ورقة بيانات شاشة LED طراز LTS-4801JG - ارتفاع الرقم 0.4 بوصة - أخضر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-4801JG هي شاشة رقمية أحادية الرقم ذات سبعة أجزاء، تستخدم تقنية أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج الضوء الأخضر. تم تصميمها كجهاز ذو أنود مشترك، مما يعني أن أقطاب الأنود لجميع أجزاء LED متصلة داخليًا وتخرج إلى أطراف توصيل مشتركة، بينما يمكن الوصول إلى قطب الكاثود لكل جزء على حدة. هذا التكوين شائع في تطبيقات شاشات العرض المتعددة. تتميز الشاشة بوجه رمادي مع أجزاء بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. تطبيقها الأساسي هو في المعدات الإلكترونية التي تتطلب قراءة رقمية أحادية واضحة ومشرقة، مثل لوحات الأجهزة، الأجهزة المنزلية، وأجهزة التحكم الصناعية.

1.1 المزايا الأساسية

• السطوع العالي والتباين:يوفر نظام مادة AlInGaP كفاءة إضاءة عالية، مما يؤدي إلى سطوع ممتاز. يعزز تصميم الوجه الرمادي/الأجزاء البيضاء التباين لمظهر أحرف متفوق.
• استهلاك منخفض للطاقة:يعمل الجهاز بتيارات أمامية منخفضة نسبيًا، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو الموفرة للطاقة.
• الموثوقية ذات الحالة الصلبة:كجهاز قائم على LED، فإنه يوفر عمر تشغيلي طويل، ومقاومة للصدمات، وأوقات تبديل سريعة مقارنة بالتقنيات القديمة مثل شاشات العرض المتوهجة أو الفلورية المفرغة.
• الأداء المصنف:يتم تصنيف شدة الإضاءة، مما يسمح بمطابقة سطوع متسقة في شاشات العرض متعددة الأرقام.
• زاوية مشاهدة واسعة:يوفر تصميم العبوة والشريحة زاوية مشاهدة واسعة، مما يضمن سهولة قراءة الشاشة من مواضع مختلفة.
• عبوة خالية من الرصاص:يتوافق الجهاز مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة).

1.2 التطبيقات المستهدفة

هذه الشاشة مخصصة للاستخدام في المعدات الإلكترونية العادية. تشمل التطبيقات النموذجية معدات أتمتة المكاتب (مثل آلات النسخ، الطابعات)، أجهزة الاتصالات، الأجهزة المنزلية (مثل الميكروويف، الأفران، الغسالات)، أدوات القياس والاختبار، ولوحات التحكم الصناعية. لم يتم تصميمها للتطبيقات التي تتطلب موثوقية استثنائية حيث قد يعرض الفشل الحياة أو الصحة للخطر (مثل الطيران، دعم الحياة الطبي) دون استشارة مسبقة وتأهيل.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الظروف.

• تبديد الطاقة لكل جزء:70 ميغاواط. هذه هي أقصى طاقة يمكن تبديدها بواسطة جزء LED واحد دون التسبب في تلف.
• التيار الأمامي الذروي لكل جزء:60 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية) لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
• التيار الأمامي المستمر لكل جزء:25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يجب تخفيض هذا التيار خطيًا بمقدار 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة حرارة المحيط (Ta) فوق 25 درجة مئوية.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يمكن تخزين الجهاز وتشغيله ضمن هذا النطاق الكامل.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات التشغيل النموذجية المقاسة عند Ta=25 درجة مئوية، وتحدد أداء الجهاز تحت الظروف العادية.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):من 320 إلى 850 ميكروكانديلا عند تيار أمامي (I_F) قدره 1 مللي أمبير. يشير هذا النطاق الواسع إلى أن الجهاز مصنف (مقسم إلى فئات) حسب الشدة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):571 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تكون فيه شدة الضوء المنبعث أعلى، في المنطقة الخضراء من الطيف.
• الطول الموجي السائد (λ_d):572 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية، ويتطابق بشكل وثيق مع الطول الموجي الذروي.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (نموذجي). يحدد هذا عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، مما يشير إلى لون أخضر نقي نسبيًا.
• الجهد الأمامي لكل شريحة (V_F):من 2.05 فولت إلى 2.6 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED أثناء التشغيل. يجب أن يأخذ تصميم الدائرة الكهربائية هذا النطاق في الاعتبار.
• التيار العكسي لكل جزء (I_R):بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت. هذه المعلمة لأغراض الاختبار فقط؛ لا يُسمح بتشغيل التحيز العكسي المستمر.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة:بحد أقصى 2:1 للأجزاء داخل \"منطقة الضوء المماثلة\". يضمن هذا التوحيد في المظهر عبر الرقم.
• التداخل الكهرومغناطيسي:المواصفات أقل من 2.5%. يشير هذا إلى الإضاءة غير المرغوب فيها لجزء غير مدفوع بسبب تسرب كهربائي أو اقتران بصري.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن شدة الإضاءة \"مصنفة\". هذا يعني عادةً أن الأجهزة يتم اختبارها وفرزها (تصنيفها) بعد الإنتاج بناءً على ناتج الضوء المقاس عند تيار اختبار قياسي (1 مللي أمبير في هذه الحالة). يضمن التصنيف أن الشاشات المستخدمة معًا في تطبيق متعدد الأرقام ستكون لها سطوع متطابق، مما يمنع ظهور رقم واحد بشكل ملحوظ أكثر خفوتًا أو سطوعًا من جيرانه. يجب على المصممين تحديد أو معرفة فئة الشدة عند الطلب لضمان الاتساق في تطبيقهم.

4. تحليل منحنى الأداء

تشير ورقة البيانات إلى \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية\". بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في مقتطف النص، فإن هذه المنحنيات توضح عادة العلاقة بين المعلمات الرئيسية. بناءً على سلوك LED القياسي، تشمل المنحنيات المتوقعة:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة الأسية بين الجهد الأمامي (V_F) والتيار الأمامي (I_F). سيظهر المنحنى جهد تشغيل حوالي 2 فولت ثم ارتفاع حاد نسبيًا.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (I_Vمقابل I_F):يوضح كيف يزيد ناتج الضوء مع التيار. يكون خطيًا بشكل عام على مدى معين ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية.
• شدة الإضاءة مقابل درجة حرارة المحيط (I_Vمقابل T_a):يوضح انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. هذا اعتبار حاسم للبيئات ذات درجات الحرارة العالية.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر ذروة حول 571-572 نانومتر بعرض حوالي 15 نانومتر عند نصف الشدة القصوى.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يبلغ ارتفاع الرقم في الشاشة 0.4 بوصة (10.0 مم). يوفر الرسم الميكانيكي التفصيلي جميع الأبعاد الحرجة بما في ذلك الطول الإجمالي، العرض، الارتفاع، حجم الجزء وتباعده، ومواقع الأطراف. تشمل الملاحظات الرئيسية من الرسم:

• جميع الأبعاد بالميليمترات مع تسامح عام ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك.
• تسامح انزياح طرف الطرف هو ±0.40 مم.
• قطر فتحة اللوحة المطبوعة الموصى به للأطراف هو 1.10 مم.
• يتم تعريف معايير الجودة للمواد الغريبة، الفقاعات في الجزء، انحناء العاكس، وتلوث حبر السطح.

5.2 توصيل الأطراف ومخطط الدائرة

يحتوي الجهاز على تكوين 10 أطراف في صف واحد. يظهر مخطط الدائرة الداخلية هيكل أنود مشترك. مخطط التوصيل كما يلي: الطرف 1 (كاثود G)، الطرف 2 (كاثود F)، الطرف 3 (أنود مشترك)، الطرف 4 (كاثود E)، الطرف 5 (كاثود D)، الطرف 6 (كاثود النقطة العشرية)، الطرف 7 (كاثود C)، الطرف 8 (أنود مشترك)، الطرف 9 (كاثود B)، الطرف 10 (كاثود A). لاحظ أن هناك طرفي أنود مشترك (3 و 8)، متصلان داخليًا. هذا يسمح بمرونة في تخطيط اللوحة المطبوعة ويمكن أن يساعد في توزيع التيار.

6. إرشادات اللحام والتجميع

6.1 ملف تعريف اللحام الآلي

للحام الموجة أو إعادة التدفق، يتم تحديد الشرط كحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة جسم المكون أثناء التجميع الحد الأقصى لتصنيف درجة حرارته. الالتزام بهذا الملف الشخصي أمر بالغ الأهمية لمنع تلف العبوة البلاستيكية أو الروابط السلكية الداخلية.

6.2 اللحام اليدوي

إذا كان اللحام اليدوي ضروريًا، فيجب تطبيق طرف المكواة على الطرف على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. يجب أن تكون درجة حرارة اللحام 350 درجة مئوية ±30 درجة مئوية، ويجب ألا تتجاوز مدة التلامس 5 ثوانٍ. يؤدي استخدام درجة حرارة أعلى لفترة قصيرة جدًا إلى تقليل نقل الحرارة إلى شرائح LED الحساسة.

7. اعتبارات تصميم التطبيق

يتم تقديم عدة تحذيرات وتوصيات مهمة للتشغيل الموثوق:

• حماية دائرة القيادة:يجب أن تحمي الدائرة مصابيح LED من الفولتية العكسية وارتفاعات الجهد العابرة أثناء التشغيل أو الإيقاف، حيث يمكن أن تسبب هذه فشلاً فوريًا.
• قيادة التيار الثابت:يوصى بهذا بشدة بدلاً من قيادة الجهد الثابت. يضمن مصدر التيار الثابت سطوعًا ثابتًا ويحمي LED من الانحراف الحراري، حيث ينخفض الجهد الأمامي مع زيادة درجة الحرارة.
• مراعاة تباين V_F:يجب تصميم دائرة القيادة لتوصيل التيار المقصود عبر النطاق الكامل للجهد الأمامي (من 2.05 فولت إلى 2.6 فولت لكل شريحة عند 20 مللي أمبير).
• تخفيض تصنيف التيار:يجب اختيار تيار التشغيل المستمر الآمن بعد النظر في أقصى درجة حرارة محيطة للتطبيق، باستخدام عامل التخفيض 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية.
• تجنب التحيز العكسي:يجب تجنب تشغيل التحيز العكسي المستمر تمامًا لأنه يمكن أن يؤدي إلى هجرة المعدن وفشل مبكر للجهاز.

8. اختبار الموثوقية

يخضع الجهاز لسلسلة من اختبارات الموثوقية القياسية لضمان المتانة. تشمل خطة الاختبار:

• اختبار عمر التشغيل (RTOL):1000 ساعة عند أقصى تيار مقنن تحت درجة حرارة الغرفة.
• اختبارات البيئة:التخزين في درجة حرارة/رطوبة عالية (500 ساعة عند 65 درجة مئوية/90-95% رطوبة نسبية)، التخزين في درجة حرارة عالية (1000 ساعة عند 105 درجة مئوية)، التخزين في درجة حرارة منخفضة (1000 ساعة عند -35 درجة مئوية).
• اختبارات الإجهاد:دورة درجة الحرارة (30 دورة بين -35 درجة مئوية و 105 درجة مئوية) والصدمة الحرارية (30 دورة بين -35 درجة مئوية و 105 درجة مئوية).
• اختبارات التوافق مع العمليات:مقاومة اللحام (10 ثوانٍ عند 260 درجة مئوية) وقابلية اللحام (5 ثوانٍ عند 245 درجة مئوية).

تشير هذه الاختبارات إلى المعايير العسكرية (MIL-STD)، والصناعية اليابانية (JIS)، والمعايير الداخلية المعمول بها، مما يوفر ثقة في متانة المكون تحت ظروف التخزين والتشغيل المختلفة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج: لا. الجهد الأمامي حوالي 2.6 فولت كحد أقصى، ومقاومة تحديد التيار التسلسلية إلزامية. سيدمر الاتصال المباشر بـ 5 فولت LED بسبب التيار المفرط. احسب قيمة المقاوم باستخدام R = (V_supply- V_F) / I_F.

س: لماذا هناك طرفي أنود مشترك؟

ج> هما متصلان داخليًا. يسمح هذا التصميم بتوجيه أكثر مرونة للوحة المطبوعة، ويمكن أن يساعد في موازنة التيار إذا كان يتم تشغيل عدة أجزاء في وقت واحد، ويوفر استقرارًا ميكانيكيًا.

س: كيف أحقق سطوعًا موحدًا في شاشة متعددة الأرقام؟

ج> استخدم مشغلات تيار ثابت وتأكد من استخدام شاشات من نفس فئات شدة الإضاءة أو فئات متطابقة بشكل وثيق. نفذ التعددية مع تيار جزء ودورة عمل مناسبة.

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

ج> الطول الموجي الذروي هو الطول الموجي الفيزيائي لأعلى قوة طيفية. الطول الموجي السائد هو نقطة اللون المدركة على مخطط لونية CIE. لمصدر أحادي اللون مثل LED الأخضر هذا، فهما قريبان جدًا.

10. دراسة حالة التصميم

فكر في تصميم شاشة مقياس حرارة رقمية بسيطة باستخدام LTS-4801JG. يستخدم النظام متحكمًا دقيقًا بمخرج متعدد. تشمل خطوات التصميم:

1. اختيار المشغل:اختر دائرة متكاملة لمشغل LED بتيار ثابت أو صمم دوائر ترانزستور منفصلة قادرة على استنزاف تيار الجزء المطلوب (مثل 10-15 مللي أمبير لسطوع جيد).
2. ضبط التيار:حدد تيار التشغيل. على سبيل المثال، يوفر اختيار 10 مللي أمبير سطوعًا جيدًا مع البقاء أقل بكثير من الحد الأقصى 25 مللي أمبير، مما يسمح بهامش لتخفيض درجة الحرارة.
3. مخطط التعددية:قم بتكوين المتحكم الدقيق للدوران عبر الأرقام بسرعة. يتم تشغيل أقطاب الأنود المشتركة بواسطة ترانزستورات PNP (أو مشغلات عالية الجانب) يتم تبديلها بواسطة MCU، بينما يتم توصيل أقطاب الكاثود للأجزاء بمخرجات استنزاف التيار لدائرة المشغل المتكاملة.
4. تخطيط اللوحة المطبوعة:ضع الشاشة على اللوحة، مع التأكد من استخدام الفتحات الموصى بها 1.10 مم. وجه خطي الأنود المشترك بشكل منفصل لموازنة توزيع التيار. حافظ على مسارات خطوط الأجزاء عالية التيار قصيرة وعريضة.
5. إدارة الحرارة:إذا كان سيتم استخدام الجهاز في بيئة ذات درجة حرارة محيطة عالية (مثل >50 درجة مئوية)، أعد حساب الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر باستخدام عامل التخفيض: I_F(max)= 25 مللي أمبير - [0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * (T_a- 25 درجة مئوية)].

11. مقدمة في التقنية والمبدأ

يعتمد LTS-4801JG على تقنية أشباه الموصلات AlInGaP المزروعة على ركيزة GaAs غير شفافة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع p-n، تتحد الإلكترونات والثقوب، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأخضر (~572 نانومتر). تساعد الركيزة غير الشفافة في تحسين التباين عن طريق امتصاص الضوء الشارد. تنسيق السبعة أجزاء هو طريقة قياسية لتمثيل الأرقام الرقمية (0-9) وبعض الأحرف عن طريق إضاءة سبعة أشرطة LED مستقلة (الأجزاء من A إلى G) بالإضافة إلى نقطة عشرية بشكل انتقائي.

12. اتجاهات الصناعة

بينما تظل شاشات السبعة أجزاء حيوية للقراءات الرقمية البسيطة، فإن اتجاه الصناعة هو نحو التكامل والتقليص. هناك استخدام متزايد لحزم الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي. علاوة على ذلك، أصبحت الشاشات أحادية الرقمية المتعددة والشاشات الذكية مع مشغلات متكاملة (I2C، SPI) أكثر شيوعًا لتبسيط تصميم النظام وتقليل عدد المكونات. ومع ذلك، تستمر المكونات المنفصلة أحادية الرقم مثل LTS-4801JG في خدمة التطبيقات الحساسة للتكلفة، والنماذج الأولية، والتصاميم التي تتطلب خصائص ميكانيكية أو بصرية محددة لا توفرها الوحدات المتكاملة. يؤثر الانتقال نحو كفاءة أعلى ونطاق ألوان أوسع في تقنية LED أيضًا على مكونات العرض، على الرغم من أن الكفاءة والموثوقية هما المحركان الأساسيان للشاشات أحادية اللون مثل هذه.