ورقة بيانات شاشة LED طراز LTP-2157AKY - ارتفاع المصفوفة 2.0 بوصة (50.8 مم) - لون العنبر الأصفر من مادة AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 35 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-2157AKY هي وحدة عرض LED مصفوفة نقطية 5x7 بارتفاع حرف 2.0 بوصة (50.8 مم). تم تصميم هذا الجهاز للتطبيقات التي تتطلب عرض معلومات أبجدية رقمية أو رمزية واضحة وساطعة. تستخدم تقنيتها الأساسية مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لإنتاج انبعاث ضوئي بلون العنبر الأصفر. يتميز العرض المرئي بلوحة وجه رمادية مع نقاط بيضاء اللون، مما يعزز التباين وسهولة القراءة. تم بناء الوحدة كمصفوفة ذات كاثود مشترك، مما يتطلب دائرة قيادة خارجية متعددة الإرسال (multiplexing) للتشغيل.

تشمل مجالات التطبيق الرئيسية لهذه الشاشة: أجهزة القياس الصناعية، وواجهات الإلكترونيات الاستهلاكية، وأطراف نقاط البيع، وشاشات المعدات الطبية، وأي نظام مضمن يتطلب قراءة مدمجة وموثوقة وساطعة. يضمن بناؤها ذو الحالة الصلبة موثوقية عالية وعمر تشغيلي طويل مقارنة بتقنيات العرض الأخرى مثل الأنواع الفلورية المفرغة أو المتوهجة.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الرئيسية لشاشة LTP-2157AKY من تقنية LED الخاصة بـ AlInGaP وتصميمها المدروس. فهي توفر سطوعًا عاليًا وتباينًا عاليًا، وهو أمر بالغ الأهمية لسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المحيطة المختلفة، بما في ذلك البيئات الداخلية المضاءة بشكل ساطع. يجعلها متطلب الطاقة المنخفض مناسبة للتطبيقات التي تعمل بالبطارية أو التي تراعي استهلاك الطاقة. يتم تحقيق مظهر الحرف الممتاز من خلال تخطيط المصفوفة النقطية الدقيق 5x7، وهو المعيار لعرض أحرف ASCII بوضوح.

السوق المستهدف واسع، ويشمل مصنعي المعدات الأصلية (OEMs) ومهندسي التصميم الذين يعملون على أجهزة تحتاج إلى حل عرض بسيط وفعال من حيث التكلفة وقوي. تجعل مواصفاتها خيارًا عمليًا حيث تكون شاشات الرسومات الأكبر حجمًا والأكثر تعقيدًا غير ضرورية أو باهظة الثمن.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يعد الفهم الشامل للمعايير الكهربائية والبصرية أمرًا ضروريًا لتصميم الدائرة الكهربائية ودمج شاشة LTP-2157AKY بشكل صحيح.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بتشغيل الجهاز باستمرار عند هذه الحدود أو بالقرب منها.

• تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة:35 ميغاواط. هذه هي أقصى طاقة مستمرة يمكن تبديدها بأمان بواسطة قطعة LED واحدة (نقطة) دون التسبب في تدهور حراري.
• تيار الذروة الأمامي لكل نقطة:60 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به أثناء التشغيل النبضي، ويُستخدم عادةً في أنظمة القيادة المتعددة الإرسال (multiplexed).
• متوسط التيار الأمامي لكل نقطة:13 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التقييم خطيًا بمعدل 0.17 مللي أمبير/درجة مئوية فوق 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، عند 85 درجة مئوية، سيكون الحد الأقصى المسموح به للتيار المتوسط تقريبًا: 13 مللي أمبير - (0.17 مللي أمبير/درجة مئوية * (85 درجة مئوية - 25 درجة مئوية)) = 13 مللي أمبير - 10.2 مللي أمبير = 2.8 مللي أمبير. هذا التناقص بالغ الأهمية للإدارة الحرارية.
• الجهد العكسي لكل نقطة:5 فولت. يمكن أن يؤدي تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي إلى انهيار وصلة LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يضمن هذا النطاق الواسع الوظيفة في البيئات القاسية.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم أسفل مستوى الجلوس. هذا إرشاد قياسي للحام الموجة أو إعادة التدفق (reflow) لمنع تلف العبوة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معايير التشغيل النموذجية المقاسة عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية تحت ظروف الاختبار المحددة.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):2100 ميكروكانديلا (الحد الأدنى)، 3600 ميكروكانديلا (النموذجي). شرط الاختبار: I_p=32 مللي أمبير، دورة عمل 1/16. هذا السطوع العالي هو ميزة رئيسية. يستخدم القياس مرشحًا يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE لتحقيق الدقة.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):595 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي يكون فيه ناتج الطاقة البصرية في أقصى حد، مما يحدد لون العنبر الأصفر.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):15 نانومتر (النموذجي). يشير هذا إلى نقاء الطيف؛ يعني العرض الأضيق لونًا أكثر أحادية اللون.
• الطول الموجي السائد (λ_d):592 نانومتر (النموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية، ويتطابق بشكل وثيق مع طول موجة الذروة لهذا النوع من LED.
• الجهد الأمامي لكل قطعة (V_F):2.05 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي). شرط الاختبار: I_F=20 مللي أمبير. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير هذا الجهد.
• التيار العكسي (I_R):100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى). شرط الاختبار: V_R=5 فولت. هذا هو تيار التسرب عندما يكون LED في انحياز عكسي.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى). شرط الاختبار: I_F=2 مللي أمبير. يضمن هذا المعلمة التوحيد عبر الشاشة؛ ستكون سطوع أضعف قطعة على الأقل نصف سطوع ألمع قطعة.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لا توضح ورقة البيانات بشكل صريح نظام تصنيف متعدد المستويات للطول الموجي أو التدفق الضوئي. ومع ذلك، فإن المعلمات المحددة تشير إلى عملية تصنيع خاضعة للرقابة. تشير النطاقات الضيقة للطول الموجي السائد (592 نانومتر نموذجي) وشدة الإضاءة (2100-3600 ميكروكانديلا) إلى أن الأجزاء يتم اختيارها لتلبية هذه المواصفات الدنيا والنموذجية. يجب على المصممين مراعاة القيم الدنيا (I_Vالحد الأدنى 2100 ميكروكانديلا، V_Fالحد الأقصى 2.6 فولت) لتصميم الدائرة في أسوأ الحالات لضمان وضوح العرض وتنظيم التيار المناسب عبر جميع الوحدات.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص النموذجية. على الرغم من عدم توفيرها في النص، يمكن استنتاج منحنيات LED القياسية وهي بالغة الأهمية للتصميم.

4.1 التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)

العلاقة بين I-V غير خطية. النقطة الرئيسية في التصميم هي V_Fالنموذجي البالغ 2.6 فولت عند 20 مللي أمبير. يُظهر المنحنى تشغيلًا حادًا حول جهد فجوة النطاق للـ LED (~2 فولت لـ AlInGaP)، وبعد ذلك يزداد التيار بشكل أسي مع الجهد. لذلك، يوصى بشدة بقيادة مصابيح LED بمصدر تيار ثابت بدلاً من مصدر جهد ثابت لمنع الانحراف الحراري وضمان سطوع ثابت.

4.2 شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي

4.3 الاعتماد على درجة الحرارة

خصائص LED حساسة لدرجة الحرارة. عادة ما ينخفض الجهد الأمامي (V

) مع زيادة درجة حرارة الوصلة (معامل درجة حرارة سلبي). كما تنخفض شدة الإضاءة مع ارتفاع درجة الحرارة. مواصفات تناقص التيار (0.17 مللي أمبير/درجة مئوية) هي حماية تصميم مباشرة ضد هذه التأثيرات، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة وتدهور السطوع المبكر._F4.4 التوزيع الطيفي

يتركز طيف الانبعاث حول 595 نانومتر (عنبر أصفر) بعرض نصف نموذجي يبلغ 15 نانومتر. هذا نطاق ضيق نسبيًا، وهو سمة من سمات أشباه الموصلات III-V ذات فجوة النطاق المباشرة مثل AlInGaP، مما يؤدي إلى تشبع لوني جيد.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 الأبعاد الفيزيائية

يشير رسم العبوة إلى الحجم الفيزيائي الإجمالي لوحدة العرض. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. هذه المعلومات حيوية لتصميم بصمة PCB (لوحة الدوائر المطبوعة) وتركيب العلبة.

5.2 تكوين الأطراف والدائرة الداخلية

تحتوي شاشة LTP-2157AKY على تكوين 14 طرفًا. يُظهر مخطط الدائرة الداخلية ترتيب كاثود مشترك لمصفوفة 5x7. الأعمدة (الخطوط العمودية) هي الكاثودات، والصفوف (الخطوط الأفقية) هي الأنودات. تشير ملاحظات محددة إلى الاتصالات الداخلية: الطرف 4 والطرف 11 متصلان (كلاهما كاثود للعمود 3)، والطرف 5 والطرف 12 متصلان (كلاهما أنود للصف 4). من المحتمل أن يبسط هذا الاتصال الداخلي تخطيط أسلاك الربط الداخلية. يجب اتباع جدول توزيع الأطراف بدقة للتشغيل الصحيح للشاشة.

5.3 تحديد القطبية

يستخدم الجهاز تكوين كاثود مشترك. أطراف الكاثود مخصصة للأعمدة (1-5)، وأطراف الأنود مخصصة للصفوف (1-7). يتطلب تطبيق الانحياز الأمامي توصيل طرف الصف المطلوب بجهد موجب (من خلال مقاومة محددة للتيار أو مشغل) وتوصيل طرف العمود المطلوب بالأرض (أو مصرف مشغل منخفض الجانب).

6. إرشادات اللحام والتجميع

يحدد الحد الأقصى المطلق الملف الشخصي للحام: أقصى درجة حرارة 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى الجلوس. هذا متوافق مع عمليات إعادة تدفق اللحام الخالية من الرصاص القياسية (على سبيل المثال، اتباع ملف تعريف IPC/JEDEC J-STD-020 القياسي). يجب الحرص على تجنب الإجهاد الميكانيكي على الأطراف أثناء التعامل. بالنسبة للتخزين، يوصى بالنطاق المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة لمنع امتصاص الرطوبة (والذي قد يسبب ظاهرة \"الفشار\" أثناء إعادة التدفق) وتلف التفريغ الكهروستاتيكي.

7. معلومات التعبئة والطلب

رقم الجزء هو LTP-2157AKY. بينما لم يتم سرد تفاصيل التعبئة المحددة (بكرة، صينية، أنبوب) في المحتوى المقدم، يتم توريد مثل هذه الشاشات عادةً في أنابيب أو صوانٍ مضادة للكهرباء الساكنة لحماية الأطراف ووجه الشاشة. \"Spec No.: DS-30-99-106\" و \"BNS-OD-FC001/A4\" هما رقما تحكم داخليان للوثائق.

8. توصيات التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

تتطلب شاشة LTP-2157AKY دائرة قيادة خارجية. يستخدم تصميم شائع متحكمًا دقيقًا (microcontroller) مع برنامج متعدد الإرسال (multiplexing). يتم توصيل منافذ الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق، التي غالبًا ما تكون غير كافية لتوفير/استهلاك التيار المطلوب مباشرة، بترانزستورات قيادة الصفوف (على سبيل المثال، ترانزستورات PNP أو MOSFETs من النوع P لتوفير التيار للأنودات) وترانزستورات قيادة الأعمدة أو مشغلات الاستهلاك المخصصة (على سبيل المثال، ترانزستورات NPN، أو MOSFETs من النوع N، أو رقائق قيادة LED مثل ULN2003 لاستهلاك التيار من الكاثودات). تقوم روتينية التعددية (multiplexing) بالدوران بسرعة عبر كل صف (1-7)، وتشغيل كاثودات الأعمدة المناسبة لذلك الصف لتشكيل الحرف المطلوب. دورة العمل 1/16 المذكورة في شرط الاختبار هي نسبة تعددية نموذجية (على سبيل المثال، تشغيل صف واحد في كل مرة من إطارات 7+؟ محتملة؛ التوقيت الدقيق يعتمد على تصميم المشغل).

8.2 اعتبارات التصميم

تحديد التيار:

• أساسي لكل قطعة LED. استخدم مقاومات أو مشغلات تيار ثابت. احسب قيمة المقاومة بناءً على جهد الإمداد (V)، وجهد LED الأمامي (V_CC)، والتيار الأمامي المطلوب (I_F). للتشغيل المتعدد الإرسال، استخدم تيار الذروة (I_F). مثال: بالنسبة لـ V_p=5 فولت، V_CC=2.6 فولت، I_F=32 مللي أمبير، R = (5 فولت - 2.6 فولت) / 0.032 أمبير ≈ 75 أوم._pتردد التعددية (Multiplexing Frequency):
• يجب أن يكون مرتفعًا بما يكفي لتجنب الوميض المرئي (عادةً >60 هرتز معدل الإطارات). ستندمج استمرارية الرؤية للصفوف الدوارة بسرعة في صورة ثابتة.تبديد الحرارة:
• الالتزام بمنحنى تناقص التيار عند درجات الحرارة المحيطة العالية. تأكد من التهوية الكافية إذا تم استخدامها في أماكن مغلقة.زاوية المشاهدة:
• على الرغم من عدم تحديدها، فإن المصفوفات النقطية LED القياسية لها زاوية مشاهدة واسعة. يحسن تصميم الوجه الرمادي/النقطة البيضاء التباين للمشاهدة الأمامية.9. المقارنة التقنية

مقارنة بتقنيات العرض المعاصرة الأخرى المتاحة وقت إصدارها (2002)، قدمت شاشة LTP-2157AKY مزايا مميزة:

مقارنة بشاشات المتوهجة أو الفلورية المفرغة (VFDs):

• شاشة LED أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة بكثير، وتولد حرارة أقل، وتوفر وقت استجابة أسرع، ولها عمر أطول بكثير. كما أنها أكثر متانة ميكانيكيًا حيث لا تحتوي على خيوط هشة أو أغلفة زجاجية.مقارنة بشاشات LCD المبكرة:
• شاشة LED مضيئة ذاتيًا، مما يوفر سطوعًا أعلى بكثير ورؤية أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة أو ضوء الشمس المباشر بدون إضاءة خلفية. كما أن لديها نطاق تشغيل أوسع لدرجة الحرارة ولا توجد مشاكل في الاستجابة البطيئة في البيئات الباردة.مقارنة بألوان LED الأخرى (مثل الأحمر GaAsP):
• توفر تقنية AlInGaP المستخدمة في هذا LED العنبر الأصفر كفاءة إضاءة أعلى (مزيد من إخراج الضوء لكل وحدة طاقة كهربائية) واستقرارًا أفضل على المدى الطويل من مصابيح LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP.10. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بمصدر طاقة ثابت 5 فولت على الأنودات؟

ج1: لا. مصابيح LED هي أجهزة تعمل بالتيار. سيؤدي تطبيق جهد ثابت بدون مقاومة محددة للتيار على التوالي إلى تدفق تيار مفرط، مما قد يدمر LED. استخدم دائمًا آلية تحديد تيار.

س2: لماذا هناك طرفان للعمود 3 والصف 4؟

ج2: الطرفان 4 و 11 متصلان داخليًا بكاثود العمود 3، والطرفان 5 و 12 متصلان داخليًا بأنود الصف 4. من المحتمل أن يتم ذلك لكفاءة تخطيط أسلاك الربط الداخلية أو لتوفير نقاط اتصال بديلة على PCB لتسهيل التوجيه. كهربائيًا، هما نفس العقدة.

س3: ماذا يعني \"دورة عمل 1/16\" في شرط اختبار شدة الإضاءة؟

ج3: يعني أن LED تم تشغيلها بنبضات بدورة عمل 1/16 (6.25٪). تيار الذروة (I

=32 مللي أمبير) أعلى من متوسط التيار المستمر الذي سيكون لنفس إدراك السطوع في نظام متعدد الإرسال. متوسط التيار هو I_p* دورة العمل = 32 مللي أمبير * 0.0625 = 2 مللي أمبير. هذا التشغيل النبضي قياسي لاختبار الشاشات المتعددة الإرسال._pس4: كيف أعرض حرفًا مثل الحرف \"A\"؟

ج4: تحتاج إلى خريطة خط أو جدول بحث يحدد النقاط (تقاطعات الصف والعمود) التي يجب إضاءتها لكل حرف. بالنسبة لمصفوفة 5x7، يكون هذا عادةً مصفوفة من 5 بايت لكل حرف، حيث يمثل كل بت في البايت عنصر صف في عمود واحد. يستخدم برنامج المتحكم الدقيق الخاص بك هذه الخريطة أثناء مسح التعددية.

11. دراسة حالة تصميم عملية

فكر في تصميم مقياس حرارة رقمي بسيط بقراءة مكونة من 3 أرقام باستخدام ثلاث شاشات LTP-2157AKY. سيتطلب النظام مستشعر درجة حرارة، ومتحكمًا دقيقًا (على سبيل المثال، MCU 8 بت)، ودائرة قيادة. يقرأ المتحكم الدقيق المستشعر، ويحول القيمة إلى BCD أو خريطة خط مخصصة، ويقود الشاشات. بسبب عدد الأطراف (3 شاشات * 14 طرفًا = 42 طرفًا إذا تم تشغيلها مباشرة)، فإن نظام التعددية إلزامي. سيتضمن التصميم: 1) توصيل جميع أطراف الصفوف المقابلة (الأنودات) للشاشات الثلاث معًا (إنشاء 7 خطوط أنود مشتركة). 2) توصيل أطراف الأعمدة (الكاثودات) لكل شاشة بشكل منفصل (إنشاء 3 شاشات * 5 أعمدة = 15 خط كاثود). 3) استخدام المتحكم الدقيق مع 7+15=22 خط إدخال/إخراج (أو أقل مع مسجلات إزاحة خارجية أو موسعات منافذ) لمسح الصفوف المشتركة وتنشيط الأعمدة المناسبة لكل رقم بالتتابع بتردد عالٍ. سيتم وضع مقاومات تحديد التيار إما على خطوط الأنود المشتركة أو خطوط الكاثود الفردية.

12. مبدأ التشغيل

تعتمد شاشة LTP-2157AKY على مبدأ الإضاءة الكهربائية (electroluminescence) لوصلة أشباه الموصلات P-N. عند الانحياز الأمامي، تتحد الإلكترونات من طبقة AlInGaP من النوع N مع الفجوات من الطبقة من النوع P في المنطقة النشطة. يطلق حدث إعادة التركيب هذا الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). يتم تحديد الطول الموجي المحدد البالغ 595 نانومتر (عنبر أصفر) بواسطة طاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات AlInGaP، والتي يتم هندستها أثناء عملية نمو البلورة. تساعد الركيزة GaAs غير الشفافة على عكس الضوء لأعلى، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الإجمالية من السطح العلوي للشريحة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

منذ إصدار ورقة البيانات هذه (2002)، تقدمت تقنية عرض LED بشكل كبير. بينما يظل تنسيق المصفوفة النقطية 5x7 عمودًا فقريًا للعروض البسيطة، فقد تطورت التكنولوجيا الأساسية. شهدت مصابيح LED من نوع AlInGaP تحسينات في الكفاءة والعمر الافتراضي. علاوة على ذلك، أصبحت خيارات العرض الأحدث شائعة: 1)

مصفوفات ذات كثافة أعلى:أصبحت المصفوفات الرسومية 8x8 و 16x16 والأكبر حجمًا الآن شائعة وغير مكلفة. 2)مصابيح LED ذات التثبيت السطحي (SMD):غالبًا ما تستخدم التصاميم الحديثة مصابيح LED فردية SMD موضوعة على PCB لتشكيل مصفوفة، مما يوفر مرونة تصميم أكبر. 3)شاشات OLED:توفر تباينًا عاليًا، وزوايا مشاهدة واسعة، وعوامل شكل مرنة، على الرغم من أنها قد يكون لها قيود مختلفة على العمر الافتراضي والبيئة. 4)شاشات متكاملة مع وحدة تحكم:غالبًا ما تتضمن الوحدات النمطية الحديثة وحدة تحكم مدمجة (مثل HD44780 لشاشات LCD النصية أو مشغلات مصفوفة LED مخصصة) مما يبسط متطلبات الواجهة إلى مجرد بضعة خطوط بيانات وتحكم. ومع ذلك، تظل مبادئ التصميم الأساسية لقيادة مصفوفة LED متعددة الإرسال، كما هو مفصل لشاشة LTP-2157AKY، قابلة للتطبيق مباشرة على العديد من مشاريع مصفوفات LED المنفصلة الحديثة.Modern modules often include a built-in controller (like HD44780 for character LCDs or dedicated LED matrix drivers) that simplifies interface requirements to just a few data and control lines. The fundamental design principles for driving a multiplexed LED array, however, as detailed for the LTP-2157AKY, remain directly applicable to many modern discrete LED matrix projects.