ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-2621JE - ارتفاع الأرقام 0.28 بوصة - لون أحمر من مادة AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-2621JE هي وحدة عرض رقمية ثلاثية الأرقام مدمجة وعالية الأداء. وظيفتها الأساسية هي توفير قراءات رقمية واضحة ومشرقة في مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية. تستخدم التقنية الأساسية رقائق LED حمراء من مادة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم)، والتي يتم تصنيعها على ركيزة GaAs غير شفافة. يُعرف نظام المواد هذا بكفاءته العالية ونقاء لونه الممتاز في الطيف الأحمر. يتميز الجهاز بوجه رمادي مع شرائح بيضاء، مما يعزز التباين ويحسن إمكانية القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. يتم تصنيفه وفقًا للشدة الضوئية، مما يضمن مستويات سطوع متسقة عبر دفعات الإنتاج.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تم تصميم الشاشة للتطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة ولكن الوضوح البصري أمر بالغ الأهمية. تنبع مزاياها الرئيسية من بنائها الصلب القائم على تقنية LED، مما يوفر موثوقية فائقة وعمرًا أطول مقارنة بتقنيات العرض الأخرى مثل شاشات VFD أو LCD. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية أدوات القياس الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، وأطراف نقاط البيع، والأجهزة الطبية، وشاشات لوحة القيادة في السيارات. يجعل انخفاض متطلبات الطاقة للجهاز مناسبًا لكل من الأجهزة التي تعمل بالتيار الكهربائي والأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا موضوعيًا ومفصلاً للمعلمات التقنية الرئيسية المدرجة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

الشدة الضوئية معلمة حاسمة. عند تيار اختبار قياسي قدره 1 مللي أمبير، تبلغ الشدة الضوئية المتوسطة النموذجية (Iv) 900 ميكروكانديلا، بحد أدنى 320 ميكروكانديلا. يضمن هذا التصنيف مستوى سطوع أدنى. عند تيار تشغيل أعلى قدره 10 مللي أمبير، ترتفع الشدة النموذجية بشكل ملحوظ إلى 12000 ميكروكانديلا، مما يوضح قدرة الجهاز على التطبيقات عالية السطوع. الطول الموجي السائد (λd) محدد بـ 624 نانومتر، والطول الموجي لذروة الانبعاث (λp) هو 632 نانومتر عند 20 مللي أمبير، مما يضعه بقوة في منطقة اللون الأحمر. يشير عرض النطاق النصفي الطيفي (Δλ) البالغ 20 نانومتر إلى لون أحمر نقي نسبيًا ومشبع. يتم ضمان مطابقة الشدة الضوئية بين الشرائح ضمن نسبة 2:1 عند 1 مللي أمبير، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر الشاشة.

2.2 المعلمات الكهربائية

الجهد الأمامي (Vf) لكل شريحة هو عادة 2.6 فولت بحد أقصى 2.6 فولت عند تيار أمامي (If) قدره 20 مللي أمبير. هذا جهد قياسي لمصابيح LED من نوع AlInGaP. يتم تحديد التيار العكسي (Ir) بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (Vr) قدره 5 فولت، مما يشير إلى خصائص تسرب الصمام الثنائي. تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود التشغيل: تيار أمامي مستمر قدره 25 مللي أمبير لكل شريحة (يتم تخفيضه خطيًا فوق 25 درجة مئوية بمعدل 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية)، و تيار أمامي ذروة قدره 90 مللي أمبير للتشغيل النبضي (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية)، وجهد عكسي أقصى 5 فولت. يقتصر تبديد الطاقة لكل شريحة على 70 ملي واط.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يجعله مناسبًا للبيئات القاسية. نطاق درجة حرارة التخزين مماثل. معلمة تجميع حرجة هي درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل حد أقصى 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا متطلب قياسي لعمليات لحام إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز "مصنف حسب الشدة الضوئية". وهذا يعني نظام تصنيف حيث يتم فرز الوحدات ووضع علامات عليها بناءً على قياس إخراج الضوء عند تيار اختبار محدد (على الأرجح 1 مللي أمبير). تضمن التصنيفات أن المصممين يتلقون مصابيح LED ذات سطوع متسق، وهو أمر بالغ الأهمية للشاشات متعددة الأرقام لتجنب الإضاءة غير المتساوية. بينما لم يتم تفصيل هيكل رمز التصنيف المحدد في هذا المقتطف، يتم تعريف التصنيفات النموذجية بنطاق من قيم الشدة الضوئية (مثل التصنيف أ: 320-450 ميكروكانديلا، التصنيف ب: 450-600 ميكروكانديلا، إلخ). لا يوجد ذكر لتصنيف الجهد أو الطول الموجي لهذا الجزء المحدد، مما يشير إلى تحكم دقيق في تلك المعلمات أثناء التصنيع.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". على الرغم من أن الرسوم البيانية المحددة غير مرفقة في النص، يمكننا استنتاج محتواها القياسي وأهميتها للتصميم.

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

هذا المنحنى أساسي. يوضح العلاقة بين التيار المتدفق عبر شريحة LED والجهد عبره. بالنسبة لمصابيح LED من نوع AlInGaP، يُظهر المنحنى تشغيلًا حادًا عند حوالي 1.8-2.0 فولت، وبعد ذلك يزداد الجهد قليلاً فقط مع زيادة كبيرة في التيار. يستخدم المصممون هذا المنحنى لاختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة لدوائر التشغيل الخاصة بهم لضمان التشغيل المستقر ومنع الانحراف الحراري.

4.2 الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي

يُظهر هذا الرسم البياني كيف يتدرج إخراج الضوء مع تيار التشغيل. عادةً ما يكون شبه خطي عند التيارات المنخفضة ولكنه قد يُظهر علامات على انخفاض الكفاءة (انخفاض الفعالية) عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية والكهربائية. يساعد المنحنى المصممين على تحقيق التوازن بين متطلبات السطوع واستهلاك الطاقة وعمر الجهاز.

4.3 الشدة الضوئية مقابل درجة الحرارة المحيطة

ينخفض إخراج ضوء LED مع زيادة درجة حرارة الوصلة. يقوم هذا المنحنى بتحديد هذه العلاقة كميًا، ويُظهر الشدة الضوئية النسبية كدالة لدرجة الحرارة المحيطة (أو العلبة). إنه أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة، حيث يوضح تعويض السطوع اللازم أو التخفيض.

4.4 التوزيع الطيفي

سيظهر الرسم الطيفي القدرة النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية، متمركزة حول 632 نانومتر بعرض نصف نطاق محدد 20 نانومتر. وهذا يؤكد نقطة اللون ونقاءه.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 الأبعاد ورسم المخطط التفصيلي

يتميز الجهاز بعبوة شاشة LED قياسية. ارتفاع الرقم هو 0.28 بوصة (7.0 مم). يتم توفير أبعاد العبوة بالمليمترات مع تسامح عام ±0.25 مم (0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك. يُظهر الرسم عادةً الطول والعرض والارتفاع الإجمالي للعبوة، وتباعد الأرقام، وأبعاد الشرائح، وتباعد الأطراف (المسافة).

5.2 تكوين الأطراف وتحديد القطبية

يحتوي الجهاز على تكوين 16 طرفًا، على الرغم من عدم شغل جميع المواضع (الأطراف 9، 10، 11، 14 مدرجة على أنها "لا اتصال" أو "لا يوجد طرف"). إنه من النوع المشترك الأنود متعدد الإرسال. هذا يعني أن الأنودات الخاصة بمصابيح LED لكل رقم متصلة معًا داخليًا (الأطراف 2، 5، 8 للأرقام 1، 2، 3 على التوالي، والطرف 13 للنقطتين الرأسيتين/المؤشرات الجانبية اليسرى L1، L2، L3). الكاثودات للشرائح الفردية (A-G، DP) مشتركة عبر جميع الأرقام. الطرف 1 محدد على أنه الكاثود للشريحة D. تحديد الطرف 1 بشكل صحيح أمر بالغ الأهمية للتوجيه الصحيح أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة. يتم التحكم في النقطة العشرية اليمنى (DP) عبر الكاثود الخاص بها على الطرف 3.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الرئيسي المقدم هو ملف درجة حرارة اللحام الأقصى: درجة حرارة ذروة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 مم أسفل مستوى جلوس العبوة. هذا ملف إعادة تدفق قياسي من JEDEC للمكونات الحساسة للإجهاد الحراري. يوصى بشدة باتباع ملف إعادة التدفق المقترح من الشركة المصنعة إذا تم توفيره في مذكرة تطبيق منفصلة. تنطبق احتياطات التعامل العامة: تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف والوجه الزجاجي/الإيبوكسي، والتخزين في بيئات مضادة للكهرباء الساكنة وخاضعة للتحكم في الرطوبة إذا تم تحديد ذلك، واستخدام احتياطات ESD المناسبة أثناء التعامل.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

يتطلب LTC-2621JE دائرة تشغيل خارجية بسبب تصميمه المشترك الأنود متعدد الإرسال. يستخدم التنفيذ النموذجي متحكمًا دقيقًا به عدد كافٍ من أطراف الإدخال/الإخراج أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة شاشة LED (مثل MAX7219 أو ما شابه). يقوم المتحكم الدقيق بتشغيل أنود مشترك لرقم واحد بشكل تسلسلي (عن طريق جعله مرتفعًا) أثناء إخراج نمط الكاثود للشرائح المطلوبة لذلك الرقم. تتكرر هذه العملية بسرعة لجميع الأرقام الثلاثة، مع الاعتماد على استمرارية الرؤية لإنشاء صورة ثابتة وخالية من الوميض. مقاومات تحديد التيار إلزامية على كل خط كاثود شريحة (أو داخل دائرة التشغيل المتكاملة) لضبط التيار الأمامي، عادةً بين 5-20 مللي أمبير اعتمادًا على السطوع المطلوب.

7.2 اعتبارات التصميم

• نسبة التعددية (Multiplexing Ratio):مع 3 أرقام، تكون دورة عمل التعددية 1/3. لتحقيق نفس متوسط السطوع كرقم مُشغل بشكل ثابت، يمكن أن يكون تيار النبضة الذروة أعلى بثلاث مرات، ولكن لا يجب أن يتجاوز الحد الأقصى المطلق لتصنيف تيار الذروة البالغ 90 مللي أمبير.
• معدل التحديث (Refresh Rate):يجب أن تكون تردد مسح الرقم مرتفعًا بما يكفي لتجنب الوميض المرئي، عادةً فوق 60 هرتز لكل رقم، مما يؤدي إلى معدل تحديث إجمالي للشاشة >180 هرتز.
• زاوية المشاهدة (Viewing Angle):تدعي ورقة البيانات وجود زاوية مشاهدة واسعة. للحصول على أفضل إمكانية للقراءة، يجب تركيب الشاشة بشكل عمودي على اتجاه المشاهدة الأساسي.
• تسلسل الطاقة (Power Sequencing):تأكد من أن دائرة التشغيل لا تطبق جهودًا عكسية أو تيارات زائدة أثناء التشغيل أو الإيقاف.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الحمراء من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، تقدم تقنية AlInGaP في LTC-2621JE كفاءة ضوئية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى سطوع أكبر لنفس تيار التشغيل أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. اللون أكثر تشبعًا، وهو أحمر "حقيقي" مقارنة باللون الأحمر البرتقالي للعديد من مصابيح LED من نوع GaAsP. مقارنة بشاشات التوهج الجانبي أو المصفوفة النقطية المعاصرة، يقدم هذا الجهاز تنسيقًا كلاسيكيًا عالي الوضوح مكون من 7 شرائح مثالي للبيانات الرقمية. المميز الرئيسي له هو الجمع بين حجم رقم صغير 0.28 بوصة مع فوائد أداء مادة AlInGaP.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بجهد تيار مستمر ثابت بدون تحديد تيار؟

ج: لا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. تطبيق جهد ثابت، خاصة بالقرب من الجهد الأمامي أو أعلى منه، سيتسبب في ارتفاع التيار بشكل لا يمكن السيطرة عليه، مما قد يدمر شرائح LED. استخدم دائمًا مقاومة تحديد تيار على التوالي أو مشغل تيار ثابت.

س: تم تحديد الشدة الضوئية عند 1 مللي أمبير و 10 مللي أمبير. هل يمكنني الاستيفاء لتيارات أخرى؟

ج: تقريبًا، نعم. العلاقة شبه خطية تقريبًا عند التيارات المنخفضة. ومع ذلك، للتصميم الدقيق، خاصة عند التيارات الأعلى، راجع منحنى الشدة الضوئية النموذجي مقابل التيار الأمامي إذا كان متاحًا.

س: ما هو الغرض من الأطراف "لا اتصال"؟

ج: من المحتمل أن تكون أماكن ميكانيكية احتياطية للحفاظ على بصمة عبوة DIP (عبوة مزدوجة الخط) قياسية 16 طرفًا لتكون متوافقة مع المقابس القياسية وتخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة، على الرغم من أن الدائرة الداخلية لا تستخدمها.

س: كيف يمكنني التحكم في مؤشرات النقطتين الرأسيتين (L1، L2، L3)؟

ج: تشترك شرائح النقطتين الرأسيتين في أنود مشترك على الطرف 13. كاثوداتها الفردية مربوطة بكاثودات الشرائح A، B، و C (الأطراف 15، 12، و 6 على التوالي). للإضاءة، على سبيل المثال، L1، ستقوم بتشغيل الأنود المشترك على الطرف 13 أثناء جعل الكاثود للشريحة A (الطرف 15) منخفضًا.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

الحالة: تصميم شاشة لمقياس متعدد رقمي محمول

يقوم مصمم بإنشاء مقياس متعدد رقمي مدمج. المتطلبات الرئيسية هي انخفاض استهلاك الطاقة لعمر البطارية، وارتفاع السطوع للاستخدام في الهواء الطلق، وشكل صغير الحجم. يعتبر LTC-2621JE مرشحًا ممتازًا. يختار المصمم تيار تشغيل قدره 8 مللي أمبير لكل شريحة في وضع التعددية. باستخدام دورة عمل 1/3، يكون تيار النبضة الذروة 24 مللي أمبير، وهو ضمن الحد الأقصى البالغ 90 مللي أمبير. يتم استخدام متحكم دقيق به شرائح مشغل LED مدمجة. يوفر تصميم الوجه الرمادي/الشرائح البيضاء تباينًا عاليًا حتى في ضوء الشمس المباشر. يقلل انخفاض الجهد الأمامي من فقد الطاقة في دائرة التشغيل. يسمح حجم الرقم 0.28 بوصة بتخطيط مضغوط للوحة الدوائر المطبوعة مع الحفاظ على إمكانية قراءة جيدة. يضمن نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع تشغيلاً موثوقًا به من مرآب بارد إلى لوحة قيادة سيارة ساخنة.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد LTC-2621JE على الوميض الكهربائي لأشباه الموصلات. يشكل هيكل رقاقة AlInGaP وصلة p-n. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للوصلة، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة حيث تتحد. في AlInGaP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة بشكل أساسي في شكل فوتونات (ضوء) في نطاق الطول الموجي الأحمر (~624-632 نانومتر). تمتص الركيزة GaAs غير الشفافة أي ضوء منبعث للأسفل، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الإجمالية من أعلى الرقاقة. يمر الضوء عبر عدسة إيبوكسي مصبوبة في شكل الشريحة المطلوب، والتي توفر أيضًا حماية بيئية.

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

مثلت تقنية AlInGaP تقدمًا كبيرًا في أداء LED المرئي، خاصة للألوان الأحمر والبرتقالي والأصفر، عندما تم تسويقها في التسعينيات. لقد حلت إلى حد كبير محل تقنيات GaAsP و GaP الأقل كفاءة للتطبيقات عالية الأداء. كان الاتجاه في وحدات العرض نحو تكامل أعلى (دمج دائرة التشغيل المتكاملة في عبوة العرض)، وعبوات التركيب السطحي للتجميع الآلي، وتطوير شاشات المصفوفة النقطية RGB كاملة الألوان. ومع ذلك، تظل شاشات 7 شرائح بسيطة وموثوقة وفعالة من حيث التكلفة مثل LTC-2621JE ذات صلة عالية للتطبيقات التي تتطلب معلومات رقمية فقط، بسبب وضوحها الذي لا مثيل له، وبساطة واجهتها، وموثوقيتها المثبتة في التطبيقات الميدانية. يركز التطوير المستمر في مواد LED، مثل مصابيح LED الدقيقة، على الكثافة والكفاءة الفائقة، ولكن بالنسبة للشاشات المجزأة القياسية، تستمر تقنيتا AlInGaP و InGaN (للأزرق/الأخضر) في كونها التقنيات الأساسية.