ورقة بيانات شاشة LED مصفوفة النقاط LTP-1557AKA - ارتفاع 1.2 بوصة (30.42 مم) - لون أحمر برتقالي AlInGaP - مصفوفة 5x7 - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

إن LTP-1557AKA عبارة عن وحدة عرض أبجدية رقمية أحادية الرقم، مصممة للتطبيقات التي تتطلب إخراج أحرف واضح وموثوق. وظيفتها الأساسية هي تمثيل المعلومات بصريًا من خلال شبكة من الثنائيات الباعثة للضوء (LED) التي يمكن التحكم فيها بشكل فردي.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

يقدم هذا الجهاز عدة مزايا رئيسية تجعله مناسبًا لمجموعة من التطبيقات الصناعية والتجارية. تشمل فوائده الأساسيةمتطلبات طاقة منخفضة، وهو أمر أساسي للأنظمة التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. تضمنالموثوقية الصلبةلتقنية LED عمر تشغيلي طويل ومقاومة للصدمات والاهتزازات مقارنة بالشاشات القائمة على الفتيل أو الميكانيكية الأخرى. يوفر تصميمالمستوى الواحد وزاوية الرؤية الواسعةرؤية جيدة من مواقع مختلفة، وهو أمر بالغ الأهمية لواجهات المستخدم. أخيرًا، يبسطالتوافق مع رموز الأحرف القياسية (USASCII و EBCDIC)والقدرة على التكديس الأفقيالتكامل في الأنظمة التي تتطلب شاشات متعددة الأرقام. تشمل الأسواق المستهدفة النموذجية لوحات الأدوات، وأطراف نقاط البيع، وأنظمة التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار حيث تكون هناك حاجة إلى إخراج أحرف مقروءة ومتينة.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً مفصلاً وموضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية والفيزيائية للجهاز.

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يتم تعريف الأداء البصري عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية. يستخدم الجهازمادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم)لرقائق LED الخاصة به، والتي يتم تصنيعها على ركيزة GaAs غير شفافة. يُعرف اختيار هذه المادة بكفاءتها العالية في الطيف الأحمر البرتقالي. تتمتع الشاشة بوجه رمادي مع لون نقطة أبيض للتباين.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V): تتراوح من حد أدنى 2100 μcd إلى قيمة نموذجية 3800 μcd. يتم أخذ هذا القياس تحت ظروف تشغيل محددة: تيار ذروة (I_p) بقيمة 80 مللي أمبير مع دورة عمل 1/16. يتم قياس الشدة باستخدام مستشعر ومرشح يقترب من منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن ارتباط القيمة بإدراك السطوع البشري.
• خصائص الطول الموجي:
  • الطول الموجي لذروة الانبعاث (λ_p): نموذجيًا 621 نانومتر، مما يشير إلى أقوى نقطة لانبعاث الضوء في المنطقة الحمراء البرتقالية.
  • الطول الموجي المهيمن (λ_d): نموذجيًا 615 نانومتر. هذا هو الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية لمطابقة لون الضوء، والذي قد يختلف قليلاً عن طول موجة الذروة.
  • نصف عرض الخط الطيفي (Δλ): نموذجيًا 18 نانومتر. تحدد هذه المعلمة عرض النطاق الترددي للضوء المنبعث، مما يشير إلى نطاق الأطوال الموجية حول الذروة. يشير نصف العرض الأضيق إلى لون أكثر نقاءً طيفيًا.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m): لها نسبة قصوى تبلغ 2:1. تحدد هذا التباين المسموح به في السطوع بين ألمع نقطة وأخفتها في المصفوفة، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

2.2 المعلمات الكهربائية

يتم تحديد جميع الخصائص الكهربائية أيضًا عند Ta=25 درجة مئوية.

• الجهد الأمامي لكل نقطة (V_F): نموذجيًا 2.6 فولت، بحد أقصى 2.6 فولت، عند تشغيله بتيار أمامي (I_F) بقيمة 20 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عندما يكون مضاءً.
• التيار العكسي لكل نقطة (I_R): حد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت. يشير هذا إلى مستوى تيار التسرب عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي.

2.3 التصنيفات القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. لا يُقصد بها التشغيل المستمر.

• تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة: 33 ميلي واط كحد أقصى.
• تيار الذروة الأمامي لكل نقطة: 90 مللي أمبير كحد أقصى، ولكن فقط تحت ظروف النبض (دورة عمل 1/10، عرض النبضة 0.1 مللي ثانية). هذا يسمح بسطوع لحظي أعلى.
• التيار الأمامي المتوسط لكل نقطة: التصنيف هو 13 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. والأهم من ذلك، أن هذا التصنيف يتناقص خطيًا بمعدل 0.17 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. هذه معلمة تصميم حرجة لإدارة الحرارة.
• الجهد العكسي لكل نقطة: 5 فولت كحد أقصى.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين: من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهازمصنف حسب شدة الإضاءة. هذا يشير إلى عملية تصنيف (binning) تصنيعية. أثناء الإنتاج، تظهر اختلافات طبيعية في أداء مصابيح LED. يتم اختبار الأجهزة وفرزها (تصنيفها) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة. هذا يسمح للعملاء باختيار قطع ضمن نطاق سطوع محدد (على سبيل المثال، النطاق المحدد 2100-3800 μcd)، مما يضمن اتساق سطوع المنتج النهائي. لا تحدد ورقة البيانات فئات منفصلة للطول الموجي أو الجهد الأمامي، مما يشير إلى أن الفرز الأساسي يعتمد على إخراج الضوء.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلىمنحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن هذه المنحنيات المضمنة عادةً في أوراق البيانات الكاملة ضرورية للتصميم. يتوقع المهندسون رؤية:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V): يوضح كيف يزداد إخراج الضوء مع تيار التشغيل، مما يساعد في تحديد نقطة التشغيل للسطوع المطلوب.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة: يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات في البيئات غير الخاضعة للتحكم المناخي.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي: يوفر خصائص V_Fمفصلة لتصميم السائق بدقة.
• التوزيع الطيفي: رسم بياني يظهر الطاقة النسبية المنبعثة عبر الأطوال الموجية، مؤكدًا قيم طول موجة الذروة والطول الموجي المهيمن.

تسمح هذه المنحنيات للمصممين بالتنبؤ بالأداء تحت ظروف العالم الحقيقي وغير المثالية التي تتجاوز بيانات النقطة الواحدة الواردة في الجداول.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يوصف الجهاز بأن لهارتفاع مصفوفة 1.2 بوصة (30.42 مم). هذا يشير إلى ارتفاع مصفوفة النقاط 5x7 نفسها. يتم الإشارة إلى رسم تفصيلي لأبعاد العبوة، مع جميع الأبعاد بالميليمترات وتسامحات قياسية تبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذا الرسم حاسم لتصميم بصمة PCB (لوحة الدوائر المطبوعة) والتكامل الميكانيكي.

5.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يستخدم الجهاز تكوين 14 طرفًا. يحدد جدول ترتيب الأطراف وظيفة كل طرف بوضوح، مع تحديد الاتصالات بصفوف الأنود المحددة (1-7) وأعمدة الكاثود (1-5). هذاهندسة الكاثود المشترك لكل عمود(حيث تشارك عدة أنودات LED في عمود واحد في طرف كاثود مشترك) هو معيار للشاشات المصفوفية المتعددة (multiplexed). يتم الإشارة إلى رسم تخطيطي للدائرة الداخلية، والذي سيظهر بصريًا ترتيب المصفوفة هذا (صف الأنود، عمود الكاثود)، مؤكدًا نظام التعددية (multiplexing). التفسير الصحيح لترتيب الأطراف هذا ضروري لتصميم دائرة القيادة.

6. إرشادات اللحام والتجميع

المواصفة الرئيسية للتجميع المقدمة هيحد ملف تعريف لحام إعادة التدفق (Reflow): أقصى درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة على بعد 1.6 مم أسفل جسم العبوة. هذه المعلومات حيوية لمهندسي العمليات لإعداد أفران اللحام لمنع التلف الحراري لرقائق LED أو العبوة. بالنسبة للتخزين، يجب الحفاظ على النطاق المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية للحفاظ على سلامة الجهاز قبل الاستخدام.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية للتطبيقات التي تتطلب حرفًا أو رمزًا واحدًا عالي الوضوح. تشمل الأمثلة مؤشرات الحالة على الآلات الصناعية (عرض رموز مثل 'A'، 'C'، 'F')، ومواضع الأرقام في شاشات متعددة الأرقام أكبر (عند التكديس)، أو قراءات بسيطة على معدات الاختبار، أو كجزء من واجهة مستخدم على أجهزة متخصصة.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة: مطلوب متحكم دقيق (microcontroller) أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة الشاشة (display driver IC) لأداء التعددية (multiplexing). يجب على الدائرة تفعيل طرفي صف الأنود وعمود الكاثود الصحيحين بشكل تسلسلي لإضاءة نمط النقاط المطلوب لكل حرف. مقاومات تحديد التيار إلزامية لكل خط أنود أو عمود لضبط التيار الأمامي.
• حساب التيار: يجب احترام متوسط التيار لكل نقطة. بالنسبة للتعددية (multiplexing) ذات N صفوف، يمكن أن يكون التيار اللحظي أعلى، ولكنيجب ألا يتجاوز متوسطالتيار مع مرور الوقت التصنيف المقدر البالغ 13 مللي أمبير (المخفض لدرجة الحرارة). على سبيل المثال، مع تعددية دورة عمل 1/7، يمكن أن يصل تيار الذروة إلى ~91 مللي أمبير لتحقيق متوسط 13 مللي أمبير، ولكن يجب أيضًا أن يظل هذا أقل من تصنيف ذروة 90 مللي أمبير.
• إدارة الحرارة: يجب أخذ تخفيض متوسط التيار الأمامي (0.17 مللي أمبير/درجة مئوية) في الاعتبار في التصميم إذا كان من المتوقع أن تتجاوز درجة حرارة التشغيل المحيطة 25 درجة مئوية بشكل كبير. قد يكون من الضروري وجود تخطيط مناسب للوحة وربما مشتتات حرارية في البيئات عالية الحرارة.
• زاوية الرؤية: استفد من زاوية الرؤية الواسعة عن طريق وضع الشاشة للحصول على أفضل رؤية للمستخدم المقصود.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بتقنيات أقدم مثل شاشات الإضاءة المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs)، تقدم LTP-1557AKAمقاومة فائقة للصدمات/الاهتزازات, استهلاك طاقة أقل، وعمر أطول. مقارنة بشاشات LED المصفوفية الأخرى، فإن استخدامها لتقنيةAlInGaPللون الأحمر البرتقالي يوفر كفاءة أعلى واستقرار لوني محتمل أفضل مع مرور الوقت ودرجة الحرارة مقارنة بمصابيح LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم). المزيج المحدد لارتفاع الحرف 1.2 بوصة، ودقة 5x7، وتصنيف السطوع/الشدة المحدد هي مواصفاتها الفيزيائية والأدائية الرئيسية المميزة ضمن فئة شاشات LED المصفوفية.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

1. س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت على كل نقطة؟ج: تقنيًا نعم، لكنه غير فعال للغاية للمصفوفة. سيتطلب ذلك 35 دائرة تحديد تيار فردية (5x7). التعددية (Multiplexing) هي الطريقة القياسية والمقصودة، مما يقلل بشكل كبير من عدد أطراف السائق والمكونات المطلوبة.
2. س: الحد الأقصى لمتوسط التيار هو 13 مللي أمبير، لكن نظام التعددية الخاص بي يستخدم دورة عمل 1/16. ما تيار الذروة الذي يمكنني استخدامه؟ج: يمكنك حساب تيار الذروة المسموح به: I_peak = I_avg / Duty Cycle. لدورة عمل 1/16، I_peak = 13 مللي أمبير / 0.0625 = 208 مللي أمبير. ومع ذلك،يجبأن تضمن أيضًا أن تيار الذروة هذا لا يتجاوزالتصنيف القصوى المطلقة لتيار الذروة البالغ 90 مللي أمبير. لذلك، حد 90 مللي أمبير هو القيد الحاكم في هذه الحالة.
3. س: ما الفرق بين طول موجة الذروة والطول الموجي المهيمن؟ج: طول موجة الذروة هو الطول الموجي الفيزيائي حيث يصدر LED أكبر قدر من الطاقة البصرية. الطول الموجي المهيمن هو الطول الموجي الفردي الإدراكي الذي يطابق اللون الذي تراه العين البشرية. غالبًا ما يختلفان قليلاً بسبب شكل طيف انبعاث LED.
4. س: درجة حرارة التخزين هي نفس درجة حرارة التشغيل. هل هذا يعني أنه يمكنني تركه يعمل عند -35 درجة مئوية؟ج: يشير نطاق التشغيل إلى أن الجهاز سيعمل ضمن المواصفات عبر هذا النطاق. ومع ذلك، سيتغير الأداء (مثل شدة الإضاءة) مع درجة الحرارة. يشير نطاق التخزين ببساطة إلى الظروف التي لن يتلف فيها الجهاز غير الموصول بالطاقة. يجب التحقق من التشغيل الموثوق به في الأطراف القصوى للنطاق في التطبيق.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم شاشة عرض رمز خطأ أحادية الرقم لمستشعر صناعي.يحتوي المستشعر على متحكم دقيق يكتشف حالات خطأ مختلفة (مثل التحميل الزائد، فشل المستشعر، خطأ المعايرة). يتم تعيين رمز أبجدي رقمي لكل خطأ ('O'، 'F'، 'C'). تم اختيار LTP-1557AKA لمتانتها في البيئة الصناعية. يتم توصيل أطراف الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق، غير الكافية لتشغيل 35 نقطة مباشرة، بدائرة متكاملة مخصصة لقيادة LED. يتعامل السائق مع التعددية، ويسترد نمط الخط 5x7 الصحيح من جدول بحث في الذاكرة بناءً على رمز الخطأ. يتم حساب شبكة مقاومات تحديد التيار بناءً على السطوع المطلوب، والجهد الأمامي، وجهد التغذية، ودورة عمل التعددية، مع التأكد بعناية من عدم تجاوز حدود تيار الذروة والمتوسط. توفر الشاشة إشارة بصرية فورية وواضحة لنوع الخطأ لطاقم الصيانة.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

إن LTP-1557AKA هيشاشة LED مصفوفية سلبية (غير نشطة). تحتوي على 35 رقاقة LED مستقلة من نوع AlInGaP مرتبة في شبكة من 5 أعمدة و 7 صفوف. كل LED متصل بين أنود صف واحد وكاثود عمود واحد. لإضاءة نقطة محددة، يتم تطبيق جهد موجب على طرف أنود الصف المقابل لها، بينما يتم توصيل طرف كاثود العمود المقابل لها بالأرض (أو جهد أقل). يتكون الهيكل الداخلي لأشباه الموصلات لكل رقاقة LED من طبقات AlInGaP من النوع P والنوع N لتشكيل وصلة PN. عندما تكون في حالة انحياز أمامي (الأنود موجب بالنسبة للكاثود)، تتحد الإلكترونات والثقوب في الوصلة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء) عند طول موجي تحدده طاقة فجوة النطاق لمادة AlInGaP. يتمتعددية (Multiplexing)الشاشة: بدلاً من إضاءة جميع النقاط المطلوبة في وقت واحد، يقوم المتحكم بالدوران بسرعة عبر الصفوف (أو الأعمدة)، مضيئًا فقط النقاط في الصف النشط التي هي جزء من الحرف. يحدث هذا أسرع مما تستطيع العين البشرية إدراكه، مما يخلق وهم حرف ثابت ومضاء بالكامل مع تقليل عدد أطراف السائق المطلوبة بشكل كبير من 35 إلى 12 (7 صفوف + 5 أعمدة).

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل شاشات مثل LTP-1557AKA تقنية ناضجة وراسخة. انتقل اتجاه عرض المعلومات إلى حد كبير نحو حلول أعلى كثافة وألوان متعددة ورسومية مثل OLEDs وشاشات LCD من نوع TFT ومصفوفات LED ذات درجة دقيقة. ومع ذلك، تظل شاشات الحرف الواحد أو الأرقام الصغيرة مثل هذه ذات صلة عالية في مجالات محددة بسبببساطتها، ومتانتها، وسطوعها العالي، ونطاق درجة حرارة تشغيلها الواسع، وتكلفتها المنخفضةللتطبيقات التي لا تتطلب رسومات معقدة. كانت تقنية مادة AlInGaP الأساسية نفسها تقدمًا كبيرًا مقارنة بـ GaAsP الأقدم، حيث قدمت كفاءة محسّنة ونقاء لوني أفضل لمصابيح LED الحمراء والبرتقالية والعنبرية. تركز التطورات المستقبلية في هذا القطاع على زيادة الكفاءة (لومن لكل واط) بشكل أكبر، وتحسين الانتظام، وربما دمج إلكترونيات السائق بشكل أوثق مع عبوة العرض لتبسيط تصميم المستخدم النهائي. بالنسبة للتطبيقات منخفضة الطاقة للغاية أو القابلة للقراءة في ضوء الشمس، تستمر هذه الأنواع من مصفوفات LED المنفصلة في كونها الخيار المفضل على تقنيات العرض الأكثر تعقيدًا.