ورقة بيانات شاشة LED طراز LSHD-5503 - ارتفاع الرقم 0.56 بوصة - لون أحمر من مادة AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LSHD-5503 هي وحدة عرض رقمية أحادية عالية الأداء مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وساطعة وموثوقة. تعتمد تقنيتها الأساسية على شرائح LED الحمراء المتقدمة من مادة فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AS-AlInGaP)، والتي يتم تنميتها طبقيًا على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs). يشتهر نظام المواد هذا بكفاءته العالية ونقاء لونه الممتاز في الطيف الأحمر. يتميز الجهاز بلوحة وجه رمادية فاتحة مع حدود بيضاء للشرائح، مما يوفر تباينًا عاليًا لتحقيق أفضل قابلية للقراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. الأهداف التصميمية الأساسية هي استهلاك منخفض للطاقة، وإخراج سطوع عالٍ، وإضاءة موحدة للشرائح، وموثوقية الحالة الصلبة، مما يجعله مناسبًا للتكامل في مجموعة واسعة من المنتجات الاستهلاكية والصناعية وأدوات القياس حيث يكون عرض البيانات الرقمية أمرًا بالغ الأهمية.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء LSHD-5503 بمجموعة شاملة من المعايير الكهربائية والبصرية، كل منها بالغ الأهمية لتصميم الدائرة المناسب وتوقع الأداء.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

الأداء الضوئي هو عامل تمييز رئيسي. يتم تحديد متوسط شدة الإضاءة لكل شريحة بقيم دنيا ونموذجية وعليا تحت ظروف تشغيل مختلفة. عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير، يتراوح مستوى الشدة من 320 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 1300 ميكروكانديلا (الحد الأقصى)، مع توفير قيمة نموذجية. عند تيار تشغيل أعلى بقيمة 10 مللي أمبير، ترتفع الشدة النموذجية بشكل ملحوظ إلى 5400 ميكروكانديلا، مما يوضح قدرة الجهاز على التطبيقات عالية السطوع. نسبة تطابق شدة الإضاءة بين الشرائح محددة بحد أقصى 2:1 عند I_F=1 مللي أمبير، مما يضمن التوحيد البصري عبر الرقم. الطول الموجي السائد (λ_d) هو 624 نانومتر، وطول موجة الانبعاث القصوى (λ_p) هو 632 نانومتر عند I_F=20 مللي أمبير، مما يضعه بقوة في الجزء الأحمر من الطيف المرئي. عرض النصف للنطاق الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر، مما يشير إلى نطاق طيفي ضيق نسبيًا يساهم في اللون الأحمر النقي.

2.2 الخصائص الكهربائية

الجهد الأمامي (V_F) لكل شريحة يتراوح بين 2.1 فولت (الحد الأدنى) و 2.6 فولت (الحد الأقصى) عند تشغيله بتيار 20 مللي أمبير. هذه المعلمة ضرورية لحساب قيمة المقاوم المحدد للتيار اللازمة في الدائرة: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. التيار العكسي (I_R) محدود بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت، وهي حالة اختبار قياسية وليست وضع تشغيل مستمر.

2.3 الحدود القصوى المطلقة وإدارة الحرارة

تحدد هذه التقييدات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. التيار الأمامي المستمر لكل شريحة هو 25 مللي أمبير. تيار الذروة الأمامي لكل شريحة مقدر بـ 90 مللي أمبير، ولكن فقط تحت ظروف النبض (تردد 1 كيلوهرتز، دورة عمل 15%)، وهو مفيد في أنظمة التعدد لتحقيق سطوع متوسط مرتفع. تبديد الطاقة لكل شريحة هو 70 ميغاواط، محسوبًا كـ V_F* I_F. تم تحديد عامل تخفيض التيار الأمامي بقيمة 0.28 مللي أمبير/°C فوق درجة حرارة البيئة 25°C (T_a). وهذا يعني أنه لكل درجة مئوية فوق 25°C، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر بمقدار 0.28 مللي أمبير لمنع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند 50°C، سيكون الحد الأقصى للتيار 25 مللي أمبير - (0.28 مللي أمبير/°C * 25°C) = 18 مللي أمبير. نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين هو من -35°C إلى +105°C، مما يشير إلى متانة للبيئات القاسية.

3. نظام التصنيف والتقسيم

تشير ورقة البيانات بوضوح إلى أن الأجهزة "مصنفة حسب شدة الإضاءة". هذه عملية حاسمة لمراقبة الجودة والاختيار. أثناء التصنيع، تحدث اختلافات. يتضمن التصنيف اختبار الناتج الضوئي لكل وحدة عند تيار اختبار قياسي (على الأرجح 1 مللي أمبير أو 10 مللي أمبير وفقًا لورقة البيانات) وتجميعها في نطاقات شدة محددة أو "فئات". وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع ذات مستويات سطوع متسقة لتطبيقهم، مما يضمن مظهرًا موحدًا في شاشات الأرقام المتعددة أو عبر المنتجات المختلفة. بينما توفر ورقة البيانات النطاق العام الأدنى/الأقصى، فإن رموز الفئات المحددة ونطاقات الشدة المقابلة لها يتم تعريفها عادةً في وثيقة تصنيف منفصلة من الشركة المصنعة.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية" وهي ضرورية لفهم سلوك الجهاز بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة. على الرغم من عدم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (I_Vvs. I_F):يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، عادةً بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب التسخين وانخفاض الكفاءة.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (V_Fvs. I_F):يوضح خاصية I-V للدايود، وهي بالغة الأهمية لتصميم السائق.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة البيئة (I_Vvs. T_a):يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر القمة عند حوالي 632 نانومتر وعرض النصف 20 نانومتر.

تسمح هذه المنحنيات للمهندسين بنمذجة الأداء تحت ظروف غير قياسية (مثل تيارات تشغيل مختلفة، درجات حرارة) وتحسين تصميماتهم.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يبلغ ارتفاع الرقم في LSHD-5503 0.56 بوصة (14.22 ملم). يتم توفير أبعاد العبوة في رسم تفصيلي بجميع القياسات الحرجة بالمليمترات. التسامحات هي عمومًا ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات حيوية لتصميم بصمة PCB، وضمان التركيب المناسب داخل العلبة، والحفاظ على محاذاة النقطة العشرية. تحتوي العبوة على شرائح LED، وقناع الوجه الرمادي الفاتح/الشرائح البيضاء، وأطراف التوصيل.

6. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يحتوي الجهاز على تكوين قياسي مكون من 10 أطراف لعرض مكون من 7 شرائح بالإضافة إلى النقطة العشرية. يستخدممهبط مشتركهندسة. وهذا يعني أن المهبطات (الأطراف السالبة) لجميع شرائح LED متصلة معًا داخليًا ومخرجة إلى الطرفين 3 و 8، واللذان هما أيضًا متصلان معًا. المصاعد (الأطراف الموجبة) لكل شريحة على حدة (من A إلى G) والنقطة العشرية (DP) يتم إخراجها إلى أطراف منفصلة (1، 2، 4، 5، 6، 7، 9، 10). يوضح مخطط الدائرة الداخلية هذا الترتيب بصريًا، حيث يظهر ثمانية مصابيح LED فردية (سبع شرائح + DP) مع مصاعدها المعزولة ومهبطاتها المتصلة بالعقدة المشتركة. هذا التكوين مثالي للتعدد، حيث يتم تشغيل الأرقام واحدًا تلو الآخر في تسلسل سريع.

7. إرشادات اللحام والتجميع

تتضمن الحدود القصوى المطلقة ظروف لحام محددة: يمكن تعريض الجهاز لدرجة حرارة مكواة لحام تبلغ 260°C لمدة 5 ثوانٍ، بشرط أن يكون طرف المكواة على الأقل 1/16 بوصة (حوالي 1.6 ملم) أسفل مستوى جلوس العبوة. هذه تعليمات حرجة لمنع انتقال الحرارة المفرطة عبر الأطراف وإتلاف شرائح LED الداخلية أو العبوة البلاستيكية. بالنسبة للحم الموجة أو إعادة التدفق، يجب التحكم في الملف الشخصي بعناية للبقاء ضمن الحدود الحرارية للعبوة، مع الرجوع عادةً إلى معيار IPC/JEDEC J-STD-020 للحساسية للرطوبة وملفات إعادة التدفق، على الرغم من عدم ذكره صراحة هنا. يجب دائمًا اتباع إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة أثناء التجميع.

8. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

LSHD-5503 مناسب لأي تطبيق يتطلب عرضًا رقميًا أحاديًا ساطعًا وموثوقًا. تشمل الاستخدامات الشائعة: معدات الاختبار والقياس (الملتيمترات، عدادات التردد)، لوحات التحكم الصناعية (عروض درجة الحرارة، قراءات العدادات)، الأجهزة الاستهلاكية (أفران الميكروويف، الغسالات، معدات الصوت)، عدادات السيارات التكميلية، وأطراف نقاط البيع.

8.2 اعتبارات تصميم حرجة

• تحديد التيار:مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. يجب استخدام مقاوم على التوالي مع كل شريحة (أو سائق تيار ثابت) لتحديد التيار الأمامي إلى قيمة آمنة (≤25 مللي أمبير مستمر). يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام جهد الإمداد وانخفاض الجهد الأمامي من ورقة البيانات.
• التعدد:لشاشات الأرقام المتعددة، فإن جهازًا بمهبط مشترك مثل LSHD-5503 مثالي. يمكن لوحدة التحكم الدقيقة تمكين المهبط المشترك لرقم واحد بشكل تسلسلي أثناء تشغيل مصاعد الشرائح لنمط ذلك الرقم. يسمح تصنيف تيار الذروة (90 مللي أمبير نبضي) بتيار لحظي أعلى خلال فترة التعدد القصيرة لتحقيق لمعان متوسط ساطع.
• التصميم الحراري:الالتزام بمنحنى تخفيض التيار. تأكد من التهوية الكافية إذا كان التشغيل في درجات حرارة بيئة عالية أو تيارات مستمرة عالية. يمكن أن يساعد تخطيط PCB في تبديد الحرارة من الأطراف.
• زاوية المشاهدة:تدعي ورقة البيانات زاوية مشاهدة واسعة، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي قد يتم فيها عرض الشاشة من مواقع خارج المحور.

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية من GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، فإن تكنولوجيا AlInGaP في LSHD-5503 توفر كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل. كما توفر نقاء لوني واستقرارًا متفوقين عبر درجة الحرارة والوقت. مقارنةً ببعض مصابيح LED البيضاء الحديثة مع مرشحات الألوان، فإن مصابيح LED الحمراء من AlInGaP أحادية اللون بطبيعتها وأكثر كفاءة لإنتاج ضوء أحمر نقي. يضع ارتفاع الرقم 0.56 بوصة في فئة حجم شائعة، مما يوفر توازنًا جيدًا بين قابلية القراءة والبصمة المادية. يوفر تكوينها المشترك المهبط ميزة مباشرة للتصميمات المتعددة القائمة على وحدة التحكم الدقيقة مقارنة بأنواع المصعد المشترك في بعض طوبولوجيات الدوائر.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف وحدة تحكم دقيقة بجهد 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار. يسقط مصباح LED أحمر نموذجي حوالي 2 فولت. سيؤدي توصيل 5 فولت مباشرة إلى تيار مفرط، مما يدمر الشريحة. احسب المقاوم: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120Ω (باستخدام أقصى V_Fللسلامة).

س: ماذا يعني "مصنف حسب شدة الإضاءة" لتصميمي؟

ج: يعني أنه يمكنك طلب قطع من نطاق سطوع محدد. إذا كان الاتساق البصري عبر وحدات متعددة أمرًا بالغ الأهمية (مثل لوحة أرقام متعددة)، فحدد رمز الفئة المطلوب لموزعك لضمان تطابق سطوع جميع الأرقام.

س: تيار الذروة هو 90 مللي أمبير، لكن المستمر هو 25 مللي أمبير فقط. هل يمكنني استخدام 90 مللي أمبير لإخراج أكثر سطوعًا؟

ج: فقط في وضع النبض، كما هو محدد (1 كيلوهرتز، دورة عمل 15%). سيكون متوسط التيار في هذه الحالة 90 مللي أمبير * 0.15 = 13.5 مللي أمبير، وهو ضمن التصنيف المستمر. التشغيل المستمر عند 90 مللي أمبير سيتجاوز حد تبديد الطاقة ويسبب فشلًا سريعًا.

س: كيف أوصل طرفي المهبط المشترك (3 و 8)؟

ج: هما متصلان داخليًا. يمكنك استخدام أي منهما أو توصيل كلاهما بدائرة السائق الخاصة بك (مثل مصرف الترانزستور) لتوزيع تيار وأداء حراري أفضل محتمل.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم عرض فولتميتر بسيط مكون من 3 أرقام.

يتم استخدام ثلاث شاشات LSHD-5503. يتم اختيار وحدة تحكم دقيقة بها عدد كافٍ من أطراف الإدخال/الإخراج. يستخدم التصميم التعدد بتقسيم الوقت:

1. يتم توصيل أطراف المهبط المشترك لكل رقم بترانزستورات NPN فردية (أو دائرة متكاملة سائق مخصصة) يتم التحكم فيها بواسطة وحدة التحكم الدقيقة.

2. يتم توصيل أطراف المصعد للشرائح (A-G، DP) للأرقام الثلاثة جميعها معًا وربطها بوحدة التحكم الدقيقة عبر مقاومات محددة للتيار.

3. برنامج وحدة التحكم الدقيقة: أ) إيقاف تشغيل جميع ترانزستورات سائق المهبط. ب) حساب الشرائح التي تحتاج إلى إضاءة لرقم المئات. ج) تفعيل نمط الشرائح على خطوط المصعد. د) تمكين ترانزستور مهبط رقم المئات لفترة وجيزة. هـ) تكرار الخطوات ب-د لأرقام العشرات والآحاد في تتابع سريع (على سبيل المثال، بمعدل إجمالي 1 كيلوهرتز).

يمكن ضبط تيار الذروة للشريحة خلال وقت التشغيل القصير ليكون أعلى (مثل 40-60 مللي أمبير) للتعويض عن دورة العمل المنخفضة (≈33% لكل رقم في نظام مكون من 3 أرقام)، مما يحقق عرضًا ساطعًا وخاليًا من الوميض مع الحفاظ على متوسط الطاقة والحرارة ضمن الحدود.

12. مقدمة عن مبدأ التكنولوجيا

يعتمد LSHD-5503 على مادة أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) المنماة طبقيًا على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs). هذا هو شبه موصل مركب من المجموعة III-V. عند تطبيق جهد أمامي عبر وصلة p-n، يتم حقق الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة. يؤدي إعادة اتحادها إلى إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). تحدد طاقة فجوة النطاق المحددة لسبيكة AlInGaP طول موجة الضوء المنبعث؛ في هذه الحالة، يتم ضبطها لإنتاج ضوء أحمر حول 624-632 نانومتر. يؤدي استخدام مادة ذات فجوة نطاق مباشرة مثل AlInGaP إلى كفاءة كمومية داخلية عالية. ينبعث الضوء من خلال عبوة إيبوكسي قولبة تتضمن وجهًا رماديًا فاتحًا مع شرائح مرسومة باللون الأبيض. يعكس الطلاء الأبيض وينشر الضوء من شريحة LED الأساسية، مما يخلق الشرائح المضاءة بشكل موحد والتي يراها المستخدم.

13. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

بينما يمثل LSHD-5503 تكنولوجيا ناضجة وموثوقة، فإن مجال تكنولوجيا العرض الأوسع يستمر في التطور. تظل AlInGaP التكنولوجيا المهيمنة عالية الكفاءة لمصابيح LED الحمراء والعنبرية. تشمل الاتجاهات في شاشات LED المنفصلة السعي لتحقيق كفاءة أعلى (المزيد من لومن لكل واط)، مما يحسن عمر البطارية في الأجهزة المحمولة ويقلل الحمل الحراري. هناك أيضًا اتجاه نحو تصغير حجم الشريحة نفسها، مما يسمح ببصمات عبوات أصغر أو كثافة بكسل أعلى في شاشات العناصر المتعددة. علاوة على ذلك، فإن التكامل هو اتجاه رئيسي؛ يتم دمج إلكترونيات السائق وأحيانًا حتى وحدات التحكم الدقيقة في وحدات "عرض ذكية"، مما يبسط عملية التصميم للمهندسين النهائيين. ومع ذلك، بالنسبة لشاشات العرض الرقمية الأحادية القياسية والفعالة من حيث التكلفة، ستظل أجهزة مثل LSHD-5503، بأدائها المثبت وتوافرها الواسع، مكونًا أساسيًا في التصميم الإلكتروني في المستقبل المنظور، خاصة في التطبيقات التي لا تكون فيها شاشات العرض الرسومية المخصصة ضرورية.