ورقة بيانات شاشة LED طراز LTC-4665JD - ارتفاع الرقم 0.39 بوصة - لون أحمر من مادة AlInGaP - منخفض الطاقة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTC-4665JD هي وحدة عرض أبجدية رقمية مدمجة، ثلاثية الأرقام، من نوع سبعة مقاطع. وظيفتها الأساسية هي توفير قراءات رقمية وأبجدية محدودة واضحة ومشرقة في المعدات الإلكترونية. تشمل مجالات التطبيق الأساسية لوحات الأجهزة، ومعدات الاختبار والقياس، وأنظمة التحكم الصناعي، والإلكترونيات الاستهلاكية حيث تكون هناك حاجة إلى مؤشر رقمي موثوق ومنخفض الطاقة.

يتمثل التموضع الرئيسي للجهاز في توازنه بين الأداء والكفاءة. فهو مصمم للتطبيقات التي يكون فيها استهلاك الطاقة قيد تصميم حاسم، دون المساس بوضوء القراءة. يوفر العرض مظهرًا ممتازًا للأحرف نظرًا لمقاطعه المتجانسة والمستمرة، مما يضمن مظهرًا متماسكًا واحترافيًا. يجعل سطوعه العالي ونسبة التباين العالية منه مناسبًا للاستخدام في ظروف الإضاءة المحيطة المختلفة، من البيئات ذات الإضاءة الخافتة إلى المناطق ذات الإضاءة المحيطة العالية.

يشمل السوق المستهدف كلًا من مصنعي الإلكترونيات الصناعية والتجارية. سيجد مهندسو التصميم الذين يبحثون عن حل عرض موثوق وقليل الصيانة للوحات التحكم، والعدادات، والموقتات، أو مؤشرات الحالة أن هذا المكون مناسب. موثوقيته الصلبة، النابعة من تقنية LED، تجعله مفضلاً على التقنيات الأقدم مثل شاشات الفلورسنت المفرغة أو المتوهجة من حيث طول العمر ومقاومة الصدمات.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

الأداء البصري هو محور وظيفة العرض. يستخدم الجهاز شرائح LED حمراء عالية الكفاءة من فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP). تُعرف هذه المادة شبه الموصلة بكفاءتها الإنارة العالية في طيف الأحمر/البرتقالي/الكهرماني. يتم تصنيع الشرائح على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة، مما يساعد في توجيه خرج الضوء للأمام ويحسن التباين عن طريق تقليل الانعكاسات الداخلية وتسرب الضوء.

شدة الإضاءة (I_V):يتم تحديد متوسط شدة الإضاءة لكل مقطع بحد أدنى 200 ميكروكنديلا وحد أقصى 650 ميكروكنديلا عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 1 مللي أمبير. نقطة التشغيل هذه ذات التيار المنخفض هي سمة مميزة، تسلط الضوء على كفاءته. ستكون القيمة النموذجية نحو منتصف هذا النطاق، مما يوفر سطوعًا كافيًا لمعظم التطبيقات الداخلية مع استهلاك طاقة ضئيل.

خصائص الطول الموجي:الطول الموجي لذروة الانبعاث (\u03bb_p) هو عادة 656 نانومتر، مما يضعه في الجزء الأحمر الساطع من الطيف المرئي. الطول الموجي السائد (\u03bb_d) هو 640 نانومتر. يتأثر الفرق بين الطول الموجي للذروة والطول الموجي السائد بشكل الطيف. نصف عرض الخط الطيفي (\u0394\u03bb) هو 22 نانومتر، مما يشير إلى انبعاث لوني نقي نسبيًا مع انتشار ضئيل في الألوان المجاورة، مما يساهم في مظهر أحمر مشبع.

نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):تضمن هذه المعلمة، التي تبلغ نسبتها القصوى 2:1، التجانس عبر العرض. وهذا يعني أن سطوع أغمق مقطع لن يقل عن نصف سطوع ألمع مقطع تحت نفس ظروف القيادة (I_F=10 مللي أمبير). هذا أمر بالغ الأهمية لتحقيق ناتج بصري متسق واحترافي حيث لا يظهر أي مقطع أغمق بشكل ملحوظ من الآخر.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعلمات الكهربائية الحدود التشغيلية والشروط للتكامل الموثوق في الدائرة.

الجهد الأمامي (V_F):لكل مقطع، يتراوح الجهد الأمامي النموذجي من 2.1 فولت إلى 2.6 فولت عند تيار قيادة 20 مللي أمبير. هذا نطاق قياسي لمصابيح LED من نوع AlInGaP. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير هذا الجهد. عند التيار المنخفض الموصى به 1-10 مللي أمبير، سيكون V_Fالفعلي أقل قليلاً، وفقًا لمنحنى I-V للدايود.

التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى للتيار العكسي لكل مقطع هو 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. هذا هو مواصفات التسرب، وهو مهم لضمان أن العرض لا يوصل بشكل كبير إذا تم تطبيق قطبية عكسية عن طريق الخطأ، على الرغم من أنه يجب تجنب مثل هذا الحدث في التصميم.

2.3 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم. لا ينصح بتشغيل الجهاز باستمرار عند هذه الحدود.

• تبديد الطاقة لكل مقطع:70 ملي واط. هذا يحد من أقصى مزيج من التيار الأمامي وانخفاض الجهد عبر المقطع.
• تيار الذروة الأمامي لكل مقطع:100 مللي أمبير، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بفترات قصيرة من التعددية عالية الكثافة.
• التيار الأمامي المستمر لكل مقطع:25 مللي أمبير عند 25\u00b0م. يتناقص هذا التقييم خطيًا بمعدل 0.33 مللي أمبير/\u00b0م مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (T_a) فوق 25\u00b0م. على سبيل المثال، عند 85\u00b0م، سيكون أقصى تيار مستمر مسموح به تقريبًا: 25 مللي أمبير - ((85-25) * 0.33 مللي أمبير) \u2248 5.2 مللي أمبير.
• الجهد العكسي لكل مقطع:5 فولت.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-35\u00b0م إلى +85\u00b0م. يجعل هذا النطاق الواسع منه مناسبًا للبيئات الصناعية والسيارات (المناطق غير الحرجة).
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260\u00b0م لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. هذا هو إرشاد الملف الشخصي القياسي لإعادة التدفق للحام.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز\"مصنف حسب شدة الإضاءة.\"هذا يعني عملية تصنيف أو فرز بناءً على خرج الضوء المقاس. بينما لا يتم تقديم تفاصيل رمز التصنيف المحدد في هذا المقتطف، تتضمن الممارسة النموذجية اختبار كل وحدة عند تيار قياسي (مثل 10 مللي أمبير أو 20 مللي أمبير) وتجميعها في فئات بناءً على شدة إضاءتها المقاسة (مثل الفئة أ: 450-550 ميكروكنديلا، الفئة ب: 550-650 ميكروكنديلا). هذا يسمح للمصنعين بشراء شاشات ذات مستويات سطوع دنيا مضمونة لتطبيقهم، مما يضمن الاتساق عبر عمليات الإنتاج. نسبة مطابقة الشدة 2:1 هي مواصفة منفصلة ذات صلة تنطبق داخل جهاز واحد.

4. تحليل منحنى الأداء

على الرغم من عدم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات النموذجية لمثل هذا الجهاز ستشمل:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):سيظهر العلاقة الأسية النموذجية للدايود. عند تيارات التشغيل المنخفضة الموصى بها (1-10 مللي أمبير)، يكون المنحنى في منطقته الصاعدة بشدة، مما يعني أن التغيرات الصغيرة في الجهد تسبب تغيرات كبيرة في التيار. لذلك، يوصى بشدة باستخدام قيادة التيار الثابت على قيادة الجهد الثابت لسطوع مستقر ومتطابق.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (I_Vمقابل I_F):هذا المنحنى خطي بشكل عام على مدى واسع من التيارات. قد تكون الكفاءة (لومن لكل واط أو ميكروكنديلا/مللي أمبير) أعلى عند التيارات المنخفضة وتتناقص تدريجيًا عند التيارات العالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية وانخفاض الكفاءة.
• الجهد الأمامي مقابل درجة الحرارة:الجهد الأمامي لـ LED له معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه يتناقص مع زيادة درجة حرارة التقاطع. هذا اعتبار مهم لدوائر القيادة، خاصة تلك التي تستخدم مصادر جهد أو مقاومات بسيطة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة:ينخفض خرج الضوء عادة مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع. معدل هذا الانخفاض هو معلمة موثوقية رئيسية.

5. معلومات الميكانيكية والعبوة

يبلغ ارتفاع الرقم في العرض 0.39 بوصة (10.0 مم). العبوة هي تنسيق وحدة عرض LED قياسي. يتم توفير الأبعاد الفيزيائية في رسم مفصل بجميع القياسات الحرجة بالمليمترات. التسامحات على هذه الأبعاد هي عادة \u00b10.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتميز الجهاز بـ\"وجه رمادي ومقاطع بيضاء،\"والتي تشير إلى لون الغلاف البلاستيكي (رمادي) والمادة المنتشرة التي تشكل أشكال المقاطع (بيضاء). تساعد المقاطع البيضاء في تشتيت ونشر الضوء الأحمر من شريحة LED الأساسية، مما يخلق مظهر مقطع مضاء بشكل موحد على خلفية رمادية غير مضاءة لتباين عالٍ.

6. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

تم تكوين LTC-4665JD كشاشةأنود مشترك مزدوجمعنقطة عشرية على اليمين. هذه معلومة حرجة لمصمم الدائرة.

• الأنود المشترك:هذا يعني أن الأنودات (الأطراف الموجبة) لمصابيح LED لكل رقم متصلة معًا داخليًا. لإضاءة مقطع، يجب جعل طرف الكاثود المقابل له منخفضًا (إلى الأرض) بينما يتم جعل الأنود المشترك لذلك الرقم مرتفعًا (مزودًا بجهد/تيار موجب).
• الترتيب المزدوج:يظهر توزيع الأطراف أطراف كاثود مشتركة للأرقام 2 و 3 للمقاطع A، C، D، E، F، و G. للرقم 1 بعض أطراف الكاثود المستقلة (B، C). يقلل ترتيب التعددية هذا العدد الإجمالي للأطراف المطلوبة للتحكم في ثلاثة أرقام من 24 (8 مقاطع × 3 أرقام) إلى 11. يتطلب ذلك تعددية تقسيم الوقت في دائرة القيادة، حيث يتم إضاءة كل رقم واحدًا تلو الآخر في تتابع سريع، مع الاعتماد على استمرارية الرؤية لجعل جميع الأرقام تظهر مضاءة باستمرار.
• وظائف الأطراف:يسرد الجدول المقدم الوظيفة المحددة لكل من الأطراف الـ 11، بما في ذلك الأنودات المشتركة للرقم 3 (الطرف 7) وللأرقام 1 و 2 (مشتركة على الطرف 11)، وتوصيلات الكاثود المختلفة لمقاطع محددة عبر الأرقام.

7. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الرئيسي المقدم هو الملف الشخصي لدرجة حرارة اللحام: أقصى درجة حرارة ذروة 260\u00b0م لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس (عادة سطح PCB). هذا متوافق مع عمليات إعادة التدفق القياسية الخالية من الرصاص (مثل استخدام لحام SAC305).

التعامل والتخزين العام:على الرغم من عدم ذكرها صراحة، يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل، حيث أن مصابيح LED هي أجهزة شبه موصلة عرضة للتلف الساكن. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاقات درجة الحرارة والرطوبة المحددة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب \"انفجار الذرة\" أثناء إعادة التدفق.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

طريقة القيادة الأكثر شيوعًا هيقيادة التيار الثابت المتعدد.سيتم استخدام متحكم دقيق أو IC قيادة عرض مخصص. تتضمن العملية:

1. تمكين الأنود المشترك للرقم 1 (عن طريق توفير التيار عبر ترانزستور أو طرف قيادة).
2. ضبط خطوط الكاثود للمقاطع التي يجب أن تكون قيد التشغيل في الرقم 1 إلى حالة منخفضة (سحب التيار).
3. الحفاظ على هذه الحالة لفترة قصيرة (مثل 1-5 مللي ثانية).
4. إيقاف أنود الرقم 1 وكاثودات المقاطع.
5. تكرار الخطوات 1-4 للرقم 2، ثم الرقم 3، والدوران باستمرار.

متوسط التيار لكل مقطع هو تيار الذروة مضروبًا في دورة العمل (الوقت الذي يكون فيه الرقم نشطًا). على سبيل المثال، لتحقيق متوسط I_Fبقيمة 5 مللي أمبير بدورة عمل 1/3 (نموذجية للتعددية ثلاثية الأرقام)، يجب أن يكون تيار الذروة خلال وقت نشاطه 15 مللي أمبير. يجب التحقق من ذلك مقابل تقييم أقصى تيار مستمر، مع مراعاة التناقص بسبب درجة الحرارة.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:استخدم دائمًا مقاومات على التوالي، أو الأفضل، وحدات قيادة/سحب تيار ثابت للتحكم في تيار المقطع. هذا يعوض عن اختلافات الجهد الأمامي ويضمن سطوعًا متسقًا.
• تردد التعددية:يجب أن يكون معدل التحديث مرتفعًا بما يكفي لتجنب الوميض المرئي، عادة فوق 60 هرتز للعرض بأكمله (لذا يتم تحديث كل رقم بتردد >180 هرتز).
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن ضع في الاعتبار العلبة النهائية. قد يؤثر الإطار العميق أو النافذة المظللة على السطوع والزاوية الملحوظين.
• تسلسل الطاقة:تأكد من عدم تعرض أي طرف لجهد خارج التقييمات القصوى المطلقة أثناء تشغيل النظام أو إيقافه.

9. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الأساسية لـ LTC-4665JD هي:

• تقنية المادة (AlInGaP):مقارنة بمصابيح LED الأقدم من نوع GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة إنارة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى خرج أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو سطوع مكافئ عند تيار أقل بكثير.
• التشغيل بتيار منخفض:توصيفه واختباره لأداء منخفض التيار الممتاز (حتى 1 مللي أمبير/مقطع) هو ميزة رئيسية للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. لا تحافظ جميع شاشات السبعة مقاطع على مطابقة شدة ومظهر جيدين عند مثل هذه التيارات المنخفضة.
• عبوة تباين عالية:تم تحسين تصميم الوجه الرمادي/المقطع الأبيض للتباين، والذي يمكن أن يكون أفضل من العبوات الحمراء بالكامل أو الخضراء بالكامل، خاصة تحت الإضاءة المحيطة العالية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة مباشرة بطرف متحكم دقيق 5 فولت؟

ج: لا، ليس مباشرة لقيادة المقاطع. الجهد الأمامي ~2.4 فولت، ومقاومة على التوالي إلزامية لتحديد التيار. لقيادة الأنود المشترك، ستستخدم ترانزستور PNP أو قائد عالي الجانب لتزويد التيار للأنود، يتم التحكم فيه بواسطة MCU. يمكن توصيل الكاثودات بأطراف MCU عبر مقاومات تحديد التيار إذا كان MCU يمكنه سحب تيار الذروة المطلوب.

س: ما هو الغرض من تكوين الطرف \"المزدوج\"؟

ج: يقلل من عدد أطراف عبوة العرض، مما يجعلها أصغر حجمًا وأرخص في التصنيع. يتطلب دائرة قيادة متعددة، وهي ممارسة قياسية للشاشات متعددة الأرقام.

س: كيف أحقق سطوعًا موحدًا عبر الأرقام الثلاثة؟

ج: تأكد من أن دورة العمل المتعددة متساوية لكل رقم. التوصيلات المشتركة للكاثود للأرقام 2 و 3 تعني أن خصائصها الكهربائية متطابقة بشدة. قد يكون للرقم 1، مع بعض الأطراف المستقلة، اختلافات طفيفة، لكن مواصفة نسبة مطابقة الشدة تضمن أنها ستكون ضمن نطاق مقبول إذا تمت قيادته بشكل صحيح.

س: هل مطلوب غرفة تبريد؟

ج: للتشغيل المستمر عند أقصى تيار مقنن (25 مللي أمبير/مقطع) في درجات حرارة محيطة مرتفعة، يلزم تصميم حراري دقيق لـ PCB (باستخدام وسائد تخفيف حرارية، ربما مستوى أرضي). للتشغيل النموذجي بتيار منخفض (1-10 مللي أمبير متوسط)، لا حاجة إلى غرفة تبريد خاصة.

11. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم فولتميتر محمول يعمل بالبطارية بثلاثة أرقام مع متحكم دقيق.

التنفيذ:يقوم المتحكم الدقيق بتشغيل ADC لقياس الجهد، وتحويل القيمة إلى ثلاثة أرقام، وقيادة LTC-4665JD. يقوم موسع منفذ مخصص أو أطراف GPIO بالتحكم في خطوط العرض الـ 11. يستخدم التصميم وحدات قيادة سحب تيار ثابت (مثل مصفوفة ترانزستور مثل ULN2003) لخطوط الكاثود لضمان تيار مستقر بغض النظر عن اختلافات V_F. يتم قيادة الأنودات المشتركة بواسطة ترانزستورات PNP. تعمل روتين التعددية على مقاطعة مؤقت بتردد 200 هرتز لكل رقم (600 هرتز تحديث إجمالي). للحفاظ على الطاقة، يتم ضبط تيار المقطع عبر دائرة تحديد التيار على 2 مللي أمبير متوسط. بدورة عمل 1/3، يكون تيار الذروة 6 مللي أمبير، ضمن التقييمات بشكل جيد. يوفر الوجه الرمادي تباينًا ممتازًا ضد علبة الجهاز الداكنة، واللون الأحمر AlInGaP مرئي بسهولة. يطيل استهلاك التيار المنخفض عمر البطارية بشكل كبير مقارنة باستخدام شاشة مقننة لتيارات أعلى.

12. مقدمة عن مبدأ التقنية

التقنية الأساسية هي ديود الانبعاث الضوئي AlInGaP. عند تطبيق جهد أمامي عبر تقاطع P-N لهذه المادة شبه الموصلة، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد للألومنيوم، والإنديوم، والغاليوم، والفوسفيد طاقة فجوة النطاق، والتي ترتبط مباشرة بطول موجة (لون) الضوء المنبعث. يساعد استخدام ركيزة GaAs غير الشفافة في امتصاص الفوتونات الضالة التي كانت ستنبعث جانبًا أو للخلف، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الأمامي الإجمالية والتباين. يتم توصيل شرائح LED الفردية بالأسلاك وتغليفها داخل العبوة البلاستيكية، والتي تشكل المقاطع السبعة. تنتشر المادة البيضاء المنتشرة فوق كل شريحة ضوء المصدر النقطي بالتساوي عبر منطقة المقطع.

13. اتجاهات التقنية

بينما يستخدم هذا الجهاز المحدد تقنية راسخة، تشمل الاتجاهات الأوسع في تقنية العرض:

• زيادة الكفاءة:يستمر البحث الجاري في المواد شبه الموصلة (مثل AlInGaP المحسنة أو المواد الناشئة لألوان أخرى) في دفع مقياس اللومن لكل واط أعلى، مما يتيح شاشات أكثر سطوعًا أو استهلاك طاقة أقل.
• التكامل:تتحرك الاتجاهات نحو شاشات مع IC قيادة مدمج (\"شاشات ذكية\") تتواصل عبر واجهات تسلسلية (I2C، SPI)، مما يبسط تصميم المتحكم المضيف ويقلل الأسلاك.
• التصغير والدقة:بالنسبة لأنواع السبعة مقاطع، فإن الاتجاه هو نحو ارقام أصغر ارتفاعًا لوحات معلومات أكثر كثافة أو التكامل في أجهزة أصغر، مع الحفاظ على وضوء القراءة.
• خيارات الألوان:بينما هذه شاشة حمراء، أصبحت شاشات LED النقطية والمقاطع القابلة للبرمجة كاملة الألوان أكثر شيوعًا لعرض معلومات أكثر ديناميكية، على الرغم من أنها غالبًا ما تكون بتكلفة وتعقيد أعلى من الأجهزة أحادية اللون مثل LTC-4665JD.

يمثل LTC-4665JD حلاً ناضجًا ومحسنًا للتطبيقات حيث يكون العرض الرقمي الأحمر الموثوق والمنخفض الطاقة هو المطلب الأساسي.