ورقة بيانات شاشة LED مصفوفة النقاط LTP-1457AKD - ارتفاع 1.2 بوصة (30.42 مم) - ألينغاب الأحمر الفائق - مصفوفة 5x7 - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-1457AKD هي وحدة عرض أبجدية رقمية أحادية الرقم، مصممة للتطبيقات التي تتطلب إخراج أحرف واضح وموثوق. وظيفتها الأساسية هي تمثيل البيانات بصرياً، عادةً أحرف مشفرة بـ ASCII أو EBCDIC، من خلال شبكة من الثنائيات الباعثة للضوء (LED) القابلة للعنونة بشكل فردي.

يتم بناء الجهاز حول مصفوفة مكونة من 5 أعمدة و7 صفوف (5x7) من رقائق LED المصنوعة من مادة ألينغاب (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) ذات اللون الأحمر الفائق. تُزرع هذه المادة شبه الموصلة على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة، مما يساهم في أدائها البصري. يتميز العرض البصري بوجه لوح رمادي مع نقاط بيضاء، مما يوفر تبايناً عالياً للعناصر الحمراء المضيئة. الأهداف التصميمية الأساسية لهذا المكون هي استهلاك منخفض للطاقة، وموثوقية الحالة الصلبة، وزاوية مشاهدة واسعة تتحقق من خلال بناء أحادي المستوى. يتم تصنيفه بناءً على شدة الإضاءة، مما يسمح بمطابقة السطوع في التطبيقات متعددة الأرقام، ويمكن تكديسه أفقيًا لتشكيل شاشات متعددة الأحرف.

2. تعمق في المعلمات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه المعلمات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

• تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة:40 ميلي واط. هذه هي أقصى طاقة مستمرة يمكن لكل قطعة LED تحملها دون ارتفاع درجة الحرارة.
• تيار الأمامي الذروي لكل نقطة:90 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية لتجنب الإجهاد الحراري الزائد.
• تيار الأمامي المتوسط لكل نقطة:15 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التيار خطياً فوق 25 درجة مئوية بمعدل 0.2 مللي أمبير/درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى المسموح به للتيار المتوسط تقريباً: 15 مللي أمبير - ((85°C - 25°C) * 0.2 مللي أمبير/°C) = 3 مللي أمبير.
• الجهد العكسي لكل نقطة:5 فولت. تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي يمكن أن يسبب انهيار الوصلة.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:يتحمل 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العلبة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء المضمونة تحت ظروف الاختبار المحددة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):تتراوح من 800 ميكرو كانديلا (الحد الأدنى) إلى 2600 ميكرو كانديلا (النموذجي)، تم اختبارها عند تيار ذروة (I_p) قدره 32 مللي أمبير بدورة عمل 1/16. يتم قياس الشدة باستخدام مرشح يقارب منحنى استجابة العين البشرية الضوئي (CIE).
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):عادة 650 نانومتر عند تشغيله بتيار أمامي (I_F) قدره 20 مللي أمبير. هذا هو الطول الموجي الذي يكون عنده ناتج الطاقة البصرية في أعلى مستوياته.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):عادة 20 نانومتر (I_F=20 مللي أمبير). يشير هذا إلى انتشار طول موجة الضوء المنبعث حول الذروة.
• الطول الموجي السائد (λ_d):عادة 639 نانومتر (I_F=20 مللي أمبير). هذا هو الطول الموجي الواحد الذي تدركه العين البشرية، والذي قد يختلف قليلاً عن طول موجة الذروة.
• الجهد الأمامي لكل نقطة (V_F):يتراوح من 2.1 فولت إلى 2.8 فولت اعتماداً على التيار. عند I_F=20 مللي أمبير: 2.1 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي). عند I_F=80 مللي أمبير: 2.3 فولت (الحد الأدنى)، 2.8 فولت (النموذجي).
• التيار العكسي لكل نقطة (I_R):الحد الأقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) قدره 5 فولت.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):الحد الأقصى 2:1. تحدد هذه النسبة أن فرق السطوع بين أي نقطتين (أو قطعتين) على نفس الجهاز تحت نفس ظروف القيادة لن يتجاوز عامل اثنين.

3. شرح نظام التصنيف

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف حسب شدة الإضاءة\". وهذا يعني وجود عملية تصنيف أو فرز بعد التصنيع. بسبب الاختلافات الكامنة في نمو الطبقات شبه الموصلة ومعالجة الرقائق، يمكن أن يكون للنقاط الضوئية LED من نفس الدفعة الإنتاجية مخرجات بصرية مختلفة قليلاً. لضمان الاتساق في التطبيقات، خاصة في شاشات العرض متعددة الأرقام حيث يكون السطوع الموحد أمراً بالغ الأهمية، يتم اختبار الوحدات المصنعة وتصنيفها إلى \"صناديق\" مختلفة بناءً على شدة إضاءتها المقاسة. يمكن للمصممين بعد ذلك تحديد رمز صندوق عند الطلب لضمان أن جميع الوحدات في تجميعهم تقع ضمن نطاق سطوع ضيق، مما يمنع ظهور بعض الأحرف بشكل أغمق أو أكثر سطوعاً من غيرها. بينما لا تدرج ورقة البيانات هذه رموز الصناديق المحددة أو نطاقات الشدة، فإن هذه الممارسة معيارية لضمان الجودة البصرية.

4. تحليل منحنيات الأداء

الصفحة الأخيرة من ورقة البيانات مخصصة لـ \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية\". هذه الرسوم البيانية لا تقدر بثمن لفهم سلوك الجهاز بما يتجاوز المواصفات أحادية النقطة المدرجة في الجداول. بينما لا يتم تفصيل المنحنيات المحددة في النص المقدم، فإن الرسوم النموذجية لمثل هذا الجهاز ستشمل:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد عبر وصلة LED. يساعد في تصميم دائرة تحديد التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار، عادة بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى بسبب التسخين وانخفاض الكفاءة.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يوضح شكل وعرض طيف الضوء الأحمر المنبعث.

تسمح هذه المنحنيات للمهندسين بالتنبؤ بالأداء تحت ظروف التشغيل المحددة الخاصة بهم، والتي قد تختلف عن ظروف الاختبار القياسية.

5. معلومات الميكانيكية والعلبة

يتم تحديد البناء المادي لـ LTP-1457AKD بأبعاد علبته ودائرته الداخلية.

5.1 أبعاد العلبة

يبلغ ارتفاع المصفوفة في الجهاز 1.2 بوصة (30.42 مم). يتم توفير رسم تفصيلي بأبعاد في الصفحة 2 من ورقة البيانات. يتم تحديد جميع الأبعاد بالمليمترات، مع تسامح عام يبلغ ±0.25 مم (±0.01 بوصة) ما لم تتطلب ميزة محددة تسامحاً مختلفاً. هذا الرسم ضروري لتصميم بصمة PCB (لوحة الدوائر المطبوعة)، مما يضمن أن المكون يناسب بشكل صحيح ويتوافق مع وسادات اللحام الخاصة باللوحة.

5.2 الدائرة الداخلية وتوصيل الأطراف

يستخدم العرض تكوين كاثود مشترك للصفوف. يظهر الرسم التخطيطي للدائرة الداخلية مصفوفة 5x7 حيث يتم تشكيل كل LED (نقطة) عند تقاطع خط الأنود (العمود) وخط الكاثود (الصف). لإضاءة نقطة محددة، يجب تشغيل أنود العمود المقابل لها إلى مستوى عالٍ (مع تحديد تيار مناسب)، بينما يجب سحب كاثود الصف الخاص بها إلى مستوى منخفض.

جدول توصيل الأطراف حاسم للواجهة:

- الأطراف 1، 2، 5، 7، 8، 9، 12، 14 تتصل بكاثودات الصفوف (1-7).

- الأطراف 3، 4، 6، 10، 11، 13 تتصل بأنودات الأعمدة (1-5).

ملاحظة: هناك تناقض في القائمة المقدمة حيث تم إدراج الطرف 11 على أنه \"ANODE COLUMN 3\" والطرف 4 أيضاً \"ANODE COLUMN 3\". في مصفوفة 5x7 قياسية ذات 12 طرفاً (14 طرفاً مع احتمال عدم استخدام طرفين)، من المحتمل أن يكون هذا خطأ في التوثيق؛ يجب أن يكون أحدهما العمود 1، 2، 3، 4، أو 5. يجب الرجوع إلى مخطط ورقة البيانات الفعلية للحصول على التعيين الصحيح والواضح. يلزم وجود دائرة قيادة متعددة الإرسال مناسبة لتفعيل الصفوف والأعمدة بالتتابع لتشكيل الأحرف دون ظهور ظلال.

6. إرشادات اللحام والتجميع

مواصفة التجميع الرئيسية المقدمة هي ملف تعريف درجة حرارة اللحام. يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة ذروة تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ. يتم قياس هذا عند نقطة 1.6 مم أسفل مستوى جلوس جسم العلبة، وهو ما يتوافق تقريباً مع سطح PCB أو وصلة اللحام نفسها. يتوافق هذا التصنيف مع عمليات إعادة تدفق اللحام الخالية من الرصاص القياسية (SnAgCu). يجب على المصممين التأكد من أن ملف فرن إعادة التدفق الخاص بهم لا يتجاوز حد الوقت عند درجة الحرارة هذا لمنع تلف رقائق LED، أو روابط الأسلاك الداخلية، أو مادة العلبة البلاستيكية. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مناسبة للتطبيقات التي تتطلب حرفاً أو رمزاً واحداً عالي الوضوح. طبيعتها القابلة للتكديس تسمح باستخدامها في إعدادات متعددة الأحرف. تشمل الاستخدامات الشائعة:

- لوحات الأجهزة (الفولتميترات، الملتيميترات، عدادات التردد).

- مؤشرات حالة أنظمة التحكم الصناعية.

- شاشات نقاط البيع.

- لوحات رسائل بسيطة أو لوحات نتائج عند دمج وحدات متعددة.

- واجهات مستخدم الأنظمة المدمجة لرموز الحالة أو الإخراج أحادي الرقم.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:يلزم وجود متحكم دقيق (مايكروكنترولر) به عدد كافٍ من أطراف الإدخال/الإخراج أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة شاشات LED (مثل MAX7219 أو ما شابه) للقيام بالإرسال المتعدد. سوف يستنزف أو يزود كل طرف تياراً لعدة نقاط LED، لذا تأكد من عدم تجاوز حدود التيار لكل طرف في المتحكم الدقيق أو السائق.
• تحديد التيار:مقاومات تحديد تيار خارجية إلزامية لكل عمود أنود (أو سائق تيار ثابت) لضبط التيار الأمامي (I_F) إلى قيمة آمنة، عادة بين 10-20 مللي أمبير للتشغيل المستمر، مع مراعاة التناقص مع درجة الحرارة.
• تبديد الطاقة:احسب إجمالي تبديد الطاقة، خاصة عند إضاءة عدة نقاط في وقت واحد. تأكد من بقائها ضمن الحدود الحرارية للجهاز ولوحة PCB.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة للتطبيقات التي قد يتم فيها مشاهدة الشاشة من الجانب.
• اتساق السطوع:حدد صندوق شدة عند الطلب للتطبيقات متعددة الوحدات لضمان التوحيد البصري.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميزات الأساسية لـ LTP-1457AKD هي استخدامها لتقنية ألينغاب الأحمر الفائق وتنسيقها الميكانيكي/الكهربائي المحدد.

• مقارنة مع نقاط LED الحمراء القياسية من GaAsP أو GaP:تقدم نقاط LED من نوع ألينغاب بشكل عام كفاءة إضاءة أعلى، واستقراراً أفضل لدرجة الحرارة، ولوناً أحمر أكثر تشبعاً ونقاءً (طول موجي سائد ~639 نانومتر) مقارنة بالتكنولوجيات الأقدم، والتي قد تظهر أكثر برتقالية.
• مقارنة مع شاشات مصفوفة النقاط الأكبر أو الأصغر:يمثل الارتفاع 1.2 بوصة وتنسيق 5x7 مقايضة محددة للحجم والدقة، مما يوفر وضوحاً جيداً على مسافة معتدلة. التنسيقات الأصغر توفر مساحة ولكنها تقلل من قابلية القراءة؛ التنسيقات الأكبر أكثر وضوحاً من بعيد ولكنها تستهلك طاقة أكبر ومساحة لوحة أكبر.
• مقارنة مع شاشات المتحكم المتكامل:هذه مصفوفة LED \"خام\". تبسط الشاشات ذات المتحكمات المتكاملة (مثل I2C، SPI) واجهة المتحكم الدقيق ولكنها قد تكون أقل مرونة أو أكثر تكلفة. تقدم LTP-1457AKD تحكماً مباشراً على حساب دائرة قيادة أكثر تعقيداً.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات)

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

ج: ربما، ولكن بحذر. الجهد الأمامي النموذجي (V_F) هو 2.1-2.8 فولت. سيطبق طرف المتحكم الدقيق 5 فولت على الأنود، والذي بدون مقاومة تحديد تيار سيدمر الـ LED. يجب عليك استخدام مقاومة على التوالي. الحساب هو: R = (جهد_المصدر- V_F) / I_F. لمصدر 5 فولت، V_F=2.6 فولت، و I_F=20 مللي أمبير، R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 أوم. أيضاً، تأكد من أن المتحكم الدقيق يمكنه استنزاف/تزويد تيار الإرسال المتعدد المطلوب.

س: ماذا تعني \"دورة عمل 1/16\" في حالة الاختبار لشدة الإضاءة؟

ج: تعني أن الـ LED يتم تشغيله بنبض لمدة 1/16 من إجمالي وقت الدورة. للشاشات متعددة الإرسال، هذه طريقة قيادة شائعة. يكون تيار الذروة أثناء وقت التشغيل (32 مللي أمبير في الاختبار) أعلى مما يمكن استخدامه للتشغيل بالتيار المستمر لتحقيق سطوع مدرك يعادل تيار مستمر أقل. التيار المتوسط هو (تيار الذروة * دورة العمل) = 32 مللي أمبير * (1/16) = 2 مللي أمبير.

س: كيف يمكنني إنشاء أحرف مثل الحروف والأرقام؟

ج: تحتاج إلى جدول خطوط أو مولد أحرف في برنامجك. هذا جدول بحث يحدد النقاط (مجموعات الأنود/العمود، الكاثود/الصف) التي يجب إضاءتها لكل كود ASCII أو EBCDIC. على سبيل المثال، سوف يطابق الحرف \"A\" نمطاً محدداً عبر الأعمدة الخمسة والصفوف السبعة.

10. دراسة حالة التصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم مؤشر RPM أحادي الرقم لوحدة تحكم محرك.

تحتاج الشاشة إلى عرض رقم من 0-9 يمثل نطاق سرعة. تم اختيار متحكم دقيق منخفض التكلفة به 12 طرف إدخال/إخراج.

التنفيذ:تم تكوين 7 أطراف كمخرجات مفتوحة المصرف لقيادة صفوف الكاثود (استنزاف التيار). تم تكوين 5 أطراف كمخرجات رقمية لقيادة أعمدة الأنود عبر مقاومات تحديد تيار (تزويد التيار). يحتوي البرنامج الثابت على خريطة خطوط 5x7 للأرقام من 0 إلى 9. يعمل على مقاطعة مؤقت تقوم بتفعيل كل صف (1-7) بالتتابع عن طريق سحب طرف الكاثود الخاص به إلى مستوى منخفض. للصف النشط، يضبط البرنامج الثابت أطراف الأنود الخمسة إلى مستوى عالٍ وفقاً لنمط الخط للرقم المراد عرضه في ذلك الصف المحدد. يحدث هذا الإرسال المتعدد أسرع مما تستطيع العين البشرية إدراكه (مثلاً، >100 هرتز)، مما يخلق صورة مستقرة وخالية من الوميض. يتم الحفاظ على متوسط التيار لكل LED عند 10 مللي أمبير (تيار الذروة معدل لدورة العمل) لضمان موثوقية طويلة الأمد ضمن حدود تبديد الطاقة.

11. مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي هو الانبعاث الكهروضوئي في وصلة أشباه الموصلات من النوع p-n. لمادة ألينغاب فجوة نطاق مباشرة. عند انحيازها للأمام (جهد موجب على الأنود بالنسبة للكاثود)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n إلى نطاق التوصيل، ويتم حقن الفجوات من المنطقة من النوع p إلى نطاق التكافؤ. تتحد هذه حاملات الشحنة في المنطقة النشطة بالقرب من الوصلة. في مادة ذات فجوة نطاق مباشرة مثل ألينغاب، يكون جزء كبير من عمليات إعادة الاتحاد هذه إشعاعياً، مما يعني أنها تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي (اللون) لهذا الضوء بواسطة طاقة فجوة النطاق (E_g) لمادة أشباه الموصلات، وفقاً للمعادلة λ ≈ hc/E_g. بالنسبة لألينغاب المضبوطة للضوء الأحمر، ينتج عن ذلك فوتونات بطول موجي حوالي 650 نانومتر. ترتيب المصفوفة 5x7 هو ببساطة شبكة من نقاط LED الفردية من نوع p-n هذه، مع توصيل أنوداتها وكاثوداتها في نمط متقاطع لتقليل عدد أطراف القيادة المطلوبة.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما يمثل LTP-1457AKD تقنية ناضجة وموثوقة، فإن مجال تكنولوجيا العرض الأوسع يستمر في التطور. تواجه شاشات مصفوفة النقاط LED المنفصلة من هذا النوع منافسة من الوحدات المتكاملة التي تستخدم نقاط LED من نوع SMD، والتي يمكن أن تكون أصغر وتوفر دقة أعلى. علاوة على ذلك، تتقدم تكنولوجيات OLED و micro-LED، مما يعد بشاشات أرق وأكثر كفاءة وأعلى تبايناً. بالنسبة للتخصص المحدد للشاشات البسيطة والمتينة أحادية الحرف أو متعددة الأحرف منخفضة الدقة، تظل نقاط LED من نوع ألينغاب وأشباه الموصلات من المجموعة الثالثة والخامسة المشابهة ذات صلة عالية بسبب موثوقيتها المثبتة، ونطاق درجة حرارة التشغيل الواسع، والسطوع العالي، وفعالية التكلفة للتطبيقات الصناعية وأجهزة القياس. الاتجاه في هذا القطاع هو نحو كفاءة أعلى (مزيد من الضوء لكل واط) وتصنيف أكثر دقة لاتساق اللون والسطوع.