ورقة بيانات شاشة LED طراز LTS-4301JD - ارتفاع الرقم 0.4 بوصة - لون أحمر شديد 650 نانومتر - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-4301JD هي وحدة عرض رقمية أحادية مدمجة وعالية الأداء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام من 0 إلى 9 بصريًا باستخدام التكوين القياسي للسبعة مقاطع، معززة بنقطة عشرية على الجانب الأيمن. تم تصميم الجهاز للتكامل في مجموعة واسعة من المعدات الإلكترونية حيث تكون المساحة وكفاءة الطاقة وسهولة القراءة عوامل حاسمة.

تستخدم الشاشة تقنية أشباه الموصلات المتقدمة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لعناصر الإضاءة الخاصة بها. تم اختيار نظام المادة هذا تحديدًا لكفاءته في إنتاج ضوء أحمر عالي السطوع. يتم تصنيع الرقائق على ركيزة GaAs (زرنيخيد الغاليوم) غير الشفافة، مما يعزز التباين عن طريق منع تشتت الضوء الداخلي وتحسين وضوح المقاطع غير المضاءة. تتميز العبوة بوجه لوحي رمادي مع علامات مقاطع بيضاء، مما يوفر مظهرًا ممتازًا في حالة الإيقاف وتباينًا عاليًا عند إضاءة المقاطع.

تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية لهذا المكون أدوات القياس الصناعية، والأجهزة المنزلية الاستهلاكية، ومعدات الاختبار والقياس، وأنظمة نقاط البيع، وشاشات لوحة القيادة في السيارات. تضمن شدة الإضاءة المصنفة مستويات سطوع متسقة عبر دفعات الإنتاج، وهو أمر حيوي للتطبيقات التي تتطلب أداءً بصريًا موحدًا.

2. التفسير العميق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري تحت ظروف الاختبار القياسية عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. المعلمة الرئيسية، متوسط شدة الإضاءة (Iv)، لها قيمة نموذجية تبلغ 650 ميكروكانديلا (µcd) عند تشغيلها بتيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. الحد الأدنى المحدد هو 200 µcd، مما يضمن مستوى أساسيًا من السطوع. يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح معاير على منحنى استجابة العين الضوئي القياسي لـ CIE (اللجنة الدولية للإضاءة)، مما يضمن أن القيم المبلغ عنها تتوافق مع الإدراك البصري البشري.

ينبعث الجهاز ضوءًا في طيف الأحمر الشديد. طول موجة الانبعاث القصوى (λp) هو نموذجيًا 650 نانومتر (nm). الطول الموجي السائد (λd)، الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا باللون المُدرك، محدد عند 639 نانومتر. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف ونطاق الأطوال الموجية المنبعثة الضيق، مما ينتج عنه لون أحمر مشبع. تم تحديد نسبة مطابقة شدة الإضاءة بحد أقصى 2:1، مما يعني أن فرق السطوع بين أي مقطعين تحت ظروف تشغيل متطابقة لن يتجاوز هذه النسبة، مما يضمن مظهرًا موحدًا للرقم المشكل.

2.2 المعلمات الكهربائية

تحدد الخصائص الكهربائية حدود التشغيل والأداء النموذجي. يتراوح جهد الأمام لكل مقطع (VF) من 2.1 فولت إلى 2.6 فولت عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير جهد كافٍ للتغلب على هذا. تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدودًا صارمة: يجب ألا يتجاوز التيار الأمامي المستمر لكل مقطع 25 مللي أمبير، مع عامل تخفيض خطي قدره 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية. هذا التخفيض بالغ الأهمية لإدارة الحرارة؛ مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، يجب تقليل الحد الأقصى المسموح به للتيار لمنع ارتفاع درجة الحرارة والتلف الدائم.

يُسمح بتيار أمامي ذروة قدره 90 مللي أمبير تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية)، والذي يمكن استخدامه في أنظمة التعدد أو تعزيز السطوع قصير المدى. الحد الأقصى لجهد العكس (VR) لكل مقطع هو 5 فولت؛ تجاوز هذا يمكن أن يتلف وصلة PN الخاصة بـ LED. يتم تحديد تيار العكس (IR) بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق 5 فولت في انحياز عكسي، مما يشير إلى خاصية التسرب للوصلة.

2.3 المعلمات الحرارية والموثوقية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يجعل هذا النطاق الواسع منه مناسبًا للبيئات المعرضة لتغيرات كبيرة في درجة الحرارة. نطاق درجة حرارة التخزين هو نفسه (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية). يقتصر تبديد الطاقة لكل مقطع على 70 ميلي واط. إدارة هذا التبديد من خلال الحد المناسب للتيار، وإذا لزم الأمر، استخدام مشتت حراري، أمر ضروري للموثوقية طويلة المدى. تحدد ورقة البيانات أيضًا ملف درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس، مما يوجه عملية لحام إعادة التدفق.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الأجهزة "مصنفة لشدة الإضاءة". وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بعد التصنيع. على الرغم من عدم تقديم تفاصيل رمز التصنيف المحدد في هذا المقتطف، فإن التصنيف النموذجي لمثل هذه الشاشات يتضمن تجميع الوحدات بناءً على شدة الإضاءة المقاسة عند تيار اختبار قياسي (مثل 1 مللي أمبير). وهذا يضمن أن يحصل العملاء على منتجات ذات مستويات سطوع متسقة. يجب على المصممين الذين يحصلون على هذه المكونات تأكيد هيكل التصنيف المحدد من الشركة المصنعة لضمان أن فئة الشدة المختارة تلبي متطلبات تطبيقهم من حيث التوحيد، خاصة عند استخدام عدة شاشات جنبًا إلى جنب.

4. تحليل منحنى الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية" في الصفحة الأخيرة. على الرغم من عدم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن هذه المنحنيات المضمنة عادةً في أوراق البيانات الكاملة تعتبر حاسمة للتصميم. ستوضح هذه عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا الرسم البياني كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار القيادة. إنه عادةً غير خطي، حيث تنخفض الكفاءة غالبًا عند التيارات العالية جدًا.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:يساعد هذا المنحنى في تصميم دائرة تحديد التيار من خلال إظهار المقاومة الديناميكية لـ LED.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا تخفيض إخراج الضوء مع زيادة درجة الحرارة، وهو أمر حيوي للتطبيقات التي تعمل في ظروف غير محيطة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يؤكد بصريًا مواصفات الطول الموجي القصوى والسائد وعرض النصف الطيفي.

يجب على المهندسين استخدام هذه المنحنيات لتحسين ظروف القيادة لتحقيق توازن بين السطوع والكفاءة والعمر الافتراضي، بدلاً من التشغيل فقط عند التصنيفات القصوى المطلقة.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يتم تقديم الجهاز مع رسم تفصيلي لأبعاد العبوة. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام يبلغ ±0.25 مم (0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك. ارتفاع الرقم في الشاشة هو 0.4 بوصة (10.0 مم). سيحدد الرسم الميكانيكي الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للعبوة، وموضع المقطع والنقطة العشرية، وتباعد الأطراف (دبابيس) وأبعادها، وأي ميزات توجيه أو تحديد. هذه المعلومات ضرورية لإنشاء بصمة PCB، وضمان الملاءمة المناسبة داخل غلاف المنتج، ومحاذاة الشاشة بشكل صحيح على اللوحة.

6. توصيل الدبابيس والدائرة الداخلية

جهاز LTS-4301JD هو جهاز كاثود مشترك. يتم توفير مخطط توصيل الدبابيس بشكل صريح:

1. الدبوس 1: الأنود G (المقطع G)
2. الدبوس 2: الأنود F (المقطع F)
3. الدبوس 3: الكاثود المشترك
4. الدبوس 4: الأنود E (المقطع E)
5. الدبوس 5: الأنود D (المقطع D)
6. الدبوس 6: الأنود D.P. (النقطة العشرية)
7. الدبوس 7: الأنود C (المقطع C)
8. الدبوس 8: الكاثود المشترك
9. الدبوس 9: الأنود B (المقطع B)
10. الدبوس 10: الأنود A (المقطع A)

وجود دبوسي كاثود مشترك (3 و 8) هو نموذجي، ويعمل على تقليل كثافة التيار في العبوة وتحسين الموثوقية. يُظهر مخطط الدائرة الداخلية أن جميع أنودات المقاطع (من A إلى G و DP) معزولة كهربائيًا عن بعضها البعض، بينما تتصل كاثوداتها معًا داخليًا بدبوسي الكاثود المشترك. يتطلب هذا التكوين من دائرة القيادة توفير تيار لأنودات المقاطع الفردية وتصريف التيار المجمع من خلال اتصال (اتصالات) الكاثود المشترك.

7. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الرئيسي للتجميع المقدم هو حد درجة حرارة اللحام: يمكن للمكون تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. هذا هو مرجع ملف تعريف إعادة التدفق القياسي لـ IPC. للتجميع:

• استخدم ملف تعريف إعادة تدفق موصى به للحام الخالي من الرصاص (كما هو موضح بدرجة حرارة الذروة 260 درجة مئوية).
• تأكد من أن تصميم وسادة PCB يتطابق مع أبعاد العبوة لتجنب الانقلاب أو سوء المحاذاة.
• تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء التعامل. يجب عدم لمس العدسة البلاستيكية مباشرة بأدوات ملوثة.
• اتبع احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء التعامل والتجميع لحماية وصلات أشباه الموصلات.
• الالتزام بنطاق درجة حرارة التخزين المحدد (-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) وظروف الرطوبة قبل الاستخدام.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية لأي جهاز يتطلب قراءة رقمية واحدة عالية الوضوح. تشمل التطبيقات الشائعة: موازين الحرارة/الرطوبة الرقمية، وعروض المؤقتات والعدادات، وقراءات مقاييس الجهد/التيار، ولوحات تحكم الأجهزة (مثل الأفران، أفران الميكروويف)، وعروض الآلات الحاسبة الأساسية، ومؤشرات رموز الحالة على معدات الشبكة أو الصناعية.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومًا محددًا للتيار على التوالي مع كل أنود مقطع. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R = (Vsupply - VF) / IF، حيث VF هو جهد الأمام (استخدم القيمة القصوى للسلامة) و IF هو تيار التشغيل المطلوب (لا يتجاوز التصنيف المستمر).
• التعدد الزمني:للتطبيقات متعددة الأرقام التي تستخدم عدة شاشات من هذا النوع، فإن نظام القيادة المتعدد هو المعيار. يتضمن ذلك تشغيل كاثود مشترك لرقم واحد في كل مرة بشكل تسلسلي أثناء تقديم بيانات المقطع لذلك الرقم. يسمح تصنيف تيار الذروة بتيارات نابضة أعلى في هذا الوضع، ولكن يجب إدارة دورة العمل ومتوسط التيار للبقاء ضمن حدود تبديد الطاقة المستمرة.
• واجهة المتحكم الدقيق:يمكن تشغيل الشاشة بسهولة من خلال دبابيس GPIO الخاصة بالمتحكم الدقيق، غالبًا من خلال دائرة متكاملة قائدة أو مصفوفة ترانزستورات للتعامل مع متطلبات التيار الأعلى، خاصة للكاثود المشترك.
• زاوية المشاهدة:تدعي ورقة البيانات وجود زاوية مشاهدة واسعة. للحصول على أفضل وضع، ضع في اعتبارك خطوط الرؤية الأساسية للمستخدم النهائي بالنسبة للشاشة المثبتة.

9. المقارنة والتمييز التقني

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم) LEDs الحمراء، تقدم تقنية AlInGaP في LTS-4301JD كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار الإدخال أو سطوع مكافئ بطاقة أقل. يحسن استخدام الركيزة غير الشفافة التباين مقارنة بالأجهزة على ركائز شفافة، حيث يمنع الانبعاث غير المرغوب فيه من جوانب الرقاقة. يواجه الوجه الرمادي مع المقاطع البيضاء مظهرًا احترافيًا عالي التباين حتى عند عدم التشغيل، وهو أفضل من الشاشات ذات الوجه الأسود بالكامل أو الشفاف في العديد من ظروف الإضاءة المحيطة. يملأ ارتفاع الرقم 0.4 بوصة مكانة محددة بين الشاشات الأصغر والأقل قابلية للقراءة والشاشات الأكبر والأكثر استهلاكًا للطاقة.

10. الأسئلة الشائعة بناءً على المعايير التقنية

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

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع كل مقطع. لمصدر طاقة 5 فولت وتيار مطلوب قدره 20 مللي أمبير، باستخدام أقصى VF وهو 2.6 فولت، ستكون قيمة المقاومة (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 أوم. تحقق دائمًا من قدرة دبوس المتحكم الدقيق على توفير التيار.

س: ماذا يعني "كاثود مشترك" لتصميم دوارتي؟

ج: يعني أن جميع الكاثودات (الجوانب السالبة) لمقاطع LED متصلة معًا داخل العبوة. لإضاءة مقطع، تقوم بتطبيق جهد موجب (من خلال مقاوم) على دبوس الأنود المحدد الخاص به وتوصيل دبوس (دبابيس) الكاثود المشترك بالأرض (0 فولت).

س: الحد الأقصى للتيار المستمر هو 25 مللي أمبير، لكن حالة الاختبار لـ VF تستخدم 20 مللي أمبير. أي منهما يجب أن أستخدم؟

ج: 20 مللي أمبير هي حالة اختبار قياسية ونقطة تشغيل نموذجية آمنة توفر سطوعًا جيدًا مع الحفاظ على العمر الافتراضي. يمكنك التشغيل حتى 25 مللي أمبير إذا كنت بحاجة إلى سطوع أعلى، ولكن يجب عليك الالتزام الصارم بدرجة الحرارة المحيطة وقواعد التخفيض. قد يؤدي التشغيل عند التصنيف الأقصى أو بالقرب منه إلى تقليل عمر التشغيل الافتراضي.

س: لماذا يوجد دبوسا كاثود مشترك؟

ج: للتماثل الميكانيكي ولتوزيع إجمالي تيار الكاثود (وهو مجموع التيارات من جميع المقاطع المضاءة) عبر دبوسين. هذا يقلل من كثافة التيار لكل دبوس، ويحسن الموثوقية، ويمكن أن يجعل تخطيط PCB أسهل.

11. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم قراءة فولتميتر رقمي بسيط.

يقوم مصمم بإنشاء فولتميتر تيار مستمر من 0 إلى 5 فولت. يتم توصيل محول من التناظري إلى الرقمي (ADC) بمخرج 3 أرقام بمتحكم دقيق. يحول برنامج الثبات للمتحكم الدقيق القراءة الرقمية إلى رقم مكون من 3 أرقام (مثل 4.23V). لعرض هذا، يتم استخدام ثلاث وحدات من LTS-4301JD. يستخدم التصميم التعدد الزمني. يستخدم المتحكم الدقيق منفذًا لتشغيل أنودات المقاطع (من A إلى G، DP) لجميع الشاشات الثلاث بالتوازي. يتم استخدام ثلاثة ترانزستورات NPN (أو دائرة متكاملة قائدة مخصصة) لتصريف التيار من خلال الكاثود المشترك لكل رقم، واحدًا تلو الآخر، في تسلسل سريع (مثل 100 هرتز لكل رقم). يقوم برنامج الثبات بمزامنة بيانات المقطع مع كاثود الرقم النشط. يتم وضع مقاومات تحديد التيار على كل من خطوط المقاطع الثمانية. يضمن السطوع العالي والتباين وضوح القراءة حتى في البيئات المضاءة جيدًا. تضمن شدة الإضاءة المصنفة ظهور جميع الأرقام الثلاثة بنفس السطوع.

12. مقدمة المبدأ

شاشة السبعة مقاطع هي شكل من أشكال جهاز العرض الإلكتروني يتكون من سبعة ثنائيات باعثة للضوء (LEDs) مرتبة في نمط مستطيل على شكل الرقم ثمانية. يسمى كل LED مقطعًا لأنه يشكل جزءًا من رقم عند إضاءته. من خلال تشغيل مجموعات محددة من هذه المقاطع السبعة بشكل انتقائي، يمكن للشاشة تمثيل الأرقام العشرية العشرة (0-9) وبعض الأحرف السداسية عشرية (A, b, C, d, E, F). غالبًا ما يتم تضمين LED إضافي للنقطة العشرية (DP). تنفذ LTS-4301JD هذا المبدأ باستخدام مادة أشباه الموصلات AlInGaP. عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز جهد وصلة الثنائي عبر أنود وكاثود المقطع، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء) عند طول موجي تحدده فجوة النطاق للمادة - في هذه الحالة، حوالي 650 نانومتر (أحمر). تمتص الركيزة غير الشفافة الفوتونات الضالة، مما يعزز التباين.

13. اتجاهات التطور

يتبع تطور شاشات السبعة مقاطع الاتجاهات الأوسع في البصريات الإلكترونية. بينما يظل الشكل الأساسي للسبعة مقاطع مفيدًا بشكل دائم للقراءات الرقمية، تستمر التكنولوجيا الأساسية في التقدم. هناك دفع مستمر نحو كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية)، مما يحسن كفاءة الطاقة ويسمح بتشغيل طاقة أقل أو زيادة السطوع. أتاحت ألوان أوسع وتطوير LEDs خضراء وزرقاء أكثر كفاءة تعتمد على مواد مثل InGaN (نتريد إنديوم الغاليوم) أن تصبح شاشات المصفوفة النقطية متعددة الألوان والأرقام أكثر شيوعًا، على الرغم من أن السبعة مقاطع تظل مهيمنة على التطبيقات الرقمية البحتة بسبب بساطتها وفعاليتها من حيث التكلفة. التكامل هو اتجاه آخر، حيث يتم دمج إلكترونيات القيادة والمتحكمات الدقيقة، وأحيانًا حتى أجهزة الاستشعار، في وحدات "شاشة ذكية". ومع ذلك، تحتفظ المكونات المنفصلة مثل LTS-4301JD بمكانة قوية في التصميمات التي تتطلب مرونة أو خصائص أداء محددة أو تحسين التكلفة على نطاق واسع.