ورقة بيانات شاشة عرض LED مكونة من سبعة أجزاء برقم واحد مقاس 0.56 بوصة - ارتفاع الرقم 14.22 مم - أخضر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

الجهاز عبارة عن شاشة عرض أبجدية رقمية مكونة من سبعة أجزاء برقم واحد، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفته الأساسية هي تمثيل الأرقام من 0 إلى 9 وبعض الحروف بصريًا باستخدام أجزاء يمكن التحكم فيها بشكل فردي. تعتمد التقنية الأساسية على مادة أشباه الموصلات فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP)، المصممة خصيصًا لانبعاث ضوئي عالي الكفاءة في الطيف الأخضر-الأصفر. يُزرع نظام المادة هذا على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة، مما يساعد في إدارة الناتج الضوئي والتباين. تتميز الشاشة بلوحة أمامية رمادية اللون تعمل على تعزيز نسبة التباين بين الأجزاء الخضراء المضاءة والخلفية، مما يحسن إمكانية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. يتم تصنيف الجهاز حسب شدة إضاءته، مما يضمن اتساق مستويات السطوع للتطبيقات التي يكون فيها المظهر الموحد عبر وحدات متعددة أمرًا بالغ الأهمية.

2. تحليل مفصل للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفصيلاً مفصلاً لحدود تشغيل الجهاز وخصائص أدائه تحت الظروف المحددة.

2.1 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه المعايير حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بالتشغيل عند هذه الحدود أو بالقرب منها لتحقيق أداء موثوق وطويل الأمد.

• تبديد الطاقة لكل جزء:70 ميغاواط. هذه هي أقصى كمية من الطاقة يمكن تحويلها بأمان إلى حرارة وضوء بواسطة جزء واحد دون المخاطرة بتلف حراري.
• تيار الذروة الأمامي لكل جزء:60 مللي أمبير. ينطبق هذا التصنيف تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). يسمح بفترات قصيرة من التيار الأعلى لتحقيق سطوع عالٍ جدًا لتطبيقات التعدد أو الوميض.
• التيار الأمامي المستمر لكل جزء:25 مللي أمبير عند 25°C. يجب تخفيض استطاعة هذا التيار خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/°C مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة (Ta) فوق 25°C لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• الجهد العكسي لكل جزء:5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذا الجهد في اتجاه الانحياز العكسي في انهيار التقاطع.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-35°C إلى +85°C. الجهاز مصنف لبيئات درجة الحرارة الصناعية.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام تبلغ 260°C لمدة 3 ثوانٍ على مسافة 1/16 بوصة (حوالي 1.59 مم) أسفل مستوى الجلوس.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (Ta=25°C)

هذه هي معايير الأداء النموذجية المقاسة تحت ظروف الاختبار القياسية، وتوفر السلوك المتوقع للجهاز في التشغيل العادي.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):320 μcd (الحد الأدنى)، 900 μcd (النموذجي) عند I_F=1mA. هذا يقيس السطوع الملحوظ للجزء. يشير النطاق الواسع إلى عملية تصنيف للشدة.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):571 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20mA. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج القدرة البصرية في أقصى حد، مما يضع الانبعاث في المنطقة الخضراء-الصفراء من الطيف المرئي.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20mA. يصف هذا المعيار نقاء الطيف للضوء المنبعث؛ يشير نصف العرض الأضيق إلى لون أحادي أكثر.
• الطول الموجي السائد (λ_d):572 نانومتر (النموذجي) عند I_F=20mA. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية والذي يتطابق بشكل أفضل مع لون الضوء المنبعث، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بطول موجة الذروة.
• الجهد الأمامي لكل جزء (V_F):2.05V (الحد الأدنى)، 2.6V (النموذجي) عند I_F=20mA. هذا هو انخفاض الجهد عبر جزء LED عند تمرير التيار المحدد. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي لكل جزء (I_R):100 μA (الحد الأقصى) عند V_R=5V. هذا هو تيار التسرب الصغير الذي يتدفق عندما يكون الجزء في حالة انحياز عكسي.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (النموذجي) عند I_F=1mA. تحدد هذه النسبة أقصى تباين مسموح به في السطوع بين أجزاء مختلفة من نفس الرقم أو بين أجهزة مختلفة، مما يضمن التوحيد البصري.

ملاحظة على القياس:يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مجموعة من المستشعر والمرشح تقارب دالة اللمعان الضوئي CIE، والتي تمثل حساسية العين البشرية القياسية للأطوال الموجية المختلفة.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة." وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بناءً على قياس الناتج الضوئي.

• تصنيف شدة الإضاءة:تشير شدة الإضاءة النموذجية المحددة البالغة 900 μcd مع حد أدنى 320 μcd إلى أن الأجهزة يتم اختبارها وتجميعها (تصنيفها) وفقًا لسطوعها الفعلي المقاس عند تيار الاختبار القياسي البالغ 1 مللي أمبير. وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع ذات مستويات سطوع متسقة لتطبيقهم، وهو أمر حيوي للشاشات متعددة الأرقام حيث يكون السطوع غير المتساوي مشتتًا للانتباه.
• اتساق الطول الموجي:على الرغم من عدم ذكره صراحةً كمعيار للتصنيف، فإن القيم النموذجية الضيقة لطول موجة الانبعاث الذروة (571 نانومتر) والطول الموجي السائد (572 نانومتر) تشير إلى عملية تصنيع تنتج ناتجًا لونيًا عالي الاتساق، وهي ميزة مميزة لنظام مادة AlInGaP.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية." بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I_F-V_F):يوضح هذا المنحنى غير الخطي كيفية تغير الجهد الأمامي مع زيادة التيار. وهو ضروري لتحديد جهد التشغيل المطلوب ولتصميم مشغلات التيار الثابت.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى I_V-I_F):يوضح هذا الرسم البياني العلاقة بين تيار التشغيل والناتج الضوئي. وهو بشكل عام دون خطي؛ مضاعفة التيار لا تضاعف السطوع وتزيد من توليد الحرارة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح هذا المنحنى كيفية انخفاض الناتج الضوئي مع زيادة درجة حرارة تقاطع LED. فهم هذا التخفيض بالاستطاعة أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة محيطة عالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح القدرة البصرية النسبية عبر أطوال موجية مختلفة، مركزة حول طول موجة الذروة البالغ ~571 نانومتر، مع عرض نصف نموذجي يبلغ 15 نانومتر.

5. المعلومات الميكانيكية وخصائص العبوة

5.1 أبعاد العبوة

يبلغ ارتفاع الرقم في الجهاز 0.56 بوصة (14.22 مم). يتم توفير أبعاد العبوة في رسم بجميع القياسات بالمليمترات. يكون التسامح القياسي للأبعاد هو ±0.25 مم (±0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك في الرسم. هذه المعلومات بالغة الأهمية لتصميم بصمة PCB وضمان الملاءمة المناسبة داخل غلاف المنتج النهائي.

5.2 توصيل الأطراف والمخطط الكهربائي

تحتوي الشاشة على تكوين 10 أطراف بتصميم كاثود مشترك. يُظهر المخطط الكهربائي الداخلي أن جميع كاثودات أجزاء LED (من A إلى G والنقطة العشرية) متصلة داخليًا بطرفي كاثود مشترك (الطرف 3 والطرف 8). هذا تكوين قياسي لتبسيط دائرة التشغيل في تطبيقات التعدد.

توصيل الأطراف:

1. أنود للجزء E
2. أنود للجزء D
3. كاثود مشترك
4. أنود للجزء C
5. أنود للنقطة العشرية (D.P.)
6. أنود للجزء B
7. أنود للجزء A
8. كاثود مشترك
9. أنود للجزء F
10. أنود للجزء G

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد التصنيفات القصوى المطلقة معيارًا رئيسيًا للّحام: يمكن للجهاز تحمل مكواة لحام أو ملف إعادة التدفق الذي يصل إلى 260°C عند نقطة 1/16 بوصة (1.59 مم) أسفل مستوى جلوس العبوة لمدة أقصاها 3 ثوانٍ. يهدف هذا الدليل إلى منع التلف الحراري لرقائق LED والوصلات السلكية الداخلية أثناء عملية التجميع. بالنسبة للّحام بالموجة، يجب تقليل وقت التعرض للحام إلى الحد الأدنى. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية أثناء التعامل والتجميع لمنع تلف تقاطعات أشباه الموصلات.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب مؤشرًا رقميًا واحدًا عالي الوضوح:

• معدات الاختبار والقياس:أجهزة القياس المتعددة الرقمية، عدادات التردد، مصادر الطاقة، حيث تكون هناك حاجة إلى قراءة واضحة ومشرقة.
• التحكم الصناعي:عدادات اللوحة، مؤشرات العمليات، عروض المؤقت على الآلات.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:عدادات مستقلة، لوحات النتائج، شاشات الأجهزة (مثل أفران الميكروويف، معدات الاستريو القديمة).
• قطع غيار السيارات:المقاييس وأدوات التشخيص (على الرغم من أنه يجب التحقق من المواصفات البيئية لمتطلبات السيارات المحددة).

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:أجهزة LED هي أجهزة تعمل بالتيار. من الضروري وجود مقاومة تحديد تيار متسلسلة أو دائرة مشغل تيار ثابت لكل أنود جزء لمنع تجاوز الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر (25 مللي أمبير عند 25°C). يمكن حساب قيمة المقاومة باستخدام قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F, حيث V_Fهو الجهد الأمامي النموذجي (مثل 2.6V).
• التعدد:للشاشات متعددة الأرقام، يتم استخدام نظام تعدد حيث يتم إضاءة الأرقام واحدًا تلو الآخر بسرعة. يسمح تصنيف تيار الذروة الأمامي (60 مللي أمبير) بتيارات نبضية أعلى للتعويض عن انخفاض دورة العمل، والحفاظ على السطوع الملحوظ.
• إدارة الحرارة:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض لكل جزء، في التطبيقات التي تضاء فيها جميع الأجزاء باستمرار (مثل عرض '8.')، يمكن أن يقترب إجمالي الطاقة من 0.5 واط. تأكد من وجود تهوية كافية أو تبريد حراري إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية، وتذكر تخفيض استطاعة التيار المستمر.
• زاوية المشاهدة:تدعي ورقة البيانات "زاوية مشاهدة واسعة"، وهو أمر نموذجي لشاشات عرض LED المكونة من سبعة أجزاء. يجب التحقق من ذلك للمخروط البصري المطلوب للتطبيق المحدد.

8. المقارنة التقنية والتمييز

عوامل التمييز الرئيسية لهذه الشاشة، بناءً على البيانات المقدمة، هي تقنية المواد المستخدمة وخصائص الأداء المحددة.

• AlInGaP مقابل المواد التقليدية:مقارنةً بالتقنيات القديمة مثل مصابيح LED الخضراء القياسية من GaP (فوسفيد الغاليوم)، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير. يؤدي هذا إلى وضوح أفضل في ظروف الإضاءة المحيطة العالية أو عند تيارات تشغيل أقل، مما يحسن كفاءة الطاقة.
• اللون والتباين:يوفر مزيج الأجزاء الخضراء من AlInGaP والوجه الرمادي شاشة عالية التباين وسهلة القراءة. غالبًا ما يتم اختيار اللون الأخضر لكفاءته الضوئية العالية كما تدركها العين البشرية، مما يجعله يبدو مشرقًا جدًا بالنسبة لمدخل كهربائي معين.
• موثوقية الحالة الصلبة:مثل جميع مصابيح LED، فإنه يوفر مزايا مقارنة بشاشات العرض المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs)، بما في ذلك مقاومة الصدمات/الاهتزازات، ووقت استجابة أسرع، وجهد تشغيل أقل، وعمر أطول.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

1. س: ما هو الغرض من طرفي الكاثود المشترك (3 و 8)؟
   
   ج: هما متصلان داخليًا. يوفر الطرفان المساعدة في توزيع إجمالي تيار الكاثود (والذي يمكن أن يكون مجموع ما يصل إلى 8 أجزاء)، ويقللان من كثافة التيار في مسارات PCB، ويمكن أن يحسنا التبديد الحراري من العبوة.
2. س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟
   
   ج: لا. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار. لمصدر طاقة 5 فولت وتيار مستهدف 20 مللي أمبير مع V_Fبقيمة 2.6V، ستكون قيمة المقاومة R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω. يجب أن يكون طرف المتحكم الدقيق قادرًا أيضًا على استنزاف أو توفير تيار الجزء المطلوب.
3. س: ماذا تعني "نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1"؟
   
   ج: تعني أن ألمع جزء (أو جهاز) لن يكون أكثر سطوعًا بمرتين من الأقل سطوعًا (أو جهاز) تحت نفس ظروف الاختبار. وهذا يضمن التوحيد البصري عبر الشاشة.
4. س: كيف أحقق السطوع النموذجي البالغ 900 μcd؟
   
   ج: يتم تحديد شدة الإضاءة النموذجية عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير. لتحقيق مستوى السطوع هذا في تصميمك، يجب عليك تشغيل كل جزء بـ 1 مللي أمبير. للحصول على سطوع أعلى، يمكنك زيادة التيار حتى الحد الأقصى للتصنيف المستمر (25 مللي أمبير عند 25°C)، ولكن راجع منحنى I_V-I_Fحيث أن العلاقة ليست خطية.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر رقمي بسيط

يقوم مصمم بإنشاء فولتميتر تيار مستمر من 0 إلى 99 فولت. يحتاج إلى اثنتين من هذه الشاشات. يقرأ محول التناظري إلى الرقمي في المتحكم الدقيق الجهد ويحوله إلى رقمين. يستخدم المصمم تقنية تعدد: يتم إضاءة الرقم 1 (منزلة العشرات) لمدة 5 مللي ثانية، ثم الرقم 2 (منزلة الآحاد) لمدة 5 مللي ثانية، مع التكرار باستمرار. للحفاظ على سطوع ملحوظ جيد خلال دورة عمل 50% لكل رقم، قرروا تشغيل كل جزء بتيار نبضي قدره 15 مللي أمبير (أقل بكثير من تصنيف الذروة البالغ 60 مللي أمبير). يستخدمون ترانزستورًا على جانب الكاثود المشترك لكل رقم، يتم التحكم فيه بواسطة المتحكم الدقيق، ومقاومات تحديد تيار على كل أنود جزء متصل بأطراف منفذ المتحكم الدقيق المكونة كمخرجات. يضمن الوجه الرمادي والأجزاء الخضراء وضوح القراءة حتى في بيئة ورشة عمل مضاءة بشكل معتدل. يختار المصمم قطعًا من نفس فئة شدة الإضاءة لضمان تطابق سطوع الرقمين.

11. مبدأ التشغيل

شاشة العرض المكونة من سبعة أجزاء هي تجميع لسبعة ثنائيات باعثة للضوء (LED) مرتبة في نمط يشبه الرقم ثمانية. يشكل كل LED جزءًا واحدًا (موسومًا من A إلى G). يتم استخدام LED إضافي للنقطة العشرية (DP). من خلال تطبيق انحياز أمامي انتقائي (تشغيل) مجموعات محددة من هذه الأجزاء، يمكن تشكيل أنماط الأرقام من 0 إلى 9. على سبيل المثال، لعرض "7"، يتم إضاءة الأجزاء A و B و C. في تكوين كاثود مشترك مثل هذا، يتم توصيل جميع كاثودات (الأطراف السالبة) لمصابيح LED الأجزاء معًا إلى طرف أو أكثر مشترك. لإضاءة جزء، يتم توصيل طرف الأنود المقابل بجهد موجب (من خلال مقاومة تحديد تيار)، بينما يتم توصيل الكاثود المشترك بالأرض. تبعث مادة أشباه الموصلات AlInGaP الضوء عندما تتحد الإلكترونات مع الفجوات عبر تقاطع p-n للجهاز، مما يطلق الطاقة في شكل فوتونات بطول موجي مميز لفجوة النطاق للمادة، في هذه الحالة، الضوء الأخضر.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل شاشات عرض LED المكونة من سبعة أجزاء منفصلة ذات صلة بتطبيقات محددة، فإن الاتجاهات الأوسع في تكنولوجيا العرض تستحق الملاحظة. هناك تحول عام نحو شاشات عرض مصفوفة النقاط المتكاملة (سواء LED أو LCD/OLED) التي تقدم قدرات أبجدية رقمية ورسومية كاملة في عبوات بحجم مماثل. توفر هذه مرونة أكبر ولكنها تتطلب غالبًا إلكترونيات تشغيل أكثر تعقيدًا. بالنسبة للتطبيقات التي تحتاج فقط إلى أرقام، يظل تنسيق السبعة أجزاء عالي الكفاءة وفعالاً من حيث التكلفة. تستمر التطورات في مواد LED، مثل استخدام AlInGaP في ورقة البيانات هذه، في تحسين الكفاءة والسطوع ونقاء اللون. علاوة على ذلك، أصبحت إصدارات أجهزة التركيب السطحي (SMD) من شاشات العرض المكونة من سبعة أجزاء أكثر شيوعًا، مما يسمح بالتجميع الآلي وعوامل شكل أصغر مقارنة بتصميمات الثقب المار مثل تلك الموصوفة على الأرجح في هذه الوثيقة. تضمن المزايا الأساسية لمصابيح LED - العمر الطويل والمتانة وانخفاض استهلاك الطاقة - بقاءها عنصرًا أساسيًا في تطبيقات المؤشر والقراءة البسيطة في المستقبل المنظور.