ورقة بيانات شاشة LED طراز LTP-2857JD - ارتفاع 2.0 بوصة (50.8 مم) - لون أحمر من مادة AlInGaP - مصفوفة نقاط 5x7 - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-2857JD هي وحدة عرض أبجدية رقمية أحادية الرقم، مبنية حول تكوين مصفوفة نقاط 5x7. وظيفتها الأساسية هي توليد أحرف ورموز مرئية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب عرض معلومات واضحة وقابلة للقراءة في شكل مضغوط. تستخدم التكنولوجيا الأساسية مادة أشباه الموصلات AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لمصابيح LED، والمعروفة بإنتاجها لناتج ضوئي أحمر عالي الكفاءة.

تتميز الوحدة بلوحة أمامية رمادية بنقاط بيضاء، توفر خلفية عالية التباين لمصابيح LED الحمراء المضيئة، مما يعزز قابلية القراءة. أحد الجوانب الرئيسية في التصميم هو قابلية التراص، مما يسمح بوضع عدة وحدات جنبًا إلى جنب أفقيًا لتشكيل شاشات متعددة الأحرف دون فجوات كبيرة، مما يسهل إنشاء كلمات أو سلاسل رقمية أطول.

2. شرح مفصل للمواصفات الفنية

2.1 الخصائص البصرية

الأداء البصري هو محور وظيفة الشاشة. يستخدم الجهاز رقائق LED من مادة AlInGaP مزروعة على ركيزة GaAs غير شفافة. تتراوح شدة الإضاءة النموذجية المتوسطة (Iv) لكل نقطة عادةً من 1300 إلى 3000 ميكروكانديلا (µcd) عند تشغيلها في ظل ظروف اختبار محددة: تيار ذروة (Ip) بقيمة 32 مللي أمبير مع دورة عمل 1/16. يستخدم هذا القياس مرشحًا يقارب منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن ارتباط القيمة بالإدراك البصري البشري.

يتم تعريف خصائص اللون بأطوال موجية محددة. الطول الموجي لذروة الانبعاث (λp) هو عادةً 656 نانومتر (nm)، بينما الطول الموجي السائد (λd) هو 640 نانومتر، مما يحدد اللون الأحمر المُدرك. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 22 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف أو ضيق نطاق الضوء المنبعث.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعلمات الكهربائية حدود التشغيل وظروفه للشاشة. يتراوح الجهد الأمامي (Vf) لأي نقطة LED مفردة عادةً بين 2.1 و 2.6 فولت عند تطبيق تيار أمامي (If) بقيمة 20 مللي أمبير. يتم تحديد التيار العكسي (Ir) بحد أقصى 100 ميكروأمبير (µA) عند تطبيق جهد عكسي (Vr) بقيمة 5 فولت، مما يشير إلى التسرب في حالة الإيقاف.

معالجة التيار أمر بالغ الأهمية. تحدد التقييمات القصوى المطلقة استهلاك الطاقة المتوسط لكل نقطة بـ 33 ملي واط (mW). يجب ألا يتجاوز تيار الذروة الأمامي لكل نقطة 90 مللي أمبير. يتم تقييم متوسط التيار الأمامي لكل نقطة عند 13 مللي أمبير عند درجة حرارة 25°مئوية، مع عامل تخفيض 0.17 مللي أمبير/°مئوية، مما يعني أن التيار المستمر المسموح به ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25°مئوية لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان طول العمر.

2.3 التقييمات الحرارية والبيئية

تم تصميم الجهاز للتشغيل القوي عبر مجموعة من الظروف. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل من -35°مئوية إلى +85°مئوية، مما يسمح بالنشر في بيئات باردة وحارة معتدلة. نطاق درجة حرارة التخزين مماثل. بالنسبة للتجميع، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 260°مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس المكون، وهو إرشاد قياسي لعمليات اللحام الموجي أو إعادة التدفق لمنع تلف رقائق LED أو الغلاف.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الأجهزة مصنفة حسب شدة الإضاءة. وهذا يعني وجود عملية تصنيف يتم فيها فرز الوحدات بناءً على قياس الناتج الضوئي (على سبيل المثال، المدى 1300-3000 ميكروكانديلا). يضمن التصنيف الاتساق داخل الدفعة الواحدة، مما يمكن المصممين من توقع مستويات سطوع متوقعة عند استخدام عدة شاشات في مصفوفة. على الرغم من عدم تفصيل ذلك صراحةً للطول الموجي أو الجهد في هذه الوثيقة، إلا أن هذا التصنيف شائع في تصنيع LED لتجميع الأجزاء ذات الخصائص البصرية والكهربائية المتطابقة تقريبًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية، وهي ضرورية للتصميم التفصيلي. على الرغم من عدم تقديم الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن هذه المنحنيات تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يوضح العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة قيادة تحديد التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى L-I):يوضح كيف يزداد الناتج الضوئي مع زيادة التيار، مما يساعد في تحسين تيار القيادة للسطوع والكفاءة المطلوبين.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض الناتج الضوئي مع زيادة درجة حرارة التقاطع في LED، وهو أمر حيوي لإدارة الحرارة في التطبيق.
• توزيع الطيف:رسم بياني يوضح الشدة النسبية للضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، مؤكدًا الطول الموجي السائد والذروة.

تسمح هذه المنحنيات للمهندسين بالتنبؤ بالأداء في ظل ظروف غير قياسية وتصميم أنظمة قوية.

5. المعلومات الميكانيكية ومواصفات الغلاف

يبلغ ارتفاع مصفوفة الشاشة 2.0 بوصة (50.80 مم). سيوضح رسم أبعاد الغلاف (المشار إليه ولكن غير مفصل في النص) الطول والعرض والسمك وتباعد الأطراف بالضبط. جميع التسامحات الأبعاد هي ±0.25 مم (0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتم تقديم تفاصيل توصيل الأطراف في جدول، يربط 14 طرفًا بأعمدة الأنود وأقطاب الكاثود المحددة لمصفوفة 5x7. مخطط التوصيل هذا ضروري لتصميم بصمة PCB ودائرة القيادة المتعددة.

6. مخطط الدائرة الداخلية وطريقة القيادة

يظهر مخطط الدائرة الداخلية ترتيب مصابيح LED الفردية البالغ عددها 35 (5 أعمدة × 7 صفوف). يتم توصيل أنود كل LED بخط عمود، ويتم توصيل كاثوده بخط صف. يتطلب هذا الهيكل المصفوفي المشترك قيادة متعددة. لا يتم إضاءة الشاشة باستمرار؛ بدلاً من ذلك، يقوم المتحكم بالدوران بسرعة عبر الصفوف (أو الأعمدة)، وتنشيط أنودات الأعمدة المناسبة لكل كاثود صف نشط. دورة العمل 1/16 المذكورة في حالة الاختبار هي نسبة تعدد نموذجية. من الضروري تصميم معدل المسح المناسب لتجنب الوميض المرئي وضمان سطوع موحد.

7. إرشادات اللحام والتجميع

وفقًا للتقييمات القصوى المطلقة، يجب التحكم بعناية في عملية اللحام. الحد الأقصى المسموح به لدرجة حرارة اللحام هو 260°مئوية، ويجب ألا تتجاوز مدة التعرض عند الطرف 3 ثوانٍ. هذا لمنع الصدمة الحرارية لرقائق LED، والتي يمكن أن تسبب تشققات في مادة أشباه الموصلات أو تدهور روابط الأسلاك، مما يؤدي إلى فشل مبكر. يوصى باستخدام مرحلة تسخين مسبق أثناء لحام إعادة التدفق لتقليل الإجهاد الحراري. يجب دائمًا اتباع إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة أثناء التجميع، حيث أن مصابيح LED حساسة للكهرباء الساكنة.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

هذه الشاشة مثالية للتطبيقات التي تتطلب حرفًا أو رمزًا واحدًا عالي الوضوح. تشمل الاستخدامات الشائعة:

• لوحات التحكم الصناعية لمؤشرات الحالة (على سبيل المثال، عرض حرف خطوة عملية).
• معدات الاختبار والقياس لعرض الوحدات أو معرفات القنوات.
• الأجهزة الاستهلاكية حيث تكون هناك حاجة إلى رمز حالة بسيط أو معرف.
• كتكوين لشاشات متعددة الأحرف عن طريق تراص عدة وحدات أفقيًا.

8.2 اعتبارات التصميم

يتطلب التصميم باستخدام هذه الشاشة الانتباه إلى عدة عوامل:

• دائرة القيادة:مطلوب متحكم دقيق أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة LED قادرة على التعدد. يجب أن توفر الدائرة تيارًا كافيًا (حتى تصنيف الذروة) خلال وقت المسح النشط وتشمل مقاومات تحديد التيار أو مصدر تيار ثابت لحماية مصابيح LED.
• مزود الطاقة:يجب أن يكون جهد التغذية مرتفعًا بدرجة كافية للتغلب على الجهد الأمامي لمصابيح LED بالإضافة إلى أي انخفاضات في دائرة القيادة. يشيع استخدام جهد 5 فولت مع تحديد تيار مناسب.
• الإدارة الحرارية:على الرغم من أن الشاشة نفسها قد لا تولد حرارة زائدة، إلا أنه يجب احترام منحنى التخفيض. في درجات الحرارة المحيطة العالية، يجب تقليل متوسط التيار. يُنصح بضمان تدفق هواء جيد حول الشاشة في المساحات المغلقة.
• البرنامج/البرنامج الثابت:يحتاج المتحكم إلى تضمين خريطة خط للأحرف (متوافقة مع ASCII أو EBCDIC كما هو مذكور) وروتين المسح المتعدد. يجب أن يكون معدل التحديث مرتفعًا بدرجة كافية (عادةً >60 هرتز) لمنع الوميض الملحوظ.

9. المقارنة والتمييز الفني

المميزات الرئيسية لهذه الشاشة المحددة، بناءً على ورقة البيانات، هي استخدامها لتكنولوجيا AlInGaP وارتفاعها 2.0 بوصة. مقارنة بمصابيح LED القديمة من GaAsP أو GaP، تقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير، مما يؤدي إلى ناتج أكثر سطوعًا لنفس تيار الإدخال. يجعل ارتفاع الحرف 2.0 بوصة مناسبًا للتطبيقات التي يكون فيها مسافة المشاهدة عدة أمتار، مما يوفر قابلية قراءة أفضل عن بُعد من الشاشات الأصغر 0.5 بوصة أو 1 بوصة. يعزز تصميم الوجه الرمادي/النقطة البيضاء التباين مقارنة بالعبوات السوداء بالكامل أو الخضراء بالكامل. قابلية التراص هي ميزة ميكانيكية عملية للتصاميم متعددة الأرقام.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ماذا يعني "دورة عمل 1/16" في حالة اختبار شدة الإضاءة؟

ج: يعني ذلك أن كل نقطة LED فردية يتم تشغيلها فقط لمدة 1/16 من إجمالي وقت دورة المسح أثناء القياس. الشدة المحددة هي القيمة المتوسطة على الدورة الكاملة. في الاستخدام الفعلي، يجب عليك تصميم برنامج تشغيل التعدد الخاص بك لتحقيق دورة عمل فعالة مماثلة أو أعلى للوصول إلى السطوع المقنن.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت دون تعدد؟

ج: من الناحية الفنية، يمكنك ذلك، عن طريق توصيل كل من مصابيح LED الـ 35 بمقاوم تحديد تيار خاص به بمصدر طاقة. ومع ذلك، فإن هذا يتطلب 35 قناة قيادة، وهو غير فعال للغاية من حيث عدد المكونات والطاقة. التعدد هو الطريقة القياسية والمقصودة، مما يقلل بشكل كبير من عدد أطراف التحكم المطلوبة ويبسط التصميم.

س: يبدو أن جدول توصيل الأطراف يحتوي على تكرارات (على سبيل المثال، عمود الأنود 3 على الأطراف 4 و 11). هل هذا خطأ؟

ج: من المحتمل ألا يكون هذا خطأ، بل ميزة في الأسلاك الداخلية للمصفوفة. قد يشير إلى أن خطوط أعمدة أو صفوف معينة يتم إخراجها إلى أكثر من طرف واحد على الغلاف. يمكن أن يوفر هذا مرونة في التخطيط على لوحة الدوائر المطبوعة، مما يسمح للمصمم باختيار الطرف الأكثر ملاءمة للتوصيل. راجع دائمًا مخطط الدائرة الداخلية للتحقق من التوصيلات.

س: كيف أحسب مقاومة تحديد التيار المناسبة لبرنامج التشغيل الخاص بي؟

ج: تحتاج إلى معرفة جهد التغذية الخاص بك (Vs)، وجهد LED الأمامي (Vf، استخدم الحد الأقصى 2.6 فولت للسلامة)، والتيار الأمامي المطلوب (If، لا يتجاوز التصنيف المتوسط 13 مللي أمبير عند درجة حرارة التشغيل الخاصة بك). قيمة المقاومة R = (Vs - Vf) / If. تذكر، في إعداد متعدد، سيكون تيار الذروة خلال وقت المسح النشط أعلى من متوسط التيار. تأكد من ألا يتجاوز تيار الذروة 90 مللي أمبير.

11. مثال على تصميم وحالة استخدام

السيناريو: بناء عداد إنتاج مكون من 4 أرقام لمحطة عمل في مصنع.

يتم تراص أربع شاشات LTP-2857JD أفقيًا على لوحة دوائر مطبوعة. يتم استخدام متحكم دقيق 8 بت منخفض التكلفة كوحدة تحكم. يحتوي المتحكم الدقيق على عدد كافٍ من أطراف الإدخال/الإخراج لقيادة الصفوف (7 أطراف) والأعمدة (5 أطراف لكل رقم، ولكن نظرًا لأنها متراصة، يتم توصيل خطوط الأعمدة لجميع الأرقام معًا، مما يتطلب فقط 5 أطراف أعمدة إجمالاً). يقوم المتحكم الدقيق بتشغيل روتين يقوم بما يلي:

1. يمسح عبر خطوط الصفوف السبعة، وينشط واحدًا في كل مرة.
2. للصف النشط، يحدد حالة خطوط الأعمدة الخمسة لكل من الأرقام الأربعة بناءً على الحرف المراد عرضه (على سبيل المثال، رقم).
3. يكرر هذا المسح بمعدل 200 هرتز، مما يجعل الوميض غير محسوس.
4. يتم زيادة قيمة العداد بواسطة إدخال مستشعر خارجي.

يتم وضع مقاومات تحديد التيار على التوالي مع كل خط عمود. مزود الطاقة هو 5 فولت. يتم الحفاظ على متوسط التيار لكل نقطة LED أقل من 10 مللي أمبير لتوفير هامش أمان أقل من التصنيف 13 مللي أمبير وضمان موثوقية طويلة الأجل.

12. مقدمة عن مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي هو الانبعاث الكهروضوئي في تقاطع p-n لأشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي، تتحد الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (طبقة AlInGaP). يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات (جزيئات ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأحمر. تتشكل مصفوفة 5x7 عن طريق وضع 35 من تقاطعات p-n المجهرية هذه في نمط شبكي دقيق. تعمل اللوحة الأمامية الرمادية كمشتت ومحسن للتباين، بينما تحدد النقاط البيضاء الأجزاء التي تصبح مرئية عند إضاءتها.

13. اتجاهات السياق التكنولوجي

تمثل شاشات مثل LTP-2857JD تكنولوجيا ناضجة وموثوقة لعرض المعلومات القائمة على الأحرف. بينما تقدم شاشات OLED الرسومية الحديثة أو شاشات LCD من نوع TFT مرونة أكبر بكثير لعرض رسومات عشوائية، تحتفظ شاشات LED ذات مصفوفة النقاط 5x7 والمماثلة بمزايا في مجالات محددة: متانة بيئية قصوى (نطاق درجة حرارة واسع)، سطوع عالٍ جدًا لقابلية القراءة في ضوء الشمس، بساطة الواجهة، وعمر تشغيلي طويل بدون إضاءة خلفية قد تفشل. كان التحول من مواد LED القديمة إلى AlInGaP، كما هو موضح في هذا الجهاز، اتجاهًا رئيسيًا أدى إلى تحسين الكفاءة والسطوع. قد تتضمن الاتجاهات الحالية دمج إلكترونيات القيادة بشكل أوثق مع وحدة العرض أو استكشاف مواد أكثر كفاءة مثل InGaN لألوان مختلفة، لكن بنية المصفوفة المتعددة الأساسية تظل حلاً مثبتًا وفعالًا للعديد من التطبيقات الصناعية وأدوات القياس.