ورقة بيانات شاشة مصفوفة النقاط LED طراز LTP-1557AKD - ارتفاع 1.2 بوصة (30.42 مم) - اللون الأحمر الفائق (650 نانومتر) - 40 ميغاواط لكل نقطة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

LTP-1557AKD هي وحدة عرض أحرف أبجدية رقمية أحادية الرقم، مبنية باستخدام مصفوفة نقاط 5x7 من ثنائيات LED الحمراء الفائقة من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم). هذا التكوين قياسي لعرض مجموعات أحرف ASCII وEBCDIC، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قراءات أحرف فردية واضحة. يتميز الجهاز بوجه رمادي مع نقاط بيضاء، مما يعزز التباين لتحسين قابلية القراءة. يعتمد مبدأ تصميمه الأساسي على بنية مصفوفة ذات كاثود مشترك للأعمدة وأنود مشترك للصفوف، مما يسمح بتعدد الإرسال بكفاءة للتحكم في كل LED بشكل فردي مع تقليل عدد دبابيس الإدخال/الإخراج.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الأساسية لهذه الشاشة موثوقيتها العالية (حالة صلبة)، وزاوية مشاهدة واسعة بسبب التصميم أحادي المستوى، وانخفاض متطلبات الطاقة. يوفر ارتفاع الحرف البالغ 1.2 بوصة (30.42 مم) وضوحًا جيدًا. وهو مصنف حسب شدة الإضاءة، مما يسمح بتصنيف السطوع. يمكن تكديس الجهاز أفقيًا، مما يتيح إنشاء شاشات متعددة الأحرف. تشمل أسواقه المستهدفة الرئيسية لوحات التحكم الصناعية، وأجهزة القياس، ومعدات الاختبار، وأجهزة نقاط البيع، وأنظمة أخرى مدمجة حيث تكون هناك حاجة إلى شاشة أحرف بسيطة وموثوقة ومنخفضة الطاقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل المستمر.

• تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة:40 ميغاواط. هذا يحد من الحمل الحراري المستمر على كل شريحة LED فردية.
• التيار الأمامي الذروي لكل نقطة:90 مللي أمبير. يُسمح بهذا فقط في ظل ظروف النبض بدورة عمل 1/10 وعرض نبضة 0.1 مللي ثانية، ويُستخدم لتحقيق سطوع لحظي أعلى في أنظمة تعدد الإرسال.
• التيار الأمامي المتوسط لكل نقطة:التصنيف الأساسي هو 15 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية. يتناقص هذا التصنيف خطيًا بمعدل 0.2 مللي أمبير/درجة مئوية مع زيادة درجة الحرارة المحيطة (Ta) فوق 25 درجة مئوية، وهو اعتبار حاسم لإدارة الحرارة.
• الجهد العكسي لكل نقطة:5 فولت. تجاوز هذا يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة PN الخاصة بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:بحد أقصى 260 درجة مئوية لمدة لا تزيد عن 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية

يتم قياس هذه المعلمات عند درجة حرارة محيطة (Ta) تبلغ 25 درجة مئوية وتحدد الأداء النموذجي للجهاز.

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):يتراوح من 800 ميكروكانديلا (الحد الأدنى) إلى 2600 ميكروكانديلا (نموذجي). تم القياس تحت حالة نبضية بـ I_p=32 مللي أمبير ودورة عمل 1/16. يشير النطاق الواسع إلى تأثير تصنيف شدة الإضاءة (Binning).
• الطول الموجي الذروي للانبعاث (λ_p):650 نانومتر (نموذجي). هذا يحدد اللون الأساسي للضوء المنبعث على أنه الأحمر الفائق.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (نموذجي). هذا يشير إلى نقاء الطيف أو عرض النطاق الترددي للضوء الأحمر المنبعث.
• الطول الموجي السائد (λ_d):639 نانومتر (نموذجي). هذا هو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية، وهو يختلف قليلاً عن الطول الموجي الذروي.
• الجهد الأمامي (V_F) لأي نقطة:
  • من 2.1 فولت إلى 2.6 فولت (نطاق نموذجي) عند I_F=20 مللي أمبير.
  • من 2.3 فولت إلى 2.8 فولت (نطاق نموذجي) عند I_F=80 مللي أمبير (نبضي). يُظهر معامل درجة الحرارة الإيجابي والمقاومة الديناميكية لـ LED.
• التيار العكسي (I_R) لأي نقطة:بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند V_R=5 فولت.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):بحد أقصى 2:1. تحدد هذه النسبة القصوى المسموح بها بين ألمع LED وأخفتها في المصفوفة تحت نفس ظروف القيادة، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

ملاحظة القياس:يتم قياس شدة الإضاءة باستخدام مزيج من مستشعر وفلتر يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن ارتباط القيم بالإدراك البصري البشري.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات بوضوح إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة". هذا معيار تصنيف حاسم.

• تصنيف شدة الإضاءة:يشير النطاق النموذجي لشدة الإضاءة (I_V) من 800-2600 ميكروكانديلا إلى وجود عدة مستويات (Bins) للشدة. يجب على المصممين اختيار المستوى المناسب بناءً على متطلبات سطوع التطبيق وضمان الاتساق عند استخدام شاشات متعددة.
• اتساق الطول الموجي:على الرغم من عدم التصنيف الصريح للطول الموجي، فإن المواصفات النموذجية الضيقة للطول الموجي الذروة (λ_p) (650 نانومتر) والطول الموجي السائد (λ_d) (639 نانومتر) تشير إلى تحكم تصنيعي جيد، مما يؤدي إلى لون أحمر متسق عبر الأجهزة المختلفة.
• الجهد الأمامي:يشير النطاق المحدد للجهد الأمامي (V_F) (مثال: 2.1-2.6 فولت) إلى وجود تباين. بالنسبة للتصميمات التي تحتوي على العديد من الشاشات أو متطلبات طاقة صارمة، قد يكون من الضروري استشارة الشركة المصنعة للحصول على خيارات تصنيف الجهد.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". على الرغم من عدم تقديم الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر العلاقة الأسية، وهي حاسمة لتصميم دوائر تحديد التيار. يتحول المنحنى مع درجة الحرارة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي:يوضح أن ناتج الضوء يكون خطيًا نسبيًا مع التيار في نطاق التشغيل الطبيعي قبل حدوث انخفاض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر انخفاض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يسلط الضوء على أهمية إدارة الحرارة، خاصة عند التشغيل بتيارات متوسطة أعلى.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يتمركز حول 650 نانومتر بعرض نصف يبلغ حوالي 20 نانومتر، مما يؤكد اللون الأحمر الفائق.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 أبعاد العبوة

يحتوي الجهاز على أبعاد فيزيائية محددة موضحة في رسم (تمت الإشارة إليه ولكن لم يتم تفصيله في النص). جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهذا يشمل الارتفاع الإجمالي، والعرض، والعمق، وتباعد الأطراف، وموضع مصفوفة النقاط داخل الوجه الرمادي.

5.2 توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يستخدم الجهاز تكوينًا بـ 14 طرفًا. يُظهر مخطط الدائرة الداخلية مصفوفة قياسية 5x7 حيث:
- الأعمدة (1-5) هي مجموعات كاثود مشتركة.
- الصفوف (1-7) هي مجموعات أنود مشتركة.
لإضاءة نقطة محددة (مثال: الصف 3، العمود 2)، يجب تشغيل أنود الصف المقابل إلى مستوى عالٍ (مع تحديد التيار) بينما يتم سحب كاثود العمود المقابل إلى مستوى منخفض. جدول ترتيب الأطراف ضروري لتصميم تخطيط اللوحة المطبوعة (PCB) ودائرة القيادة بشكل صحيح.

6. إرشادات اللحام والتجميع

مواصفة التجميع الرئيسية هي ملف تعريف اللحام.

• اللحام بإعادة التدفق (Reflow):الحد الأقصى المسموح به لدرجة الحرارة على جسم العبوة (1.6 مم أسفل مستوى الجلوس) هو 260 درجة مئوية، ولا يجب الحفاظ على درجة الحرارة هذه لأكثر من 3 ثوانٍ. يجب التحكم بعناية في ملفات إعادة التدفق القياسية الخالية من الرصاص (SnAgCu) للبقاء ضمن هذا الحد لمنع تلف شرائح LED، أو وصلات الأسلاك الداخلية، أو العبوة البلاستيكية.
• اللحام اليدوي:إذا لزم الأمر، يجب إجراؤه بسرعة باستخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة، وتطبيق الحرارة على وسادة اللوحة المطبوعة (PCB Pad) وليس مباشرة على طرف المكون لفترة طويلة.
• التنظيف:استخدم فقط عوامل التنظيف المتوافقة مع مادة عبوة LED.
• ظروف التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية لمنع امتصاص الرطوبة وتلف التفريغ الكهروستاتيكي.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• قراءات صناعية:مؤشرات الحالة، أو رموز الخطأ، أو عروض القيمة الفردية على الآلات.
• معدات الاختبار والقياس:عرض الوحدات (فولت، أمبير، هرتز)، أو أرقام القنوات، أو رموز بسيطة.
• الإلكترونيات الاستهلاكية:عروض الساعة، مؤشرات حالة الأجهزة (على الرغم من أنها أقل شيوعًا اليوم).
• النماذج الأولية والتعليم:ممتازة لتعلم واجهة المتحكم الدقيق وتقنيات تعدد الإرسال.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:تتطلب متحكمًا دقيقًا أو دائرة متكاملة مخصصة للقيادة قادرة على تعدد إرسال 12 خطًا (5 أعمدة + 7 صفوف). استخدم ترانزستورات أو دوائر قيادة مصدر/مصرف متكاملة للتعامل مع التيار المطلوب.
• تحديد التيار:أساسي لكل خط صف أو عمود. احسب قيم المقاومات بناءً على التيار المتوسط المطلوب (مثال: 10-15 مللي أمبير لكل نقطة)، وجهد الإمداد، والجهد الأمامي لـ LED. تذكر أن التيار يتم مشاركته عبر عدة ثنائيات LED في إطار تعدد الإرسال.
• معدل التحديث:يجب أن يكون معدل المسح لتعدد الإرسال مرتفعًا بدرجة كافية (عادةً >100 هرتز) لتجنب الوميض المرئي. تشير دورة العمل 1/16 المذكورة في المواصفات إلى أن نظام تعدد الإرسال ذو 16 خطوة مناسب.
• إدارة الحرارة:عند التشغيل بالقرب من أقصى تيار متوسط أو في درجات حرارة محيطة عالية، تأكد من وجود تهوية كافية. التناقص الخطي للتيار المتوسط (I_F) بمعدل 0.2 مللي أمبير/درجة مئوية أمر بالغ الأهمية للموثوقية.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن ضع في اعتبارك اتجاه التركيب بالنسبة للمستخدم.

8. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنة بمصفوفات LED الحمراء القديمة من نوع GaAsP أو GaP، تقدم تقنية AlInGaP في LTP-1557AKD كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى شاشات أكثر سطوعًا عند نفس التيار أو استهلاك طاقة أقل لنفس السطوع. الطول الموجي الأحمر الفائق (650 نانومتر) أكثر حيوية وتميزًا من الأحمر القياسي. مقارنة بشاشات OLED أو LCD الرسومية الحديثة، فإن هذا الجهاز أبسط بكثير، وأكثر متانة، وأقل تكلفة، ويعمل على نطاق أوسع من درجات الحرارة، ولكنه يقتصر على أحرف 5x7 محددة مسبقًا. مكانته هي في التطبيقات التي تتطلب موثوقية قصوى، وبساطة، وتكلفة منخفضة لعرض الأحرف.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

• س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت على كل نقطة؟
  ج: تقنيًا نعم، لكن ذلك سيتطلب 35 دائرة قيادة مستقلة، وهو أمر غير فعال. تعدد الإرسال هو الطريقة القياسية والمقصودة، باستخدام بنية الاختيار X-Y.
• س: لماذا يكون التيار الذروي (90 مللي أمبير) أعلى بكثير من التيار المتوسط (15 مللي أمبير)؟
  ج: في تعدد الإرسال، يتم تشغيل كل LED لجزء فقط من الوقت (دورة العمل). لتحقيق سطوع متوسط ملموس يعادل 15 مللي أمبير تيار مستمر، يتم استخدام تيار نبضي أعلى خلال فترته النشطة. يضمن تصنيف 90 مللي أمبير أن LED يمكنه تحمل هذه النبضات القصيرة.
• س: ماذا تعني "نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1" لتصميمي؟
  ج: هذا يعني أن أضعف نقطة في المصفوفة يمكن أن تكون نصف سطوع ألمع نقطة تحت نفس ظروف القيادة. للحصول على أحرف ذات مظهر موحد، قد تحتاج إلى اختيار أجهزة من مستوى تصنيف (Bin) أضيق أو تنفيذ تعويض سطوع برمجي إذا كانت دائرة القيادة الخاصة بك تسمح بالتحكم الفردي في النقاط.
• س: كيف أقوم بتوصيل هذا الجهاز ذو 14 طرفًا بمتحكم دقيق يحتوي على عدد أقل من دبابيس الإدخال/الإخراج؟
  ج: يجب عليك استخدام مسجلات إزاحة خارجية (مثل 74HC595)، أو موسعات دبابيس الإدخال/الإخراج، أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة LED مع دعم تعدد الإرسال. لا يمكنك تقليل عدد خطوط التحكم المطلوبة إلى أقل من 12 للتحكم الكامل في مصفوفة 5x7.

10. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:تصميم قراءة درجة حرارة أحادية الرقم لوحدة تحكم فرن صناعي تعمل في درجة حرارة محيطة تصل إلى 70 درجة مئوية.

• السطوع:اختر مستوى تصنيف (Bin) لشدة الإضاءة من الطرف الأعلى (مثال: 2000+ ميكروكانديلا) لضمان الوضوح في بيئة قد تكون مضاءة.
• تيار القيادة:حدد التيار المتوسط بعد التناقص الخطي. عند Ta=70 درجة مئوية، التناقص هو (70-25) درجة مئوية * 0.2 مللي أمبير/درجة مئوية = 9 مللي أمبير. لذلك، أقصى تيار متوسط مستمر آمن لكل نقطة هو 15 مللي أمبير - 9 مللي أمبير = 6 مللي أمبير. يجب أن يستخدم التصميم تيارًا نبضيًا ضمن دورة عمل 1/16 لتحقيق السطوع المطلوب مع الحفاظ علىالتيارالمتوسط عند أو أقل من 6 مللي أمبير لكل نقطة.
• الدائرة:استخدم متحكمًا دقيقًا لتوليد إشارات تعدد الإرسال. استخدم ترانزستورات MOSFET من النوع N على الجانب المنخفض لسحب تيارات الأعمدة وترانزستورات MOSFET من النوع P على الجانب العالي أو دائرة متكاملة للقيادة لتوفير تيارات الصفوف. احسب مقاومات تحديد التيار بناءً على جهد الإمداد (مثال: 5 فولت)، والجهد الأمامي لـ LED (V_F) عند التيار النبضي، وقيمة التيار النبضي المطلوبة لإنتاج سطوع متوسط فعال.
• التخطيط:ضع الشاشة بعيدًا عن المكونات الأخرى المولدة للحرارة على اللوحة المطبوعة (PCB). تأكد من أن ملف إعادة التدفق أثناء التجميع يلتزم تمامًا بحد 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ.

11. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة PN شبه موصلة. عندما يتم تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز جهد تشغيل الثنائي (~2.1 فولت) عبر خلية LED فردية (أنود الصف عالٍ، كاثود العمود منخفض)، تتحد الإلكترونات والثقوب في منطقة AlInGaP النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات بطول موجي يتركز عند 650 نانومتر (ضوء أحمر). يسمح ترتيب المصفوفة 5x7 وبنية الأنود/الكاثود المشتركة بمعالجة أي من النقاط الـ 35 بشكل فردي عن طريق اختيار خطوط الصف والعمود المناسبة، مما يتيح تكوين الأحرف من خلال تعدد الإرسال.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تظل شاشات عرض مصفوفة النقاط LED المنفصلة مثل LTP-1557AKD ذات صلة بتطبيقات محددة قاسية وحساسة للتكلفة، فإن الاتجاه الأوسع هو نحو التكامل والتقنيات المتقدمة. أصبحت وحدات أحرف LCD وOLED المتكاملة مع وحدات تحكم مدمجة قياسية للشاشات الأكثر تعقيدًا. بالنسبة للتطبيقات التي لا تزال تتطلب LED، فإن مصفوفات LED ذات التثبيت السطحي (SMD) ومصفوفات LED RGB القابلة للعنونة عالية الكثافة ومتعددة الألوان (مثل استخدام مصابيح LED من نوع WS2812B) تزداد شعبيتها بسبب مرونتها وسهولة استخدامها. ومع ذلك، فإن البساطة، والموثوقية العالية، ونطاق درجة الحرارة الواسع، والإخراج أحادي اللون المميز واللامع لمصابيح LED مصفوفة النقاط التقليدية ذات الثقب المار (Through-Hole) تضمن استمرار استخدامها في التطبيقات الصناعية والسياحية وفي البيئات القاسية حيث قد لا تلبي التقنيات الأحدث جميع المتطلبات.