ورقة البيانات الفنية لعرض مصفوفة النقاط LED طراز LTP-747KY - ارتفاع الرقم 0.7 بوصة - لون العنبر الأصفر بتقنية AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 25 ميلي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة LTP-747KY هي وحدة عرض LED مضغوطة وعالية الأداء بتكوين مصفوفة نقاط 5x7، مُصممة للتطبيقات التي تتطلب إخراج أحرف أبجدية رقمية أو رموز واضحة وقابلة للقراءة. وظيفتها الأساسية هي توفير معلومات مرئية في الأجهزة الإلكترونية. تكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدامه لتقنية أشباه الموصلات المتقدمة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لرقائق LED، والتي توفر كفاءة ونقاء لوني فائقين مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP القياسي. يشمل السوق المستهدف لوحات التحكم الصناعية، وأجهزة القياس، والمعدات الطبية، والإلكترونيات الاستهلاكية، وأي نظام مدمج يتطلب عرض معلومات موثوقًا ومنخفض الطاقة.

تتميز الشاشة بارتفاع رقم يبلغ 0.7 بوصة (17.22 ملم)، مما يوفر قابلية قراءة ممتازة. وتتميز بشرائط متصلة ومتجانسة، مما يضمن مظهرًا متسقًا واحترافيًا للأحرف. النقاط البارزة التي تسلط عليها ورقة البيانات الضوء هي انخفاض متطلبات الطاقة، والسطوع والتباين العاليين، وزاوية الرؤية الواسعة، والموثوقية الصلبة، مما يترجم إلى عمر تشغيلي طويل ومتانة في بيئات متنوعة.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الخصائص الكهروبصرية

الأداء الكهروبصري هو محور وظيفة العرض. عند قياسه في درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية، فإن المعلمات الرئيسية هي:

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):يحدد هذا المعلم السطوع المُدرك لكل نقطة مضيئة. القيمة النموذجية هي 3400 ميكروكانديلا (µcd) تحت حالة اختبار I_P=32 مللي أمبير مع دورة عمل 1/16. الحد الأدنى المحدد هو 1650 µcd. استخدام دورة عمل 1/16 للقياس هو معيار للشاشات المتعددة الإرسال ويشير إلى ذروة التيار خلال شريحة وقتها النشط.
• خصائص الطول الموجي:
  • الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_p):595 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة الضوئية في أقصى حد، مما يضعه بقوة في منطقة اللون العنبري الأصفر من الطيف المرئي.
  • الطول الموجي السائد (λ_d):592 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي يطابق بشكل أفضل اللون المُدرك لـ LED للعين البشرية، وهو أقل قليلاً من طول موجة الذروة.
  • نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر. يشير هذا إلى نقاء الطيف أو انتشار الضوء المنبعث حول طول موجة الذروة. قيمة 15 نانومتر تعتبر ضيقة نسبيًا، مما يساهم في لون عنبري أصفر مشبع ونقي.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):بحد أقصى 2:1. هذا معلم حاسم لتوحيد العرض. يحدد أن سطوع أضعف نقطة في المصفوفة لن يقل عن نصف سطوع ألمع نقطة، مما يضمن مظهرًا متسقًا عبر جميع شرائط الحرف.

2.2 المعلمات الكهربائية

تحدد المواصفات الكهربائية حدود التشغيل والشروط للاستخدام الآمن والموثوق.

• الجهد الأمامي لكل نقطة (V_F):نموذجيًا 2.6 فولت، بحد أقصى 2.6 فولت عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. الحد الأدنى هو 2.05 فولت. هذا الجهد منخفض نسبيًا، مما يساهم في ادعاء انخفاض استهلاك الطاقة.
• التيار العكسي لكل نقطة (I_R):بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت. يشير هذا إلى مستوى تيار التسرب عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي.
• تصنيفات التيار:
  • تيار الذروة الأمامي لكل نقطة:60 مللي أمبير (الحد الأقصى المطلق).
  • متوسط التيار الأمامي لكل نقطة:13 مللي أمبير (الحد الأقصى المطلق عند 25°C). يتناقص هذا التصنيف خطيًا بمعدل 0.17 مللي أمبير/°C فوق 25°C، مما يعني أن التيار المستمر المسموح به يقل مع ارتفاع درجة الحرارة لمنع السخونة الزائدة.
• متوسط تبديد الطاقة لكل نقطة:25 ميلي واط (الحد الأقصى المطلق). هذه هي أقصى طاقة يمكن لكل نقطة LED فردية تبديدها بأمان على شكل حرارة.

2.3 التصنيفات الحرارية والبيئية

تضمن هذه المعلمات متانة الجهاز عبر ظروف التشغيل المختلفة.

• نطاق درجة حرارة التشغيل:من -35°C إلى +85°C. هذا النطاق الواسع يجعله مناسبًا للاستخدام في البيئات القاسية، من البرد القارس إلى البيئات الصناعية الساخنة.
• نطاق درجة حرارة التخزين:من -35°C إلى +85°C.
• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام تبلغ 260°C لمدة 3 ثوانٍ على مسافة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 ملم) أسفل مستوى الجلوس. هذا مواصفة قياسية لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق.

3. معلومات الميكانيكا والتغليف

3.1 الأبعاد الفيزيائية

تتضمن ورقة البيانات رسمًا تفصيليًا لأبعاد العبوة. يتم توفير جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تحديد الحجم الكلي، وتباعد الأطراف، وأبعاد نافذة الشرائط في هذا الرسم، وهو أمر بالغ الأهمية لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والتكامل الميكانيكي في غلاف المنتج.

3.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يحتوي الجهاز على تكوين 12 طرفًا. ترتيب الأطراف هو كما يلي: الطرف 1 (مصعد العمود 1)، الطرف 2 (مهبط الصف 3)، الطرف 3 (مصعد العمود 2)، الطرف 4 (مهبط الصف 5)، الطرف 5 (مهبط الصف 6)، الطرف 6 (مهبط الصف 7)، الطرف 7 (مصعد العمود 4)، الطرف 8 (مصعد العمود 5)، الطرف 9 (مهبط الصف 4)، الطرف 10 (مصعد العمود 3)، الطرف 11 (مهبط الصف 2)، الطرف 12 (مهبط الصف 1).

يتم توفير مخطط دائرة داخلي، يوضح الترتيب المصفوفي لـ 35 LED (5 أعمدة × 7 صفوف). كل عمود له توصيل مصعد مشترك، وكل صف له توصيل مهبط مشترك. هذا الهيكل المصفوفي أساسي للتعددية الإرسال، مما يسمح بالتحكم في 35 نقطة فردية باستخدام 12 طرفًا فقط، مما يقلل بشكل كبير من خطوط الإدخال/الإخراج المطلوبة للمتحكم الدقيق.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذا الجهاز ستشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين الجهد المطبق عبر LED والتيار الناتج. إنه ضروري لتصميم دائرة تحديد التيار.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح هذا المنحنى كيف يتغير سطوع LED مع تيار القيادة. يكون خطيًا عادةً على مدى معين ولكنه سيشبع عند التيارات الأعلى.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح هذا الرسم البياني الانخفاض الحراري لناتج الضوء. مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض كفاءة الإضاءة لـ LED بشكل عام.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر منحنى على شكل جرس متمركز حول 595 نانومتر مع نصف العرض المحدد البالغ 15 نانومتر.

هذه المنحنيات حيوية للمهندسين لتحسين ظروف القيادة للسطوع والكفاءة والعمر الطويل المطلوبين تحت درجات حرارة تشغيل محددة.

5. اقتراحات التطبيق

5.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

وحدة LTP-747KY مثالية للتطبيقات التي تتطلب شاشات رقمية مضغوطة متعددة الأرقام أو شاشات أبجدية رقمية محدودة. أمثلة على ذلك:

• معدات الاختبار والقياس:أجهزة الملتيميتر الرقمية، عدادات التردد، مصادر الطاقة لعرض القراءات.
• التحكم الصناعي:عدادات اللوحة لدرجة الحرارة، والضغط، ومعدل التدفق، أو عرض متغيرات العملية على الآلات.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:عرض لمعدات الصوت (مثل تردد الضابط)، والأجهزة المنزلية، أو الألعاب الإلكترونية القديمة.
• الأجهزة الطبية:عروض بارامترات بسيطة على الشاشات أو معدات التشخيص حيث تكون الموثوقية في غاية الأهمية.

5.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:نظرًا لتكوينها المصفوفي، يجب أن تكون الشاشة متعددة الإرسال. وهذا يتطلب متحكمًا دقيقًا أو دائرة متكاملة مخصصة للسائق قادرة على مسح الأعمدة والصفوف بتردد عالٍ بما يكفي (عادةً >100 هرتز) لتجنب الوميض المرئي. يتم تشغيل كل مصعد عمود بالتتابع بينما يتم سحب المهبطات المناسبة للصفوف إلى مستوى منخفض لإضاءة النقاط المطلوبة.
• تحديد التيار:مقاومات تحديد التيار الخارجية إلزامية لكل خط عمود أو صف (اعتمادًا على طوبولوجيا القيادة) لضمان ألا يتجاوز التيار الأمامي لكل نقطة التصنيفات القصوى المطلقة، خاصة تيار الذروة. يجب أن تأخذ الحسابات في الاعتبار دورة عمل التعددية الإرسال (مثل 1/5 لمصفوفة مكونة من 5 أعمدة).
• تبديد الطاقة:يجب حساب إجمالي تبديد الطاقة للشاشة بناءً على عدد النقاط المضاءة في وقت واحد، والجهد الأمامي، والتيار. تأكد من وجود إدارة حرارية كافية إذا كان التشغيل قريبًا من الحدود القصوى أو في درجات حرارة محيطة عالية.
• زاوية الرؤية:زاوية الرؤية الواسعة مفيدة للتطبيقات التي قد يتم فيها عرض الشاشة من مواقع خارج المحور.

6. المقارنة الفنية والتمييز

المميز الأساسي لـ LTP-747KY هو استخدامه لتقنية LED من نوع AlInGaP على ركيزة GaAs غير شفافة. مقارنة بمصابيح LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP، توفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يعني إخراجًا أكثر سطوعًا لنفس طاقة الإدخال الكهربائية. يوفر اللون العنبري الأصفر (592-595 نانومتر) وضوحًا ممتازًا وغالبًا ما يُعتبر ألطف على العينين من اللون الأحمر النقي في ظروف الإضاءة المنخفضة. الوجه الرمادي مع النقاط البيضاء يعزز التباين عن طريق تقليل الضوء المحيط المنعكس من المناطق غير النشطة في الشاشة، مما يحسن قابلية القراءة بشكل أكبر. تضمن التصنيف لشدة الإضاءة (المجمع في صناديق) مستوى سطوع أدنى يمكن التنبؤ به، وهي ميزة على الأجزاء غير المصنفة حيث يمكن أن يختلف السطوع على نطاق أوسع.

7. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: لماذا يكون تصنيف متوسط التيار الأمامي (13 مللي أمبير) أقل من تيار حالة الاختبار (20 مللي أمبير لـ V_F)?

ج: حالة الاختبار 20 مللي أمبير هي نقطة قياسية لقياس معلمات مثل الجهد الأمامي. تصنيف الحد الأقصى المطلق 13 مللي أمبير هو أعلى تيار مستمر مسموح به لكل نقطة تحت ظروف التشغيل العادية لضمان الموثوقية طويلة الأمد والبقاء ضمن حدود تبديد الطاقة. في تطبيق متعدد الإرسال، يمكن أن يكون التيار اللحظي خلال شريحة الوقت النشط أعلى (مثل 32 مللي أمبير وفقًا لاختبار I_V)، ولكن المتوسط على دورة كاملة يجب ألا يتجاوز 13 مللي أمبير.

س: ماذا يعني "دورة عمل 1/16" في حالة اختبار شدة الإضاءة؟

ج: يشير إلى أن الشاشة كانت تُقاد في وضع متعدد الإرسال حيث يتم تشغيل كل نقطة محددة بنشاط فقط لمدة 1/16 من إجمالي وقت دورة المسح. يتم قياس شدة الإضاءة خلال تلك النبضة النشطة. هذا يحاكي ظروف التشغيل الواقعية لشاشة متعددة الإرسال.

س: كيف أفسر نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1؟

ج: هذا معلم لمراقبة الجودة. يعني ذلك أنه داخل وحدة عرض واحدة، ستكون أضعف نقطة مضيئة على الأقل نصف سطوع ألمع نقطة. تشير النسبة الأقل (الأقرب إلى 1:1) إلى توحيد أفضل. نسبة 2:1 مقبولة للعديد من التطبيقات، مما يضمن ظهور الأحرف مضاءة بشكل متساوٍ.

8. حالة عملية للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم مقياس حرارة بسيط مكون من 4 أرقام باستخدام LTP-747KY. سيتطلب الأمر متحكمًا دقيقًا لقراءة مستشعر درجة الحرارة، وتحويل القيمة إلى BCD (العدد العشري المشفر ثنائيًا) أو خريطة خطوط مخصصة، وتشغيل العرض. نظرًا لأن LTP-747KY هي وحدة رقمية واحدة، فسيتم وضع أربع وحدات جنبًا إلى جنب. سيحتاج المتحكم الدقيق إلى 12 طرف إدخال/إخراج على الأقل للتحكم في شاشة واحدة مباشرة. للتحكم في أربع شاشات بكفاءة (48 طرفًا)، سيتم توسيع مخطط التعددية الإرسال: يمكن توصيل خطوط الأعمدة لجميع الشاشات الأربع على التوازي، وستكون هناك حاجة إلى خطوط تحكم منفصلة للصفوف لكل شاشة، أو العكس، باستخدام مزيج من اختيار العمود والرقم (الوحدة). بدلاً من ذلك، ستُبسط دوائر السائق المخصصة لـ LED ذات الواجهات التسلسلية (مثل SPI أو I2C) التصميم بشكل كبير، مما يقلل من عدد أطراف المتحكم الدقيق وتعقيد البرنامج. يجب حساب مقاومات تحديد التيار بناءً على جهد الإمداد، والجهد الأمامي لـ LED، ومتوسط التيار المطلوب لكل نقطة، مع مراعاة دورة عمل التعددية الإرسال (على سبيل المثال، إذا كان يتم مسح 4 أرقام، فإن دورة العمل لكل رقم هي 1/4).

9. مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل وحدة LTP-747KY على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي (حوالي 2 فولت لـ AlInGaP)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة حيث تتحد مرة أخرى. في مصابيح LED من نوع AlInGaP، يطلق هذا الاتحاد الطاقة بشكل أساسي في شكل فوتونات (ضوء) بطول موجي يتوافق مع طاقة فجوة النطاق للمادة، والتي تم هندستها لتكون في النطاق العنبري الأصفر (حوالي 595 نانومتر). الترتيب المصفوفي 5x7 هو تنفيذ عملي لتشكيل الأحرف. من خلال إضاءة نقاط محددة داخل هذه الشبكة بشكل انتقائي، يمكن عرض أي رقم، أو حرف، أو رمز بسيط. تكوين المصفوفة ذات المصعد المشترك والمهبط المشترك هو تصميم طوبولوجي يقلل من عدد الأطراف المطلوبة للاتصال، مما يجعل العبوة أصغر وأرخص للواجهة.

10. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

بينما تظل شاشات عرض مصفوفة النقاط المنفصلة 5x7 مثل LTP-747KY ذات صلة بتصميمات محددة حساسة للتكلفة أو قديمة، فقد تحول الاتجاه الأوسع في تكنولوجيا العرض نحو الحلول المتكاملة. غالبًا ما تستخدم التطبيقات الحديثة شاشات OLED رسومية، أو شاشات LCD من نوع TFT، أو لوحات مصفوفة LED أكبر وأعلى كثافة توفر قدرات رسومية كاملة، ونطاق ألوان أوسع، وواجهة أسهل عبر الناقلات الرقمية القياسية. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب فقط إخراج أحرف بسيط، ومشرق، وموثوق للغاية، ومنخفض الطاقة في بيئات قاسية محتملة، تقدم وحدات مصفوفة النقاط LED المنفصلة مزايا مميزة. تمثل تقنية AlInGaP المستخدمة هنا نظام مادة ناضج وعالي الكفاءة لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والعنبرية والصفراء. تركز التطورات المستقبلية في تكنولوجيا العرض على التصغير (مصابيح LED الدقيقة)، والركائز المرنة، وكفاءات أعلى، لكن المبادئ الأساسية للتشغيل واعتبارات التصميم لقيادة شاشات المصفوفة تظل متسقة إلى حد كبير.