ورقة بيانات شاشة LED طراز LTS-5001AJR - ارتفاع الرقم 0.56 بوصة - اللون الأحمر الفائق - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-5001AJR هي شاشة رقمية سباعية عالية الأداء ومنخفضة الطاقة، مُصممة للتطبيقات التي تتطلب عرضًا رقميًا واضحًا وساطعًا وموثوقًا. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام (0-9) وبعض الحروف بصريًا باستخدام شرائح LED يتم التحكم فيها بشكل فردي. تم بناء الجهاز باستخدام تقنية أشباه الموصلات المتقدمة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم)، والمعروفة بإنتاج ضوء أحمر عالي الكفاءة. تتميز الشاشة بوجه رمادي فاتح وشرائح بيضاء، مما يوفر تباينًا ممتازًا لتحسين قابلية القراءة. يتم تصنيفها بناءً على شدة إضاءتها، مما يضمن اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج. هذا المكون مثالي للتكامل في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية حيث تكون المساحة وكفاءة الطاقة والرؤية عوامل حاسمة.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

2.1 الخصائص البصرية

يعد الأداء البصري محورًا أساسيًا لوظيفة الشاشة. تحدد المعايير الرئيسية، المقاسة عند درجة حرارة محيطة قياسية تبلغ 25 درجة مئوية، مخرجاتها المرئية.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):يحدد هذا المعيار سطوع كل شريحة. مع تيار أمامي نموذجي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير، تتراوح الشدة من حد أدنى 320 ميكروكانديلا إلى حد أقصى 700 ميكروكانديلا. تعد خاصية السطوع العالي عند التيار المنخفض هذه ميزة كبيرة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):يبلغ طول موجة الذروة للضوء المنبعث 639 نانومتر، مما يضعه بقوة في الجزء "الأحمر الفائق" من الطيف المرئي. غالبًا ما يتم اختيار هذا الدرجة المحددة من اللون الأحمر لرؤيته العالية وخصائصه الجاذبة للانتباه.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):بقيمة 20 نانومتر، تشير هذه القيمة إلى نقاء الطيف للضوء المنبعث. يشير نصف العرض الأضيق إلى ضوء أكثر أحادية اللون، ولكن هذه القيمة نموذجية لشاشات LED القياسية وتساهم في اللون الأحمر المميز.
• الطول الموجي السائد (λ_d):يُقاس عند 631 نانومتر، وهو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية وهو الواصف الرئيسي للون "الأحمر الفائق".
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):هذه النسبة، المحددة بحد أقصى 2:1، تضمان الانتظام عبر الشاشة. وهذا يعني أن سطوع الشريحة الأقل سطوعًا لن يقل عن نصف سطوع الشريحة الأكثر سطوعًا تحت نفس ظروف التشغيل، مما يمنع ظهور الأرقام بشكل غير متساوٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية

The electrical specifications govern how the device is powered and its limits of operation.

• جهد الأمام لكل شريحة (V_F):يتراوح انخفاض الجهد عبر الشريحة المضاءة بشكل نموذجي من 2.0 فولت إلى 2.6 فولت عند تشغيلها بتيار 1 مللي أمبير. هذه القيمة حاسمة لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي لكل شريحة (I_R):عند تطبيق جهد عكسي بقيمة 5 فولت، يكون تيار التسرب بحد أقصى 100 ميكرو أمبير. هذه معلمة مهمة لحماية الدائرة.

2.3 الحدود القصوى المطلقة

هذه هي حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. يجب دائمًا الحفاظ على التشغيل ضمن هذه الحدود.

• تبديد الطاقة لكل شريحة:70 ميلي واط كحد أقصى.
• تيار الأمام الذروي لكل شريحة:90 مللي أمبير للتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية).
• تيار الأمام المستمر لكل شريحة:25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التصنيف خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق درجة حرارة محيطة 25 درجة مئوية، مما يعني أن التيار المستمر المسموح به يقل مع ارتفاع درجة حرارة البيئة.
• الجهد العكسي لكل شريحة:5 فولت كحد أقصى.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ على مسافة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة". يشير هذا إلى عملية فرز ما بعد الإنتاج، والمعروفة باسم التصنيف (Binning). بعد التصنيع، يتم اختبار شاشات العرض الفردية وفرزها إلى مجموعات مختلفة (صناديق) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة. وهذا يضمن حصول العملاء على منتجات ذات مستويات سطوع متسقة. من المرجح أن يمثل نطاق الشدة المحدد 320-700 ميكروكانديلا الانتشار عبر الصناديق المختلفة المتاحة لهذا الرقم المرجعي. يمكن للمصممين تحديد نطاق أضيق (Bin) للتطبيقات التي تتطلب مظهرًا موحدًا للغاية.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما تشير ملف PDF إلى منحنيات الخصائص النموذجية، فإن النص المقدم لا يتضمن الرسوم البيانية المحددة. بناءً على سلوك LED القياسي، ستوضح هذه المنحنيات عادةً العلاقات التالية، والتي تعتبر حاسمة لتصميم الدوائر التفصيلي:

• التيار الأمامي (I_F) مقابل الجهد الأمامي (V_F):يُظهر هذا المنحنى الأسي كيف يزداد الجهد مع التيار. يتم استخدامه لتحديد جهد التشغيل اللازم لمستوى سطوع مرغوب فيه.
• شدة الإضاءة (I_V) مقابل التيار الأمامي (I_F):تُظهر هذه العلاقة الخطية بشكل عام (ضمن حدود التشغيل) كيف يتدرج السطوع مع التيار. تؤكد الكفاءة العالية عند التيارات المنخفضة (1 مللي أمبير) كما هو مذكور في الميزات.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:سيُظهر هذا المنحنى كيف يتناقص السطوع مع زيادة درجة حرارة التقاطع في LED. فهم هذا التناقص (Derating) ضروري للتصميمات التي تعمل في بيئات مرتفعة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يُظهر الناتج الضوئي النسبي عبر الأطوال الموجية، مع ذروة عند 639 نانومتر ونصف عرض محدد 20 نانومتر.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يُوصف الجهاز بأنه شاشة بارتفاع رقم 0.56 بوصة (14.22 مم). عادةً ما يتم تضمين رسم ميكانيكي مفصل، يُظهر الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للعبوة، وأبعاد الشرائح، والمسافة بين الأرقام إذا كانت وحدة متعددة الأرقام. يلاحظ الرسم أن جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامحات قياسية ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات حاسمة لتصميم البصمة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وضمان الملاءمة المناسبة داخل غلاف المنتج النهائي.

5.2 تكوين الأطراف والقطبية

شاشة LTS-5001AJR هي شاشة ذات أنود مشترك. وهذا يعني أن الأنودات (الأطراف الموجبة) لجميع شرائح LED متصلة داخليًا ومُخرجة إلى أطراف مشتركة (الطرف 3 والطرف 8). يتم إخراج الكاثودات (الأطراف السالبة) لكل شريحة (A, B, C, D, E, F, G, والنقطة العشرية) إلى أطراف فردية. لإضاءة شريحة، يجب توصيل طرف الكاثود المقابل بجهد أقل (عادةً الأرضي) بينما يتم تزويد طرف الأنود المشترك بجهد موجب عبر مقاومة تحديد تيار. تكوين الأطراف كما يلي: الطرف 1 (كاثود E)، الطرف 2 (كاثود D)، الطرف 3 (أنود مشترك)، الطرف 4 (كاثود C)، الطرف 5 (كاثود DP)، الطرف 6 (كاثود B)، الطرف 7 (كاثود A)، الطرف 8 (أنود مشترك)، الطرف 9 (كاثود F)، الطرف 10 (كاثود G).

6. إرشادات اللحام والتجميع

توفر الحدود القصوى المطلقة معلمة اللحام الرئيسية: يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة ذروية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل جسم العبوة. هذا متوافق مع ملفات إعادة التدفق (Reflow) القياسية الخالية من الرصاص. يجب على المصممين التأكد من أن الملف الحراري لفرن إعادة التدفق لا يتجاوز هذا الحد. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل. بالنسبة للتخزين، يجب الحفاظ على النطاق المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية في بيئة جافة.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة للعديد من التطبيقات بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر: معدات الاختبار والقياس (الملتيميديا، راسمات الذبذبات)، لوحات التحكم الصناعية، الأجهزة الطبية، الإلكترونيات الاستهلاكية (مكبرات الصوت، ساعات الراديو)، شاشات السيارات التكميلية، ولوحات العدادات. تجعلها متطلبات الطاقة المنخفضة مثالية للأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطاريات.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي لكل توصية أنود مشترك لتحديد التيار عبر الشرائح. يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام الصيغة: R = (V_supply- V_F) / I_F. لمصدر جهد 5 فولت، و V_Fبقيمة 2.2 فولت، و I_Fمطلوب بقيمة 5 مللي أمبير، ستكون المقاومة (5 - 2.2) / 0.005 = 560 أوم.
• التعددية (Multiplexing):لتشغيل أرقام متعددة، تُستخدم تقنية التعددية (Multiplexing) بشكل شائع. يتضمن ذلك تدوير الطاقة بسرعة إلى الأنود المشترك لكل رقم مع تقديم بيانات الشريحة المقابلة لذلك الرقم. وهذا يقلل بشكل كبير من عدد دبابيس الإدخال/الإخراج (I/O) المطلوبة في المتحكم الدقيق.
• زاوية المشاهدة:تعني ميزة "زاوية المشاهدة الواسعة" أن الشاشة تظل قابلة للقراءة عند النظر إليها من زوايا حادة خارج المحور، وهو أمر مهم للأجهزة المثبتة على اللوحات.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن الجهاز منخفض الطاقة، فإن الالتزام بمواصفات تناقص التيار (Derating) فوق 25 درجة مئوية أمر بالغ الأهمية للموثوقية طويلة المدى، خاصة في البيئات المغلقة أو مرتفعة الحرارة.

8. المقارنة والتمييز التقني

المميزات الأساسية لشاشة LTS-5001AJR هي استخدامها لتقنية AlInGaP وأدائها المحسن عند التيار المنخفض. مقارنة بشاشات LED القديمة من نوع GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو سطوع مكافئ عند تيار أقل بكثير. التصميم المحدد لخصائص التيار المنخفض الممتازة (حتى 1 مللي أمبير لكل شريحة) يميزها عن الشاشات التي تتطلب تيارات تشغيل أعلى لتحقيق سطوع قابل للاستخدام، مما يجعلها خيارًا ممتازًا للتصميمات الحساسة للطاقة. تساهم الشرائح المستمرة الموحدة ونسبة التباين العالية في مظهر أكثر احترافية ووضوحًا مقارنة بالشاشات ذات وصلات الشرائح المرئية أو التباين الضعيف.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من دبوس متحكم دقيق؟

ج: لا. لا يمكن لدبوس المتحكم الدقيق عادةً توفير أو استيعاب تيار كافٍ (25 مللي أمبير كحد أقصى مستمر) بأمان لجميع الشرائح المضاءة في وقت واحد ولا يوفر تنظيمًا للجهد. يجب عليك استخدام المتحكم الدقيق للتحكم في الترانزستورات (للأنودات المشتركة) و/أو دوائر IC السائق (مثل سجل الإزاحة 74HC595 أو سائق LED مخصص) التي تتعامل مع التيار الأعلى.

س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي السائد؟

ج: طول موجة الذروة هو الطول الموجي الفردي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة الضوئية. الطول الموجي السائد هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي سيبدو له نفس لون ناتج LED للعين البشرية. بالنسبة لمصابيح LED، غالبًا ما يكونان متقاربين ولكن ليسا متطابقين.

س: جهد الأمام له نطاق (2.0 فولت - 2.6 فولت). كيف يؤثر هذا على تصميمي؟

ج: يجب أن تصمم دائرة تحديد التيار الخاصة بك لأقصى V_F(2.6 فولت) لضمان توفر جهد كافٍ لدفع التيار حتى لوحدة ذات V_Fمرتفع. إذا صممت للقيمة النموذجية 2.2 فولت، فستكون الوحدة ذات V_Fبقيمة 2.6 فولت أقل سطوعًا لأن انخفاض الجهد عبر المقاومة الثابتة سيكون أصغر، مما يؤدي إلى تيار أقل.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مقياس حرارة رقمي منخفض الطاقة.شاشة LTS-5001AJR هي خيار ممتاز. يعمل النظام بواسطة متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت وبطارية عملة معدنية 3 فولت. يوفر مستشعر درجة الحرارة البيانات. يستخدم المتحكم الدقيق 4 دبابيس إدخال/إخراج في تكوين متعدد (Multiplexed) لتشغيل رقمين سباعيين (لعشرات وآحاد الدرجات). يتم حساب مقاومات تحديد التيار لـ I_Fبقيمة 2 مللي أمبير لكل شريحة لتعظيم عمر البطارية مع الحفاظ على رؤية جيدة (V_supply=3.3V, V_F=2.2V, R = (3.3-2.2)/0.002 = 550Ω). تتيح متطلبات التيار المنخفض للشاشة للمقياس الحراري العمل لعدة أشهر على بطارية واحدة. يضمن التباين العالي وزاوية المشاهدة الواسعة سهولة قراءة درجة الحرارة في ظروف إضاءة مختلفة.

11. مقدمة عن المبدأ التقني

شاشة العرض الرقمية السباعية LED هي تجميع لمصابيح ثنائية باعثة للضوء مرتبة في نمط رقم ثمانية. كل شريحة من الشرائح السبعة (المُصنفة من A إلى G) هي LED منفصلة. من خلال إضاءة مجموعات محددة من هذه الشرائح بشكل انتقائي، يمكن تشكيل جميع الأرقام العشرية (0-9) وبعض الحروف. التكنولوجيا الأساسية، AlInGaP، هي مركب أشباه موصلات من المجموعة الثالثة والخامسة. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n لـ LED، تتحد الإلكترونات والفجوات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لمادة AlInGaP الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، في هذه الحالة، الأحمر. يشير تعبير "الأحمر الفائق" إلى درجة محددة وأعمق من اللون الأحمر مع فعالية إضاءة عالية. يبسط تكوين الأنود المشترك دائرة التشغيل عند استخدام سائقي التيار الغاطس (مثل العديد من المتحكمات الدقيقة ودوائر IC المنطقية).

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر تطور شاشات العرض الرقمية السباعية جنبًا إلى جنب مع تكنولوجيا LED العامة. بينما يبقى الشكل الأساسي ثابتًا، تشمل الاتجاهات: 1)كفاءة أعلى:تؤدي التحسينات المستمرة في علوم المواد (مثل هياكل InGaN وAlInGaP الأكثر تقدمًا) إلى إنتاج شاشات أكثر سطوعًا عند تيارات أقل، مما يقلل بشكل أكبر من استهلاك الطاقة. 2)التصغير:يتم تطوير شاشات بارتفاع أرقام أصغر ومسافة بين النقاط (Pitch) أدق للأجهزة المدمجة. 3)التكامل:يتم دمج إلكترونيات السائق بشكل متزايد في وحدة العرض نفسها، مما يبسط واجهة النظام المضيف إلى اتصال رقمي بسيط (مثل I2C، SPI). 4)خيارات الألوان:بينما يظل اللون الأحمر شائعًا لرؤيته وكفاءته، تتوفر شاشات عرض رقمية سباعية RGB كاملة اللون للتطبيقات الديناميكية الأكثر. 5)تقنيات بديلة:في بعض التطبيقات، خاصة حيث تكون الطاقة المنخفضة للغاية أو قابلية القراءة في ضوء الشمس أمرًا بالغ الأهمية، قد يتم النظر في شاشات الكريستال السائل (LCD) أو OLED المجزأة، على الرغم من أنها غالبًا ما تفتقر إلى السطوع الفطري والمتانة الموجودين في مصابيح LED.