ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-5675KG - ارتفاع الرقم 0.52 بوصة - لون أخضر بتقنية AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-5675KG هي وحدة عرض أبجدية رقمية رباعية الأرقام من نوع سبعة مقاطع. وظيفتها الأساسية هي توفير معلومات رقمية وأبجدية محدودة واضحة وذات وضوح عالٍ في مختلف الأجهزة الإلكترونية وأجهزة القياس. تستخدم التقنية الأساسية رقائق LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) مثبتة على ركيزة GaAs غير شفافة، والمعروفة بإنتاج ضوء أخضر عالي الكفاءة. تتميز الشاشة بلوحة وجه رمادية مع علامات مقاطع بيضاء، مما يوفر تباينًا ممتازًا للمقاطع الخضراء المضاءة. يستهدف هذا التصميم التطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية موثوقة وحالة صلبة مع استهلاك منخفض للطاقة وأداء بصري فائق، مثل لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار، والأجهزة المنزلية، وأجهزة القياس حيث تكون هناك حاجة إلى أرقام متعددة في عامل شكل مدمج.

1.1 الميزات والمزايا الرئيسية

• حجم الرقم:ارتفاع الحرف 0.52 بوصة (13.2 ملم)، مما يوفر قابلية قراءة جيدة.
• تصميم المقطع:مقاطع متواصلة موحدة لمظهر جمالي ومظهر ممتاز للحرف.
• الأداء البصري:سطوع عالي ونسبة تباين عالية لوضوح رؤية واضح تحت ظروف إضاءة مختلفة.
• زاوية الرؤية:زاوية رؤية واسعة، مما يضمن وضوح الشاشة من مواقع خارج المحور.
• كفاءة الطاقة:متطلبات طاقة منخفضة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو التي تراعي استهلاك الطاقة.
• الموثوقية:موثوقية الحالة الصلبة بدون أجزاء متحركة، مما يؤدي إلى عمر تشغيلي طويل.
• مراقبة الجودة:يتم تصنيف الأجهزة حسب شدة الإضاءة، مما يسمح بمطابقة سطوع متسقة في التطبيقات متعددة الأرقام أو متعددة الوحدات.
• الامتثال البيئي:عبوة خالية من الرصاص متوافقة مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعياً للمعايير الكهربائية والبصرية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا ينصح بالتشغيل خارج هذه الحدود.

• تبديد الطاقة لكل مقطع:70 ميلي واط كحد أقصى. هذا يحد من الحد الأقصى للتيار المستمر بناءً على الجهد الأمامي.
• تيار الذروة الأمامي لكل مقطع:60 ميلي أمبير كحد أقصى، ولكن فقط تحت ظروف النبض (1 كيلو هرتز، دورة عمل 25%). هذا التصنيف مخصص للتحويل المتعدد أو ظروف الذروة القصيرة.
• التيار الأمامي المستمر لكل مقطع:25 ميلي أمبير كحد أقصى عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التيار خطياً بمقدار 0.33 ميلي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر تقريباً: 25 ميلي أمبير - ((85 درجة مئوية - 25 درجة مئوية) * 0.33 ميلي أمبير/درجة مئوية) = 5.2 ميلي أمبير.
• الجهد العكسي لكل مقطع:5 فولت كحد أقصى. تجاوز هذا يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. الجهاز مصنف لنطاقات درجة الحرارة الصناعية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• ظروف اللحام:260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مع شرط أن يتم قياس ذلك على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 ملم) أسفل مستوى جلوس المكون. هذا هو إرشاد نموذجي لملف إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (Ta=25°C)

هذه هي معلمات التشغيل النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):هذه هي معلمة السطوع الرئيسية.
  • الحد الأدنى: 320 ميكرو كنديلا عند I_F= 1 ميلي أمبير
  • النموذجي: 1050 ميكرو كنديلا عند I_F= 10 ميلي أمبير
  • الحد الأقصى: 11550 ميكرو كنديلا عند I_F= 10 ميلي أمبير. النطاق الواسع من الحد الأدنى إلى الأقصى يشير إلى أن الأجهزة مصنفة (مقسمة إلى فئات). يجب على المصممين الاختيار من الفئات المناسبة لسطوع موحد.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):571 نانومتر (نموذجي) عند I_F=20 ميلي أمبير. هذا في المنطقة الخضراء من الطيف المرئي.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء الأخضر المنبعث.
• الطول الموجي السائد (λ_d):572 نانومتر (نموذجي). يختلف قليلاً عن طول موجة الذروة، هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لمطابقة لون المصدر.
• الجهد الأمامي لكل مقطع (V_F):2.1 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (نموذجي) عند I_F=20 ميلي أمبير. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار. يجب أن توفر دائرة التشغيل جهداً كافياً للتغلب على هذا V_F.
• التيار العكسي لكل مقطع (I_R):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5 فولت. تشير القيمة المنخفضة إلى جودة وصلة جيدة.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 كحد أقصى للمقاطع داخل "منطقة الضوء المماثلة". هذا يعني أن ألمع مقطع يجب ألا يزيد سطوعه عن ضعف سطوع أغمق مقطع داخل رقم واحد أو مجموعة محددة، مما يضمن التوحيد البصري.

ملاحظة حول القياس:يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن أن القيم تتوافق مع إدراك السطوع البشري.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الأجهزة "مصنفة حسب شدة الإضاءة". هذه عملية تصنيف.

• تصنيف شدة الإضاءة:يشير الانتشار الواسع في مواصفات I_V(من 320 إلى 11550 ميكرو كنديلا عند 10 ميلي أمبير) إلى وجود فئات سطوع متعددة. يقوم المصنعون باختبار وفرز المكونات إلى مجموعات (فئات) بناءً على ناتجها المقاس. هذا يسمح للعملاء بشراء قطع بضمان مستويات سطوع دنيا (مثل فئة ذات I_V> 8000 ميكرو كنديلا) للتطبيقات عالية السطوع، أو فئات قياسية للتصاميم الحساسة للتكلفة. استخدام القطع المصنفة ضروري لتحقيق مظهر موحد عبر شاشات أو أرقام متعددة.
• اتساق الطول الموجي:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً كمصنفة، فإن القيم النموذجية الضيقة لـ λ_p(571 نانومتر) و λ_d(572 نانومتر) تشير إلى تحكم جيد في العملية، مما يؤدي إلى لون أخضر متسق عبر دفعات الإنتاج.

4. تحليل منحنى الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، يمكننا استنتاج محتواها وأهميتها القياسية.

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):سيظهر هذا الرسم البياني العلاقة الأسية. إنه أمر بالغ الأهمية لتحديد جهد الإمداد اللازم لتيار تشغيل معين ولحساب تبديد الطاقة (P = V_F* I_F).
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يظهر هذا المنحنى كيف يزداد السطوع مع التيار. إنه عادة غير خطي، حيث تنخفض الكفاءة (لومن لكل واط) غالباً عند التيارات العالية جداً بسبب التسخين. توفر ورقة البيانات نقاطاً منفصلة عند 1 ميلي أمبير و 10 ميلي أمبير.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:لمصابيح LED من نوع AlInGaP، ينخفض ناتج الضوء بشكل عام مع زيادة درجة حرارة الوصلة. هذا المنحنى حيوي لتصميم التطبيقات التي تعمل على نطاق درجة الحرارة الكامل (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) لضمان سطوع كافٍ في درجات الحرارة العالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يظهر الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، متمركز حول 571-572 نانومتر مع نصف عرض ~15 نانومتر، مؤكداً ناتج اللون الأخضر.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يستخدم الجهاز عبوة شاشة LED قياسية. سيوضح الرسم الأبعادي (المشار إليه ولكن غير مفصل في النص) عادةً:

• الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للوحدة.
• المسافة بين الرقم والرقم (الملعب).
• أبعاد المقطع والتباعد.
• تباعد الأطراف (دبابيس)، الطول، والقطر. تشير الملاحظة إلى أن جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 تكوين الدبوس والقطبية

جهاز LTC-5675KG هو جهاز ذوقطب موجب مشترك. هذا يعني أن الأنودات لجميع مصابيح LED لكل رقم متصلة داخلياً معاً وتخرج إلى دبوس واحد لكل رقم (الدبابيس 10-13: أنود الرقم 1-4). الكاثودات لكل مقطع (A-G، DP) مشتركة عبر جميع الأرقام ومتصلة بدبابيسها الخاصة (الدبابيس 27-30، 35-37 للمقاطع A-G؛ الدبابيس 31-34 للنقاط العشرية). هذا التكوين مثالي للتحويل المتعدد.

عملية التحويل المتعدد:لعرض رقم، سيقوم المتحكم الدقيق بما يلي:

1. تعيين نمط كاثودات المقاطع (A-G) للحرف المطلوب.
2. تشغيل (تطبيق جهد على) دبوس الأنود المشترك للرقم المحدد حيث يجب أن يظهر ذلك الحرف.
3. التناوب بالتسلسل عبر أنود كل رقم بتردد عالٍ (مثل 100 هرتز+)، مما يخلق إدراكاً بأن جميع الأرقام مضاءة في وقت واحد. هذا يقلل بشكل كبير من دبابيس التشغيل المطلوبة واستهلاك الطاقة مقارنة بالتشغيل الثابت.

مخطط الدائرة الداخلية:يؤكد المخطط المشار إليه بصرياً على بنية الأنود المشترك والتحويل المتعدد، موضحاً أنودات الأرقام الأربعة وكاثودات المقاطع السبعة+1.

6. إرشادات اللحام والتجميع

• لحام إعادة التدفق:الشرط المحدد هو 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 ملم أسفل جسم المكون. هذا يتوافق مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص النموذجية (درجة حرارة الذروة 245-260 درجة مئوية).
• الاحتياطات:
  • تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء التعامل.
  • تأكد من أن الشاشة لا تتعرض لدرجات حرارة تتجاوز الحد الأقصى لدرجة حرارة التخزين قبل أو بعد اللحام.
  • اتبع احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء التعامل.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية في بيئة جافة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب "انفجار الذرة" أثناء إعادة التدفق.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أجهزة القياس الصناعية:عدادات اللوحة، وحدات تحكم العمليات، عروض المؤقت.
• معدات الاختبار والقياس:الملتيميديا الرقمية، عدادات التردد، مصادر الطاقة.
• الأجهزة المنزلية/التجارية:أفران الميكروويف، معدات الصوت، أطراف نقاط البيع.
• قطع غيار السيارات:المقاييس والشاشات حيث تكون هناك حاجة إلى سطوع عالي للرؤية في ضوء النهار.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائماً مقاومات تحديد تيار متسلسلة لكل كاثود مقطع أو أنود رقم (اعتماداً على مخطط التشغيل). تحسب قيمة المقاومة كـ R = (V_{الإمداد}- V_F) / I_F. لإمداد 5 فولت، V_F=2.6 فولت، و I_F=10 ميلي أمبير: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 أوم.
• مشغل التحويل المتعدد:استخدم متحكماً دقيقاً بعدد كافٍ من دبابيس الإدخال/الإخراج أو دوائر تشغيل LED مخصصة (مثل MAX7219، TM1637) التي تتعامل مع التحويل المتعدد والتحكم في التيار. تبسط دوائر التشغيل المخصصة التصميم وغالباً ما توفر تحكمًا في السطوع.
• تبديد الطاقة:احسب الطاقة الإجمالية، خاصة عند تشغيل جميع مقاطع أرقام متعددة في وقت واحد أثناء التحويل المتعدد. تأكد من عدم تجاوز التصنيفات وفكر في إدارة الحرارة إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية.
• مطابقة السطوع:للحصول على أفضل النتائج البصرية، حدد فئة شدة إضاءة من موردك، خاصة إذا كنت تستخدم شاشات متعددة.
• زاوية الرؤية:تسمح زاوية الرؤية الواسعة بالتركيب المرن، ولكن ضع في الاعتبار خط رؤية المستخدم الأساسي أثناء التصميم الميكانيكي.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الخضراء القياسية من نوع GaP (فوسفيد الغاليوم) أو شاشات المتوهجة المفلترة، تقدم تقنية AlInGaP في LTC-5675KG:

• كفاءة وسطوع أعلى:يوفر AlInGaP فعالية إضاءة فائقة، مما يؤدي إلى شاشات أكثر سطوعاً عند تيارات أقل.
• تشبع لوني أفضل:اللون الأخضر عادة ما يكون أكثر نقاءً وحيوية.
• موثوقية محسنة:لمصابيح LED ذات الحالة الصلبة عمر أطول بكثير من الشاشات المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs).
• استهلاك طاقة أقل:أساسي للأجهزة المحمولة والتي تعمل بالبطارية.
• مقارنة ببعض مصابيح LED البيضاء الحديثة ذات الرقاقة الزرقاء + الفسفور المستخدمة خلف المرشحات، غالباً ما يكون AlInGaP الأخضر أكثر كفاءة للتطبيقات الخضراء أحادية اللون.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

1. س: ما الفرق بين "طول موجة الذروة" و"الطول الموجي السائد"؟
   
   ج: طول موجة الذروة هو الطول الموجي الفردي الذي يكون فيه طيف الانبعاث بأقصى شدة. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يطابق اللون المدرك للمصدر. غالباً ما يكونان قريبين ولكن ليسا متطابقين، حيث يكون الطول الموجي السائد أكثر صلة بالإدراك البشري.
2. س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بمتحكم دقيق بجهد 3.3 فولت بدون دائرة تشغيل مخصصة؟
   
   ج: ربما، ولكن بحذر. الجهد الأمامي النموذجي V_Fهو 2.6 فولت عند 20 ميلي أمبير. عند 3.3 فولت، هامش الجهد لمقاومة تحديد التيار هو 0.7 فولت فقط. لتيار 10 ميلي أمبير، ستحتاج إلى مقاومة 70 أوم. هذا ممكن، ولكن الاختلافات في V_Fوجهد الإمداد يمكن أن تسبب تبايناً كبيراً في التيار. مشغل LED مخصص أو عازل ترانزستور أكثر متانة.
3. س: لماذا يتم تخفيض التيار المستمر مع درجة الحرارة؟
   
   ج: مع ارتفاع درجة حرارة وصلة LED، تنخفض كفاءتها الداخلية ويزداد خطر الانحراف الحراري. تخفيض التيار يمنع توليد حرارة مفرطة، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد ويمنع تدهور السطوع أو الفشل.
4. س: ماذا يعني "مصنف حسب شدة الإضاءة" لتصميمي؟
   
   ج: يعني أنه يجب عليك العمل مع موزعك لاختيار فئة سطوع محددة (مثل قيمة دنيا لـ I_V). إذا لم تفعل ذلك، فقد تتلقى قطعاً من فئات مختلفة، مما يؤدي إلى اختلافات سطوع ملحوظة بين الأرقام أو بين وحدات مختلفة من منتجك.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم عداد لوحة جهد تيار مستمر رباعي الأرقام.

1. اختيار المتحكم الدقيق:اختر MCU بعدد 12 دبوس إدخال/إخراج رقمي على الأقل (4 أنودات أرقام + 7 كاثودات مقاطع + 1 نقطة عشرية) أو استخدم موسع إدخال/إخراج.
2. دائرة التشغيل:نفذ التحويل المتعدد في البرنامج الثابت. سيقوم MCU بالتناوب عبر الأرقام 1-4 بسرعة. لكل رقم، يحدد نمط المقطع على دبابيس الكاثود ويفعل دبوس الأنود المقابل عبر ترانزستور NPN صغير (حيث أن تيار الأنود لرقم '8' مضاء بالكامل يمكن أن يكون 8 مقاطع * 10 ميلي أمبير = 80 ميلي أمبير، يتجاوز حدود معظم دبابيس MCU).
3. تحديد التيار:ضع ثمانية مقاومات 220 أوم (واحد لكل كاثود مقطع من A-G و DP). هذا يحدد التيار لكل مقطع إلى ~10-11 ميلي أمبير مع إمداد 5 فولت وجهد أمامي نموذجي._F.
4. التحكم في السطوع:نفذ PWM (تعديل عرض النبضة) برمجياً على وقت تمكين الرقم لتعتيم الشاشة عالمياً إذا لزم الأمر.
5. النتيجة:شاشة مدمجة وفعالة ومشرقة تعرض قراءات الجهد من 0.000 إلى 19.99 فولت، مع قابلية قراءة ممتازة في ظروف الإضاءة الداخلية والخارجية بسبب مقاطع AlInGaP عالية التباين وعالية السطوع.

11. مقدمة مبدأ التقنية

يعتمد LTC-5675KG علىتقنية أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). يُزرع نظام المواد هذا بشكل طبقي علىركيزة GaAs (زرنيخيد الغاليوم) غير شفافة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n لطبقات AlInGaP، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لذرات Al و In و Ga و P في الطبقة النشطة طاقة فجوة النطاق، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث. بالنسبة لهذا الجهاز، يتم ضبط التركيب لإنتاج ضوء أخضر متمركز حول 572 نانومتر. تعني الركيزة غير الشفافة أن الضوء ينبعث بشكل أساسي من السطح العلوي للرقاقة، وهو مناسب لهيكل الشاشة القائم على المقاطع. يتم توصيل رقائق LED الفردية بالأسلاك وتجميعها في نمط السبعة مقاطع القياسي داخل العبوة البلاستيكية.

12. اتجاهات التقنية والسياق

تمثل تقنية AlInGaP حلاً ناضجاً ومحسناً للغاية لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والعنبرية والخضراء عالية الكفاءة. في مشهد العرض:\p>

• للشاشات أحادية اللون:يبقى AlInGaP خياراً رئيسياً للأخضر النقي والأحمر والعنبري بسبب كفاءته ونقاء لونه، وغالباً ما يتفوق على مصابيح LED البيضاء ذات الرقاقة الزرقاء+الفسفور المفلترة لهذه الألوان.
• السياق السوقي:بينما تهيمن شاشات OLED ذات المصفوفة النقطية وشاشات TFT-LCD في الشاشات الملونة الكاملة عالية المحتوى المعلوماتي، تحتفظ شاشات LED السباعية المقاطع مثل LTC-5675KG بموقع قوي في التطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية بسيطة ومشرقة للغاية ومنخفضة التكلفة وموثوقة ومنخفضة الطاقة.
• التطورات المستقبلية:تشمل الاتجاهات مزيداً من تحسينات الكفاءة، وتصنيف سطوع ولون أكثر ضيقاً للتطبيقات الراقية، ودمج إلكترونيات التشغيل وواجهات الاتصال (مثل I2C) مباشرة في وحدة العرض، مما يبسط تصميم النظام. ومع ذلك، من المرجح أن يظل عامل شكل السبعة مقاطع الأساسي وتقنية AlInGaP للألوان القياسية ذات صلة لسنوات عديدة في تطبيقاتها المستهدفة.