تخفيض خطي قدره 0.33 مللي أمبير/°م مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25°م.
  • التيار الأمامي الذروي لكل جزء:60 مللي أمبير كحد أقصى، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بالقيادة الزائدة لفترة وجيزة لتحقيق سطوع ذروة أعلى في التطبيقات متعددة الإرسال.
  • الجهد العكسي لكل جزء:5 فولت كحد أقصى. تجاوز هذا يمكن أن يتلف وصلة PN الخاصة بـ LED.
  • نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35°م إلى +85°م.
  • درجة حرارة اللحام:260°م لمدة 3 ثوانٍ على مسافة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذه معلمة حرجة لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق.
• الخصائص الكهربائية/البصرية (عند T_A=25°م):هذه هي معلمات التشغيل النموذجية.
  • الجهد الأمامي (V_F):2.05 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر جزء نشط عند تشغيله بالتيار المحدد.
  • التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5 فولت. هذا يشير إلى تيار التسرب الأدنى عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي.

2.2 الخصائص البصرية

تقيس المعلمات البصرية إخراج الضوء وخصائص اللون للشاشة.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):320 ميكرو شمعة (الحد الأدنى)، 900 ميكرو شمعة (النموذجي) عند I_F=1 مللي أمبير. هذا مقياس للسطوع الملحوظ لجزء كما يقيسه مستشعر تمت تصفيته لمطابقة استجابة العين البشرية للضوء (منحنى CIE). النطاق الواسع يشير إلى عملية تصنيف.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 كحد أقصى عند I_F=10 مللي أمبير. هذا يحدد أقصى تباين مسموح به في السطوع بين الأجزاء المختلفة لنفس الرقم أو بين الوحدات المختلفة، مما يضمن التوحيد البصري.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):611 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه إخراج الطاقة البصرية في أعلى مستوياته.
• الطول الموجي السائد (λ_d):605 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يطابق بشكل أفضل لون الضوء المنبعث، مما يحدد درجته اللونية الصفراء البرتقالية.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):17 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير. هذا يشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث؛ القيمة الأصغر تعني لونًا أكثر أحادية اللون (نقاءً).

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الأجهزة \"مصنفة لشدة الإضاءة\". هذا يشير إلى عملية فرز (تصنيف) ما بعد الإنتاج.

• تصنيف شدة الإضاءة:بعد التصنيع، يتم اختبار مصابيح LED وتجميعها بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير أو 10 مللي أمبير). القيمة النموذجية المحددة البالغة 900 ميكرو شمعة والحد الأدنى البالغ 320 ميكرو شمعة تحدد التصنيفات المحتملة. يضمن استخدام الأجزاء المصنفة مستويات سطوع متسقة عبر جميع أجزاء شاشة متعددة الأرقام، وهو أمر بالغ الأهمية للتوحيد الجمالي والوظيفي في المنتج النهائي. يجب على المصممين استشارة الشركة المصنعة للحصول على توفر رمز التصنيف المحدد والمواصفات للشراء.

4. تحليل منحنى الأداء

بينما يشير مقتطف PDF المقدم إلى \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية\"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة غير مدرجة في النص. عادةً، تتضمن هذه المنحنيات:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):سيظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار القيادة، عادةً بطريقة شبه خطية، مما يسلط الضوء على تغيرات الكفاءة.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:يوضح العلاقة الأسية I-V للصمام الثنائي، وهي حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو أمر حيوي لإدارة الحرارة في التطبيقات ذات درجة الحرارة العالية أو السطوع العالي.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر أطوال الموجات الذروية والسائدة ونصف العرض الطيفي بصريًا.

يجب على المصممين دائمًا الرجوع إلى ورقة البيانات الكاملة مع الرسوم البيانية لفهم هذه العلاقات بشكل كامل لتصميم دائرة قوية.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يوصف الجهاز بأنه شاشة بارتفاع رقم 0.8 بوصة، وهو ما يتوافق مع 20.32 مم لارتفاع الحرف الرقمي نفسه. سيوضح رسم الأبعاد الخارجية (المشار إليه ولكن غير مفصل في النص) الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للغلاف البلاستيكي، وتباعد الأطراف، وموضع الأجزاء. التسامحات عادةً ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. الرسومات الميكانيكية الدقيقة ضرورية لتصميم بصمة PCB وضمان الملاءمة المناسبة داخل العلبة.

5.2 تكوين الأطراف والدائرة الداخلية

شاشة LTS-3401LJF هي شاشةأنود مشترك. هذا يعني أن الأنودات لجميع أجزاء LED (ونقاط العشرية) متصلة داخليًا وتخرج إلى أطراف مشتركة (4، 6، 12، 17). الكاثودات الفردية للأجزاء (A-G، ونقاط العشرية اليسرى/اليمنى) لها أطرافها الخاصة. لإضاءة جزء، يجب جعل طرف الكاثود المقابل له منخفضًا (متصلًا بالأرض أو مصرف تيار) بينما يتم إبقاء طرف الأنود المشترك مرتفعًا (متصلًا بـ V_CCمن خلال مقاومة تحديد تيار). جدول توزيع الأطراف حاسم لتخطيط PCB الصحيح وتطوير روتين القيادة البرمجي. العديد من الأطراف (1، 8، 9، 16، 18) مدرجة على أنها \"NO PIN\"، مما يعني أنها موجودة ماديًا ولكن غير متصلة كهربائيًا (N/C).

6. إرشادات اللحام والتجميع

توفر ورقة البيانات معلمة لحام رئيسية: يمكن للغلاف تحمل درجة حرارة لحام تبلغ 260°م لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذا مرجع قياسي للحام بالموجة. للحام بإعادة التدفق، سيكون الملف الشخصي القياسي الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروة حوالي 260°م مناسبًا، ولكن يجب التحكم في الوقت فوق السائل. يوصى باتباع إرشادات JEDEC/IPC القياسية للتعامل مع الأجهزة الحساسة للرطوبة (إن وجدت) وتجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء التجميع. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -35°م إلى +85°م في بيئة جافة.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• معدات الاختبار والقياس:الملتيمترات الرقمية، عدادات التردد، مصادر الطاقة.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:الساعات، المؤقتات، أجهزة المطبخ، شاشات معدات الصوت.
• ضوابط صناعية:عدادات اللوحة، مؤشرات العمليات، قراءات أنظمة التحكم.
• قطع غيار السيارات:المقاييس والشاشات حيث تكون الرؤية العالية والموثوقية مطلوبة.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة متسلسلة لكل اتصال أنود مشترك (أو لكل جزء في مخطط متعدد الإرسال) لضبط التيار الأمامي. احسب قيمة المقاومة باستخدام R = (V_CC- V_F) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات لتصميم آمن.
• الإرسال المتعدد:للشاشات متعددة الأرقام، شائعة دائرة قيادة متعددة الإرسال. يتضمن ذلك تدوير الطاقة (عبر الأنود المشترك) لكل رقم بسرعة مع تقديم بيانات الجزء المقابل لذلك الرقم. هذا يقلل بشكل كبير من عدد دبابيس الإدخال/الإخراج المطلوبة. تأكد من عدم تجاوز تصنيف تيار الذروة (60 مللي أمبير عند دورة عمل 1/10) في مثل هذه التكوينات.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن ضع في اعتبارك خط رؤية المستخدم المقصود عند تركيب الشاشة.
• إدارة الحرارة:على الرغم من انخفاض الطاقة، في درجات الحرارة المحيطة العالية أو إعدادات السطوع العالي، تأكد من بقاء درجة حرارة الغلاف ضمن الحدود من خلال النظر في تخطيط اللوحة وتدفق الهواء.

8. المقارنة الفنية والتمييز

المميز الأساسي لشاشة LTS-3401LJF هو استخدامها لتقنيةAlInGaPلانبعاث الضوء الأصفر البرتقالي. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED القياسية من GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى إخراج أكثر سطوعًا لنفس تيار القيادة أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. كما توفر عمومًا استقرارًا أفضل وتوافقًا في اللون عبر درجة الحرارة والعمر الافتراضي. مقارنةً بمصابيح LED البيضاء (التي عادةً ما تكون مصابيح LED زرقاء مع طلاء فسفوري)، يقدم هذا الجهاز أحادي اللون فعالية أعلى للتطبيقات حيث يكون اللون الكهرماني/البرتقالي المحدد مطلوبًا، كما في الإعدادات المتوافقة مع الإضاءة المنخفضة أو الرؤية الليلية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

• س: ما هو الغرض من اتصالات \"No Pin\"؟
  
  ج: إنها عناصر نائبة ميكانيكية تساعد في تثبيت الغلاف أثناء اللحام وتوفر السلامة الهيكلية. يجب ألا تكون متصلة بأي شبكة كهربائية في دائرة.
• س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من دبوس متحكم دقيق 5 فولت؟
  
  ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار. سيؤدي توصيل 5 فولت مباشرة بالكاثود (مع الأنود مرتفع) إلى محاولة سحب تيار مفرط، مما يتلف كل من LED وربما دبوس المتحكم الدقيق. احسب المقاومة بناءً على جهد الإمداد وتيار الجزء المطلوب.
• س: ماذا يعني \"أنود مشترك\" لتصميم دائري؟
  
  ج: يعني أنك تزود جهدًا موجبًا (V_CC) إلى طرف (أطراف) الأنود المشترك، وتصرف التيار إلى الأرض من خلال أطراف الكاثود الفردية لتشغيل الأجزاء. ستقوم دائرة القيادة الخاصة بك (مثل المتحكم الدقيق) بتنشيط جزء عن طريق تعيين دبوس الإدخال/الإخراج المتصل بالكاثود إلى حالة منطقية منخفضة (0 فولت).
• س: كيف أحقق سطوعًا موحدًا في تصميم متعدد الأرقام؟
  
  ج: احصل على المكونات من نفس رمز تصنيف شدة الإضاءة من الشركة المصنعة. بالإضافة إلى ذلك، تأكد من تطابق قيم مقاومات تحديد التيار لجميع الأجزاء واستخدم تيار قيادة ثابت في مخطط الإرسال المتعدد أو القيادة الثابتة.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر رقمي بسيط.

يقوم مصمم بإنشاء شاشة فولتميتر تيار مستمر مكونة من 3 أرقام باستخدام LTS-3401LJF. يستخدمون متحكمًا دقيقًا مع محول تناظري إلى رقمي (ADC) لقياس الجهد. يتم استخدام ثلاث شاشات. دبابيس المتحكم الدقيق غير كافية لتشغيل جميع الأجزاء (3 أرقام * 8 أجزاء = 24 خطًا) مباشرة، لذلك يتم اختيار تصميم متعدد الإرسال. يتم استخدام سجل إزاحة 8 بت واحد مع مخارج مصرف تيار ثابت (مثل 74HC595 مع ترانزستورات خارجية أو IC سائق LED مخصص) للتحكم في جميع كاثودات الأجزاء (A-G، DP) لجميع الأرقام. يتم استخدام ثلاثة دبابيس إدخال/إخراج للمتحكم الدقيق لتمكين الأنود المشترك لكل رقم بشكل انتقائي عبر ترانزستورات PNP صغيرة أو MOSFETs. يقوم البرنامج بالدوران بسرعة بين تمكين كل رقم (1، 2، 3) أثناء إخراج نمط الجزء المقابل لذلك الرقم إلى سجل الإزاحة. يجعل استمرارية الرؤية جميع الأرقام تبدو مضاءة باستمرار. يحسب المصمم مقاومات تحديد التيار لخطوط الأنود المشترك بناءً على إمداد 5 فولت، و V_Fبقيمة 2.6 فولت، وتيار جزء متوسط مطلوب قدره 10 مللي أمبير، مع التعديل لدورة العمل 1/3 للإرسال المتعدد لثلاثة أرقام.

11. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

تعتمد شاشة LTS-3401LJF على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة PN أشباه الموصلات المصنوعة من AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم). عند تطبيق جهد أمامي، تتحد الإلكترونات من المادة من النوع N مع الفجوات من المادة من النوع P في المنطقة النشطة، مما يطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر البرتقالي (~605 نانومتر طول موجي سائد). يساعد استخدام ركيزة GaAs غير الشفافة في تحسين التباين عن طريق امتصاص الضوء الشارد، مما يساهم في المظهر الممتاز للأحرف للشاشة. تتكون الأجزاء السبعة الفردية من رقائق LED صغيرة متعددة من AlInGaP مرتبة في نمط، كل منها معزول كهربائيًا ويمكن الوصول إليه.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل شاشات LED ذات السبعة أجزاء حلاً قويًا وفعالاً من حيث التكلفة للقراءات الرقمية، فإن مشهد تكنولوجيا العرض الأوسع يتطور. هناك اتجاه نحو تكامل أعلى، مثل الشاشات ذات المتحكمات المدمجة (واجهة I2C أو SPI) التي تقلل بشكل كبير من متطلبات دبابيس الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق وتعقيد البرنامج. من حيث المواد، تعد تكنولوجيا AlInGaP ناضجة وعالية الكفاءة للألوان الكهرمانية/الحمراء. للتطبيقات الملونة بالكامل أو البيضاء، تهيمن مصابيح LED القائمة على InGaN (نتريد إنديوم غاليوم) الزرقاء/الخضراء/البيضاء. قد تشمل الاتجاهات المستقبلية جهد تشغيل أقل، وكفاءة أعلى (مزيد من الضوء لكل واط)، وتكامل الشاشات في ركائز مرنة أو شفافة، على الرغم من أن هذه أكثر صلة بأنواع العرض الأحدث من الأجهزة الرقمية المجزأة التقليدية. تضمن المزايا الأساسية لمصابيح LED - الموثوقية، والعمر الطويل، والتشغيل بجهد منخفض - استمرار استخدامها في التطبيقات حيث تكون هذه العوامل ذات أهمية قصوى.