ورقة بيانات شاشة العرض السباعية LTS-546AKF - ارتفاع الرقم 13.2 مم - لون أصفر برتقالي - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTS-546AKF هي وحدة عرض أبجدية رقمية سباعية ذات رقم واحد، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام (0-9) وبعض الحروف بصريًا باستخدام شرائح LED يتم التحكم فيها بشكل فردي. تستخدم التقنية الأساسية مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج انبعاث ضوئي مميز باللون الأصفر البرتقالي. يتميز هذا الجهاز بارتفاع رقم يبلغ 0.52 بوصة (13.2 مم)، مما يوفر توازنًا بين سهولة القراءة والحجم المضغوط. ويتميز بوجه لوحة رمادي مع علامات شرائح بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. تستخدم الشاشة تكوين أنود مشترك، مما يبسط دائرة القيادة في العديد من الأنظمة القائمة على المتحكم الدقيق.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لهذه الشاشة من تقنية وتصميم LED من نوع AlInGaP. فهي توفر سطوعًا عاليًا وتباينًا ممتازًا، مما يضمن الرؤية حتى في البيئات المضاءة جيدًا. تتيح زاوية الرؤية الواسعة قراءة المعلومات المعروضة من مواقع مختلفة. علاوة على ذلك، تتمتع بموثوقية عالية في الحالة الصلبة مع عمر تشغيلي طويل واستهلاك منخفض للطاقة مقارنة بتقنيات العرض القديمة مثل شاشات الفلورسنت المفرغة أو المتوهجة. يتم تصنيف الجهاز للشدة الضوئية ويتم تقديمه في عبوة خالية من الرصاص متوافقة مع توجيهات RoHS. تشمل أسواقها المستهدفة الرئيسية لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، والأجهزة الاستهلاكية، ولوحات عدادات السيارات (للشاشات الثانوية)، وأي نظام مضمن يتطلب مؤشرًا رقميًا موثوقًا به ومنخفض الصيانة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية الرئيسية المدرجة في ورقة البيانات، موضحًا أهميتها لمهندسي التصميم.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محوريًا لوظيفة الشاشة. يتم تحديدمتوسط الشدة الضوئية (Iv)بقيمة نموذجية تبلغ 1400 µcd عند تيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. تشير هذه المعلمة، التي يتم قياسها باستخدام مرشح يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، إلى السطوع المُدرك. يشير النطاق الواسع (الحد الأدنى: 500، الحد الأقصى: غير محدد) إلى وجود عملية تصنيف للشدة. يبلغطول موجة الانبعاث القصوى (λp)611 نانومتر، ويبلغطول الموجة السائد (λd)605 نانومتر عند IF=20 مللي أمبير. تحدد هذه القيم نقطة اللون الأصفر البرتقالي. يشيرنصف عرض الخط الطيفي (Δλ)البالغ 17 نانومتر إلى النقاء الطيفي للضوء المنبعث؛ حيث يعني العرض الأضيق لونًا أكثر تشبعًا. إننسبة مطابقة الشدة الضوئيةالبالغة 2:1 (الحد الأقصى) للمناطق الضوئية المتشابهة أمر بالغ الأهمية للمظهر الموحد عبر جميع شرائح الرقم، مما يضمن عدم ظهور أي شريحة بشكل ملحوظ أكثر خفوتًا أو سطوعًا من جيرانها.

2.2 المعايير الكهربائية والحرارية

تحدد المواصفات الكهربائية حدود وظروف التشغيل. يبلغجهد الأمام لكل شريحة (VF)قيمة نموذجية تبلغ 2.6 فولت عند IF=20 مللي أمبير. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير هذا الجهد. تحددالحدود القصوى المطلقةحدودًا صارمة: أقصى تبديد للطاقة 70 ملي واط لكل شريحة وأقصى تيار أمامي ذروي 60 مللي أمبير (عند 1 كيلو هرتز، دورة عمل 10%). يتم تخفيض التيار الأمامي المستمر لكل شريحة من 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية بمقدار 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية، مما يعني أن تيار التشغيل الآمن ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة لمنع التلف الحراري. يتراوحنطاق درجة حرارة التشغيل والتخزينمن -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يحدد متانة الجهاز البيئية. يتم تحديدالتيار العكسي (IR)بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت، لكن ورقة البيانات تشير صراحةً إلى أن تشغيل الجهد العكسي ليس مستمرًا.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

بينما لا تذكر مقتطفات ورقة البيانات المقدمة نظام تصنيف متعدد المعايير رسميًا كما هو شائع في مصابيح LED البيضاء، فإنها تشير إلى التصنيف بناءً على مقاييس الأداء الرئيسية. يبدو أن التصنيف الأساسي هو للالشدة الضوئية، حيث أن الجهاز "مصنف للشدة الضوئية". وهذا يعني أنه يتم فرز الوحدات وبيعها بناءً على قياس إخراج الضوء عند تيار اختبار قياسي (على الأرجح 1 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير)، مما يضمن الاتساق داخل الدفعة المشتراة. على الرغم من عدم ذكر ذلك صراحةً لهذا الطراز، فقد يتم أيضًا تصنيف مصابيح LED من نوع AlInGaP لـجهد الأمام (VF)لتبسيط تصميم مقاومة تحديد التيار في تكوينات القيادة المتوازية ولـطول الموجة السائد الدقيق (λd)لضمان مظهر لوني متسق عبر جميع الأرقام في شاشة متعددة الأرقام. يجب على المصممين استشارة الشركة المصنعة للحصول على رموز التصنيف المحددة والنطاقات المتاحة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". على الرغم من عدم تقديم الرسوم البيانية المحددة في النص، يمكننا استنتاج محتواها وفائدتها القياسية. سيوضح منحنىالشدة الضوئية النسبية مقابل تيار الأمام (IV-IF)كيف يزيد إخراج الضوء مع التيار، عادةً بطريقة شبه خطية، مما يساعد في تحسين تيار القيادة للسطوع المطلوب مقابل الكفاءة. يعد منحنىجهد الأمام مقابل تيار الأمام (VF-IF)أساسيًا لتصميم المقاوم التسلسلي الصحيح أو محرك التيار الثابت. سيوضح منحنىالشدة الضوئية النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطةالتخفيض الحراري لإخراج الضوء، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في بيئات عالية الحرارة. أخيرًا، ستمثل رسوميةتوزيع القدرة الطيفيةطول موجة الذروة ونصف العرض الطيفي بصريًا. تعتبر هذه المنحنيات أدوات حيوية للتنبؤ بالأداء تحت الظروف غير القياسية.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يحدد الرسم الميكانيكي الشكل الفيزيائي. يبلغ ارتفاع رقم الشاشة 13.2 مم (0.52 بوصة). يتم توفير أبعاد العبوة بالميليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.25 مم. يتميز الجهاز بـ 10 أطراف بتباعد 0.1 بوصة (2.54 مم)، وهو معيار شائع للمكونات ذات الثقوب المارّة. يُظهر الرسم عادةً الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للعبوة، ومستوى الجلوس، ومنطقة الاستبعاد الموصى بها للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يتم توفير تحديد القطبية بوضوح من خلال جدول توصيل الأطراف ومخطط الدائرة الداخلية، الذي يُظهر تكوين الأنود المشترك. يؤكد وصف "الوجه الرمادي والشرائح البيضاء" التصميم الجمالي للوحة الأمامية.

5.1 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يتم تحديد توصيل الأطراف بوضوح: الطرفان 3 و 8 هما الأنود المشترك. توصّل الكاثودات للشرائح E، D، C، النقطة العشرية (D.P.)، B، A، F، و G بالأطراف 1، 2، 4، 5، 6، 7، 9، و 10 على التوالي. يؤكد مخطط الدائرة الداخلية بنية الأنود المشترك، حيث يتم توصيل جميع أنودات شرائح LED داخليًا بطرفي الأنود المشترك. لإضاءة شريحة ما، يجب جعل طرف الكاثود المقابل لها منخفضًا (موصولًا بالأرض أو مصرف تيار) بينما يتم تطبيق جهد موجب على طرف (أطراف) الأنود المشترك. يكون هذا التكوين مفيدًا عند استخدام منافذ المتحكم الدقيق المُهيأة كمصدر مفتوح أو عند استخدام ترانزستورات قيادة منخفضة الجانب.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد ورقة البيانات ظروف اللحام: "1/16 بوصة أسفل مستوى الجلوس لمدة 3 ثوانٍ عند 260 درجة مئوية". هذه معلمة حرجة لعمليات لحام الموجة. تشير إلى أنه يجب غمر الأطراف في موجة اللحام إلى عمق حوالي 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل الجسم البلاستيكي للشاشة لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مع درجة حرارة وعاء اللحام عند 260 درجة مئوية. يمكن أن يؤدي تجاوز هذه الحدود إلى إتلاف روابط الأسلاك الداخلية أو العبوة البلاستيكية. بالنسبة للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات درجة حرارة مضبوطة مع أقل وقت تلامس ممكن. بالنسبة للحام بإعادة التدفق، سيكون الملف الشخصي القياسي الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروية حوالي 260 درجة مئوية مناسبًا، ولكن يجب مراعاة الكتلة الحرارية المحددة للمكون. يجب أيضًا مراعاة نطاق درجة حرارة التخزين (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) قبل التجميع لمنع امتصاص الرطوبة.

7. معلومات التغليف والطلب

رمز الطلب الأساسي هوLTS-546AKF. من المرجح أن يشير لاحقة "AKF" إلى سمات محددة مثل اللون (أصفر برتقالي)، وارتفاع الرقم، ونوع العبوة. يذكر رأس ورقة البيانات أنها "عبوة خالية من الرصاص (وفقًا لـ RoHS)". عادةً ما يكون التغليف القياسي لمثل هذه المكونات ذات الثقوب المارّة في أنابيب أو صواني مضادة للكهرباء الساكنة، ثم توضع في صناديق أكبر أو بكرات للشحن بالجملة. الكمية لكل أنبوب أو بكرة هي قيمة قياسية (مثل 50 أو 100 قطعة) ولكن سيتم تأكيدها مع الموزع أو الشركة المصنعة. ستتضمن الملصقات على العبوة رقم القطعة، والكمية، ورمز التاريخ، وربما رمز تصنيف الشدة الضوئية.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية لأي تطبيق يتطلب رقمًا واحدًا عالي القراءة. تشمل الاستخدامات الشائعة: عدادات اللوحات للجهد أو التيار أو درجة الحرارة؛ الساعات الرقمية والموقتات؛ لوحات النتائج؛ عدادات الإنتاج؛ أقراص الضبط على الآلات الصناعية؛ ومؤشرات الحالة على الإلكترونيات الاستهلاكية (مثل رقم القناة على راديو قديم). نطاق درجة حرارتها الواسع يجعلها مناسبة لكل من البيئات الداخلية وبعض البيئات الخارجية المحمية.

8.2 اعتبارات التصميم والدوائر الكهربائية

عند دمج LTS-546AKF، يجب مراعاة عدة عوامل.تحديد التيار:يجب استخدام مقاومة تسلسلية لكل شريحة أو للأنود المشترك لتحديد التيار الأمامي إلى قيمة آمنة (مثل 10-20 مللي أمبير لتحقيق توازن بين السطوع والعمر الافتراضي). يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام R = (Vcc - VF) / IF.طريقة القيادة:يمكن تشغيلها مباشرة بواسطة أطراف إدخال/إخراج للأغراض العامة (GPIO) للمتحكم الدقيق إذا كان بإمكانها استيعاب تيار كافٍ (تحقق من قدرة منفذ MCU على استيعاب التيار). للتيارات الأعلى أو لتحويل الإرسال المتعدد لأرقام متعددة، يوصى باستخدام دوائر متكاملة مخصصة للسائق (مثل مسجلات الإزاحة 74HC595 مع تحديد التيار، أو رقائق سائق LED مخصصة مثل MAX7219).الإرسال المتعدد (Multiplexing):على الرغم من أن هذه قطعة برقم واحد، إلا أن المبدأ ينطبق إذا تم استخدام وحدات متعددة. يوفر الإرسال المتعدد أطراف الإدخال/الإخراج من خلال إضاءة رقم واحد في كل مرة بسرعة. تصميم الأنود المشترك مناسب جدًا لهذا، حيث يتم تبديل الأنودات بواسطة الترانزستورات ويتم تشغيل الكاثودات بنمط ثابت.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنة بتقنيات العرض السباعية الأخرى، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP مزايا مميزة. مقارنة بـمصابيح LED الحمراء من نوع GaAsP أو GaPالأقدم، توفر AlInGaP كفاءة وسطوعًا أعلى بكثير، مما يؤدي إلى رؤية أفضل. مقارنة بـمصابيح LED الزرقاء/البيضاء القائمة على GaN مع مرشحاتلتحقيق ألوان أخرى، تتمتع AlInGaP بطيف أضيق، مما يؤدي إلى نقاء لوني أعلى وكفاءة أعلى غالبًا للونها المستهدف (الأصفر البرتقالي). مقارنة بـشاشات LCD، فإن شاشة LED هذه باعثة، مما يعني أنها تولد ضوءها الخاص وبالتالي يمكن رؤيتها بسهولة في الظلام بدون إضاءة خلفية، ولها زاوية رؤية أوسع بكثير ووقت استجابة أسرع. المقايضة الرئيسية لها هي استهلاك طاقة أعلى لكل شريحة مقارنة بشاشة LCD.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما قيمة المقاومة التي يجب أن أستخدمها لتشغيل شريحة عند 20 مللي أمبير مع مصدر طاقة 5 فولت؟

ج: باستخدام جهد الأمام النموذجي البالغ 2.6 فولت: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 أوم. ستكون مقاومة 120Ω قياسية مناسبة.

س: هل يمكنني توصيل طرفي الأنود المشترك معًا؟

ج: نعم، فهما متصلان داخليًا. يمكن أن يساعد توصيلهما بدائرة القيادة في توزيع التيار وتحسين الموثوقية.

س: الحد الأقصى للتيار المستمر هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. ما قيمته عند 70 درجة مئوية؟

ج: التخفيض هو 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية. ارتفاع درجة الحرارة هو 70 - 25 = 45 درجة مئوية. تخفيض التيار = 45 * 0.33 مللي أمبير ≈ 14.85 مللي أمبير. الحد الأقصى للتيار ≈ 25 مللي أمبير - 14.85 مللي أمبير = 10.15 مللي أمبير. يجب أن تعمل بأقل بكثير من هذا عند درجات الحرارة العالية.

س: لماذا يتم تحديد شرط اختبار التيار العكسي (VR=5V) إذا لم أستطع تشغيله في الاتجاه العكسي؟

ج: هذه معلمة اختبار جودة وتسرب. قد يشير التيار العكسي العالي إلى تقاطع تالف. فهو يضمن سلامة الجهاز، وليس وضع تشغيل وظيفي.

11. مثال عملي للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم عرض رقمي بسيط لقياس الحرارة باستخدام متحكم دقيق. يوفر مستشعر درجة الحرارة (مثل الثرمستور أو مستشعر رقمي مثل DS18B20) قيمة إلى المتحكم الدقيق (MCU). يحول المتحكم الدقيق هذه القيمة إلى رقم (0-9) وينشط الشرائح المقابلة لـ LTS-546AKF عبر منافذ الإدخال/الإخراج للأغراض العامة (GPIO). توضع مقاومة تحديد تيار على التوالي مع توصيل الأنود المشترك. سيتضمن كود المتحكم الدقيق جدول بحث يربط قيمة الرقم (0-9) بنمط 7 بت يتحكم في أطراف الكاثود (A-G). يمكن استخدام النقطة العشرية (الطرف 5) للإشارة إلى أعشار الدرجة إذا لزم الأمر. يوضح هذا حلاً عرضيًا مباشرًا وموثوقًا للأنظمة المضمنة.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

شاشة العرض السباعية هي تجميع لسبعة صمامات ثنائية باعثة للضوء (LED) مرتبة في نمط يشبه الرقم ثمانية. يشكل كل LED شريحة واحدة (موسومة من A إلى G). من خلال تشغيل مجموعات محددة من هذه الشرائح بشكل انتقائي، يمكن تشكيل أنماط الأرقام من 0 إلى 9 وبعض الحروف. يستخدم LTS-546AKF مادة أشباه الموصلات AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تقاطع الصمام الثنائي (VF)، تتحد الإلكترونات والفجوات في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlInGaP طول موجة الضوء المنبعث، والذي يكون في هذه الحالة في النطاق الأصفر البرتقالي (~605-611 نانومتر). يعني تكوين الأنود المشترك أن جميع أنودات LED متصلة معًا داخليًا.

13. اتجاهات وسياق التكنولوجيا

بينما تظل شاشات العرض السباعية المنفصلة ذات الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ذات صلة بتطبيقات محددة، فإن الاتجاه الأوسع في تكنولوجيا العرض هو نحو التكامل والتقليص. أصبحت عبوات LED لأجهزة التركيب السطحي (SMD) والوحدات النمطية متعددة الأرقام المدمجة مع وحدات تحكم مدمجة أكثر شيوعًا، مما يوفر مساحة اللوحة ووقت التجميع. علاوة على ذلك، بالنسبة للتصميمات الجديدة التي تتطلب معلومات أكثر تعقيدًا (نص، رسومات)، غالبًا ما يتم اختيار وحدات OLED أو TFT LCD صغيرة. ومع ذلك، تحتفظ شاشة LED السباعية الكلاسيكية بمزايا رئيسية للقراءات الرقمية البسيطة: البساطة الشديدة، والمتانة، والسطوع العالي، والتكلفة المنخفضة للأرقام المفردة، وسهولة الواجهة. يمثل الانتقال إلى AlInGaP من المواد القديمة مثل GaAsP اتجاهًا مستمرًا نحو مصادر ضوء الحالة الصلبة الأعلى كفاءة والأكثر موثوقية عبر جميع تطبيقات LED.