ورقة بيانات شاشة LED زرقاء مصفوفة 5x7 نقطية طراز LTP-1557TBE - ارتفاع 1.2 بوصة - جهد أمامي 3.6 فولت - شريحة زرقاء من InGaN - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة عرض أبجدية رقمية صلبة مصممة للتطبيقات التي تتطلب إخراج أحرف واضح وموثوق. وظيفتها الأساسية هي تمثيل البيانات بصريًا، عادةً أحرف مشفرة بـ ASCII أو EBCDIC، من خلال شبكة من الثنائيات الباعثة للضوء (LED) القابلة للعنونة بشكل فردي. يشمل السوق الرئيسي لهذا المكون لوحات التحكم الصناعية، وأجهزة القياس، ونقاط بيع الطرفيات، ومختلف الأنظمة المدمجة حيث تكون هناك حاجة إلى حل عرض بسيط ومتين ومنخفض الطاقة.

تكمن الميزة الأساسية للجهاز في استخدامه لشرائح LED زرقاء من InGaN (إنديوم جاليوم نيتريد). توفر هذه التكنولوجيا أشباه الموصلات كفاءة إضاءة جيدة ولونًا أزرقًا مميزًا. تتميز الشاشة بوجه رمادي ونقاط بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة. تشمل الميزات الرئيسية التي تساهم في فائدتها: انخفاض متطلبات الطاقة، وزاوية مشاهدة واسعة بسبب التصميم أحادي المستوى، وموثوقية الحالة الصلبة بدون أجزاء متحركة، والقدرة على التراص أفقيًا لعروض متعددة الأحرف.

2. التفسير الموضوعي المتعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري تحت ظروف اختبار محددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.شدة الإضاءة المتوسطة (Iv)لكل شريحة LED محددة بحد أدنى 5400 ميكروكانديلا، وقيمة نموذجية 13500 ميكروكانديلا، وبدون حد أقصى محدد، عند تشغيلها بتيار أمامي (IF) قدره 10 مللي أمبير. تشير هذه المعلمة إلى قوة إخراج الضوء كما يدركها العين البشرية، ويتم قياسها باستخدام مستشعر مُرشح لمطابقة منحنى استجابة الرؤية النهاري لـ CIE.

يبلغطول موجة الانبعاث الذروي (λp)نموذجيًا 468 نانومتر، مما يضع الإخراج في المنطقة الزرقاء من الطيف المرئي. يبلغنصف عرض الخط الطيفي (Δλ)25 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف أو انتشار الأطوال الموجية المنبعثة. يتراوحالطول الموجي السائد (λd)بين 470 نانومتر و 475 نانومتر، ممثلًا اللون المُدرك للضوء. تبلغنسبة مطابقة شدة الإضاءةلـ LEDs داخل منطقة العرض نفسها بحد أقصى 2:1، مما يضمن تجانسًا مقبولاً في السطوع عبر المصفوفة.

2.2 الخصائص الكهربائية

المعلمة الكهربائية الرئيسية هيالجهد الأمامي (VF)لكل شريحة، والذي يتراوح من 3.3 فولت (الحد الأدنى) إلى 3.6 فولت (الحد الأقصى) عند تيار اختبار قدره 20 مللي أمبير. هذه معلمة تصميم حرجة لاختيار مقاومات تحديد التيار المناسبة أو دائرة القيادة. يتم تحديدالتيار العكسي (IR)بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. من المهم ملاحظة أن حالة الجهد العكسي هذه هي لأغراض الاختبار فقط؛ الجهاز غير مصمم للتشغيل المستمر تحت انحياز عكسي.

2.3 القيم القصوى المطلقة واعتبارات الحرارة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. يبلغالتيار الأمامي المستمرلكل شريحة 20 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع تخفيض خطي بمقدار 0.21 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة. يبلغالتيار الأمامي الذروي100 مللي أمبير ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض نبضة 0.1 مللي ثانية). الحد الأقصىلتبديد الطاقةلكل شريحة هو 70 ملي واط. الجهاز مصنف لنطاقدرجة حرارة التشغيل والتخزينمن -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. عتبةالتفريغ الكهروستاتيكي (ESD)هي 2000 فولت (نموذج جسم الإنسان)، مما يشير إلى مستوى متوسط من الحساسية يتطلب إجراءات معالجة مناسبة.

3. المعلومات الميكانيكية والتغليف

3.1 الأبعاد والتفاوتات المسموح بها

يبلغ ارتفاع المصفوفة للجهاز 1.2 بوصة (30.42 ملم). يتم توفير جميع أبعاد العبوة بالمليمترات. التفاوتات العامة هي ±0.25 ملم ما لم يُذكر خلاف ذلك. تذكر ملاحظة محددة تفاوت انزياح طرف الطرف بمقدار ±0.5 ملم، وهو أمر مهم لتصميم بصمة PCB والتركيب الآلي.

3.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

تحتوي الشاشة على تكوين 14 طرفًا. يظهر مخطط الدائرة الداخلية بنية مصفوفة متعددة الإرسال. يتم تعيين الأطراف لمصاعد الصفوف من 1 إلى 7 و مهبطات الأعمدة من 1 إلى 5. تسمح بنية الاختيار X-Y هذه بالتحكم في أي نقطة مفردة (LED) عن طريق تفعيل خطوط الصف (المصعد) والعمود (المهبط) المقابلة، مما يقلل بشكل كبير من عدد أطراف القيادة المطلوبة مقارنةً بأسلوب القيادة المباشرة.

4. إرشادات اللحام والتركيب

تحدد ورقة البيانات درجة حرارة لحام قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 5 ثوانٍ، مقاسة عند 1.6 ملم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا قيد نموذجي لملف تعريف لحام إعادة التدفق للمكونات ذات الثقوب المارّة. الالتزام بهذا الحد ضروري لمنع تلف شرائح LED أو العبوة البلاستيكية من الإجهاد الحراري المفرط.

5. الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)

نظرًا لتقييم حساسية ESD، يُوصى ببروتوكولات معالجة صارمة لمنع التلف من الكهرباء الساكنة أو طفرات الطاقة. وتشمل هذه: استخدام سوار معصم موصل أو قفازات مضادة للكهرباء الساكنة؛ التأكد من أن جميع المعدات ومحطات العمل وأرفف التخزين مؤرضة بشكل صحيح؛ واستخدام منفاخ أيوني لتحييد الشحنات الساكنة التي قد تتراكم على سطح العدسة البلاستيكية أثناء المعالجة والتخزين.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية للتطبيقات التي تتطلب سطرًا واحدًا أو بضعة أحرف من المعلومات. تشمل الاستخدامات الشائعة: مؤشرات الحالة على الآلات، وقراءات بسيطة على معدات الاختبار، ولوحات العرض للإلكترونيات الاستهلاكية الأساسية، وككتل بناء للوحات رسائل متعددة الأحرف أكبر بسبب تصميمها القابل للتراص.

6.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة:مطلوب متحكم دقيق أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة العرض لتعدد إرسال الصفوف والأعمدة. يجب أن يوفر السائق التيار اللازم (عادةً 10-20 مللي أمبير لكل مقطع) ويتعامل مع انخفاض الجهد الأمامي (~3.6 فولت). مقاومات تحديد التيار ضرورية لكل خط صف أو عمود لضبط تيار التشغيل.
مزود الطاقة:يجب أن يكون جهد التغذية أعلى من جهد LED الأمامي. جهد تغذية 5 فولت شائع، مع استخدام مقاومات لخفض الجهد المتبقي.
زاوية المشاهدة:التصميم أحادي المستوى وزاوية المشاهدة الواسعة مفيد للتطبيقات التي قد يتم فيها مشاهدة الشاشة من مواقع غير مركزية.
البيئة:نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد يجعلها مناسبة لكل من البيئات الداخلية والعديد من البيئات الصناعية.

7. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بالتكنولوجيات الأقدم مثل العروض المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs)، تقدم مصفوفة LED هذه استهلاكًا للطاقة أقل بكثير، وعمرًا أطول، ومقاومة فائقة للصدمات والاهتزازات بسبب بنيتها الصلبة. ضمن فئة شاشات LED، يوفر استخدام الشرائح الزرقاء InGaN خيار لون مختلف مقارنةً بـ LEDs الحمراء الأكثر شيوعًا من GaAsP أو GaP. تنسيق 5x7 هو معيار لتوليد الأحرف الأبجدية الرقمية، مما يوفر توازنًا جيدًا بين الدقة وعدد الأطراف. تمايز عبوة الثقب المار خاصتها عن البدائل ذات التركيب السطحي، مما يجعلها أكثر ملاءمة للنماذج الأولية، ومشاريع الهواة، أو التطبيقات التي قد تتضمن لحامًا يدويًا.

8. الأسئلة الشائعة بناءً على المعايير التقنية

س: ما هو الغرض من نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1؟
ج: تضمن هذه النسبة أن ألمع نقطة في العرض ليست أكثر سطوعًا بمرتين من أضعف نقطة تحت نفس ظروف القيادة. هذا مهم لتحقيق مظهر موحد عبر جميع الأحرف والمقاطع، ومنع ظهور بعض النقاط بشكل ملحوظ أكثر خفوتًا أو سطوعًا من الأخرى.

س: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة مباشرةً بطرف متحكم دقيق بجهد 3.3 فولت؟
ج: لا. الجهد الأمامي النموذجي (3.6 فولت) أعلى من 3.3 فولت. ستحتاج إلى دائرة قيادة (مثل مصفوفة ترانزستور) تعمل بجهد تغذية أعلى (مثل 5 فولت) لتبديل الصفوف/الأعمدة. ستتحكم أطراف المتحكم الدقيق بعد ذلك في ترانزستورات القيادة هذه.

س: لماذا توجد ملاحظة تحدد أن الجهد العكسي للاختبار فقط؟
ج: LEDs هي ثنائيات ولم تصمم لحجب جهود عكسية عالية. تطبيق انحياز عكسي مستمر فوق عتبة منخفضة جدًا (غالبًا بضعة فولت فقط) يمكن أن يسبب انهيارًا وتلف الجهاز. حالة الاختبار 5 فولت تُستخدم لقياس تيار التسرب (IR) تحت إجهاد مضبوط وغير تشغيلي.

س: كيف يمكنني إنشاء عرض متعدد الأحرف؟
ج: الشاشات "قابلة للتراص أفقيًا". هذا يعني أنه يمكنك وضع وحدات متعددة جنبًا إلى جنب على لوحة PCB. تم تصميم توصيلات أطرافها بحيث يمكن توصيل خطوط الصف والعمود المقابلة من الوحدات المجاورة على التوازي، مما يسمح لدائرة قيادة واحدة بالتحكم في سلسلة من الأحرف عن طريق مسح جميع صفوفها في وقت واحد أثناء إرسال بيانات العمود لكل موقع بالتتابع.

9. حالة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة: تصميم قراءة درجة حرارة بسيطة.يحتاج المصمم إلى عرض درجة حرارة مكونة من رقمين (مثل "25") على متحكم مدمج. سوف يستخدم شاشتين LTP-1557TBE. سيتم برمجة متحكم دقيق لتحويل قيمة مستشعر درجة الحرارة إلى رموز ASCII للأرقام '2' و '5'. سيتم تحويل هذه الرموز إلى النمط المحدد للنقاط المضاءة لكل حرف باستخدام جدول بحث مخزن في ذاكرة المتحكم الدقيق. ستقوم أطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق، على الأرجح من خلال سائقي استنزاف تيار خارجيين (مثل مصفوفات ULN2003 للأعمدة) وسائقي تزويد تيار (مثل ترانزستورات للصفوف)، بتعدد إرسال الشاشات. ستدور بسرعة من خلال تفعيل الصف 1 من كلا الشاشتين أثناء ضبط أنماط الأعمدة لذلك الصف لكل حرف، ثم الصف 2، وهكذا حتى الصف 7. يحدث هذا أسرع مما تستطيع العين البشرية إدراكه، مما يخلق وهم أحرف مستقرة. يضمن الوجه الرمادي والنقاط البيضاء سهولة قراءة جيدة في الضوء المحيط للبيئة المقصودة.

10. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ التشغيل الأساسي على الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. عند تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز عتبة تشغيل الثنائي (الجهد الأمامي، VF)، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (الوصلة). هنا، تتحد، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). المادة المحددة المستخدمة - InGaN في هذه الحالة - تحدد طاقة فجوة النطاق وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث، وهو في الطيف الأزرق. ترتيب المصفوفة 5x7 هو تنفيذ عملي حيث يتم تجميع 35 شريحة LED فردية (نرد) معًا وربطها ببعضها البعض في مصفوفة صف-عمود لتقليل الاتصالات الخارجية.

11. الاتجاهات والتطورات التكنولوجية

بينما تمثل مصفوفة LED المنفصلة ذات الثقب المارّ هذه تكنولوجيا ناضجة ومستقرة، فإن مجال تكنولوجيا العرض الأوسع يستمر في التطور. تشمل الاتجاهات: الانتقال إلى عبوات أجهزة التركيب السطحي (SMD) للتركيب الآلي وعوامل شكل أصغر. هناك أيضًا اتجاه نحو مصفوفات أعلى كثافة وعروض RGB كاملة الألوان باستخدام تقنيات تغليف متقدمة تدمج الشرائح الحمراء والخضراء والزرقاء في بكسل واحد. علاوة على ذلك، تشهد تكنولوجيا شريحة LED الأساسية تحسينًا مستمرًا في الكفاءة (مزيد من إخراج الضوء لكل واط من المدخلات الكهربائية) والموثوقية. ومع ذلك، يظل تنسيق 5x7 الأبجدي الرقمي الأساسي ذا صلة بعدد لا يحصى من تطبيقات العرض البسيطة والفعالة من حيث التكلفة والموثوقة حيث لا تكون الدقة العالية أو اللون مطلوبة.