ورقة بيانات شاشة عرض LED طراز LTS-547AKS - ارتفاع الرقم 0.52 بوصة - اللون الأصفر - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LTS-547AKS وحدة عرض رقمية عالية الأداء ذات رقم واحد، مُصممة للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية واضحة وساطعة وموثوقة. وظيفتها الأساسية هي تمثيل رقم عشري مفرد (0-9) بصريًا، جنبًا إلى جنب مع الفاصلة العشرية. تم تصنيع الجهاز باستخدام تقنية أشباه الموصلات المتقدمة AS-AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم)، والمُصممة خصيصًا لإصدار ضوء أصفر ساطع. يُعرف نظام المواد هذا، الذي يتم تنميته على ركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs)، بكفاءته العالية ونقاوة لونه الممتازة في الطيف الأصفر-البرتقالي. تتميز الشاشة بمظهر مميز مع لوحة أمامية رمادية اللون وشرائح بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف إضاءة مختلفة. يتم تصنيفها وفقًا للشدة الضوئية، مما يضمن اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم LTS-547AKS عدة مزايا رئيسية تجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتجارية والاستهلاكية. يُعد انخفاض متطلبات الطاقة لديها فائدة كبيرة، مما يسمح بدمجها في أنظمة تعمل بالبطارية أو موفرة للطاقة. يضمن السطوع العالي ونسبة التباين العالية وضوحًا ممتازًا حتى في البيئات المضاءة بشكل ساطع. توفر زاوية الرؤية الواسعة مرونة في التثبيت وموضع المستخدم. تترجم الموثوقية الصلبة لتقنية LED إلى عمر تشغيلي طويل، ومقاومة للصدمات، وصيانة دنيا مقارنة بتقنيات العرض القديمة مثل شاشات العرض المتوهجة أو الفلورية المفرغة. كما يتم تقديم الجهاز في عبوة خالية من الرصاص، متوافقة مع اللوائح البيئية الحديثة مثل RoHS (تقييد المواد الخطرة). تشمل الأسواق المستهدفة النموذجية لوحات العدادات، ومعدات الاختبار والقياس، ولوحات التحكم الصناعية، والأجهزة الطبية، والأجهزة المنزلية الاستهلاكية، وشاشات لوحة القيادة في السيارات حيث تكون هناك حاجة إلى مؤشر رقمي واحد وواضح.

2. التفسير الموضوعي العميق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تحليلاً موضوعيًا مفصلاً للمعايير الكهربائية والبصرية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات. يعد فهم هذه المعايير أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدائرة بشكل صحيح وضمان أداء عرض مثالي.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

الخاصية البصرية الأساسية هيالشدة الضوئية المتوسطة (Iv). عند قياسها عند تيار أمامي (IF) قدره 1 مللي أمبير، تكون القيمة النموذجية 1400 ميكروكانديلا (µcd)، مع قيمة دنيا محددة تبلغ 500 ميكروكانديلا. يحدد هذا المعيار السطوع الملحوظ لكل شريحة مضاءة. يتم تحديدنسبة مطابقة الشدة الضوئية (IV-m)بحد أقصى 2:1. تشير هذه النسبة إلى أقصى تباين مسموح به في السطوع بين ألمع وأخفت الشرائح داخل جهاز واحد، مما يضمن مظهرًا موحدًا عند إضاءة جميع الشرائح. يتم تحديد خصائص اللون بواسطة الطول الموجي.الطول الموجي لذروة الانبعاث (λp)يبلغ نموذجيًا 588 نانومتر عند IF=20mA.الطول الموجي السائد (λd)، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا باللون الملحوظ، له نطاق يتراوح من 584 نانومتر إلى 594 نانومتر.نصف عرض الخط الطيفي (Δλ)يبلغ نموذجيًا 15 نانومتر، ويصف نقاء الطيف للضوء الأصفر المنبعث.

2.2 المعايير الكهربائية

المعيار الكهربائي الرئيسي هوالجهد الأمامي (VF)لكل شريحة. عند تيار أمامي قدره 20 مللي أمبير، يبلغ VF النموذجي 2.6 فولت، مع حد أدنى يبلغ 2.05 فولت. هذا هو انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) عندما يكون موصلًا للتيار وباعثًا للضوء. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير هذا الجهد.التيار العكسي (IR)يُحدد بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت، مما يشير إلى تيار التسرب الضئيل جدًا عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي. يمكن أن يؤدي تجاوز التصنيف الأقصى المطلق للجهد العكسي (5 فولت) إلى إتلاف الجهاز.

2.3 التصنيفات القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. وهي ليست للعملية العادية.التيار الأمامي المستمرلكل شريحة هو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتم توفير عامل تخفيض قدره 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية، مما يعني أن الحد الأقصى المسموح به للتيار المستمر ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى للتيار حوالي 25 مللي أمبير - (0.33 مللي أمبير/درجة مئوية * 60 درجة مئوية) = 5.2 مللي أمبير.تيار الذروة الأماميهو 60 مللي أمبير ولكنه مسموح به فقط في ظل ظروف النبض (1 كيلو هرتز، دورة عمل 25%).تبديد الطاقةلكل شريحة هو 70 ملي واط. يتم تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يحدد الظروف البيئية التي يمكن للجهاز تحملها.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن المنتجمصنف وفقًا للشدة الضوئية. يشير هذا إلى عملية تصنيف أو فرز يتم إجراؤها أثناء التصنيع. بسبب الاختلافات الكامنة في نمو الطبقات البلورية لأشباه الموصلات ومعالجة الرقاقة، يمكن أن يكون هناك اختلافات طفيفة في المعايير الرئيسية مثل الشدة الضوئية والجهد الأمامي بين وحدات LED من نفس الدفعة الإنتاجية. لضمان الاتساق للمستخدم النهائي، يقوم المصنعون باختبار كل جهاز وفرزه إلى "صناديق" أو فئات مختلفة بناءً على الأداء المقاس. يتم تصنيف LTS-547AKS خصيصًا للشدة الضوئية (Iv)، مما يعني أن العملاء يمكنهم اختيار أجهزة من نطاق شدة معين (صندوق) لضمان سطوع موحد عبر جميع الأرقام في تطبيق عرض متعدد الأرقام. توفر ورقة البيانات القيم الدنيا (500 ميكروكانديلا) والنموذجية (1400 ميكروكانديلا)، ولكن رموز الصناديق المحددة ونطاقات الشدة المقابلة لها سيتم تفصيلها عادةً في وثيقة تصنيف منفصلة أو تكون متاحة عند الطلب.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن منحنيات الأداء النموذجية لمثل هذا الجهاز ستوفر رؤية تصميمية لا تقدر بثمن. تمثل هذه المنحنيات بيانيًا العلاقة بين المعايير الرئيسية.

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

يُظهر هذا المنحنى العلاقة غير الخطية بين التيار المتدفق عبر LED والجهد عبره. يوضح جهد "التشغيل" (حوالي 2.0-2.1 فولت لـ AlInGaP) وكيف يزداد الجهد الأمامي قليلاً مع التيار. هذه المعلومات حاسمة لتصميم دوائر تحديد التيار، سواء باستخدام مقاومات بسيطة أو مشغلات تيار ثابت.

4.2 الشدة الضوئية مقابل التيار الأمامي

يوضح هذا الرسم البياني كيف يزداد خرج الضوء (بالميكروكانديلا أو المليكانديلا) مع زيادة التيار الأمامي. يكون خطيًا بشكل عام على مدى معين ولكنه قد يشبع عند تيارات عالية جدًا. يساعد هذا المصممين على اختيار تيار تشغيل يوفر السطوع المطلوب دون تجاوز حدود تبديد الطاقة أو تسريع تدهور التدفق الضوئي.

4.3 خصائص درجة الحرارة

المنحنيات التي تُظهر تغير الجهد الأمامي والشدة الضوئية مع درجة الحرارة المحيطة (Ta) أو درجة حرارة التقاطع (Tj) ضرورية. عادةً، ينخفض الجهد الأمامي مع زيادة درجة الحرارة (معامل درجة حرارة سالب)، بينما تنخفض الشدة الضوئية أيضًا مع ارتفاع درجة الحرارة. يعد فهم هذه الاتجاهات أمرًا حيويًا للتطبيقات المعرضة لتقلبات واسعة في درجة الحرارة لضمان أداء مستقر.

5. المعلومات الميكانيكية والخاصة بالعبوة

يبلغ ارتفاع الرقم في LTS-547AKS 0.52 بوصة (13.2 ملم). يتم توفير أبعاد العبوة في رسم بجميع القياسات بالمليمترات وبمُتحمّل قياسي قدره ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يعد هذا الرسم حاسمًا لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يضمن تصميم البصمة وأنماط الثقوب بشكل صحيح. يحتوي الجهاز على 10 أطراف في تكوين عبوة ثنائية الخط.

5.1 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

ترتيب الأطراف هو كما يلي: الطرف 1: الأنود E، الطرف 2: الأنود D، الطرف 3: الكاثود المشترك، الطرف 4: الأنود C، الطرف 5: الأنود D.P. (الفاصلة العشرية)، الطرف 6: الأنود B، الطرف 7: الأنود A، الطرف 8: الكاثود المشترك، الطرف 9: الأنود F، الطرف 10: الأنود G. يستخدم الجهاز تكوينكاثود مشترك. هذا يعني أن الكاثودات (الأطراف السالبة) لجميع شرائح LED (من A إلى G وDP) متصلة داخليًا ومخرجة إلى طرفين (3 و 8، وهما متصلان). لإضاءة شريحة محددة، يجب توصيل طرف الأنود المقابل لها بجهد موجب (من خلال مقاومة تحديد تيار أو مشغل) بينما يتم توصيل طرف (أطراف) الكاثود المشترك بالأرضي. ستعرض مخطط الدائرة الداخلية هذا الاتصال المشترك للكاثود لجميع الشرائح.

6. إرشادات اللحام والتجميع

تحدد ورقة البيانات معيار لحام حاسمًا: أقصى درجة حرارةلحام مسموح بها هي 260 درجة مئوية، ولا يمكن تطبيق هذه درجة الحرارة لأكثر من3 ثوانٍ. يتم أخذ هذا القياس عند نقطة على بعد 1.6 ملم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس المكون على لوحة الدوائر المطبوعة. يعد هذا الإرشاد ضروريًا لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. يمكن أن يؤدي تجاوز حدود الوقت/درجة الحرارة هذه إلى إلحاق ضرر حراري برقائق LED، أو المادة العازلة الإيبوكسية، أو الروابط السلكية الداخلية، مما يؤدي إلى فشل فوري أو تقليل الموثوقية طويلة المدى. يُوصى باتباع إرشادات IPC القياسية لتجميع LED. بالنسبة للتخزين، فإن النطاق المحدد هو من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية في بيئة جافة لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب ظاهرة "الفرقعة" أثناء لحام إعادة التدفق.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تُعد LTS-547AKS مثالية لأي جهاز يتطلب شاشة رقمية واحدة عالية الوضوح. تشمل التطبيقات الشائعة: أجهزة القياس الرقمية المتعددة وملاقط القياس، عدادات التردد، مصادر الطاقة المكتبية، المؤقتات والعدادات الصناعية، معدات المراقبة الطبية (مثل شاشات عرض المعلمة المفردة)، الأجهزة المنزلية (أفران الميكروويف، الأفران، صانعات القهوة)، عدادات السيارات الإضافية (الجهد، درجة الحرارة)، ومؤشرات لوحات التحكم الصناعية.

7.2 اعتبارات التصميم

• تحديد التيار:تعتبر وحدات LED أجهزة تعمل بالتيار. يجب توصيل مقاومة تحديد تيار على التوالي مع كل أنود (أو استخدام مشغل تيار ثابت) لضبط التيار الأمامي إلى القيمة المطلوبة (على سبيل المثال، 10-20 مللي أمبير للسطوع الكامل). يتم حساب قيمة المقاومة باستخدام R = (Vcc - Vf) / If، حيث Vcc هو جهد التغذية، Vf هو جهد LED الأمامي، و If هو التيار الأمامي المطلوب.
• التعددية الزمنية (Multiplexing):لتشغيل أرقام متعددة، غالبًا ما يتم استخدام تقنية التعددية الزمنية حيث يتم توصيل شرائح من نفس النوع عبر الأرقام معًا، ويتم تشغيل الكاثود المشترك لكل رقم بالتتابع بتردد عالٍ. هذا يوفر أطراف الإدخال/الإخراج على المتحكم الدقيق.
• زاوية الرؤية:تسمح زاوية الرؤية الواسعة بالتثبيت المرن، ولكن للحصول على أفضل سهولة قراءة، ضع في اعتبارك خط رؤية المستخدم الأساسي بالنسبة لسطح العرض.
• حماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD):على الرغم من عدم ذكرها صراحةً، يمكن أن تكون وحدات LED من نوع AlInGaP حساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب مراعاة احتياطات التعامل القياسية مع ESD أثناء التجميع.

8. المقارنة التقنية

مقارنة بتقنيات العرض الأخرى ذات الرقم الواحد، تقدم LTS-547AKS (AlInGaP الأصفر) مزايا مميزة. مقارنة بوحداتLED الحمراء القديمة من نوع GaAsP أو GaP، يوفر AlInGaP سطوعًا وكفاءة أعلى بكثير للألوان في الطيف الأصفر-البرتقالي-الأحمر. مقارنة بـشاشات الكريستال السائل ذات 7 شرائح، فإنها توفر وضوحًا متفوقًا في ظروف الإضاءة المنخفضة، ونطاق تشغيل أوسع لدرجة الحرارة، ولا تتطلب إضاءة خلفية. مقارنة بـشاشات الفلور المفرغة (VFDs)، فهي أكثر متانة، ولها جهد تشغيل أقل، وتستهلك طاقة أقل، على الرغم من أن شاشات VFD قد تقدم لونًا مختلفًا (غالبًا أزرق-أخضر) وزاوية رؤية واسعة جدًا. غالبًا ما يتم اختيار اللون الأصفر لكفاءته الضوئية العالية ومظهره الواضح الذي يجذب الانتباه، وهو مختلف عن شاشات العرض الحمراء أو الخضراء الشائعة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س1: ما هو الغرض من طرفي الكاثود المشترك (3 و 8)؟

ج1: هما متصلان داخليًا. وجود طرفين يوفر تناظرًا ميكانيكيًا، وتوزيعًا أفضل للتيار، وتحسين تبديد الحرارة من جانب الكاثود لرقائق LED. في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة، يجب توصيل كلاهما بالأرضي.

س2: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج2: لا، ليس مباشرة. الجهد الأمامي النموذجي هو 2.6 فولت، وسيتسبب طرف متحكم دقيق يخرج 5 فولت في تدفق تيار مفرط، مما يؤدي إلى تدمير شريحة LED. يجب عليك استخدام مقاومة تحديد تيار على التوالي. لمصدر طاقة 5 فولت وتيار مستهدف قدره 20 مللي أمبير، ستكون قيمة المقاومة حوالي (5 فولت - 2.6 فولت) / 0.02 أمبير = 120 أوم. غالبًا ما تُستخدم قيمة أعلى قليلاً (على سبيل المثال، 150 أوم) للسلامة وإطالة العمر الافتراضي.

س3: ماذا يعني "مصنف وفقًا للشدة الضوئية" لتصميمي؟

ج3: هذا يعني أنه يمكنك طلب أجهزة من صندوق سطوع محدد. إذا كنت تبني منتجًا متعدد الوحدات أو شاشة عرض متعددة الأرقام، فإن تحديد نفس رمز الصندوق لجميع شاشات العرض الخاصة بك يضمن أن جميعها سيكون لها سطوع متشابه جدًا، مما يؤدي إلى مظهر موحد واحترافي. إذا قمت بخلط الصناديق، فقد تظهر بعض الأرقام أكثر سطوعًا أو خفوتًا بشكل ملحوظ من غيرها.

س4: كيف أفسر عامل التخفيض للتيار الأمامي؟

ج4: عامل التخفيض البالغ 0.33 مللي أمبير/درجة مئوية يعني أنه لكل درجة مئوية ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية، يجب عليك تقليل الحد الأقصى للتيار الأمامي المستمر بمقدار 0.33 مللي أمبير. هذا ضروري لمنع درجة حرارة تقاطع LED من تجاوز حدها الآمن، مما يقلل بشكل كبير من عمرها الافتراضي. في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، قد تحتاج إلى تشغيل الشاشة بتيار أقل للحفاظ على الموثوقية.

10. حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم فولتميتر رقمي بسيط يعمل بالبطارية لعرض 0-9.9 فولت.

التنفيذ:استخدم متحكمًا دقيقًا مع محول تناظري إلى رقمي (ADC) لقياس الجهد. سيحتاج المتحكم الدقيق إلى 8 أطراف إدخال/إخراج على الأقل لتشغيل الشرائح السبعة والفاصلة العشرية لـ LTS-547AKS. مطلوب مقاومة تحديد تيار (على سبيل المثال، 180-220 أوم لنظام 3.3-5 فولت) على كل خط أنود. يتم توصيل طرفي الكاثود المشترك بالأرضي. سيقوم برنامج المتحكم الدقيق الثابت بقراءة قيمة ADC، وتحويلها إلى رقم عشري، وإضاءة الشرائح المقابلة عن طريق جعل أطراف الأنود المناسبة في حالة عالية. لعرض خانة الأعشار (الرقم "9" في 9.9)، ستكون هناك حاجة إلى رقم ثانٍ، وسيتم استخدام التعددية الزمنية لتشغيل الرقمين من نفس خطوط الشرائح الثمانية، باستخدام أطراف إدخال/إخراج منفصلة للتحكم في الكاثود المشترك لكل رقم.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل LTS-547AKS على مبدأالإضاءة الكهربائيةفي الصمام الثنائي لأشباه الموصلات. جوهر كل شريحة هو رقاقة صغيرة مصنوعة من طبقات AlInGaP تم تنميتها على ركيزة GaAs. يشكل هذا الهيكل تقاطع p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد الكامن الداخلي للتقاطع (حوالي 2.0-2.1 فولت)، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p عبر التقاطع. عندما تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة من أشباه الموصلات، يتم إطلاق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث — في هذه الحالة، الأصفر (~588 نانومتر). يعمل الوجه الرمادي والشرائح البيضاء كمشتت للضوء ومعزز للتباين، على التوالي، لتشكيل وتوجيه الضوء للحصول على أفضل سهولة قراءة.

12. الاتجاهات التكنولوجية

تستمر تطورات تقنيات العرض. بالنسبة لشاشات العرض الرقمية المنفصلة مثل LTS-547AKS، تركز الاتجاهات على عدة مجالات.زيادة الكفاءة:يهدف البحث المستمر في علوم المواد إلى تحسين الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) وكفاءة استخراج الضوء لـ AlInGaP وأشباه الموصلات المركبة الأخرى، مما ينتج شاشات أكثر سطوعًا عند تيارات أقل، وهو أمر بالغ الأهمية للأجهزة المحمولة.التصغير:بينما يعد حجم 0.52 بوصة حجمًا قياسيًا، هناك طلب على أرقام أصغر للأجهزة المدمجة وأرقام أكبر وأكثر سطوعًا للرؤية عن بعد.التكامل:هناك اتجاه نحو شاشات العرض ذات المشغلات المدمجة (I2C، SPI) أو حتى المتحكمات الدقيقة، مما يبسط الواجهة لمصمم النظام.خيارات الألوان:بينما يتميز اللون الأصفر بكفاءة عالية، فإن التقدم في وحدات LED الزرقاء من نوع InGaN وتحويل الفوسفور جعل شاشات العرض RGB كاملة الألوان والشاشات البيضاء أكثر سهولة، وإن كانت غالبًا بنقطة تكلفة/أداء مختلفة. تظل المزايا الأساسية لـ LED — الموثوقية، والعمر الطويل، والمتانة الصلبة — تضمن بقائها الخيار المهيمن للعديد من تطبيقات العرض الرقمية حيث تكون هذه السمات ذات أهمية قصوى.