ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-2723JD - ارتفاع الرقم 0.28 بوصة - لون أحمر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-2723JD هي وحدة عرض رقمية أبجدية رقمية رباعية الأرقام من سبعة مقاطع. وظيفتها الأساسية هي توفير قراءات رقمية وأبجدية محدودة واضحة ومشرقة في مختلف الأجهزة الإلكترونية. تستخدم التقنية الأساسية رقائق LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم)، والمعروفة بكفاءتها العالية وسطوعها في الطيف الأحمر. تتميز الوحدة بوجه رمادي مع مقاطع بيضاء، مما يوفر تباينًا عاليًا لمظهر أحرف ممتاز وزوايا مشاهدة واسعة. يتم تصنيفها حسب الشدة الضوئية وتُقدم في عبوة خالية من الرصاص متوافقة مع توجيهات RoHS، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الإلكترونية الحديثة مع مراعاة الاعتبارات البيئية.

1.1 الميزات والمزايا الرئيسية

• ارتفاع الرقم:0.28 بوصة (7.0 ملم)، مما يوفر حجمًا متوازنًا لرؤية جيدة دون استهلاك مساحة مفرطة.
• تصميم المقطع:تضمن المقاطع المستمرة الموحدة إضاءة متسقة وجماليات احترافية.
• كفاءة الطاقة:انخفاض متطلبات الطاقة بسبب تقنية AlInGaP عالية الكفاءة.
• الأداء البصري:السطوع العالي ونسبة التباين العالية تعززان قابلية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة.
• زاوية المشاهدة:تسمح زاوية المشاهدة الواسعة بقراءة الشاشة من مواقع مختلفة.
• الموثوقية:يوفر البناء ذو الحالة الصلبة عمرًا تشغيليًا طويلاً ومتانة ضد الاهتزاز.
• التصنيف (Binning):مصنفة (مجمعة) حسب الشدة الضوئية، مما يضمن اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج.
• الامتثال البيئي:عبوة خالية من الرصاص وفقًا لأنظمة RoHS.

1.2 تعريف الجهاز

يشير رقم القطعة LTC-2723JD على وجه التحديد إلى شاشة عرض ذات كاثود مشترك متعدد الإرسال (multiplex common cathode) باللون الأحمر عالي الكفاءة من نوع AlInGaP مع نقطة عشرية على اليمين. يساعد هذا الاصطلاح التسميوي في التعريف الدقيق والطلب.

2. المعلومات الميكانيكية ومواصفات العبوة

تأتي الشاشة في عبوة قياسية مثبتة عبر الثقب (through-hole). يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة في ورقة البيانات، مع تحديد جميع الأبعاد الأساسية بالمليمترات. التسامحات الرئيسية هي عادةً ±0.20 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم إيلاء اهتمام خاص لتسامحات التجميع: إزاحة طرف الدبوس هي ±0.4 ملم، ويتم تقديم توصيات لأفضل قطر لثقب اللوحة PCB (1.30 ملم). يتم تمييز الوحدة برقم القطعة (LTC-2723JD)، ورمز تاريخ بتنسيق YYWW، وبلد التصنيع، ورمز تصنيف (bin code) لتدرج الشدة الضوئية.

3. التكوين الكهربائي وتوصيل الأطراف

3.1 الدائرة الداخلية وتوصيل الأطراف

يستخدم طراز LTC-2723JD تكوين كاثود مشترك متعدد الإرسال (multiplexed common cathode). وهذا يعني أن كاثودات مصابيح LED لكل رقم متصلة معًا داخليًا، بينما تكون الأنودات للمقاطع المقابلة عبر الأرقام متصلة. يقلل هذا التصميم من عدد أطراف القيادة المطلوبة. جدول توصيل الأطراف هو كما يلي:

• الطرف 1: الكاثود المشترك (الرقم 1)
• الطرف 2: الأنود C، L3
• الطرف 3: الأنود D.P. (النقطة العشرية)
• الطرف 4: لا يوجد اتصال
• الطرف 5: الأنود E
• الطرف 6: الأنود D
• الطرف 7: الأنود G
• الطرف 8: الكاثود المشترك (الرقم 4)
• الطرف 9: لا يوجد اتصال
• الطرف 10: لا يوجد طرف
• الطرف 11: الكاثود المشترك (الرقم 3)
• الطرف 12: الكاثود المشترك L1، L2، L3 (لمصابيح LED منفصلة)
• الطرف 13: الأنود A، L1
• الطرف 14: الكاثود المشترك (الرقم 2)
• الطرف 15: الأنود B، L2
• الطرف 16: الأنود F

يمثل مخطط الدائرة الداخلية هذه الاتصالات بصريًا، ويظهر مجموعات الكاثود المشترك للأرقام الأربعة وخطوط الأنود المشتركة للمقاطع السبعة (A-G) والنقطة العشرية.

4. التصنيفات القصوى المطلقة والخصائص الكهربائية/البصرية

4.1 التصنيفات القصوى المطلقة (Ta=25°C)

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا ينبغي تجاوزها أبدًا أثناء التشغيل.

• تبديد الطاقة لكل مقطع:70 ميغاواط
• تيار الذروة الأمامي لكل مقطع:100 مللي أمبير (عند دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية)
• التيار الأمامي المستمر لكل مقطع:25 مللي أمبير (يتم تخفيضه خطيًا من 25°C بمعدل 0.33 مللي أمبير/°C)
• نطاق درجة حرارة التشغيل:-35°C إلى +85°C
• نطاق درجة حرارة التخزين:-35°C إلى +85°C
• حالة اللحام:1/16 بوصة (1.6 ملم) أسفل مستوى الجلوس لمدة 5 ثوانٍ عند 260°C.

4.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (Ta=25°C)

هذه هي معلمات التشغيل النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• متوسط الشدة الضوئية (I_V):200 - 600 μcd (الحد الأدنى - الأقصى) عند I_F= 1 مللي أمبير.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):656 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):22 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.
• الطول الموجي السائد (λ_d):640 نانومتر (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.
• الجهد الأمامي لكل مقطع (V_F):2.1 - 2.6 فولت (نموذجي) عند I_F= 20 مللي أمبير.
• التيار العكسي لكل مقطع (I_R):10 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت.ملاحظة: هذه حالة اختبار؛ لا يُسمح بتشغيل تحيز عكسي مستمر.
• نسبة مطابقة الشدة الضوئية:2:1 (الحد الأقصى) للمقاطع داخل منطقة ضوئية مماثلة عند I_F= 1 مللي أمبير.
• التداخل (Cross Talk):≤ 2.5%.

يتم قياس الشدة الضوئية باستخدام مستشعر ومرشح يقترب من منحنى استجابة العين الضوئي CIE.

5. منحنيات الأداء وتحليل الخصائص

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية، وهي ضرورية لمهندسي التصميم. تمثل هذه المنحنيات بيانيًا العلاقة بين المعلمات الرئيسية، مما يوفر رؤية أعمق من البيانات الجدولية وحدها. بينما لا يتم تفصيل المنحنيات المحددة في النص المقدم، فإنها تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة غير الخطية، وهي بالغة الأهمية لتصميم دوائر تحديد التيار.
• الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، مما يساعد في التحسين للسطوع والكفاءة.
• الشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو أمر حيوي للتطبيقات في البيئات غير الخاضعة للتحكم المناخي.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يؤكد الأطوال الموجية السائدة والذروة والنقاء الطيفي (نصف العرض).

يسمح تحليل هذه المنحنيات للمصممين باختيار تيارات القيادة المناسبة، وفهم التأثيرات الحرارية، والتنبؤ بالأداء تحت ظروف التشغيل الواقعية.

6. اختبار الموثوقية والتأهيل

يخضع طراز LTC-2723JD لمجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية بناءً على المعايير الصناعية المعترف بها (MIL-STD، JIS). تتحقق هذه الاختبارات من متانة الجهاز وطول عمره.

• اختبار عمر التشغيل (RTOL):1000 ساعة في درجة حرارة الغرفة تحت أقصى ظروف تصنيف لتقييم الأداء طويل المدى.
• التخزين في درجة حرارة عالية/رطوبة (THS):500 ساعة عند 65°C و 90-95% رطوبة نسبية لاختبار مقاومة الرطوبة.
• التخزين في درجة حرارة عالية (HTS):1000 ساعة عند 105°C لتقييم الاستقرار تحت الإجهاد الحراري.
• التخزين في درجة حرارة منخفضة (LTS):1000 ساعة عند -35°C.
• دورة الحرارة (TC):30 دورة بين -35°C و 105°C لاختبار الأعطال الناجمة عن التمدد/الانكماش الحراري.
• الصدمة الحرارية (TS):30 دورة من الانتقال السريع بين -35°C و 105°C، وهو اختبار حراري أكثر شدة.
• مقاومة اللحام (SR):يختبر قدرة الأطراف على تحمل حرارة اللحام (260°C لمدة 10 ثوانٍ).
• قابلية اللحام (SA):يتحقق من إمكانية ترطيب الأطراف بشكل صحيح بالقصدير (245°C لمدة 5 ثوانٍ).

تضمن هذه الاختبارات أن الشاشة يمكنها تحمل صعوبات عمليات التجميع وبيئات التشغيل القاسية.

7. إرشادات اللحام والتجميع

7.1 اللحام الآلي

للحام الموجة أو إعادة التدفق، الحالة الموصى بها هي غمر الأطراف إلى عمق 1/16 بوصة (1.6 ملم) أسفل مستوى الجلوس لمدة أقصاها 5 ثوانٍ عند درجة حرارة لحام 260°C. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة جسم الشاشة الحد الأقصى لدرجة حرارة التخزين خلال هذه العملية.

7.2 اللحام اليدوي

عند اللحام اليدوي، يجب أن يلامس طرف المكواة الطرف (1/16 بوصة أسفل مستوى الجلوس) لمدة لا تزيد عن 5 ثوانٍ. درجة حرارة مكواة اللحام الموصى بها هي 350°C ±30°C. التحكم الدقيق في الوقت ودرجة الحرارة أمر بالغ الأهمية لمنع التلف الحراري لرقائق LED أو العبوة البلاستيكية.

8. تحذيرات التطبيق الحريرة واعتبارات التصميم

الاستخدام المقصود:تم تصميم هذه الشاشة للمعدات الإلكترونية العادية (المكتبية، الاتصالات، المنزلية). وهي غير معتمدة للتطبيقات الحرجة للسلامة (الطيران، دعم الحياة الطبي، إلخ.) دون استشارة مسبقة وتأهيل محدد.

الالتزام بالمعلمات:يجب تصميم دائرة القيادة لضمان التشغيل ضمن التصنيفات القصوى المطلقة وظروف التشغيل الموصى بها. سيؤدي تجاوز حدود التيار أو درجة الحرارة إلى تسريع تدهور إخراج الضوء ويمكن أن يتسبب في فشل مبكر.

تصميم دائرة القيادة:

• قيادة التيار الثابت:موصى بها بشدة على قيادة الجهد الثابت. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار؛ جهدها الأمامي له تسامح ويتغير مع درجة الحرارة. يضمن مصدر التيار الثابت سطوعًا مستقرًا وقابلًا للتنبؤ ويحمي LED من الانحراف الحراري (thermal runaway).
• حماية الجهد العكسي:يجب أن تتضمن دائرة القيادة حماية (مثل الصمامات الثنائية التسلسلية أو ميزات الدوائر المتكاملة) لمنع تطبيق جهد عكسي أو طفرات جهد عابرة على مقاطع LED أثناء التشغيل، الإيقاف، أو في دوائر الإرسال المتعدد. الحد الأقصى للجهد العكسي هو 5 فولت فقط للاختبار؛ يُحظر التحيز العكسي المستمر.
• اعتبارات الإرسال المتعدد (Multiplexing):كشاشة ذات كاثود مشترك متعدد الإرسال، فإنها تتطلب دائرة قيادة تقوم بتشغيل كاثود كل رقم على التوالي مع تطبيق الجهد على أنودات المقاطع التي يجب أن تضاء لذلك الرقم. تصنيف تيار الذروة (100 مللي أمبير عند دورة عمل منخفضة) ذو صلة بمخططات القيادة المتعددة حيث يكون التيار اللحظي أعلى لتحقيق متوسط السطوع المطلوب.

الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض لكل مقطع، يجب مراعاة الحرارة الجماعية من أربعة أرقام في عبوة صغيرة. يُنصح بالتهوية الكافية وتجنب الوضع بالقرب من مصادر حرارة أخرى للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود الآمنة.

9. المقارنة التقنية وسيناريوهات التطبيق

9.1 التمييز عن التقنيات الأخرى

مقارنة بتقنيات LED الأقدم مثل GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى شاشات أكثر سطوعًا عند تيارات أقل. يوفر تصميم الوجه الرمادي/المقطع الأبيض تباينًا فائقًا مقارنة بالعبوات المنتشرة أو الملونة. يضع حجم الرقم 0.28 بوصة الشاشة بين المؤشرات الأصغر والشاشات الأكبر المثبتة على اللوحات، مما يوفر توازنًا جيدًا بين قابلية القراءة والإحكام.

9.2 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• معدات الاختبار والقياس:الملتيميديا الرقمية، راسمات الذبذبات، مصادر الطاقة.
• التحكم الصناعي:عدادات اللوحات، عروض المؤقتات، مؤشرات العمليات.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:معدات الصوت (المكبرات، المستقبلات)، شاشات الأجهزة.
• قطع غيار السيارات (بعد البيع):المقاييس وأدوات التشخيص (ليست لأنظمة سلامة المركبات الأساسية).

9.3 مثال على التصميم: واجهة المتحكم الدقيق

يتضمن التصميم النموذجي متحكمًا دقيقًا (microcontroller) به عدد كافٍ من أطراف الإدخال/الإخراج أو استخدام سجلات إزاحة خارجية/دوائر متكاملة قيادية (مثل MAX7219 أو TM1637) مصممة خصيصًا لشاشات LED متعددة الإرسال. تدير دائرة القيادة المتكاملة توقيت الإرسال المتعدد، وتحديد التيار، وغالبًا ما تتضمن تحكمًا في السطوع عبر PWM، مما يبسط إلى حد كبير تصميم البرامج والأجهزة لمهندس النظام.

10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما هو الغرض من رمز تصنيف الشدة الضوئية (bin code)؟

ج1: يشير رمز التصنيف إلى نطاق السطوع المقاس للوحدة المحددة. يسمح هذا للمصممين باختيار شاشات ذات سطوع متطابق للوحات متعددة الوحدات، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

س2: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة مباشرة بطرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج2: لا. الجهد الأمامي حوالي 2.6 فولت، لكن مصابيح LED تتطلب تحديد تيار. سيتسبب الاتصال المباشر بطرف 5 فولت في تيار مفرط وتدمير المقطع. مقاومة تحديد تيار تسلسلية أو قائد تيار ثابت مخصص إلزاميان.

س3: لماذا يُوصى بقيادة التيار الثابت؟

ج3: إخراج ضوء LED يتناسب مع التيار، وليس الجهد. جهدها الأمامي (Vf) يختلف من وحدة إلى أخرى وينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. يوفر مصدر الجهد الثابت مع المقاوم تنظيم تيار تقريبي، لكن مصدر التيار الثابت الحقيقي يوفر تحكمًا دقيقًا في السطوع وحماية جوهرية ضد الانحراف الحراري.

س4: ماذا يعني "كاثود مشترك متعدد الإرسال" لدائرتي؟

ج4: يعني أنك تتحكم في الشاشة عن طريق تشغيل رقم واحد في كل مرة، على التوالي بسرعة (multiplexing). تقوم بتعيين نمط المقاطع (الأنودات) التي يجب إضاءتها، ثم تمكين الكاثود للرقم 1، ثم تعطيله، وتعيين النمط للرقم 2، وتمكين كاثوده، وهكذا. تتكرر هذه الدورة باستمرار، مما يقلل عدد أطراف القيادة المطلوبة من 29 (4x7 مقاطع + 4 كاثودات + DP) إلى 12 خط أنود فقط + 4 خطوط كاثود (بالإضافة إلى الكاثود المشترك لمصابيح LED المنفصلة).

11. المبادئ التشغيلية واتجاهات التكنولوجيا

11.1 المبدأ التشغيلي الأساسي

LED هو صمام ثنائي شبه موصل. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز فجوة النطاق الخاصة به، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة (طبقة AlInGaP)، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق وبالتالي لون الضوء المنبعث، وهو في هذه الحالة في الطيف الأحمر (~640-656 نانومتر). تخطيط السبعة مقاطع هو نمط قياسي حيث تشكيل إضاءة مجموعات مختلفة من المقاطع (الموسومة من A إلى G) الأرقام من 0 إلى 9 وبعض الحروف.

11.2 اتجاهات الصناعة

يستمر اتجاه تكنولوجيا العرض نحو كفاءة أعلى، واستهلاك طاقة أقل، وتكامل أكبر. بينما تظل شاشات السبعة مقاطع المنفصلة مثل LTC-2723JD حيوية للقراءات الرقمية متوسطة الحجم والفعالة من حيث التكلفة، هناك نمو متوازٍ في مجالات مثل:

شاشات OLED (الصمام الثنائي الباعث للضوء العضوي):تقدم تباينًا فائقًا، ومرونة، ورفاهية للتطبيقات الراقية.

شاشات القيادة المتكاملة:وحدات تتضمن متحكم/دائرة قيادة متكاملة على اللوحة، مما يبسط تصميم الواجهة.

عبوات SMD (جهاز مثبت على السطح):للتجميع الآلي، على الرغم من أن الأجزاء المثبتة عبر الثقب مثل هذه لا تزال مفضلة للنماذج الأولية، والإصلاح، والتطبيقات التي تتطلب اتصالات ميكانيكية قوية.

يمثل نظام مادة AlInGaP نفسه تقنية ناضجة ومحسنة للغاية لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والصفراء، متوازنة بين الأداء والموثوقية والتكلفة بشكل فعال.