ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-5753JD-01 - ارتفاع الرقم 0.56 بوصة - لون أحمر شديد (650 نانومتر) - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ملي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-5753JD-01 هي وحدة عرض أبجدية رقمية عالية الأداء، رباعية الأرقام، من نوع سبعة أجزاء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب عرضًا رقميًا واضحًا وساطعًا. وظيفتها الأساسية هي تمثيل البيانات الرقمية بصريًا عبر أربعة أرقام متميزة، يتكون كل منها من سبعة أجزاء LED قابلة للعنونة بشكل فردي بالإضافة إلى نقطة عشرية. تم تصميم الجهاز للتكامل في لوحات الأجهزة، وأنظمة التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار، والإلكترونيات الاستهلاكية، وأي واجهة حيث يكون العرض الرقمي متعدد الأرقام الموثوق به أمرًا ضروريًا.

تكمن الميزة الأساسية لهذه الشاشة في استخدامها لتقنية أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) لرقائق LED ذات اللون الأحمر الشديد. يشتهر نظام المواد هذا بكفاءته العالية وشدة إضاءته الممتازة في الطيف الأحمر-البرتقالي. تتميز الشاشة بوجه رمادي فاتح مع أجزاء بيضاء، مما يعزز بشكل كبير التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة، مما يساهم في "مظهر الأحرف الممتاز". يتم تصنيف الجهاز وفقًا لشدة الإضاءة، مما يضمن مستويات سطوع متسقة عبر دفعات الإنتاج لأداء بصري موحد في التثبيتات متعددة الوحدات.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الفنية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها للتصميم والتطبيق.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محوريًا لوظيفة الشاشة. يتم قياس المعلمات الرئيسية تحت ظروف الاختبار القياسية (عادةً Ta=25°C).

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):تتراوح من حد أدنى 200 ميكرو كنديلا إلى قيمة نموذجية 650 ميكرو كنديلا عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير. تقيس هذه المعلمة السطوع الملحوظ للجزء المضاء بواسطة العين البشرية، باستخدام مرشح يقارب منحنى استجابة الرؤية النهاري CIE. تضمن القيمة النموذجية العالية وضوحًا جيدًا.
• طول موجة الانبعاث القصوى (λ_p):650 نانومتر (nm). هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية لـ LED في أقصى حد. وهو يحدد خاصية اللون "الأحمر الشديد".
• الطول الموجي السائد (λ_d):639 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يتطابق بشكل أفضل مع اللون الملحوظ لضوء LED للعين البشرية. الفرق بين طول الموجة القصوى والسائد هو أمر نموذجي لـ LEDs بسبب شكل طيف الانبعاث.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر. يحدد هذا عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، مقاسًا بالعرض الكامل عند نصف القيمة القصوى (FWHM) لتوزيع القدرة الطيفية. تشير قيمة 20 نانومتر إلى لون أحمر نقي نسبيًا ومشبع.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 كحد أقصى. هذه معلمة حاسمة لتوحيد الشاشة. تحدد أن شدة الإضاءة لأي جزء لا يجب أن تزيد عن ضعف شدة أي جزء آخر داخل نفس الجهاز عند التشغيل تحت نفس الظروف (I_F=1mA). وهذا يضمن سطوعًا متوازنًا عبر جميع أجزاء الرقم.

2.2 الخصائص الكهربائية والحرارية

تحدد هذه المعلمات حدود وظروف التشغيل الكهربائي للاستخدام الموثوق والآمن.

• الجهد الأمامي لكل جزء (V_F):نموذجيًا 2.6 فولت، بحد أقصى 2.6 فولت عند I_F=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر جزء LED عندما يمرر تيارًا. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار في مرحلة التشغيل.
• التيار الأمامي المستمر لكل جزء (I_F):25 مللي أمبير كحد أقصى عند 25°C. هذا هو أقصى تيار مستمر يمكن تطبيقه باستمرار على جزء واحد دون خطر التدهور. تحدد ورقة البيانات عامل تخفيض 0.33 مللي أمبير/°C فوق 25°C، مما يعني أن الحد الأقصى المسموح به للتيار ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة لإدارة درجة حرارة التقاطع.
• التيار الأمامي الذروي لكل جزء:90 مللي أمبير كحد أقصى. يُسمح بهذا فقط تحت ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية. وهذا يمكّن من مخططات التعدد حيث يتم استخدام تيار لحظي أعلى لتحقيق السطوع الملحوظ مع الحفاظ على تبديد الطاقة المتوسط ضمن الحدود.
• الجهد العكسي لكل جزء (V_R):5 فولت كحد أقصى. تطبيق جهد انحياز عكسي أعلى من هذا يمكن أن يتسبب في فشل فوري وكارثي لتقاطع LED.
• التيار العكسي لكل جزء (I_R):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند V_R=5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي ضمن حدوده القصوى.
• تبديد الطاقة لكل جزء (P_D):70 ملي واط كحد أقصى. هذه هي أقصى طاقة يمكن تبديدها كحرارة في جزء واحد. تجاوز هذا الحد، والذي تحدده بشكل أساسي I_F* V_F, يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي.

2.3 الحدود القصوى المطلقة والحدود البيئية

هذه هي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف من الظروف، حتى بشكل لحظي. التشغيل خارج هذه التقييمات قد يسبب تلفًا دائمًا.

• نطاق درجة حرارة التشغيل:-35°C إلى +85°C. يتم ضمان عمل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا، على الرغم من أن المعلمات الكهربائية مثل التيار الأمامي قد تحتاج إلى تخفيض في درجات الحرارة العالية.
• نطاق درجة حرارة التخزين:-35°C إلى +85°C. يمكن تخزين الجهاز دون تشغيل ضمن هذا النطاق.
• درجة حرارة اللحام:260°C كحد أقصى لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا أمر بالغ الأهمية لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع التلف الحراري لرقائق LED أو الغلاف.

3. نظام التصنيف والفرز

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز "مصنف لشدة الإضاءة". وهذا يشير إلى عملية فرز إنتاجية. بينما لا يتم توفير رموز فرز محددة في هذا المقتطف، فإن التصنيف النموذجي لمثل هذه الشاشات يتضمن تجميع الوحدات بناءً على شدة الإضاءة المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل I_F=1mA). وهذا يضمن أن المصممين الذين يحصلون على شاشات متعددة لمنتج واحد يمكنهم تحقيق سطوع موحد عبر جميع الوحدات، وهو أمر حيوي للمنتجات النهائية ذات المظهر الاحترافي. يُفهم ضمنيًا أن المعلمات الرئيسية الأخرى مثل الجهد الأمامي والطول الموجي السائد يتم التحكم فيها أيضًا ضمن تفاوتات محددة لضمان أداء متسق.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (I_Vمقابل I_F):يوضح كيف يزداد السطوع مع التيار، عادةً بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب التسخين وانخفاض الكفاءة.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (V_Fمقابل I_F):يوضح خاصية I-V الأسية للدايود، وهي أمر بالغ الأهمية لتصميم مشغلات التيار الثابت.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة (I_Vمقابل T_a):يوضح كيف ينخفض ناتج LED مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع، مما يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة.
• توزيع القدرة الطيفية:رسم بياني يوضح شدة الضوء المنبعث عبر طيف الأطوال الموجية، متمركزًا حول الذروة 650 نانومتر.

تسمح هذه المنحنيات للمصممين بالتنبؤ بالأداء تحت ظروف التشغيل غير القياسية وتحسين دوائر التشغيل الخاصة بهم للكفاءة وطول العمر.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية والمخطط التفصيلي

يتم الرجوع إلى رسم الغلاف. تشمل الميزات الرئيسية للشاشة الرباعية الأرقام القياسية بارتفاع 0.56 بوصة حجم الوحدة الكلي الذي يستوعب أربعة أرقام جنبًا إلى جنب، وتباعد الأطراف المتوافق مع مقابس DIP (الحزمة المزدوجة في خط) القياسية أو آثار PCB، وارتفاع الجزء 14.2 مم. تشير ميزة "الأجزاء المتواصلة الموحدة" إلى مظهر سلس بين الأرقام، غالبًا ما يتحقق بلوحة وجه قالبية واحدة. تبلغ التفاوتات في الأبعاد عادةً ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.

5.2 توصيل الأطراف ومخطط الدائرة

يحتوي الجهاز على تكوين 12 طرفًا. يستخدممهبط مشتركهندسة التعدد. هذا يعني أن المهبط (الجانب السالب) لجميع LEDs لرقم محدد متصل داخليًا معًا، بينما المصاعد (الجانب الموجب) لكل نوع جزء (A-G, DP) مشتركة عبر جميع الأرقام.

• الأطراف 6, 8, 9, 12:هذه هي أطراف المهبط المشترك للرقم 4، الرقم 3، الرقم 2، والرقم 1، على التوالي.
• الأطراف 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:هذه هي أطراف المصعد للأجزاء E, D, DP, C, G, B, F, و A، على التوالي.

سيظهر مخطط الدائرة الداخلي أربع مجموعات من سبعة LEDs (بالإضافة إلى DP) مرتبة مع مصاعدها مربوطة بخطوط الأجزاء ومهبطاتها مربوطة بخطوط الأرقام المعنية. هذا الهيكل أساسي لتقنية تشغيل التعدد.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الالتزام بملف اللحام المحدد غير قابل للتفاوض من أجل الموثوقية. الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260°C لمدة 3 ثوانٍ. عمليًا، يُوصى بملف إعادة تدفق خالٍ من الرصاص بدرجة حرارة ذروة أقل قليلاً من هذا الحد الأقصى (مثل 250°C) لتوفير هامش أمان. نقطة القياس (1.6 مم أسفل مستوى الجلوس) حرجة لأنها تمثل درجة الحرارة عند أطراف الغلاف، وليس بالضرورة درجة حرارة الهواء الساخن في فرن إعادة التدفق. التعرض المطول لدرجة الحرارة العالية يمكن أن يتلف الروابط السلكية الداخلية، أو يدهور إيبوكسي LED، أو يسبب انفصال الطبقات. يجب إجراء اللحام اليدوي بالمكواة بسرعة وبوجود تخفيف حراري كافٍ على وسادة PCB. يجب دائمًا اتباع إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة أثناء التجميع.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

تم تصميم LTC-5753JD-01 من أجلتشغيل متعدد (تعدد). تتضمن دائرة التشغيل النموذجية متحكمًا دقيقًا أو دائرة متكاملة مخصصة لتشغيل الشاشة (مثل MAX7219، TM1637). يقوم المشغل بتفعيل (يسحب التيار إلى الأرض) مهبط رقم واحد في كل مرة مع تطبيق النمط الصحيح لجهد مصعد الأجزاء (عبر مقاومات تحديد التيار) لذلك الرقم. تتكرر هذه الدورة بتردد عالٍ (عادةً >100 هرتز)، مستغلة استمرارية الرؤية لجعل جميع الأرقام الأربعة تظهر مضاءة باستمرار. يقلل هذا الطريقة بشكل كبير من عدد أطراف التشغيل المطلوبة من 36 (4 أرقام * 9 أجزاء) إلى 12 فقط (8 أجزاء + 4 أرقام).

7.2 اعتبارات التصيم وأفضل الممارسات

• مقاومات تحديد التيار:أساسية لكل خط مصعد جزء. يتم حساب قيمة المقاوم بناءً على جهد التغذية (V_CC)، وجهد LED الأمامي (V_F)، والتيار المطلوب للجزء (I_F). الصيغة: R = (V_CC- V_F) / I_F. للتعدد، I_Fهوتيار الذروة، وليس المتوسط.
• تردد التعدد ودورة العمل:مطلوب تردد عالٍ بما يكفي لتجنب الوميض المرئي (عادةً >60-100 هرتز). دورة العمل لكل رقم في تعدد 4 أرقام هي 1/4 (25%). لتحقيق نفس السطوع الملحوظ لـ LED يعمل بشكل ثابت عند تيار I، يجب أن يكون تيار الذروة خلال فترته الزمنية النشطة حوالي 4I. يجب التحقق من هذا مقابل تقييم تيار الذروة (90 مللي أمبير).
• فصل مزود الطاقة:ضع مكثفًا سيراميكيًا 0.1 ميكروفاراد بالقرب من أطراف طاقة وحدة العرض لتخفيف متطلبات التيار النبضي للتعدد.
• زاوية المشاهدة:ميزة "زاوية المشاهدة الواسعة" مفيدة للتطبيقات التي قد يتم فيها مشاهدة الشاشة من مواقع خارج المحور. يجب أن يأخذ تركيب PCB خطوط رؤية المستخدم المقصود في الاعتبار.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل LEDs الحمراء القياسية GaAsP أو GaP، تقدم LED AlInGaP ذات اللون الأحمر الشديد كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. يوفر الطول الموجي 650 نانومتر لونًا أحمرًا نابضًا بالحياة وعميقًا. مقارنة بتكوينات المصعد المشترك، غالبًا ما يكون تكوين المهبط المشترك أكثر ملاءمة للاتصال بالمتحكمات الدقيقة الحديثة، التي تكون أفضل في سحب التيار (إلى الأرض) بدلاً من تزويده. يضع ارتفاع الرقم 0.56 بوصة في فئة مناسبة للمشاهدة من مسافة متوسطة، أكبر من شاشات SMD المصغرة ولكن أصغر من الوحدات الكبيرة المثبتة على اللوحات.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بجهد ثابت مستمر بدون تعدد؟

ج: تقنيًا نعم، لكنه غير فعال للغاية ويتطلب عددًا كبيرًا من أطراف الإدخال/الإخراج (واحد لكل جزء لكل رقم). التعدد هو الطريقة المقصودة والمثلى للتشغيل.

س: لماذا تقييم تيار الذروة أعلى بكثير من تقييم التيار المستمر؟

ج: هذا بسبب الحدود الحرارية. خلال النبضة القصيرة، ليس لدى تقاطع LED الوقت الكافي ليرتفع حرارته بشكل كبير، مما يسمح بتيار لحظي أعلى دون تجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى. يتم استغلال هذه الخاصية في التعدد.

س: ما هو الغرض من نسبة مطابقة شدة الإضاءة؟

ج: تضمن التوحيد البصري. بدون هذه المواصفات، قد يكون جزء واحد (مثل الجزء A) أكثر سطوعًا أو خفوتًا بشكل ملحوظ من جزء آخر (مثل الجزء D) في نفس الرقم، مما يخلق مظهرًا غير متسق وغير احترافي.

س: كيف أحسب متوسط استهلاك الطاقة؟

ج: للشاشة المتعددة، احسب الطاقة لجزء واحد عند إضاءته (I_{F_peak}* V_F)، اضرب في عدد الأجزاء المضاءة في رقم نموذجي (مثل 7 لـ "8")، ثم اضرب في دورة العمل (1/4 لتعدد 4 أرقام). هذا يعطي متوسط الطاقة لرقم واحد. اضرب في 4 لإجمالي طاقة الوحدة. تذكر تضمين استهلاك دائرة التشغيل المتكاملة نفسها.

10. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في تقاطع أشباه الموصلات p-n. عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز جهد تشغيل الدايود (حوالي 2.1-2.6 فولت) عبر جزء LED من نوع AlInGaP، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة حيث تتحد. تطلق عملية إعادة التركيب هذه الطاقة في شكل فوتونات (ضوء) بطول موجي مميز لفجوة نطاق مادة AlInGaP، والتي تقع في منطقة الأحمر الشديد (~650 نانومتر). يتم ترتيب الدائرة الداخلية في مصفوفة (مهبط مشترك لكل رقم، مصاعد مشتركة لكل نوع جزء) لتمكين التعدد بتقسيم الوقت، حيث يكون رقم واحد فقط نشطًا كهربائيًا في أي لحظة، ولكن جميعها تظهر مضاءة بسبب المسح التسلسلي السريع.

11. السياق الصناعي والاتجاهات

تمثل الشاشات مثل LTC-5753JD-01 تقنية ناضجة وموثوقة. بينما تقدم تقنيات العرض الأحدث مثل OLEDs وشاشات LCD ذات المصفوفة النقطية عالية الدقة مرونة أكبر للرسومات والخطوط المخصصة، تظل شاشات LED ذات السبعة أجزاء مهيمنة في التطبيقات التي تعطي الأولوية للموثوقية القصوى، والسطوع العالي، وزوايا المشاهدة الواسعة، والتكلفة المنخفضة، والبساطة - خاصة في البيئات الصناعية والسياحية والهواء الطلق. الاتجاه داخل هذا القطاع هو نحو كفاءة أعلى (المزيد من اللومن لكل واط)، مما يسمح باستهلاك طاقة أقل وتوليد حرارة أقل، ونحو حزم الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، على الرغم من أن الحزم المثقوبة مثل هذه تظل شائعة للنماذج الأولية والإصلاح وبعض التطبيقات المقواة. استخدام مواد أشباه الموصلات المتقدمة مثل AlInGaP بدلاً من GaAsP الأقدم هو نتيجة مباشرة لهذا الاتجاه الموجه نحو الكفاءة.