ورقة بيانات شاشة LED طراز LTA-1000KR - شريط ضوئي مستطيل - لون أحمر فائق - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTA-1000KR هو وحدة عرض ثنائي باعث للضوء (LED) ذات حالة صلبة، مصممة كشريط ضوئي مستطيل ذو عشر شرائح. وظيفته الأساسية هي توفير مساحة إضاءة كبيرة، ساطعة، وموحدة للتطبيقات التي تتطلب مؤشرًا بصريًا مستمرًا أو مصدر ضوء. تم تصميم الجهاز للموثوقية والكفاءة، باستخدام مواد أشباه الموصلات المتقدمة لتقديم أداء ثابت.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المنتج سطحه الباعث للضوء الكبير والموحد، مما يجعله مثاليًا لمؤشرات الحالة، إضاءة اللوحات، أو الإضاءة الخلفية حيث يكون النمط المستطيل المميز مطلوبًا. يعمل بمتطلبات طاقة منخفضة، مما يساهم في تصميم نظام موفر للطاقة. يضمن السطوع العالي ونسبة التباين رؤية ممتازة حتى في البيئات المضاءة جيدًا. يقدم بنيته ذات الحالة الصلبة موثوقية وعمرًا افتراضيًا فائقين مقارنة بمؤشرات الإضاءة المتوهجة أو الفلورية التقليدية، دون فتائل تنكسر أو غازات تتحلل. يتم تصنيف الجهاز وفقًا للشدة الضوئية، مما يسمح بمطابقة سطوع متسقة في الإنتاج. علاوة على ذلك، فهو متوافق مع متطلبات التغليف الخالي من الرصاص، متوافقًا مع اللوائح البيئية الحديثة (RoHS). يجعل هذا المزيج من الميزات الجهاز مناسبًا للوحات التحكم الصناعية، وأجهزة القياس، والإلكترونيات الاستهلاكية، وتطبيقات لوحات عدادات السيارات حيث تكون إشارات المرئية الموثوقة والواضحة أمرًا بالغ الأهمية.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والفيزيائية للجهاز كما هو محدد في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محوريًا لوظيفة الجهاز. رقائق LED المستخدمة تعتمد على تقنية AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) على ركيزة GaAs غير شفافة، والمعروفة بكفاءتها العالية في طيف الطول الموجي الأحمر/البرتقالي. يبلغ الطول الموجي الذروي النموذجي للانبعاث (λp) 639 نانومتر عند قيادته بتيار أمامي (IF) قدره 20 مللي أمبير، مما يضعه في نطاق اللون "الأحمر الفائق". يحدد الطول الموجي المهيمن (λd) عند 631 نانومتر. يبلغ عرض النصف الطيفي (Δλ) 20 نانومتر، مما يشير إلى نطاق ضيق نسبيًا من الضوء المنبعث، مما يساهم في نقاء اللون.

الشدة الضوئية المتوسطة (Iv) لكل شريحة هي معلمة رئيسية. تحت حالة اختبار IF=1 مللي أمبير، تتراوح الشدة من حد أدنى 200 μcd إلى قيمة نموذجية 675 μcd. يتم تحديد نسبة مطابقة الشدة الضوئية بين مناطق الضوء المتشابهة كحد أقصى 2:1، وهو أمر مهم لضمان مظهر موحد عبر جميع الشرائح العشر عند إضاءتها في وقت واحد.

2.2 المعلمات الكهربائية وتقييمات الحد الأقصى المطلقة

فهم الحدود الكهربائية أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة. تحدد تقييمات الحد الأقصى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم.

• تبديد الطاقة لكل شريحة:70 ميلي واط كحد أقصى. هذه هي أقصى طاقة يمكن تبديدها بأمان كحرارة بواسطة شريحة LED واحدة.
• التيار الأمامي المستمر لكل شريحة:25 مللي أمبير كحد أقصى عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التقييم خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta) فوق 25 درجة مئوية. يجب على المصممين حساب الحد الأقصى المخفض للتيار عند أعلى درجة حرارة تشغيل لتطبيقهم.
• تيار الذروة الأمامي لكل شريحة:90 مللي أمبير كحد أقصى، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بالقيادة الزائدة لفترة وجيزة لتحقيق سطوع لحظي أعلى.
• الجهد الأمامي لكل شريحة (VF):عادة 2.6 فولت عند IF=20 مللي أمبير، بحد أقصى 2.6 فولت. الحد الأدنى هو 2.0 فولت. انخفاض الجهد هذا مهم لحساب قيم مقاومات تحديد التيار التسلسلي.
• الجهد العكسي لكل شريحة:5 فولت كحد أقصى. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا في إتلاف وصلة LED.
• التيار العكسي لكل شريحة (IR):100 ميكرو أمبير كحد أقصى عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل من -35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية. نطاق درجة حرارة التخزين مماثل. يضمن هذا النطاق الواسع الوظيفة في البيئات القاسية. إن تقليل التيار الأمامي مع درجة الحرارة (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية) هو نتيجة مباشرة للخصائص الحرارية لـ LED؛ تقلل درجات الحرارة المرتفعة من الكفاءة وأقصى تيار تشغيل آمن. حالة اللحام المحددة هي عملية لحام موجة أو إعادة تدفق حيث لا تتجاوز درجة حرارة جسم العبوة 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس. هذا الإرشاد بالغ الأهمية للتجميع لمنع التلف الحراري للعبوة البلاستيكية أو الروابط السلكية الداخلية.

3. معلومات الميكانيكية والتغليف

3.1 الأبعاد الفعلية والبناء

يوصف الجهاز بأنه شريط ضوئي مستطيل. تحتوي العبوة على وجه رمادي وشرائح بيضاء، مما يحسن على الأرجح التباين من خلال توفير خلفية داكنة للشرائح المضاءة. يتم توفير الأبعاد الدقيقة في رسم (يشار إليه في ورقة البيانات ولكن لم يتم تفصيله في النص). جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامحات قياسية ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تسامح محدد لانزياح طرف الطرف هو ±0.4 مم، وهو أمر مهم لتصميم بصمة PCB والتجميع الآلي.

3.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يحتوي LTA-1000KR على تكوين 20 طرفًا. يتم تعريف توصيل الأطراف بوضوح: الأطراف من 1 إلى 10 هي الأنودات للشرائح من A إلى K (ملاحظة: يتم تخطي 'I'، باستخدام J و K). الأطراف من 11 إلى 20 هي الكاثودات المقابلة بترتيب عكسي (الكاثود K إلى الكاثود A). يشير هذا الترتيب إلى اتصال نمط الكاثود المشترك لكل شريحة، ولكن مع وصول فردي إلى كل من الأنود والكاثود لكل LED. يوفر هذا أقصى مرونة للتعددية أو التحكم الفردي في الشريحة. يتم الإشارة إلى مخطط دائرة داخلي، يظهر عادةً عشرة عناصر LED مستقلة.

4. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

4.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تم تصميم هذا الشريط الضوئي للتطبيقات التي تتطلب مصفوفة خطية من المؤشرات الساطعة. تشمل الاستخدامات المحتملة:

• مؤشرات المستوى:لمقاييس قوة الإشارة، الصوت، الضغط، أو درجة الحرارة حيث يتوافق الطول المضاء مع قيمة.
• أشرطة التقدم:في أجهزة القياس أو الأجهزة الاستهلاكية لإظهار حالة الإكمال.
• الإضاءة الخلفية:لللوحات المضاءة من الحافة أو اللافتات حيث تكون هناك حاجة لإضاءة مستطيلة موحدة.
• عروض حالة صناعية:على لوحات التحكم لإظهار حالة الماكينة أو ظروف الإنذار عبر قنوات متعددة.

4.2 تصميم الدائرة واعتبارات القيادة

لتشغيل LTA-1000KR بأمان وفعالية، يجب اتباع عدة قواعد تصميم:

1. تحديد التيار:أجهزة LED مدفوعة بالتيار. يجب استخدام مقاوم تسلسلي مع كل شريحة (أو دائرة قيادة منظمة للتيار) لتحديد التيار الأمامي إلى قيمة آمنة، عادة عند أو أقل من تصنيف 25 مللي أمبير المستمر. يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام قانون أوم: R = (Vsupply - VF) / IF، حيث VF هو الجهد الأمامي لـ LED (استخدم القيمة القصوى لحساب أسوأ حالة تيار).
2. الإدارة الحرارية:بينما تبديد الطاقة منخفض لكل شريحة (70 ميلي واط كحد أقصى)، يمكن أن يصل الإجمالي للشرائح العشر إلى 700 ميلي واط. قد تكون هناك حاجة إلى مساحة نحاسية كافية في PCB أو غرفة تبريد أخرى إذا تم تشغيل جميع الشرائح باستمرار بتيار عالٍ، خاصة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.
3. التعددية:يُعد الوصول الفردي للأنود والكاثود الجهاز مناسبًا جدًا لمخططات القيادة المتعددة. يقلل هذا من عدد دبابيس I/O لوحدة التحكم الدقيقة. يجب الحرص على ضمان عدم تجاوز تيار الذروة أثناء نبضة التعددية تصنيف 90 مللي أمبير، وأن متوسط التيار بمرور الوقت يحترم التصنيف المستمر.
4. حماية الجهد العكسي:في الدوائر حيث تكون التقلبات العكسية للجهد ممكنة، قد تكون هناك حاجة إلى ثنائيات حماية خارجية، حيث أن تصنيف الجهد العكسي الخاص بـ LED هو 5 فولت فقط.

4.3 التجميع والتعامل

الالتزام بملف اللحام (260 درجة مئوية كحد أقصى لمدة 3 ثوانٍ) إلزامي لمنع تشقق العبوة أو تقشرها. يجب مراعاة احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء التعامل والتجميع، حيث أن رقائق LED حساسة للكهرباء الساكنة. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاقات درجة الحرارة والرطوبة المحددة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب "انفجار الذرة" أثناء لحام إعادة التدفق.

5. تحليل الأداء والمقارنة الفنية

5.1 تحليل المعلمات الرئيسية

يعد استخدام تقنية AlInGaP عاملاً مهماً. مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخ الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار القيادة. تساعد الركيزة GaAs غير الشفافة في توجيه الضوء لأعلى، مما يحسن ناتج الضوء المفيد من السطح العلوي. نسبة مطابقة الشدة الضوئية المحددة 2:1 هي درجة قياسية لمثل هذه العروض، مما يضمن تجانسًا بصريًا مقبولاً. سيحتاج المصممون الذين يتطلبون تجانسًا أكثر إحكامًا إلى تنفيذ معايرة كهربائية أو اختيار أجزاء مصنفة إذا كانت متاحة.

5.2 المقارنة مع الحلول البديلة

مقارنة بمجموعة من مصابيح LED المنفصلة، يوفر هذا الشريط الضوئي المتكامل حلاً أكثر تجانسًا ومتانة ميكانيكية، مع تجميع مبسط (مكون واحد مقابل عشرة). مقارنة بعروض الفلورسنت المفرغة أو الكهربائية الضوئية، تقدم مصابيح LED عمرًا افتراضيًا أطول بكثير، وجهد تشغيل أقل، ولا يوجد خطر من تسرب الغاز أو تدهور الفوسفور. قد يكون المقايضة الرئيسية هي زاوية الرؤية ونقطة اللون المحددة، والتي تكون ثابتة في الطيف الأحمر العميق لهذا الطراز.

6. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: هل يمكنني تشغيل جميع الشرائح العشر عند 25 مللي أمبير في وقت واحد؟

ج: نعم، كهربائيًا يمكنك ذلك، لأن كل شريحة مستقلة. ومع ذلك، يجب أن تأخذ في الاعتبار تبديد الطاقة الإجمالي (حتى 700 ميلي واط) وتأكد من أن PCB والبيئة المحيطة يمكنها التعامل مع الحرارة الناتجة للحفاظ على الموثوقية، خاصة بالقرب من الحد الأعلى لدرجة الحرارة.

س: ما الفرق بين الطول الموجي الذروي والطول الموجي المهيمن؟

ج: الطول الموجي الذروي (λp=639nm) هو الطول الموجي الذي يكون فيه طيف الانبعاث بأقصى شدة. الطول الموجي المهيمن (λd=631nm) هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس اللون للعين البشرية. يرجع الاختلاف إلى شكل طيف انبعاث LED.

س: كيف أفسر ملاحظة "يتم قياس الشدة الضوئية باستخدام... منحنى استجابة عين CIE"؟

ج: تؤكد هذه الملاحظة أن قيم الشدة (بالميكروكانديلا، μcd) هي وحدات قياس ضوئية، مرجحة بمنحنى الحساسية البصرية البشرية القياسي الضوئي (المتكيف مع ضوء النهار). هذا يجعل الأرقام ذات معنى للتنبؤ بالسطوع الملحوظ، على عكس الوحدات الإشعاعية (الواط) التي تقيس قوة الضوء الإجمالية بغض النظر عن اللون.

س: يظهر توصيل الأطراف أنودات وكاثودات فردية. هل يمكنني توصيله كعرض أنود مشترك أو كاثود مشترك؟

ج: توصيل الأطراف الفعلي ثابت. لمحاكاة عرض كاثود مشترك، ستقوم بتوصيل جميع أطراف الكاثود (11-20) معًا على PCB الخاص بك. لمحاكاة عرض أنود مشترك، ستقوم بتوصيل جميع أطراف الأنود (1-10) معًا. يوفر التكوين المقدم المرونة لتنفيذ أي منهما في الأجهزة.

7. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر مستوى شحن البطارية

يقوم مصمم بإنشاء شاحن لبطارية أداة. يريدون رسمًا بيانيًا شريطيًا من 10 شرائح لإظهار مستوى الشحن من 0% إلى 100%. تم اختيار LTA-1000KR بسبب لونه الأحمر الساطع وشكل شريحته المستطيل، مما يسهل قراءته.

التنفيذ:تحتوي وحدة التحكم الدقيقة للنظام على عدد محدود من دبابيس I/O. يستخدم المصمم مخطط تعددية. يقوم بتوصيل الأنودات العشر (الأطراف 1-10) بعشرة دبابيس فردية لوحدة التحكم الدقيقة مكونة كمخرجات. يقوم بتوصيل الكاثودات العشر (الأطراف 11-20) معًا ويصرف هذه العقدة المشتركة عبر ترانزستور MOSFET من النوع N واحد يتم التحكم فيه بواسطة دبوس آخر لوحدة التحكم الدقيقة. لإضاءة شريحة، يتم ضبط دبوس الأنود المقابل على مستوى عالٍ (من خلال مقاوم محدد للتيار)، ويتم تشغيل ترانزستور MOSFET الكاثود المشترك. تقوم وحدة التحكم الدقيقة بالدوران بسرعة عبر كل شريحة (على سبيل المثال، 1 مللي ثانية لكل شريحة). يتم ضبط تيار الذروة لكل شريحة على 20 مللي أمبير عبر حساب المقاوم: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 أوم (استخدم قيمة قياسية 120Ω أو 150Ω). متوسط التيار لكل شريحة هو 2 مللي أمبير (20 مللي أمبير * دورة عمل 1/10)، وهو ضمن التصنيف المستمر بشكل جيد. يظهر العرض مضاءً بشكل موحد بسبب استمرارية الرؤية. يمكن ضبط السطوع بسهولة في البرنامج عن طريق تغيير دورة عمل التعددية.

8. مقدمة المبدأ التقني

ثنائيات الباعثة للضوء (LED) هي أجهزة أشباه موصلات ذات وصلة p-n. عند تطبيق جهد أمامي، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في منطقة الوصلة. عندما تتحد حاملات الشحن هذه، يتم إطلاق الطاقة. في مواد مثل AlInGaP، يتم إطلاق هذه الطاقة بشكل أساسي كفوتونات (ضوء) بدلاً من الحرارة. يتم تحديد الطول الموجي المحدد (اللون) للضوء المنبعث بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات، والتي يتم هندستها أثناء عملية نمو البلورة عن طريق ضبط نسب الألومنيوم، الإنديوم، الغاليوم، والفوسفور. تمتص الركيزة غير الشفافة الضوء المنبعث للأسفل، مما يحسن الكفاءة الإجمالية عن طريق تقليل الخسائر الداخلية وتشجيع الضوء على الخروج من السطح العلوي للرقاقة. يعمل الوجه الرمادي والشرائح البيضاء للعبوة كعاكس وموزع للضوء على التوالي، لخلق مظهر مستطيل موحد من رقائق LED المنفصلة المثبتة تحتها.

9. اتجاهات السياق والتكنولوجيا

يمثل LTA-1000KR تقنية عرض LED ناضجة. كان الاتجاه الأوسع للصناعة نحو كفاءة أعلى وتكامل أكبر. بينما تظل أشرطة LED المنفصلة مثل هذه حيوية لأشكال محددة، تظهر تقنيات أحدث. تقدم مصفوفات LED للأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) بصمات أصغر حجمًا وتكون أكثر ملاءمة للتجميع الآلي للالتقاط والوضع. علاوة على ذلك، فإن تطوير ثنائيات الباعثة للضوء العضوية (OLED) والثنائيات الباعثة للضوء الدقيقة (micro-LED) يتيح عروضًا قابلة للعنونة بالكامل، ومرنة، وبدقة فائقة. ومع ذلك، للتطبيقات التي تتطلب مؤشرات بسيطة، قوية، وعالية السطوع بتنسيق شريطي محدد، تستمر مصفوفات LED غير العضوية مثل LTA-1000KR القائمة على AlInGaP في تقديم توازن مثالي بين الأداء، الموثوقية، والتكلفة. يعكس الانتقال إلى التغليف الخالي من الرصاص، كما هو موضح في هذا الجهاز، التحول الصناعي الواسع نحو عمليات التصنيع المستدامة بيئيًا مدفوعة باللوائح العالمية مثل RoHS و REACH.