ورقة بيانات شاشة LED مصفوفة النقاط LTP-747KA - ارتفاع الرقم 0.7 بوصة (17.22 مم) - لون أحمر برتقالي - تقنية AlInGaP - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-747KA هي وحدة عرض أبجدية رقمية ذات رقم واحد بمصفوفة نقاط 5 × 7. وظيفتها الأساسية هي توفير مخرجات بصرية واضحة ومشرقة للأحرف والرموز في مختلف التطبيقات الإلكترونية. المكون الأساسي في هذه الشاشة هو استخدام مادة أشباه الموصلات المتقدمة فوسفيد الألومنيوم إنديوم جاليوم (AlInGaP) لرقائق الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، المسؤولة عن توليد الضوء الأحمر البرتقالي المميز. تشتهر هذه التقنية المادية بكفاءتها العالية وخصائص أدائها الجيدة.

تم تصنيع الجهاز بلوحة أمامية رمادية اللون ويتميز بنقاط أو شرائط بيضاء اللون، مما يعزز التباين وقابلية القراءة للعناصر المضيئة مقابل الخلفية. يتم تصنيف الشاشة بناءً على شدة إضاءتها، مما يعني أن الوحدات يتم فرزها وفقًا لمخرجات الضوء المقاسة لضمان الاتساق ضمن النطاقات المحددة للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا موحدًا.

2. تحليل متعمق للمواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعياً للمعلمات الفنية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الخصائص البصرية

يعد الأداء البصري محورياً لوظيفة الشاشة. يتم قياس المعلمات الرئيسية تحت ظروف اختبار محددة، عادةً عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):هذا هو مقياس القدرة المدركة للضوء المنبعث من نقطة واحدة. القيمة النموذجية هي 3400 ميكروكانديلا (µcd)، مع حد أدنى 1650 µcd، عند تشغيلها بتيار ذروي (I_P) قدره 32 مللي أمبير بدورة عمل 1/16. دورة العمل 1/16 هي مخطط تعدد إرسال شائع لشاشات مصفوفة النقاط، حيث يكون كل صف نشطًا لمدة 1/16 من الوقت فقط لإدارة الطاقة والحرارة.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):الطول الموجي الذي يكون فيه طيف انبعاث LED عند أقصى شدته. بالنسبة لـ LTP-747KA، يبلغ هذا عادةً 621 نانومتر (nm)، مما يضعها بقوة في المنطقة الحمراء البرتقالية من طيف الضوء المرئي.
• الطول الموجي السائد (λ_d):هذا هو 615 نانومتر، وهو الطول الموجي الفردي الذي يصف بشكل أفضل اللون الذي تدركه العين البشرية. وهو يختلف قليلاً عن طول موجة الذروة بسبب شكل طيف انبعاث LED.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):هذه المعلمة، التي تبلغ عادةً 18 نانومتر، تشير إلى عرض طيف الانبعاث عند نصف أقصى شدته. يشير نصف العرض الأضيق إلى لون أكثر نقاءً طيفياً وتشبعاً.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):محددة كحد أقصى 2:1، تحدد هذه النسبة التباين المسموح به في السطوع بين ألمع نقطة وأخفت نقطة على الشاشة. تشير النسبة الأقل إلى اتساق أفضل.

2.2 الخصائص الكهربائية

فهم السلوك الكهربائي أمر بالغ الأهمية لتصميم الدائرة المناسب وضمان الموثوقية طويلة الأمد.

• جهد الأمامي لكل نقطة (V_F):انخفاض الجهد عبر LED عندما يكون موصلاً للتيار. القيمة النموذجية هي 2.6 فولت مع حد أقصى 2.6 فولت عند تيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. الحد الأدنى مدرج كـ 2.05 فولت. يجب مراعاة هذا النطاق عند تصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي لكل نقطة (I_R):كمية التيار الصغيرة التي تتدفق عند تطبيق جهد عكسي. يتم تحديده كحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت. تجاوز الحد الأقصى المطلق للجهد العكسي يمكن أن يسبب تلفاً.
• متوسط تيار الأمامي لكل نقطة:أقصى تيار مستمر DC موصى به للتشغيل الموثوق هو 13 مللي أمبير. هذا يختلف عن تيار الذروة المستخدم في التشغيل متعدد الإرسال.
• تيار الأمامي الذروي لكل نقطة:أقصى تيار لحظي يمكن للنقطة تحمله، محدد بـ 90 مللي أمبير. في تطبيقات التعدد الإرسال، يمكن أن يكون التيار اللحظي أعلى من متوسط التيار، ولكن يجب ألا يتجاوز تصنيف الذروة هذا.

2.3 القيم القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. إنها ليست ظروفاً للتشغيل العادي.

• متوسط تبديد الطاقة لكل نقطة:أقصى طاقة يمكن تبديدها باستمرار بواسطة نقطة LED واحدة هي 33 ملي واط. تجاوز هذا يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتقليل العمر الافتراضي.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:تم تصنيف الجهاز للعمل في درجات حرارة محيطة تتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يمكن أيضًا تخزينه ضمن نفس نطاق درجة الحرارة هذا.
• تخفيض تصنيف التيار:يجب تقليل متوسط تيار الأمامي خطياً فوق 25 درجة مئوية بمعدل 0.17 مللي أمبير لكل درجة مئوية. هذه قاعدة تصميم حرجة لمنع الانحراف الحراري عند درجات الحرارة المحيطة الأعلى.
• درجة حرارة اللحام:أثناء اللحام بالموجة أو إعادة التدفق، يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى جلوس العبوة 260 درجة مئوية لأكثر من 3 ثوانٍ. هذا يمنع تلف القالب الداخلي وروابط الأسلاك.

3. نظام التصنيف والفرز

تنص ورقة البيانات صراحةً على أن الجهاز "مصنف لشدة الإضاءة". وهذا يعني عملية فرز.

• فرز شدة الإضاءة:بعد التصنيع، يتم اختبار الشاشات الفردية وفرزها في مجموعات مختلفة بناءً على مخرجات الضوء المقاسة. وهذا يضمن أن يحصل العملاء على منتجات ذات مستويات سطوع متسقة. توفر ورقة البيانات القيم الدنيا/النموذجية/القصوى (1650/3400 µcd)، ولكن رموز أو فئات المجموعات المحددة غير مفصلة في هذا المقتطف. عملياً، ستحدد معلومات الطلب مجموعة الشدة المطلوبة.
• فرز الطول الموجي/اللون:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً للطول الموجي في هذه الورقة، إلا أن الممارسة الشائعة لمصنعي LED هي فرز الأجهزة حسب الطول الموجي السائد أو الذروي لضمان اتساق اللون، خاصة في شاشات الوحدات المتعددة. تشير القيم النموذجية الضيقة لـ λ_p(621 نانومتر) و λ_d(615 نانومتر) إلى اتساق لوني جوهري جيد من مادة AlInGaP.

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 وأهميتها القياسية.

• منحنى تيار الأمامي مقابل جهد الأمامي (I_F-V_F):يظهر هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين التيار المار عبر LED والجهد عبره. إنه ضروري لتصميم دائرة القيادة الصحيحة. سيظهر المنحنى جهد "الركبة" (حوالي 2.6 فولت النموذجي) وبعده يزداد التيار بسرعة مع زيادة صغيرة في الجهد.
• منحنى شدة الإضاءة مقابل تيار الأمامي (I_V-I_F):يوضح هذا الرسم كيف تزداد مخرجات الضوء مع تيار القيادة. يكون خطياً عادةً على مدى معين ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جداً. يساعد في تحديد نقطة التشغيل للسطوع المطلوب.
• منحنى شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة (I_V-T_A):يظهر هذا الانخفاض في مخرجات الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع لـ LED. فهو يحدد تأثير تخفيض التصنيف الحراري وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل في درجات حرارة مرتفعة.
• منحنى التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر منحنى على شكل جرس متمركز حول 621 نانومتر بنصف عرض 18 نانومتر.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يبلغ ارتفاع الرقم في الشاشة 0.7 بوصة، أي ما يعادل 17.22 مليمتر. سيوضح رسم أبعاد العبوة (المشار إليه ولكن غير موضح في النص) الطول الإجمالي والعرض والارتفاع وتباعد الأطراف وترتيب الشرائط. يتم تحديد التسامحات لجميع الأبعاد بـ ±0.25 مم (0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذا المستوى من الدقة مهم للتركيب الميكانيكي على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

5.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يحتوي الجهاز على 12 طرفاً. يتم تعريف مخطط التوصيل بوضوح: الطرف 1: المصعد للعمود 1، الطرف 2: المهبط للصف 3، الطرف 3: المصعد للعمود 2، وهكذا. يظهر مخطط الدائرة الداخلية تكوين مهبط مشترك للصفوف. وهذا يعني أن كل من خطوط الصفوف السبعة متصل بمهبط جميع مصابيح LED الخمسة في ذلك الصف. خطوط الأعمدة الخمسة متصلة بمصاعد مصابيح LED في كل عمود. يسمح هذا الترتيب المصفوفي بالتحكم في 35 نقطة فردية (5x7) باستخدام 12 طرفاً فقط (5+7)، باستخدام تقنيات التعدد الإرسال.

5.3 تحديد القطبية

على الرغم من عدم عرضها صراحةً في النص، فإن ترقيم الأطراف ومخطط الدائرة الداخلية يوفران المعلومات اللازمة للقطبية. جدول مخطط التوصيل هو الدليل الحاسم لتوصيل المصاعد والمهبط بشكل صحيح. سيؤدي توصيل القطبية بشكل غير صحيح (تطبيق انحياز أمامي على المهبط) إلى منع إضاءة LED، وإذا تجاوز الجهد تصنيف الجهد العكسي (5 فولت)، فقد يتلفه.

6. إرشادات اللحام والتركيب

الإرشاد الرئيسي المقدم هو ملف درجة حرارة اللحام: يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة المقاسة 1.6 مم أسفل جسم العبوة 260 درجة مئوية لأكثر من 3 ثوانٍ. هذا إرشاد قياسي لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. بالنسبة للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة، وتقليل وقت التلامس مع الأطراف إلى الحد الأدنى لمنع انتقال الحرارة عبر الطرف وتلف الرقاقة الداخلية. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة أثناء التعامل والتركيب لمنع تلف الوصلات شبه الموصلة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

بسبب تنسيق مصفوفة النقاط 5x7، المثالي لتوليد الأحرف الأبجدية الرقمية، فإن LTP-747KA مناسب تمامًا للتطبيقات التي تتطلب قراءات رقمية أحادية واضحة. أمثلة تشمل:

• لوحات التحكم الصناعية وشاشات الأجهزة.
• معدات الاختبار والقياس.
• الأجهزة الاستهلاكية مثل أفران الميكروويف والغسالات أو معدات الصوت.
• نقاط البيع والشاشات المعلوماتية الأساسية.
• مجموعات تعليمية لتعلم المتحكمات الدقيقة والشاشات متعددة الإرسال.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:مطلوب متحكم دقيق أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة الشاشة للتعامل مع تعدد إرسال الصفوف والأعمدة. يجب أن يكون السائق قادراً على توفير/استيعاب تيارات الذروة اللازمة (حتى 32 مللي أمبير لكل نقطة وفقاً لحالة الاختبار، ولكن يجب أن يشير التصميم إلى التصنيفات القصوى المطلقة) للأعمدة والصفوف على التوالي.
• تحديد التيار:مقاومات تحديد التيار الخارجية إلزامية لكل خط مصعد (عمود) لضبط تيار الأمامي وحماية مصابيح LED. يتم حساب قيمة المقاوم باستخدام R = (V_supply- V_F) / I_F. يجب أخذ استخدام تيار الذروة (I_P) في حساب التعدد الإرسال في الاعتبار.
• الإدارة الحرارية:في بيئات درجة الحرارة المحيطة العالية أو تطبيقات السطوع العالي، تأكد من تخفيض تصنيف متوسط التيار كما هو محدد (0.17 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية). يمكن أن يساعد التباعد الكافي على لوحة PCB في التبريد بالحمل الحراري الطبيعي.
• زاوية المشاهدة:تدعي ورقة البيانات "زاوية مشاهدة واسعة"، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي قد يتم فيها مشاهدة الشاشة من مواقع خارج المحور.

8. المقارنة الفنية والتمييز

على الرغم من عدم تقديم مقارنة مباشرة مع أرقام قطع أخرى، فإن المميزات الرئيسية لـ LTP-747KA بناءً على ورقة بياناتها هي:

• تقنية المادة (AlInGaP):مقارنة بمصابيح LED القديمة من GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة أعلى واستقراراً أفضل لدرجة الحرارة وسطوعاً متفوقاً، مما يؤدي إلى ادعاء "السطوع العالي والتباين العالي".
• مصفوفة النقاط مقابل شاشات الشرائط:تقدم مصفوفة النقاط 5x7 مرونة أكبر بكثير من شاشة الشرائط السبعة القياسية، حيث يمكنها عرض مجموعة أحرف ASCII الكاملة والرموز والرسومات البسيطة، وليس فقط الأرقام وبعض الحروف.
• تصنيف الشدة:يعد فرز شدة الإضاءة ميزة مضافة للتطبيقات التي تتطلب اتساقاً عبر وحدات متعددة.
• تعزيز التباين:الوجه الرمادي مع النقاط البيضاء هو خيار تصميمي يهدف إلى تحسين التباين عندما تكون مصابيح LED مطفأة، مما يجعل الشاشة تبدو أكثر احترافية وقابلية للقراءة في ظروف إضاءة مختلفة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

9.1 ما الفرق بين تيار الأمامي الذروي (90 مللي أمبير) وتيار حالة الاختبار (32 مللي أمبير)؟

تيار الأمامي الذروي (90 مللي أمبير) هو تصنيف أقصى مطلق - أعلى تيار لحظي يمكن لـ LED تحمله دون تلف فوري. الـ 32 مللي أمبير المستخدم في اختبار شدة الإضاءة هو حالة تشغيل نموذجية للقياس في نظام متعدد الإرسال (دورة عمل 1/16).متوسطالتيار في تلك الحالة أقل بكثير (32 مللي أمبير / 16 = 2 مللي أمبير). يجب أن يضمن التصميم بقاء التيارات اللحظية أقل من 90 مللي أمبير ومتوسط التيارات لكل نقطة أقل من 13 مللي أمبير (مع تخفيض التصنيف لدرجة الحرارة).

9.2 كيف أفسر مواصفة دورة العمل 1/16؟

يشير هذا إلى طريقة القيادة متعددة الإرسال القياسية. للتحكم في 7 صفوف مع 5 أعمدة، تقنية شائعة هي تفعيل صف واحد في كل مرة، والتناوب عبر جميع الصفوف السبعة بسرعة. إذا كان كل صف يعمل لفترة متساوية، فهو نشط لمدة 1/7 من الوقت. دورة العمل 1/16 هي حالة اختبار محافظة ومعيارية تسمح بالمقارنة بين الشاشات المختلفة، حتى لو كان مخطط التعدد الإرسال الفعلي في تطبيقك هو 1/7 أو 1/8 دورة عمل.

9.3 لماذا يتم إعطاء جهد الأمامي كنطاق (2.05 فولت كحد أدنى، 2.6 فولت نموذجي/أقصى)؟

جهد الأمامي (V_F) له تباين طبيعي بسبب تسامحات التصنيع في المادة شبه الموصلة. يجب أن يستوعب تصميم الدائرة هذا النطاق. يجب حساب مقاوم تحديد التيار باستخدامالقيمة القصوى V_F(2.6 فولت) لضمان أن الجهاز ذو V_Fالمرتفع يتلقى جهداً كافياً للاشتعال وتحقيق التيار المطلوب. استخدام القيمة النموذجية للحساب يعرض بعض الوحدات لخطر التشغيل بأقل من المطلوب.

10. مثال على تصميم وحالة استخدام

السيناريو:تصميم قراءة رقمية أحادية لدرجة الحرارة لوحدة تحكم صناعية تعمل في بيئة تصل إلى 50 درجة مئوية.

1. مجموعة الأحرف:يمكن لمصفوفة 5x7 عرض الأرقام من 0 إلى 9 وحروف مثل "C" لدرجة مئوية.
2. اختيار السائق:سيتم استخدام متحكم دقيق يحتوي على 12 طرف دخل/خرج على الأقل أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة الشاشة (مثل MAX7219) للتعامل مع توقيت التعدد الإرسال.
3. حساب التيار:استهدف متوسط تيار نقطة للحصول على سطوع جيد. لنفترض أننا اخترنا 8 مللي أمبير متوسط. عند 50 درجة مئوية، ينطبق تخفيض التصنيف: تخفيض التصنيف = (50 درجة مئوية - 25 درجة مئوية) * 0.17 مللي أمبير/درجة مئوية = 4.25 مللي أمبير. أقصى متوسط تيار مسموح به عند 50 درجة مئوية = 13 مللي أمبير - 4.25 مللي أمبير = 8.75 مللي أمبير. هدفنا البالغ 8 مللي أمبير آمن.
4. حساب المقاوم:لتعدد إرسال 1/7 (7 صفوف)، يحتاج تيار الذروة لكل نقطة إلى أن يكون 8 مللي أمبير * 7 = 56 مللي أمبير لتحقيق متوسط 8 مللي أمبير. هذا أقل من تصنيف الذروة 90 مللي أمبير. باستخدام مصدر طاقة 5 فولت و V_F(max)=2.6 فولت، مقاوم تحديد التيار هو R = (5 فولت - 2.6 فولت) / 0.056 أمبير ≈ 42.9 أوم. سيتم استخدام مقاوم قياسي 43 أوم.
5. تخطيط PCB:سيتطابق موضع الشاشة مع رسم الأبعاد. سيتم ترك مساحة كافية حول العبوة لتدفق الهواء.

11. مبدأ التشغيل

تعمل LTP-747KA على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة p-n شبه موصلة. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز الجهد المدمج للديود (المصعد موجب بالنسبة للمهبط)، تندمج الإلكترونات من طبقة AlInGaP من النوع n مع الفجوات من الطبقة من النوع p. يطلق حدث الاندماج هذا الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP (الألومنيوم، الإنديوم، الجاليوم، الفوسفور) طاقة فجوة النطاق لأشباه الموصلات، والتي تحدد مباشرة الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأحمر البرتقالي عند ~621 نانومتر. يتم تركيب الرقائق على ركيزة زرنيخيد الجاليوم (GaAs) غير الشفافة، مما يساعد على عكس الضوء لأعلى، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الإجمالية من السطح العلوي للجهاز. تتكون مصفوفة 5x7 من مصابيح LED قابلة للعنونة بشكل فردي مرتبة في نمط الشبكة هذا، ويتم التحكم فيها عبر دوائر تعدد إرسال خارجية تقوم بتسلسل الطاقة بسرعة عبر الصفوف والأعمدة لخلق وهم شخصية مستقرة ومضاءة بالكامل.

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

مثلت تقنية LED من AlInGaP، كما هو مستخدم في LTP-747KA، تقدماً كبيراً مقارنة بمواد LED السابقة مثل GaAsP. مكنت من سطوع أعلى وكفاءة محسنة واستقرار أفضل لدرجة الحرارة، مما جعل مصابيح LED قابلة للتطبيق لمجموعة أوسع من تطبيقات المؤشرات والعرض. تحول اتجاه تكنولوجيا العرض منذ ذلك الحين نحو مصفوفات نقاط أعلى كثافة ومصفوفات RGB كاملة اللون واعتماد واسع النطاق لشاشات LED العضوية (OLED) وشاشات micro-LED للشاشات عالية الدقة. ومع ذلك، تظل شاشات مصفوفة النقاط الأبجدية الرقمية أحادية ومتعددة الأرقام مثل تنسيق 5x7 ذات صلة عالية لواجهات فعالة من حيث التكلفة وموثوقة وقابلة للقراءة بسهولة في السياقات الصناعية والأجهزة والأدوات حيث لا تكون القدرة الرسومية الكاملة مطلوبة. تظل مبادئ القيادة الأساسية - التعدد الإرسال والتحكم في التيار - أساسية في تصميم شاشات LED بغض النظر عن المقياس أو التكنولوجيا.