ورقة بيانات شاشة LED LTS-4301SW - ارتفاع الرقم 0.4 بوصة - شرائح بيضاء - واجهة سوداء - كاثود مشترك - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-4301SW هي وحدة عرض أبجدية رقمية مكونة من رقم واحد وسبعة شرائح، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام من 0 إلى 9 وبعض الحروف بصريًا من خلال إضاءة شرائح LED السبعة الفردية (المُصنفة من A إلى G) ونقطة عشرية اختيارية (D.P.) بشكل انتقائي. تم تصنيع الجهاز باستخدام رقائق LED بيضاء من نوع InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد)، والتي تم تركيبها خلف قناع مجزأ لتشكيل عناصر الأحرف. تتميز الشاشة بواجهة سوداء، توفر خلفية عالية التباين للشرائح البيضاء المضاءة، مما يعزز بشكل كبير قابلية القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة. هذا المزيج فعال بشكل خاص في التطبيقات التي تكون فيها قابلية القراءة من مسافة أو في ضوء المحيط أمرًا بالغ الأهمية.

تشمل المزايا الأساسية لهذه الشاشة مظهر الأحرف الممتاز، الذي يتحقق من خلال شرائح موحدة ومستمرة تشكل شكل رقم متماسك. توفر إخراج سطوع عالي، حيث تصل الشدة الضوئية النموذجية إلى 28,000 ميللي كانديلا (mcd) لكل شريحة تحت ظروف الاختبار القياسية، مما يضمن الرؤية حتى في البيئات المضاءة بشكل ساطع. تسمح زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة (2\u03c6_1/2) بوضوح القراءة من مواقع خارج المحور، مما يجعلها مناسبة لأجهزة القياس اللوحية، والأجهزة، والأجهزة المنزلية الاستهلاكية، ولوحات التحكم الصناعية حيث قد لا تكون زاوية المشاهدة مباشرة أمامية. علاوة على ذلك، يساهم متطلب الطاقة المنخفض لكل شريحة في تصميمات موفرة للطاقة.

1.1 التفسير العميق الموضوعي للمعايير التقنية

1.1.1 الخصائص الضوئية والبصرية

المعيار الضوئي الرئيسي هو متوسط الشدة الضوئية (I_V). بالنسبة لرقائق InGaN البيضاء المستخدمة، تبلغ القيمة النموذجية 28,000 ميللي كانديلا (mcd) عند تشغيلها بتيار أمامي (I_F) قدره 10 مللي أمبير. الحد الأدنى المحدد للقيمة هو 13,700 mcd. يتم قياس هذه المعلمة باستخدام مزيج من المستشعر والمرشح الذي يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن ارتباط السطوع المُبلغ عنه بالإدراك البصري البشري. يتم تعريف زاوية المشاهدة الواسعة البالغة 130 درجة على أنها الزاوية الكاملة التي تنخفض عندها الشدة الضوئية إلى نصف قيمتها القصوى (على المحور). هذا المواصفة حاسم لتحديد مخروط المشاهدة الفعال للمستخدم النهائي.

إحداثيات اللون مُعطاة كـ x=0.294 و y=0.286 (تم قياسها عند I_F=5mA). تحدد هذه الإحداثيات على مخطط لونية CIE 1931 نقطة البياض للضوء المنبعث. تشير القيم المُقدمة إلى درجة حرارة لون بيضاء باردة. نسبة مطابقة الشدة الضوئية للمناطق الضوئية المماثلة محددة بحد أقصى 2:1. وهذا يعني أن فرق السطوع بين أضعف وألمع شريحة/رقاقة تحت ظروف التشغيل المتطابقة يجب ألا يتجاوز عامل اثنين، مما يضمن مظهرًا موحدًا للرقم المضاء.

1.1.2 المعايير الكهربائية

الجهد الأمامي (V_F) لكل رقاقة LED يقيس عادة 3.15 فولت، مع نطاق من 2.70 فولت إلى 3.15 فولت عند تيار اختبار قدره 5 مللي أمبير. يجب على المصممين مراعاة انخفاض الجهد هذا عند تصميم دائرة القيادة. يتم تحديد التيار العكسي (I_R) بحد أقصى 10 \u00b5A عند تطبيق انحياز عكسي بقيمة 5 فولت، مما يشير إلى خاصية التسرب في تقاطع LED.

تحدد التصنيفات القصوى المطلقة الحدود التشغيلية. التيار الأمامي المستمر لكل شريحة هو 20 مللي أمبير عند 25\u00b0C، مع عامل تخفيض قدره 0.25 مللي أمبير/\u00b0C. وهذا يعني أن التيار المستمر المسموح به ينخفض خطيًا مع ارتفاع درجة حرارة المحيط (T_a) فوق 25\u00b0C لمنع التلف الحراري. على سبيل المثال، عند 85\u00b0C، سيكون الحد الأقصى للتيار المستمر هو 20 مللي أمبير - ((85-25) * 0.25 مللي أمبير) = 5 مللي أمبير. تيار الذروة الأمامي، المنطبق على التشغيل النبضي (1 كيلو هرتز، دورة عمل 10%)، هو 60 مللي أمبير. الحد الأقصى لتبديد الطاقة لكل شريحة هو 115 ملي واط.

1.1.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35\u00b0C إلى +105\u00b0C. نطاق درجة حرارة التخزين مماثل. تشير هذه النطاقات الواسعة إلى متانة الاستخدام في البيئات المعرضة لتغيرات كبيرة في درجة الحرارة. تم تحديد حالة اللحام على أنها 260\u00b0C لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى جلوس المكون. الالتزام بهذا الملف الشخصي أمر بالغ الأهمية أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمنع تلف رقائق LED أو الغلاف البلاستيكي من الحرارة الزائدة.

1.2 المعلومات الميكانيكية والتعبئة

يبلغ ارتفاع الرقم في الشاشة 0.4 بوصة (10.0 مم). يتم توفير أبعاد العبوة بالمليمترات. تشمل الملاحظات الميكانيكية الرئيسية: جميع التسامحات الأبعاد هي \u00b10.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك، وتسامح انزياح طرف الدبوس هو +0.4 مم، والذي يشير إلى السماح باختلال محاذاة أطراف الدبابيس. يستخدم الجهاز تكوين كاثود مشترك. وهذا يعني أن جميع الكاثودات (الأطراف السالبة) لشرائح LED الفردية متصلة داخليًا بدبوس واحد أو اثنين مشتركين (الدبابيس 3 و 8)، بينما يحتوي كل أنود شريحة (الطرف الموجب) على دبوس مخصص خاص به. يبسط هذا التكوين عادةً عملية التعددية (Multiplexing) في الشاشات متعددة الأرقام ويمكن أن يؤثر على اختيار دائرة القيادة المتكاملة (IC).

1.2.1 توصيل الدبابيس والدائرة الداخلية

توزيع الدبابيس كما يلي: الدبوس 1: أنود G، الدبوس 2: أنود F، الدبوس 3: كاثود مشترك، الدبوس 4: أنود E، الدبوس 5: أنود D، الدبوس 6: أنود D.P. (النقطة العشرية)، الدبوس 7: أنود C، الدبوس 8: كاثود مشترك، الدبوس 9: أنود B، الدبوس 10: أنود A. لاحظ أن هناك دبوسين كاثود مشتركين (3 و 8)، متصلان داخليًا. يساعد تصميم الدبوس المزدوج هذا في توزيع التيار ويمكن أن يحسن الموثوقية. يظهر مخطط الدائرة الداخلية كل من الثمانية مصابيح LED (سبعة شرائح بالإضافة إلى النقطة العشرية) مع أنودها المتصل بالدبوس المعني وجميع الكاثودات مربوطة معًا بدبابيس الكاثود المشتركة.

1.3 إرشادات اللحام والتجميع

طريقة التجميع الأساسية هي لحام إعادة التدفق (Reflow). توفر ورقة البيانات ملف تعريف إعادة تدفق موصى به، يحدد درجة حرارة ذروة قدرها 260\u00b0C. المعيار الحاسم هو أن درجة حرارة جسم المكون يجب ألا تتجاوز الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها أثناء التجميع. تنص الحالة صراحةً على اللحام عند 260\u00b0C لمدة 3 ثوانٍ عند القياس عند نقطة على بعد 1/16 بوصة أسفل مستوى الجلوس. هذا الإرشاد ضروري لمهندسي العمليات لإعداد سرعة ناقل فرن إعادة التدفق ودرجات حرارة المناطق بشكل صحيح لتجنب الصدمة الحرارية أو تدهور المواد مع ضمان وصلة لحام موثوقة.

1.4 اقتراحات التطبيق

1.4.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية لأي جهاز يتطلب قراءة رقمية واضحة لرقم واحد. تشمل التطبيقات الشائعة: أجهزة القياس اللوحية للجهد، التيار، أو درجة الحرارة؛ المؤقتات والعدادات؛ الأجهزة المنزلية مثل الأفران، أفران الميكروويف، أو الغسالات؛ معدات الاختبار والقياس؛ لوحات التحكم الصناعية؛ والأجهزة الطبية. يجعلها التباين العالي والسطوع العالي مناسبة للتطبيقات التي قد يتم فيها عرض الشاشة من مسافة أو في ظروف إضاءة محيطية عالية.

1.4.2 اعتبارات التصميم

عند دمج شاشة LTS-4301SW، يجب على المصممين مراعاة تحديد التيار. المقاوم التسلسلي إلزامي لكل أنود شريحة (أو دائرة قيادة منظمة للتيار) لضبط التيار الأمامي إلى المستوى المطلوب، عادةً بين 5-20 مللي أمبير، اعتمادًا على السطوع المطلوب والبيئة الحرارية. يجب احترام منحنى تخفيض التيار الأمامي إذا كان من المتوقع أن تكون درجة حرارة المحيط التشغيلية مرتفعة. يتطلب تكوين الكاثود المشترك من دائرة القيادة أن تستنزف التيار. عند استخدام التعددية لأرقام متعددة (على الرغم من أن هذه وحدة رقمية واحدة، إلا أن المبدأ ينطبق على الأنظمة التي تستخدم عدة وحدات)، هناك حاجة إلى دائرة قيادة متكاملة (IC) مناسبة قادرة على توفير التيار للأنودات واستنزاف تيار الكاثود المجمع. يجب أن يضمن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مسارات طاقة نظيفة لتقليل الضوضاء.

1.5 المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بشاشات الرقم الواحد المماثلة، يقدم استخدام شاشة LTS-4301SW لتقنية LED البيضاء من نوع InGaN مزايا على التقنيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء GaAsP أو الضوء الأبيض المرشح. توفر مصابيح LED من نوع InGaN عمومًا كفاءة وسطوعًا أعلى. الواجهة السوداء مع الشرائح البيضاء هي مُميز رئيسي عن الشاشات ذات الواجهة الرمادية أو الفاتحة، حيث تقدم نسبة تباين فائقة، وهو عامل حاسم لقابلية القراءة. تضمن نسبة مطابقة الشدة الضوئية المحددة (2:1) تجانس الشرائح، وهو ما لا يتم ضمانه دائمًا في الشاشات منخفضة التكلفة. كما يجعل نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-35\u00b0C إلى +105\u00b0C) الشاشة أكثر متانة للتطبيقات الصناعية أو الخارجية مقارنة بالشاشات ذات النطاق الأضيق.

1.6 الأسئلة الشائعة بناءً على المعايير التقنية

س: ما هو الغرض من دبوسي الكاثود المشتركين (3 و 8)؟

ج: إنهما متصلان داخليًا. يساعد وجود دبوسين في توزيع تيار الكاثود الكلي (وهو مجموع التيارات من جميع الشرائح المضاءة) عبر وصلة لحامين ومسارين في لوحة الدوائر المطبوعة، مما يحسن قدرة التعامل مع التيار، والأداء الحراري، وموثوقية الاتصال الميكانيكي.

س: كيف أحسب قيمة المقاوم التسلسلي لشريحة؟

ج: استخدم قانون أوم: R = (V_المصدر- V_F) / I_F. على سبيل المثال، مع مصدر طاقة 5 فولت، V_Fنموذجي بقيمة 3.15 فولت، و I_Fمطلوب بقيمة 10 مللي أمبير: R = (5 - 3.15) / 0.01 = 185 أوم. استخدم القيمة القياسية الأقرب (مثل 180 أو 200 أوم). ضع دائمًا في الاعتبار تصنيف الطاقة: P = I_F²* R.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من دبوس متحكم دقيق (MCU)؟

ج: يعتمد ذلك على قدرة دبوس المتحكم الدقيق على توفير التيار. قد يوفر دبوس MCU نموذجي 20-25 مللي أمبير، وهو ما يكفي لشريحة واحدة بكامل التيار. ومع ذلك، فإن تشغيل عدة شرائح أو الكاثود المشترك (الذي يستنزف مجموع تيارات جميع الشرائح) عادةً ما يتجاوز قدرة دبوس واحد. يوصى بشدة باستخدام دوائر قيادة متكاملة (IC) مخصصة (مثل سجل الإزاحة 74HC595 مع مقاومات تحديد التيار، أو دائرة قيادة LED ثابتة التيار) للتشغيل الموثوق والآمن.

س: ماذا يعني \"مصنف للشدة الضوئية\"؟

ج: يعني ذلك أنه أثناء التصنيع، قد يتم اختبار رقائق LED أو الشاشات النهائية وفرزها (وضعها في صناديق) بناءً على شدة ضوئها المقاسة. يسمح ذلك للعملاء باختيار أجزاء بنطاق سطوع محدد لتحقيق الاتساق في منتجهم، خاصة عند استخدام شاشات متعددة.

1.7 حالة تصميم واستخدام عملية

فكر في تصميم مقياس حرارة رقمي بسيط بقراءة من 0-9\u00b0C. ستقوم شاشة LTS-4301SW واحدة بعرض رقم الآحاد. سيتم معالجة الإخراج الرقمي لمستشعر درجة الحرارة بواسطة متحكم دقيق. سيقوم المتحكم الدقيق بفك تشفير قيمة الرقم (0-9) إلى نمط الشريحة المقابل (على سبيل المثال، للرقم '5'، تكون الشرائح A، F، G، C، D مضاءة). سيستخدم المتحكم الدقيق موسع منفذ أو سجل إزاحة لتوفير التيار لأنودات الشرائح (الدبابيس 1،2،4،5،6،7،9،10) من خلال مقاومات تحديد التيار. سيتم توصيل الكاثود المشترك (الدبابيس 3 و 8) بدبوس أرضي قادر على استنزاف التيار الكلي (على سبيل المثال، 8 شرائح * 10 مللي أمبير = 80 مللي أمبير)، مما قد يتطلب ترانزستور. تضمن الواجهة السوداء أن الرقم '5' يمكن قراءته بسهولة على لوحة الجهاز.

1.8 مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل شاشة السبعة شرائح على مبدأ بسيط: فهي مجموعة من سبعة أشرطة LED (شرائح) يتم التحكم فيها بشكل مستقل ومرتبة في نمط يشبه الرقم ثمانية. من خلال تشغيل مجموعات محددة من هذه الشرائح، يمكن تشكيل جميع الأرقام العشرية العشرة (0-9). على سبيل المثال، لعرض الرقم '7'، يتم إضاءة الشرائح A، B، و C. النقطة العشرية هي LED منفصل إضافي. كهربائيًا، كل شريحة هي LED قياسي بأنود وكاثود. في النوع ذو الكاثود المشترك مثل LTS-4301SW، جميع الكاثودات متصلة معًا بمصدر مشترك. لإضاءة شريحة، يتم تطبيق جهد موجب (من خلال مقاوم تحديد تيار) على دبوس الأنود المحدد الخاص بها، بينما يتم توصيل الكاثود المشترك بالأرضي، مكملًا الدائرة.

1.9 اتجاهات وتطورات التكنولوجيا

كان الاتجاه في شاشات السبعة شرائح نحو كفاءة أعلى، وسطوع أعلى، والتقليص. الانتقال من مصابيح LED الملونة التقليدية (الحمراء، الخضراء) إلى مصابيح LED البيضاء المحولة بالفوسفور (مثل الرقاقة القائمة على InGaN في هذه الشاشة) يسمح بمظهر محايد وعالي التباين مناسب لمزيد من التطبيقات. هناك أيضًا اتجاه نحو عبوات الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) للتجميع الآلي، على الرغم من أن الأنواع ذات الثقب المار مثل هذه تظل شائعة للنماذج الأولية، والإصلاح، والتطبيقات التي تتطلب اتصالات ميكانيكية قوية. التكامل هو اتجاه آخر، حيث يتم دمج إلكترونيات القيادة وأحيانًا المتحكمات الدقيقة مع وحدة العرض نفسها، مما يقلل من عدد المكونات الخارجية. علاوة على ذلك، تؤدي التطورات في المواد إلى زوايا مشاهدة أوسع وأداء محسن على نطاقات درجة حرارة ممتدة.