ورقة بيانات شاشة LED رقمية أحادية LSHD-F101 - ارتفاع الرقم 10.0 مم - جهد أمامي 2.6 فولت - قدرة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LSHD-F101 وحدة عرض LED رقمية أحادية، مكونة من سبعة شرائح بالإضافة إلى نقطة عشرية. تستخدم طبقات AlInGaP المتطورة المُنبتة على ركيزة GaAs لإنتاج انبعاث ضوئي أحمر عالي الكفاءة. التطبيق الرئيسي لهذا الجهاز هو في المعدات الإلكترونية التي تتطلب قراءات رقمية واضحة، ساطعة، وموثوقة، مثل لوحات الأجهزة، الأجهزة المنزلية، وأجهزة التحكم الصناعية. تشمل مزاياها الأساسية مظهرًا ممتازًا للأحرف بفضل الشرائح المستمرة المنتظمة، سطوعًا وتباينًا عاليين لرؤية فائقة، وموثوقية الحالة الصلبة التي تضمن عمر تشغيلي طويل.

1.1 الميزات الرئيسية

• ارتفاع الرقم: 0.39 بوصة (10.0 مم).
• شرائح مستمرة منتظمة لمظهر سلس للأحرف.
• متطلبات طاقة منخفضة، مما يعزز كفاءة الطاقة.
• سطوع عالي وتباين عالي لقراءة ممتازة.
• زاوية مشاهدة واسعة، مناسبة لوضعيات تركيب متنوعة.
• موثوقية الحالة الصلبة بدون أجزاء متحركة.
• مصنف حسب الشدة الضوئية، مما يسمح بمطابقة السطوع في التطبيقات متعددة الأرقام.
• عبوة خالية من الرصاص متوافقة مع توجيهات RoHS.

2. المعلمات التقنية: تفسير موضوعي متعمق

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لضمان أداء موثوق.

• تبديد الطاقة لكل شريحة: 70 ميغاواط. هذه هي أقصى قدرة يمكن تبديدها بأمان بواسطة شريحة LED فردية دون التسبب في تلف حراري.
• التيار الأمامي الذروي لكل شريحة: 90 مللي أمبير. تنطبق هذه القيمة في ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية) وهي أعلى من تصنيف التيار المستمر.
• التيار الأمامي المستمر لكل شريحة: 25 مللي أمبير عند 25°م. يتناقص هذا التيار خطيًا بمعدل 0.28 مللي أمبير/°م مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25°م. من الضروري وجود تبريد حراري مناسب أو تقليل التيار في درجات الحرارة المرتفعة.
• الجهد العكسي لكل شريحة: 5 فولت. قد يتسبب تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي في فشل فوري وكارثي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين: من -35°م إلى +105°م. الجهاز مصنف للتشغيل والتخزين ضمن هذا النطاق الصناعي الواسع لدرجات الحرارة.
• ظروف اللحام: يمكن للعبوة تحمل اللحام عند 260°م لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء النموذجية المقاسة في ظروف اختبار محددة (Ta=25°م).

• متوسط الشدة الضوئية لكل شريحة (Iv): تتراوح من 200-750 ميكروكانديلا عند تيار تشغيل 1 مللي أمبير إلى 3400-9750 ميكروكانديلا عند 10 مللي أمبير. تضمن هذه الشدة العالية إخراج عرض ساطع.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λp): 650 نانومتر (نموذجي). يحدد هذا الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية في أقصى حد.
• الطول الموجي السائد (λd): 639 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، ويحدد اللون على أنه أحمر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ): 20 نانومتر (نموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف للضوء الأحمر المنبعث.
• الجهد الأمامي لكل شريحة (Vf): من 2.10 فولت إلى 2.60 فولت عند تيار اختبار 20 مللي أمبير. يجب أن يستوعب تصميم الدائرة هذا النطاق لضمان تيار تشغيل ثابت.
• التيار العكسي لكل شريحة (Ir): أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي 5 فولت. هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط؛ يُمنع تشغيل الانحياز العكسي المستمر.
• نسبة مطابقة الشدة الضوئية: أقصى 2:1 بين الشرائح عند التشغيل بتيار 1 مللي أمبير. يضمن هذا سطوعًا موحدًا عبر الشاشة.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب الشدة الضوئية". هذا يعني عملية تصنيف حيث يتم فرز شاشات العرض بناءً على قياس ناتج الضوء عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير أو 10 مللي أمبير). يسمح هذا للمصممين باختيار أجزاء من نفس فئات الشدة أو المجاورة لضمان التوحيد البصري في شاشات العرض متعددة الأرقام، مما يمنع ظهور بعض الأرقام أكثر سطوعًا أو خفوتًا من غيرها. بينما لا يتم تقديم تفاصيل رمز التصنيف المحدد في هذا المقتطف، فإن هذا التصنيف يعد خطوة حاسمة لمراقبة الجودة لتحقيق الاتساق الجمالي والوظيفي في التطبيق النهائي.

4. تحليل منحنى الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية" وهي ضرورية للتصميم التفصيلي. تشمل هذه المنحنيات عادةً:

• منحنى IV (التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي): يُظهر العلاقة الأسية، وهي حاسمة لتصميم مشغلات التيار الثابت.
• الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي: يُوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار، مما يساعد في معايرة السطوع وحسابات الكفاءة.
• الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة: يُظهر تناقص ناتج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو أمر مهم لإدارة الحرارة.
• التوزيع الطيفي: رسم بياني يوضح الشدة النسبية مقابل الطول الموجي، مؤكدًا الأطوال الموجية السائدة والذروية وعرض الطيف.

يجب على المصممين الرجوع إلى هذه المنحنيات لتحسين ظروف التشغيل، وفهم الاعتماد على درجة الحرارة، والتنبؤ بالأداء في بيئة التشغيل الفعلية.

5. معلومات الميكانيكا والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

للشاشة وجه رمادي فاتح مع شرائح بيضاء. تشمل الملاحظات الأبعادية الرئيسية:

• جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• تسامح انحراف طرف الدبوس هو ±0.40 مم.
• قطر فتحة اللوحة المطبوعة الموصى به للأرجل هو 1.0 مم.
• تحدد مواصفات الجودة المواد الغريبة، الفقاعات في الشريحة، انحناء العاكس، وتلوث حبر السطح لضمان الوضوح البصري والنزاهة الميكانيكية.

5.2 تكوين الأرجل ومخطط الدائرة

يحتوي الجهاز على تكوين 10 أرجل بهندسة أنود مشترك. يُظهر مخطط الدائرة الداخلي دبوسي أنود مشترك (الدبوس 1 والدبوس 6) متصلين داخليًا معًا، مما يوفر التكرار وتحسين توزيع التيار. كاثودات الشرائح (A-G و DP) متصلة بدبابيس فردية. هذا التكوين قياسي لتعدد الإرسال للأرقام المتعددة، على الرغم من أن هذه وحدة أحادية الرقم. ترتيب الأرجل كما يلي: 1-أنود مشترك، 2-F، 3-G، 4-E، 5-D، 6-أنود مشترك، 7-DP، 8-C، 9-B، 10-A.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 اللحام الآلي

الظروف الموصى بها: 260°م لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة جسم المكون الحد الأقصى المسموح به خلال هذه العملية.

6.2 اللحام اليدوي

الظروف الموصى بها: 350°م ±30°م لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مع وضع طرف المكواة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. يجب الحرص على تجنب التعرض الطويل للحرارة.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مخصصة للمعدات الإلكترونية العادية بما في ذلك معدات المكاتب، أجهزة الاتصالات، والأجهزة المنزلية. يجعلها سطوعها العالي وقابليتها للقراءة مناسبة لمقاييس اللوحات، شاشات الساعة، قراءات وحدات التحكم البسيطة، والإلكترونيات الاستهلاكية حيث تكون هناك حاجة لمؤشر رقمي واضح.

7.2 اعتبارات تصميم حرجة

• طريقة التشغيل:يُوصى بشدة باستخدام تشغيل التيار الثابت بدلاً من الجهد الثابت لضمان شدة ضوئية ثابتة وعمر أطول، حيث أن سطوع LED هو دالة للتيار، وليس الجهد.
• الحد من التيار:يجب أن يحدد دائرة التشغيل التيار لكل شريحة ضمن الحد الأقصى المطلق (25 مللي أمبير مستمر، مع تناقص مع درجة الحرارة). يتسبب تجاوز هذا في تدهور سريع.
• نطاق الجهد:يجب تصميم الدائرة لاستيعاب نطاق الجهد الأمامي الكامل (Vf) من 2.10 فولت إلى 2.60 فولت لتوصيل التيار المطلوب لجميع الوحدات.
• حماية الجهد العكسي:يجب أن تتضمن دائرة التشغيل حماية (مثل الصمامات الثنائية التسلسلية أو ميزات الدوائر المتكاملة) لمنع تطبيق الجهد العكسي أو ذروات الجهد على كاثودات LED أثناء التشغيل، الإيقاف، أو في ظروف الخطأ.
• الإدارة الحرارية:يجب تقليل تيار التشغيل الآمن بناءً على أقصى درجة حرارة محيطة لبيئة التطبيق، باستخدام عامل التناقص 0.28 مللي أمبير/°م فوق 25°م.

8. اختبار الموثوقية

يخضع الجهاز لمجموعة شاملة من اختبارات الموثوقية بناءً على المعايير العسكرية (MIL-STD)، والصناعية اليابانية (JIS)، والمعايير الداخلية. تتحقق هذه الاختبارات من متانته وعمره التشغيلي:

• عمر التشغيل (RTOL):1000 ساعة عند أقصى تيار مسموح به في درجة حرارة الغرفة.
• إجهاد البيئة:يشمل التخزين في درجة حرارة/رطوبة عالية (500 ساعة عند 65°م/90-95% رطوبة نسبية)، التخزين في درجات حرارة عالية ومنخفضة (1000 ساعة عند 105°م و -35°م)، اختبارات دورات الحرارة، والصدمة الحرارية.
• متانة العملية:تضمن اختبارات مقاومة اللحام وقابلية اللحام أن العبوة يمكنها تحمل عمليات التجميع القياسية.

9. تحذيرات وقيود الاستخدام

لم يتم تصميم الجهاز للتطبيقات الحرجة للسلامة حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، دعم الحياة الطبي، أنظمة سلامة النقل). لمثل هذه التطبيقات، استشارة الشركة المصنعة للحصول على مكونات مؤهلة بشكل خاص إلزامي. لا تتحمل الشركة المصنعة أي مسؤولية عن الأضرار الناتجة عن التشغيل خارج القيم القصوى المطلقة أو مخالفة التعليمات المقدمة. هناك حاجة إلى اهتمام خاص لتجنب الانحياز العكسي، والذي يمكن أن يسبب هجرة معدنية ويؤدي إلى زيادة تيار التسرب أو الفشل.

10. المقارنة التقنية والتمييز

تميز LSHD-F101 نفسها باستخدام تقنية AlInGaP على ركيزة GaAs. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP أو GaP القياسية، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل. تشير ميزة "الشرائح المستمرة المنتظمة" إلى تصميم قالب وموزع عالي الجودة يلغي الفجوات المرئية أو النقاط الساخنة داخل الشريحة، مما يؤدي إلى مظهر حرفي أكثر احترافية ووضوحًا. تعد زاوية المشاهدة الواسعة والشدة الضوئية المصنفة مزايا إضافية للتطبيقات التي تتطلب أداءً بصريًا متسقًا من وجهات نظر مختلفة أو عبر وحدات متعددة.

11. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بمصدر طاقة 5 فولت ومقاوم بسيط؟

ج: نعم، ولكن هناك حاجة إلى حساب دقيق. باستخدام قانون أوم (R = (Vsupply - Vf_led) / I_led)، وبافتراض أسوأ حالة لـ Vf وهي 2.6 فولت عند 20 مللي أمبير، ستكون قيمة المقاوم (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 أوم. ومع ذلك، بسبب تباين Vf، قد يختلف السطوع بين الشرائح/الشاشات. يُفضل استخدام مشغل تيار ثابت للاتساق.

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

ج: الطول الموجي الذروي (650 نانومتر) هو الذروة الفيزيائية لطيف الضوء المنبعث. الطول الموجي السائد (639 نانومتر) هو الطول الموجي الفردي الذي ينتج نفس الإدراك اللوني للعين البشرية. الطول الموجي السائد أكثر صلة بتحديد اللون.

س: لماذا يوجد دبوسان أنود مشترك؟

ج: هذا يوفر تناظرًا ميكانيكيًا، يبسط تخطيط اللوحة المطبوعة، ويمكن أن يساعد في توزيع التيار بشكل أكثر تساويًا، مما يحسن الموثوقية وتوحيد السطوع.

12. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر رقمي بسيط.

يختار المصمم LSHD-F101 لعرض فولتميتر مكون من رقمين (يتطلب وحدتين). يتحقق أولاً من معلومات تصنيف الشدة لشراء شاشتين من نفس الفئة لضمان سطوع موحد. يعمل المتحكم الدقيق على 3.3 فولت. لتشغيل كل شريحة عند هدف 10 مللي أمبير لسطوع جيد، يصمم مشغل غرق تيار ثابت باستخدام IC مصفوفة الترانزستور. تتضمن دائرة التشغيل صمامات ثنائية للحماية لتثبيت أي ذروات جهد حثية من الأسلاك الطويلة المتصلة بلوحة العرض. يضع تخطيط اللوحة المطبوعة الشاشات بمسافات كافية للفتحات الموصى بها 1.0 مم ويشمل مستوى أرضي لتبديد الحرارة. أثناء الاختبار، يتحقق من سطوع الشرائح عند أقصى درجة حرارة محيطة متوقعة 50°م ويؤكد أن التيار قد تم تقليله بشكل مناسب إلى حوالي 18 مللي أمبير لكل شريحة (25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C)).

13. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد انبعاث الضوء في LSHD-F101 على الإضاءة الكهربائية في وصلة p-n شبه موصلة مصنوعة من مواد AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. هنا، تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأحمر. ركيزة GaAs تمتص الضوء بصريًا، لذلك تم تصميم الشريحة للانبعاث من الجانب العلوي، والذي يتم بعد ذلك نشره بواسطة العبوة البلاستيكية المصبوبة لتشكيل الشرائح المنتظمة.

14. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل تقنية AlInGaP حلاً ناضجًا وعالي الكفاءة لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والصفراء. بينما تهيمن تقنيات أحدث مثل مصابيح LED القائمة على GaN على أسواق الإضاءة الزرقاء والخضراء والبيضاء، تظل AlInGaP هي المادة المفضلة لمؤشرات وعروض الأحمر عالية الأداء بسبب كفاءتها الفائقة ونقاء اللون في تلك المنطقة الطيفية. تشمل اتجاهات تكنولوجيا العرض الانتقال نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي وكثافة أعلى. بينما LSHD-F101 هي مكون مثقوب، تظل مبادئ تصميمها المتمثلة في السطوع العالي، الموثوقية، والأداء المصنف أساسية. قد تركز التطورات المستقبلية على مزيد من المكاسب في الكفاءة، نطاقات حرارة أوسع، والتكامل مع الإلكترونيات المشغلة.