ورقة البيانات الفنية لشاشة العرض LED LTS-3403JF ذات الرقم 0.8 بوصة (20.32 مم) باللون الأصفر البرتقالي - جهد أمامي 2.6 فولت - استهلاك طاقة 70 ميلي واط

1. نظرة عامة على المنتج

LTS-3403JF هي وحدة عرض أبجدية رقمية سباعية القطاعات مكونة من رقم واحد، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام (0-9) وبعض الحروف بصريًا باستخدام قطاعات LED يمكن معالجتها بشكل فردي. تستخدم التكنولوجيا الأساسية مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم)، المصممة خصيصًا لإصدار الضوء في الطيف الأصفر البرتقالي. يوفر اختيار هذه المادة توازنًا بين الكفاءة والسطوع ونقاء اللون. يُصنف الجهاز على أنه من نوع الكاثود المشترك، مما يعني أن جميع أقطاب الكاثود (الأطراف السالبة) لقطاعات LED متصلة داخليًا، مما يبسط تصميم الدائرة للأنظمة القائمة على المتحكم الدقيق حيث يتم عادةً تشغيل القطاعات عن طريق توفير التيار.

2. تحليل متعمق للمعاملات الفنية

2.1 الخصائص البصرية

يعد الأداء البصري محوريًا لوظيفة العرض. يتم تحديدشدة الإضاءة المتوسطة (Iv)بين 320 و 700 ميكروكانديلا (μcd) عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1mA. يشير هذا النطاق إلى عملية فرز إنتاجية (binning)، حيث يتم تصنيف الأجهزة بناءً على الناتج المقاس. يبلغطول موجة الانبعاث الذروي (λ_p)611 نانومتر (nm)، ويبلغالطول الموجي السائد (λ_d)605 nm، وكلاهما مقاس عند I_F=20mA. الطول الموجي السائد هو اللون الذي تدركه العين البشرية. يصفنصف عرض الخط الطيفي (Δλ)البالغ 17 nm نقاء اللون المنبعث؛ يشير العرض الأضيق إلى لون أكثر أحادية وأكثر نقاءً. يضمننسبة مطابقة شدة الإضاءةالبالغة 2:1 (كحد أقصى) التوحيد البصري عن طريق الحد من تباين السطوع بين القطاعات المختلفة لنفس الرقم.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعاملات الكهربائية حدود التشغيل ومتطلبات الطاقة. يبلغالجهد الأمامي لكل قطاع (V_F)عادةً 2.6V بحد أقصى 2.6V عند I_F=20mA. هذه القيمة حاسمة لتصميم مقاومات تحديد التيار في دائرة التشغيل. يبلغالتيار العكسي لكل قطاع (I_R)حد أقصى 100 μA عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5V، مما يشير إلى خصائص التسرب للجهاز عند انحيازه عكسيًا، وهو أمر يمكن إهماله بشكل عام في التشغيل العادي.

2.3 القيم القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم. يبلغالتيار الأمامي المستمر لكل قطاع25 mA عند 25°C، مع عامل تخفيض 0.33 mA/°C. هذا يعني أن الحد الأقصى للتيار الآمن ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (T_a) فوق 25°C. على سبيل المثال، عند 85°C، سيكون الحد الأقصى للتيار حوالي 25 mA - (0.33 mA/°C * 60°C) = 5.2 mA. يبلغاستهلاك الطاقة لكل قطاع70 mW، محسوبة كـ V_F* I_F. يبلغتيار الذروة الأماميللتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1ms) 90 mA، مما يسمح بتشغيل زائد قصير لتحقيق ذروة سطوع أعلى. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين هو -35°C إلى +85°C.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات بوضوح إلى أن الجهاز"مصنف حسب شدة الإضاءة."يشير هذا إلى عملية فرز ما بعد الإنتاج (binning) تعتمد على قياس الناتج الضوئي. يتم اختبار الوحدات في الظروف القياسية (I_F=1mA)، وتجميعها في مجموعات وفقًا لقيمة Iv الخاصة بها (مثال: 320-450 μcd، 450-580 μcd، 580-700 μcd). وهذا يضمن الاتساق داخل الدفعة الإنتاجية. بينما لا يتم تفصيل ذلك للجهد أو الطول الموجي في هذه الوثيقة، فإن مثل هذا التصنيف شائع في تصنيع LED لتوفير أداء يمكن التنبؤ به للمصممين.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل المنحنيات المحددة في النص المقدم، فإن منحنيات الأداء النموذجية لمثل هذا الجهاز ستشمل:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي والتيار. عادةً ما يكون جهد الركبة (حيث يبدأ التيار في الارتفاع بشكل حاد) حوالي 1.8-2.0V لـ LEDs من نوع AlInGaP.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (I_vمقابل I_F):يكون هذا المنحنى خطيًا بشكل عام عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يشبع عند التيارات الأعلى بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة (I_vمقابل T_a):يوضح كيف ينخفض الناتج الضوئي مع زيادة درجة حرارة التقاطع. عادةً ما يكون لـ LEDs من نوع AlInGaP أداء أفضل في درجات الحرارة المرتفعة مقارنة ببعض المواد الأخرى.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يرسم الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر الذروة عند 611 nm وعرض النصف البالغ 17 nm.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يتميز الجهاز بارتفاع رقم قياسي يبلغ 0.8 بوصة (20.32 مم). يحتوي الغلاف علىوجه رمادي فاتحولون قطاعات أبيضعند عدم الإضاءة، مما يعزز التباين عند إضاءة القطاعات الصفراء البرتقالية. يوفر الرسم الأبعادي (المشار إليه في ملف PDF) القياسات الحرجة لتصميم البصمة على اللوحة الدائرية (PCB) وفتحات اللوحة. جميع الأبعاد بالمليمترات بتحمل قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. حزمة 18 طرفًا ثنائية الخط هي بصمة شائعة لمثل هذه الشاشات.

6. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يتم تعريف توصيل الأطراف لحزمة 18 طرفًا. التوصيلات الرئيسية هي: أقطاب الأنود للقطاعات A، F، E، L.D.P. (النقطة العشرية اليسرى)، R.D.P. (النقطة العشرية اليمنى)، و D. أقطاب الكاثود للقطاعات C، G، و B. هناك أطراف كاثود مشتركة متعددة (الأطراف 4، 6، 17) متصلة داخليًا، مما يوفر مرونة لتصميم تخطيط اللوحة الدائرية (PCB). الطرف 12 مدرج على أنه "ANODE COMMON"، والذي يبدو أنه خطأ أو خاص بمتغير مختلف، حيث يتم وصف الجهاز على أنه من نوع الكاثود المشترك. يظهر مخطط الدائرة الداخلية التكوين القياسي للكاثود المشترك لعرض سباعي القطاعات بالإضافة إلى نقطتين عشريتين.

7. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد ورقة البيانات درجة حرارة لحام قصوى تبلغ260°C لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا إرشاد نموذجي لإعادة التدفق أو اللحام اليدوي يهدف إلى منع التلف الحراري لرقائق LED، وصلات الأسلاك، والغلاف البلاستيكي. من الأهمية بمكان الالتزام بهذا الملف للحفاظ على الموثوقية. يجب مراعاة احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء التعامل.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• معدات الاختبار والقياس:الملتيميديا الرقمية، مصادر الطاقة، عدادات التردد.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:معدات الصوت (المكبرات، المستقبلات)، الأجهزة المنزلية، الساعات.
• التحكم الصناعي:عدادات اللوحة، مؤشرات العمليات، عروض المؤقت.
• قطع غيار السيارات:المقاييس والقراءات (حيث تكون المواصفات البيئية مناسبة).

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:المقاومات الخارجية إلزامية لكل أنود قطاع (أو للكاثود المشترك) لضبط تيار التشغيل. احسب باستخدام R = (V_المصدر- V_F) / I_F.
• التعددية (Multiplexing):للشاشات متعددة الأرقام، التعددية شائعة. إن متطلب التيار المنخفض لـ LTS-3403JF (حتى 1mA لكل قطاع) مفيد هنا، لأنه يسمح بتيارات ذروة أعلى خلال فترة "التشغيل" القصيرة المتعددة لتحقيق متوسط السطوع المطلوب دون تجاوز حدود الطاقة المتوسطة.
• زاوية الرؤية:زاوية الرؤية الواسعة مفيدة للوحات حيث قد لا يكون المستخدم أمام الشاشة مباشرة.
• تشغيل المتحكم الدقيق:يمكن لمعظم المتحكمات الدقيقة الحديثة توفير/استيعاب تيار كافٍ (20mA لكل طرف شائع) لتشغيل هذه الـ LEDs مباشرة، وغالبًا ما تتطلب مخازن ترانزستور بسيطة للكاثود المشترك بسبب التيار الإجمالي الأعلى.

9. المقارنة الفنية والتمييز

المميزات الرئيسية لـ LTS-3403JF ضمن فئتها هي:

• المادة (AlInGaP):تقدم كفاءة أعلى واستقرار حراري أفضل مقارنة بـ LEDs الحمراء/الصفراء القديمة من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، ولون مميز مقارنة بـ LEDs الزرقاء/الخضراء/البيضاء من نوع InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم).
• تشغيل بتيار منخفض جدًا:تحديد التشغيل حتى 1mA لكل قطاع هو ميزة كبيرة للتصميمات التي تعمل بالبطارية أو منخفضة الطاقة للغاية، حيث يكون كل ملي أمبير مهمًا.
• غلاف ذو تباين عالٍ:يوفر الوجه الرمادي الفاتح مع القطاعات البيضاء تباينًا ممتازًا في حالة الإيقاف، مما يحسن قابلية القراءة في ظروف إضاءة مختلفة.
• الناتج الضوئي المصنف:يوفر قابلية للتنبؤ للمصمم، مما يضمن مظهرًا متسقًا عبر الوحدات في المنتج.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات الفنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بمصدر طاقة متحكم دقيق 3.3V؟

ج: نعم. مع V_Fنموذجي بقيمة 2.6V، يوفر مصدر 3.3V هامشًا كافيًا (0.7V) لمقاومة تحديد التيار. عند I_F=10mA، R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70 أوم.

س: ما الغرض من وجود أطراف كاثود مشتركة متعددة؟

ج: إنها متصلة داخليًا. يوفر وجود أطراف متعددة المساعدة في توزيع تيار الكاثود الإجمالي (والذي يمكن أن يكون 7x I_Fأو أكثر عند تشغيل جميع القطاعات)، ويقلل من كثافة التيار لكل طرف، ويساعد في تصميم تخطيط اللوحة الدائرية (PCB) وتبديد الحرارة.

س: كيف أحقق سطوعًا موحدًا إذا كانت نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1؟

ج: نسبة 2:1 هي حد أقصى بين ألمع وأخفت قطاع على جهاز واحد. عمليًا، عادةً ما يكون التباين أقل. للتطبيقات الحرجة، استخدم مشغل تيار ثابت أو PWM (تعديل عرض النبضة) لمعايرة سطوع كل قطاع رقميًا.

س: هل يمكنني استخدام هذا في الهواء الطلق؟

ج: نطاق درجة حرارة التشغيل (-35°C إلى +85°C) واسع، لكن ورقة البيانات لا تحدد تصنيف IP (الحماية من التسرب) للماء أو الغبار. للاستخدام في الهواء الطلق، ستتطلب الشاشة ختمًا إضافيًا أو غلافًا لحمايتها من الرطوبة.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:تصميم قراءة فولتميتر مكون من 4 أرقام باستخدام التعددية مع مصدر طاقة 5V ومتحكم دقيق.

1. اختيار التيار:اختر I_F= 5mA لكل قطاع لتحقيق توازن جيد بين السطوع والطاقة. سيكون تيار الذروة أثناء التعددية أعلى (مثال: 20mA إذا تم استخدام دورة عمل 25% لكل رقم).
2. حساب المقاومة:للتشغيل الثابت: R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 أوم (استخدم القيمة القياسية 470 أوم).
3. التشغيل بالتعددية:لتحقيق متوسط 5mA، يجب أن يكون تيار الذروة خلال فتحة الوقت النشطة 20mA (5mA / دورة عمل 0.25). إعادة حساب المقاومة: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 أوم. تحقق من أن تيار الذروة هذا ضمن الحدود القصوى المطلقة للتشغيل النبضي (90mA).
4. الدائرة:قم بتوصيل أقطاب أنود القطاعات بأطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق عبر مقاومات 120 أوم. قم بتوصيل أطراف الكاثود المشتركة الأربعة (واحد لكل رقم) إلى مجمع ترانزستورات NPN (مثل 2N3904). يتم تشغيل قواعد الترانزستورات بواسطة أطراف المتحكم الدقيق عبر مقاومات القاعدة. يقوم المتحكم الدقيق بتشغيل ترانزستور رقم واحد بشكل تسلسلي وتعيين النمط على خطوط القطاعات.
5. البرمجيات:قم بتنفيذ مقاطعة مؤقت لتحديث العرض بمعدل مرتفع بما يكفي لتجنب الوميض (عادةً >60Hz).

12. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأالإنارة الكهربائيةفي وصلة أشباه الموصلات p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الصمام الثنائي (حوالي 1.8-2.0V لـ AlInGaP)، يتم حقن الإلكترونات من المادة من النوع n والفجوات من المادة من النوع p في المنطقة النشطة (آبار الكم في طبقة AlInGaP). عندما تتحد حاملات الشحن هذه، فإنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر البرتقالي. تساعد الركيزة غير الشفافة GaAs في عكس الضوء لأعلى، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الإجمالية من أعلى الرقاقة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل شاشات العرض LED السباعية القطاعات المنفصلة ذات صلة بتطبيقات محددة، فإن الاتجاهات الأوسع في تكنولوجيا العرض تشمل:

• التكامل:الاتجاه نحو شاشات العرض ذات دوائر التشغيل المتكاملة (I2C، SPI) لتقليل عدد أطراف المتحكم الدقيق وتبسيط البرمجيات.
• التقدم في المواد:البحث المستمر في LEDs الأكثر كفاءة المحولة بالفوسفور وأشباه المواصلات ذات اللون المباشر لتوسيع نطاق الألوان والكفاءة.
• التقنيات البديلة:في العديد من التطبيقات الاستهلاكية، يتم استبدال شاشات العرض السباعية القطاعات بوحدات OLED أو LCD ذات المصفوفة النقطية التي توفر مرونة أكبر (أبجدية رقمية كاملة، رسومات) في بصمة مماثلة، وإن كان ذلك غالبًا بتكلفة واستهلاك طاقة أعلى لنفس السطوع.
• تحول التطبيق:التطبيق الأساسي لأجهزة مثل LTS-3403JF يزداد في المعدات الصناعية والأدوات والمعدات القديمة حيث يتم إعطاء الأولوية للبساطة والمتانة والسطوع العالي وزوايا الرؤية الواسعة على القدرات الرسومية.

يمثل LTS-3403JF حلاً ناضجًا ومحسنًا ضمن نطاقه المتخصص، حيث يقدم أداءً موثوقًا يعتمد على تكنولوجيا AlInGaP المفهومة جيدًا.