ورقة بيانات شاشة LED طراز LTS-4801JD - ارتفاع الرقم 0.39 بوصة - لون أحمر شديد AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTS-4801JD هي وحدة عرض رقمية أحادية ذات سبعة مقاطع عالية الأداء، مصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة ومشرقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأرقام من 0 إلى 9 وبعض الحروف بصريًا باستخدام مقاطع LED قابلة للعنونة بشكل فردي. تم تصميم الجهاز ليكون موثوقًا وسهل التكامل في الأنظمة الإلكترونية المختلفة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم هذه الشاشة عدة مزايا رئيسية تجعلها مناسبة لمجموعة من التطبيقات. تشمل فوائدها الأساسية مظهرًا ممتازًا للأحرف مع مقاطع متجانسة ومستمرة، وسطوعًا وتباينًا عاليين لرؤية فائقة حتى في ظروف الإضاءة الجيدة، وزاوية مشاهدة واسعة تضمن إمكانية القراءة من مواقع مختلفة. علاوة على ذلك، تتميز بمتطلبات طاقة منخفضة وموثوقية عالية للحالة الصلبة، مما يساهم في عمر تشغيلي طويل وكفاءة في استهلاك الطاقة. يتم تصنيف الجهاز وفقًا للشدة الضوئية، مما يوفر اتساقًا في مستويات السطوع. يشمل السوق المستهدف لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، والأجهزة الاستهلاكية، ولوحات عدادات السيارات (الشاشات الثانوية)، وأي نظام مدمج يتطلب شاشة رقمية مدمجة وموثوقة.

2. تعمق في المواصفات الفنية

يتم تعريف أداء شاشة LTS-4801JD بمجموعة من المعلمات الكهربائية والبصرية الدقيقة التي يجب على المصممين أخذها في الاعتبار لتنفيذ صحيح.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

الأداء البصري هو محور وظيفتها. يستخدم الجهاز رقائق LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم) ذات اللون الأحمر الشديد. يتميز خرج الضوء بشدة إضاءة متوسطة نموذجية (Iv) تتراوح من 200 إلى 650 ميكروكانديلا (μcd) عند تشغيله بتيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير. يتم تعريف اللون بطول موجة انبعاث ذروة (λp) يبلغ 650 نانومتر (nm) وطول موجة مهيمن (λd) يبلغ 639 نانومتر، وكلاهما مقاس عند IF=20 مللي أمبير. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 20 نانومتر، مما يشير إلى لون أحمر نقي نسبيًا. يتم تحديد مطابقة الشدة الضوئية بين المقاطع بنسبة قصوى 2:1، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر الرقم.

2.2 المعلمات الكهربائية

تضمن المواصفات الكهربائية التشغيل الآمن والفعال. تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود التشغيل: تبديد الطاقة لكل مقطع هو 70 ميلي واط، التيار الأمامي الذروي لكل مقطع هو 90 مللي أمبير (عند دورة عمل 1/10، وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية)، والتيار الأمامي المستمر لكل مقطع هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع تخفيض خطي بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية. أقصى جهد عكسي لكل مقطع هو 5 فولت. في ظل ظروف التشغيل النموذجية (Ta=25°C، IF=20mA)، يتراوح الجهد الأمامي لكل مقطع (VF) من 2.1 فولت إلى 2.6 فولت. التيار العكسي (IR) هو بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند VR=5 فولت.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ونفس نطاق درجة حرارة التخزين. يجعل هذا النطاق الواسع الجهاز مناسبًا للبيئات المعرضة لتغيرات كبيرة في درجة الحرارة. يحدد تصنيف درجة حرارة اللحام أن الجهاز يمكنه تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 0.116 بوصة (أو حوالي 2.95 مم) أسفل مستوى الجلوس، وهي معلومات بالغة الأهمية لعملية التجميع.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب الشدة الضوئية." وهذا يعني تطبيق نظام تصنيف، على الأرجح بناءً على الشدة الضوئية المتوسطة المقاسة (Iv) في حالة الاختبار القياسية (IF=1mA). ستجمع التصنيفات الأجهزة ذات مستويات خرج الضوء المتشابهة (مثل 200-350 μcd، 350-500 μcd، 500-650 μcd). وهذا يسمح للمصممين باختيار قطع ذات سطوع متسق للشاشات متعددة الأرقام أو التطبيقات التي تكون فيها مطابقة السطوع حرجة. نسبة مطابقة الشدة الضوئية القصوى 2:1 المحددة هي ضمان أداء داخل جهاز واحد، بينما يضمن نظام التصنيف الاتساق عبر أجهزة متعددة.

4. تحليل منحنيات الأداء

في حين أن مقتطف ورقة البيانات المقدم يشير إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية"، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا الجهاز ستوضح بيانيًا العلاقات الرئيسية الحيوية للتصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

سيظهر منحنى I-V النموذجي العلاقة الأسية بين التيار الأمامي (IF) والجهد الأمامي (VF) لرقائق LED من نوع AlInGaP. سيبدأ المنحنى في التوصيل بشكل ملحوظ حول 1.8-2.0 فولت ويظهر ميلًا حادًا نسبيًا في نطاق التشغيل العادي (مثل 5-30 مللي أمبير)، مع زيادة VF إلى النطاق النموذجي 2.1-2.6 فولت عند 20 مللي أمبير. هذا المنحنى ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار.

4.2 الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي

هذا المنحنى حاسم للتحكم في السطوع. سيظهر عادةً أن الشدة الضوئية (Iv) تزداد تقريبًا بشكل خطي مع التيار الأمامي (IF) على مدى نطاق كبير قبل أن تصل إلى التشبع عند تيارات عالية جدًا. يحدد ميل هذا الخط الكفاءة (لومن لكل واط أو كانديلا لكل أمبير). يستخدم المصممون هذا لاختيار تيار التشغيل اللازم لتحقيق مستوى السطوع المطلوب.

4.3 الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة

ينخفض خرج ضوء LED مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. سيظهر منحنى التخفيض الشدة الضوئية النسبية كدالة لدرجة الحرارة المحيطة (Ta) أو درجة حرارة التقاطع (Tj). بالنسبة لمصابيح LED من نوع AlInGaP، يمكن أن ينخفض الناتج بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في الإدارة الحرارية والتصميمات المخصصة للبيئات عالية الحرارة.

4.4 التوزيع الطيفي

سيظهر رسم بياني لتوزيع القدرة الطيفية الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، متمركزًا حول ذروة 650 نانومتر. يشير عرض النصف الطيفي البالغ 20 نانومتر إلى عرض هذه الذروة عند نصف شدتها القصوى، مما يؤكد الطبيعة أحادية اللون للضوء الأحمر.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتم تعريف البناء الفيزيائي لشاشة LTS-4801JD للتكامل الميكانيكي.

5.1 الأبعاد ورسم المخطط التفصيلي

يبلغ ارتفاع الرقم في العبوة 0.39 بوصة (10.0 مم). يحدد الرسم التفصيلي ذو الأبعاد (المشار إليه في ورقة البيانات) الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للعبوة، وأبعاد وتباعد المقاطع، وتباعد وطول الأطراف (السنون)، وموقع الفاصلة العشرية اليمنى. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذا الرسم ضروري لإنشاء بصمة PCB وضمان الملاءمة المناسبة داخل الغلاف.

5.2 توصيل الأطراف وتحديد القطبية

يحتوي الجهاز على تكوين 10 أطراف. يتميز ببنية الأنود المشترك، مما يعني أن أنودات جميع مقاطع LED متصلة داخليًا وتخرج إلى أطراف محددة. توصيل الأطراف كما يلي: الطرف 3 والطرف 8 هما الأنود المشترك (ومتصلان داخليًا). الكاثودات لكل مsegment على أطراف فردية: الطرف 1 (G)، الطرف 2 (F)، الطرف 4 (E)، الطرف 5 (D)، الطرف 6 (D.P. للفاصلة العشرية)، الطرف 7 (C)، الطرف 9 (B)، الطرف 10 (A). يجب تحديد ترقيم الأطراف وموقع الطرف 1 من الرسم الميكانيكي. يؤكد وصف "الفاصلة العشرية اليمنى" أن الفاصلة العشرية تقع على الجانب الأيمن من الرقم.

5.3 مخطط الدائرة الداخلية

يمثل مخطط الدائرة الداخلية المشار إليه بصريًا تكوين الأنود المشترك. سيظهر عقدة مشتركة واحدة (الأنود) متصلة بمصدر التغذية الموجب، مع وجود LED لكل مقطع (من A إلى G، بالإضافة إلى DP) متصل كاثوده بطرف منفصل. لإضاءة مقطع ما، يجب جعل طرف الكاثود المقابل له منخفضًا (متصلًا بالأرض من خلال مقاومة تحديد تيار) بينما يظل الأنود المشترك مرتفعًا.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يتطلب التعامل السليم للحفاظ على سلامة الجهاز.

6.1 معلمات لحام إعادة التدفق

المعلمة الحرجة المقدمة هي أقصى درجة حرارة لحام: 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة 0.116 بوصة (2.95 مم) أسفل مستوى الجلوس. يتوافق هذا مع ملفات إعادة التدفق النموذجية الخالية من الرصاص (مثل IPC/JEDEC J-STD-020). يجب استخدام ملف إعادة تدفق قياسي مع منطقة تسخين مسبق، وارتفاع حراري سريع، ومنطقة درجة حرارة ذروة لا تتجاوز 260 درجة مئوية للوقت المحدد، ومنطقة تبريد خاضعة للتحكم. يجب أن يضمن الملف ألا تتجاوز درجة الحرارة عند أطراف العبوة الحد الأقصى المطلق.

6.2 الاحتياطات والتعامل

يجب مراعاة احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء التعامل والتجميع، حيث أن رقائق LED حساسة للكهرباء الساكنة. تجنب تطبيق إجهاد ميكانيكي على الأطراف أو العبوة البلاستيكية. يجب أن تستخدم التنظيف بعد اللحام طرقًا متوافقة مع مادة العبوة (على الأرجح الإيبوكسي).

6.3 ظروف التخزين

يجب تخزين الجهاز ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. من المستحسن تخزين المكونات في بيئة منخفضة الرطوبة وفي تغليف واقٍ من ESD حتى وقت الاستخدام لمنع امتصاص الرطوبة والتلف الكهروستاتيكي.

7. توصيات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

طريقة التشغيل الأكثر شيوعًا لشاشة ذات أنود مشترك مثل LTS-4801JD هي التعددية (Multiplexing)، خاصة عند استخدام أرقام متعددة. سيقوم متحكم دقيق أو IC مخصص لقيادة الشاشة بتشغيل الأنود المشترك لكل رقم بالتتابع أثناء إخراج نمط الكاثود للمقاطع التي يجب إضاءتها على ذلك الرقم. توفر هذه الطريقة أطراف الإدخال/الإخراج. بالنسبة لتطبيق رقم واحد، يمكن استخدام تشغيل ثابت أبسط: قم بتوصيل طرفي الأنود المشترك (3 و 8) بجهد مصدر التغذية الموجب (Vcc) من خلال مقاومة تحديد تيار للشاشة بأكملها، وقم بتوصيل كل طرف كاثود (A-G، DP) بطرف إدخال/إخراج للمتحكم الدقيق أو ترانزستور قيادة. سيحتاج كل طرف إدخال/إخراج إلى مقاومة تحديد تيار متسلسلة للمقطع الخاص به.

7.2 حساب مقاومة تحديد التيار

قيمة مقاومة تحديد التيار حرجة. يمكن حسابها باستخدام قانون أوم: R = (Vcc - VF) / IF. على سبيل المثال، مع Vcc بقيمة 5 فولت، وVF نموذجي بقيمة 2.6 فولت، وIF مطلوب بقيمة 20 مللي أمبير: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 أوم. يجب أن تكون قدرة المقاومة على الأقل P = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048 واط، لذا فإن مقاومة قياسية 1/8 واط (0.125 واط) أو 1/4 واط كافية.

7.3 اعتبارات التصميم

التحكم في السطوع:يمكن ضبط السطوع عن طريق تغيير التيار الأمامي (IF) ضمن الحدود المحددة، إما عن طريق تغيير قيمة المقاومة أو استخدام PWM (تعديل عرض النبضة) على إشارة القيادة. PWM فعال للغاية للتعتيم.

زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن ضع في اعتبارك اتجاه المشاهدة الأساسي عند وضع الشاشة في المنتج النهائي.

الإدارة الحرارية:على الرغم من أن تبديد الطاقة منخفض، تأكد من وجود تهوية كافية إذا تم استخدام شاشات متعددة أو إذا كان التشغيل في درجات حرارة محيطة عالية لمنع تدهور السطوع وإطالة العمر الافتراضي.

تحسين التباين:يوفر الوجه الرمادي والمقاطع البيضاء تباينًا طبيعيًا. للحصول على أفضل إمكانية للقراءة، يمكن لإطار أو مرشح داكن اللون حول الشاشة أن يعزز التباين بشكل أكبر، خاصة في ضوء المحيط الساطع.

8. المقارنة الفنية والتمييز

تتميز شاشة LTS-4801JD بشكل أساسي من خلال استخدامها لتقنية AlInGaP وخصائص الأداء المحددة.

AlInGaP مقابل تقنيات LED الأخرى:مقارنة بمصابيح LED الحمراء التقليدية من نوع GaAsP أو GaP، تقدم مصابيح LED من نوع AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير (مزيد من خرج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية)، واستقرارًا أفضل لدرجة الحرارة، ولونًا أحمر أكثر تشبعًا و"شدة". مقارنة بمصابيح LED البيضاء عالية الطاقة الأحدث المستخدمة مع المرشحات، فإن هذا الجهاز أبسط، ويتطلب إلكترونيات قيادة أقل تعقيدًا، ويقدم لونًا أحمر نقيًا وفعالًا مباشرة.

ضمن شاشات السبعة مقاطع:يضع ارتفاع الرقم البالغ 0.39 بوصة في فئة حجم شائعة للأجهزة المثبتة على اللوحات. تشمل المزايا التنافسية الرئيسية المدرجة مقاطعه المستمرة والموحدة (لمظهر أنيق)، والسطوع والتباين العاليين، والتصنيف حسب الشدة الضوئية (ضمان الاتساق). كما أن متطلبات الطاقة المنخفضة هي أيضًا فائدة للأجهزة التي تعمل بالبطارية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س1: ما الغرض من وجود طرفي أنود مشترك (الطرف 3 والطرف 8)؟

ج1: يساعد وجود طرفين للتوصيل المشترك في توزيع إجمالي تيار الأنود، وهو مجموع تيارات جميع المقاطع المضاءة. وهذا يقلل من كثافة التيار في طرف واحد ومسار PCB، مما يحسن الموثوقية. هما متصلان داخليًا، لذا يحتاج فقط أحدهما إلى الاتصال في الدائرة، ولكن يوصى بتوصيل كليهما للحصول على أفضل أداء.

س2: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت بدون مقاومة تحديد تيار؟

ج2: لا. يجب عليك دائمًا استخدام مقاومة تحديد تيار لكل مقطع (أو مصدر تيار منظم). الجهد الأمامي (VF) هو عادة 2.1-2.6 فولت. سيؤدي توصيل 3.3 فولت مباشرة بـ LED من خلال طرف المتحكم الدقيق إلى محاولة تمرير تيار غير منضبط وربما مدمر عبر LED، حيث أن المقاومة الوحيدة ستكون المقاومة الداخلية لطرف MCU وLED، وهي منخفضة جدًا.

س3: ماذا يعني "التخفيض الخطي من 25 درجة مئوية" للتيار الأمامي المستمر؟

ج3: يعني أن الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي المستمر ينخفض مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. عامل التخفيض هو 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 50 درجة مئوية (25 درجة مئوية فوق المرجع)، سيكون الحد الأقصى للتيار 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * 25 درجة مئوية) = 25 مللي أمبير - 8.25 مللي أمبير = 16.75 مللي أمبير. هذا يمنع ارتفاع درجة الحرارة ويضمن الموثوقية.

س4: كيف أفسر نسبة مطابقة الشدة الضوئية 2:1؟

ج4: هذا يعني أنه داخل وحدة LTS-4801JD واحدة، لن يكون أضعف مقطع أقل من نصف سطوع ألمع مقطع عند القياس تحت نفس الظروف (IF=1mA). وهذا يضمن التوحيد البصري عبر الرقم.

10. حالة تصميم واستخدام عملية

الحالة: تصميم قراءة فولتميتر رقمي بسيط

يقوم مصمم بإنشاء فولتميتر رقمي مدمج لعرض 0.0 فولت إلى 19.9 فولت. يحتاجون إلى شاشة واضحة ومنخفضة الطاقة. يختارون شاشة LTS-4801JD لسطوعها العالي وحجمها 0.39 بوصة، وهو مقروء للاستخدام المقصود. يتم استخدام ثلاث شاشات للأرقام الثلاثة. يقرأ محول التناظري إلى الرقمي (ADC) الخاص بالمتحكم الدقيق الجهد، ويحوله إلى قيمة، ويقوم بتشغيل الشاشات عبر نظام تعددية باستخدام مصفوفة ترانزستورات للأنودات المشتركة وأطراف الإدخال/الإخراج الخاصة بـ MCU (مع مقاومات متسلسلة) لكاثودات المقاطع. يتم استخدام الفاصلة العشرية اليمنى على الرقم الأوسط لإظهار خانة الأعشار. تم اختيار اللون الأحمر AlInGaP لتباينه العالي مقابل لوحة داكنة. يحسب المصمم قيم المقاومات لنظام 5 فولت لتشغيل كل مsegment عند ~15 مللي أمبير، مما يوفر سطوعًا وافرًا مع البقاء ضمن التصنيف المستمر 25 مللي أمبير في درجة حرارة الغرفة.

11. مقدمة مبدأ التشغيل

تعمل شاشة LTS-4801JD على المبدأ الأساسي للإضاءة الكهربائية في المواد شبه الموصلة. يشكل هيكل رقاقة AlInGaP تقاطع p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة التقاطع (حوالي 1.8-2.0 فولت)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة حيث تتحد. في AlInGaP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة بشكل أساسي في شكل فوتونات (ضوء) في نطاق الطول الموجي الأحمر (~650 نانومتر). يحتوي كل من المقاطع السبعة (من A إلى G) والفاصلة العشرية (DP) على واحدة أو أكثر من رقائق LED الصغيرة المضمنة في العبوة. يبسط تكوين الأنود المشترك دائرة القيادة الخارجية من خلال السماح لمصدر جهد موجب واحد بتشغيل جميع المقاطع، مع التحكم الفردي الذي يتم تحقيقه عن طريق تأريض كاثود المsegment المطلوب.

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل شاشات LED ذات السبعة مقاطع مثل LTS-4801JD تقنية عرض ناضجة ومحسنة للغاية. بينما تقدم التقنيات الأحدث مثل شاشات OLED ذات المصفوفة النقطية أو شاشات LCD من نوع TFT مرونة أكبر (رسومات كاملة، ألوان متعددة)، تحتفظ شاشات LED ذات السبعة مقاطع بمزايا قوية في مجالات محددة: البساطة الشديدة لإلكترونيات القيادة، والسطوع والتباين العاليان جدًا، وإمكانية القراءة الممتازة في ضوء الشمس المباشر، ونطاق درجة حرارة تشغيل واسع، وموثوقية طويلة الأمد استثنائية بدون إضاءة خلفية يمكن أن تفشل. الاتجاه داخل هذا القطاع هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من اللومن لكل واط) باستخدام مواد شبه موصلة متقدمة مثل AlInGaP، كما هو واضح في هذا الجهاز، ونحو عبوات Surface-Mount للتجميع الآلي. تظل الحل المفضل للتطبيقات التي يكون فيها العرض الرقمي الفعال من حيث التكلفة والمتين وسهل القراءة للغاية هو المتطلب الأساسي.