ورقة بيانات شاشة LED مصفوفة النقاط LTP-2057AKA - ارتفاع 2.0 بوصة (50.8 مم) - اللون البرتقالي الفائق (621 نانومتر) - 33 ميلي واط لكل نقطة - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LTP-2057AKA وحدة عرض أحرف رقمية وحروفية أحادية الرقم، مبنية باستخدام تكوين مصفوفة نقاط 5x7. وظيفتها الأساسية هي تمثيل الأحرف والرموز بصريًا، وتُستخدم عادةً كمؤشرات حالة وقراءات بسيطة ولوحات معلومات في مختلف الأجهزة الإلكترونية. تكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدامه لتقنية LED من نوع AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) لعناصر الإضاءة، وبالتحديد بلون "برتقالي فائق". يوفر نظام المواد هذا مزايا من حيث الكفاءة واستقرار اللون مقارنة بالتقنيات الأقدم. تتميز الشاشة بوجه رمادي مع نقاط بيضاء اللون، مما يوفر خلفية عالية التباين للضوء المنبعث، مما يعزز سهولة القراءة. تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب شاشة عرض أحرف متوسطة الحجم وموثوقة ومنخفضة الطاقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص البصرية

يعد الأداء البصري محورًا أساسيًا لوظيفة الشاشة. المعيار الرئيسي، متوسط شدة الإضاءة (Iv)، محدد بحد أدنى 2100 ميكروكانديلا، وقيمة نموذجية 4600 ميكروكانديلا، وبدون حد أقصى تحت شرط الاختبار لتيار أمامي نابض (Ip) بقيمة 32 مللي أمبير عند دورة عمل 1/16. تعد طريقة القيادة النابضة هذه معيارية للشاشات المتعددة لتحقيق سطوع ملحوظ مع إدارة الطاقة والحرارة. يتم تعريف اللون من خلال طول موجة الانبعاث القصوى (λp) البالغ 621 نانومتر (نانومتر)، مما يضعه في المنطقة البرتقالية الحمراء من الطيف. عرض النصف الطيفي (Δλ) هو 18 نانومتر، مما يشير إلى نقاء الطيف أو ضيق نطاق الضوء المنبعث. الطول الموجي السائد (λd) هو 615 نانومتر، وهو الطول الموجي الذي تدركه العين البشرية وقد يختلف قليلاً عن الطول الموجي القصوى. تم تحديد نسبة مطابقة شدة الإضاءة بـ 2:1، مما يعني أن تباين السطوع بين ألمع وأخفت الأجزاء في المصفوفة يجب ألا يتجاوز هذه النسبة، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعايير الكهربائية حدود وظروف التشغيل للشاشة. تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود التشغيل الآمن: تبديد طاقة متوسط قدره 33 ميلي واط (mW) لكل نقطة، وتيار أمامي قصوى قدره 90 مللي أمبير لكل نقطة، وتيار أمامي متوسط لكل نقطة يتناقص خطيًا من 13 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية بمقدار 0.17 مللي أمبير/درجة مئوية. هذا التناقص بالغ الأهمية للإدارة الحرارية في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة. أقصى جهد عكسي لكل نقطة هو 5 فولت (V). جهد الأمام (Vf) لأي نقطة LED فردية هو نموذجيًا 2.6 فولت عند 20 مللي أمبير، مع حد أقصى 2.8 فولت عند تيار اختبار أعلى قدره 80 مللي أمبير. التيار العكسي (Ir) هو بحد أقصى 100 ميكروأمبير (μA) عند انحياز عكسي كامل بقيمة 5 فولت.

2.3 المواصفات الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ونفس نطاق درجة حرارة التخزين. يجعل هذا النطاق الواسع الجهاز مناسبًا للبيئات الصناعية والسيارات المعرضة لدرجات حرارة قصوى. معلمة تركيب حرجة هي أقصى درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس المكون. هذا الإرشاد ضروري لمنع التلف الحراري أثناء عملية لحام إعادة التدفق.

3. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يبلغ ارتفاع المصفوفة المعلن للشاشة 2.0 بوصة (50.8 مم). سيوضح رسم أبعاد العبوة المقدم (المشار إليه في ورقة البيانات) المخطط الفيزيائي الدقيق ومواقع الأطراف والحجم الكلي. عادةً ما تكون التسامحات لهذه الأبعاد ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يستخدم الجهاز واجهة توصيل أطراف قياسية للتكامل في لوحة الدائرة.

4. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

تمتلك LTP-2057AKA واجهة مكونة من 14 طرفًا. تم ترتيب توصيل الأطراف خصيصًا للعنونة X-Y (مصفوفة): يتم تعيين الأطراف إما كمصعد للأعمدة أو كمهبط للصفوف. على سبيل المثال، الطرف 1 هو المهبط للصف 5، والطرف 3 هو المصعد للعمود 2، وهكذا. يسمح هذا الترتيب لوحدة التحكم الدقيقة بإضاءة أي نقطة فردية في الشبكة 5x7 بشكل انتقائي عن طريق تفعيل خطوط العمود (المصعد) والصف (المهبط) المقابلة. سيوضح مخطط الدائرة الداخلية (المشار إليه في ورقة البيانات) هيكل المصفوفة هذا بصريًا، مُظهرًا مصابيح LED الفردية الـ 35 (5 أعمدة × 7 صفوف) مع توصيل مصاعدها في مجموعات أعمدة وتوصيل مهبطها في مجموعات صفوف.

5. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى قسم لمنحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. هذه الرسوم البيانية لا تقدر بثمن لمهندسي التصميم. ستشمل عادةً رسومًا بيانية مثل التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V) لعنصر LED فردي، مُظهرًا العلاقة غير الخطية وجهد التشغيل. ستوضح منحنيات شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي كيف يزداد خرج الضوء مع التيار، مما قد يُظهر تأثيرات التشبع. قد تكون هناك أيضًا منحنيات تُظهر تباين شدة الإضاءة أو الجهد الأمامي مع درجة الحرارة المحيطة، وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دوائر مستقرة عبر نطاق درجة الحرارة المحدد. يتيح تحليل هذه المنحنيات تحسين تيار القيادة للسطوع المطلوب وفهم التأثيرات الحرارية على الأداء.

6. إرشادات اللحام والتركيب

كما ذُكر في التصنيفات القصوى المطلقة، فإن القيد الأساسي للتركيب هو ملف درجة حرارة اللحام. يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة قصوى تبلغ 260 درجة مئوية لمدة تصل إلى 3 ثوانٍ أثناء لحام إعادة التدفق. من الأهمية بمكان التأكد من أن درجة الحرارة المقاسة عند أطراف العبوة لا تتجاوز هذا الحد لمنع تلف الروابط السلكية الداخلية أو رقائق LED أو العبوة البلاستيكية. ملفات إعادة التدفق القياسية في الصناعة للحام الخالي من الرصاص (الذي يبلغ ذروته حوالي 240-250 درجة مئوية) متوافقة بشكل عام، ولكن يجب التحقق من الملف. يجب إجراء اللحام اليدوي بالمكواة بسرعة وبتحكم دقيق في درجة الحرارة لتوطين الحرارة. يجب دائمًا اتباع إجراءات التعامل مع التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المناسبة مع مكونات LED.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تعد شاشة مصفوفة النقاط 5x7 هذه مثالية للتطبيقات التي تتطلب حرفًا أبجديًا رقميًا واحدًا واضحًا. تشمل الاستخدامات الشائعة: عدادات لوحية لقراءات الجهد أو التيار أو درجة الحرارة؛ شاشات حالة على المعدات الصناعية (عرض رموز الخطأ أو مؤشرات الوضع)؛ الأجهزة المنزلية مثل أفران الميكروويف أو الغسالات؛ وأدوات الاختبار/القياس. توافقها مع رموز الأحرف القياسية ASCII وEBCDIC يبسط البرمجة باستخدام وحدات التحكم الدقيقة.

7.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة:تتطلب الشاشة إلكترونيات قيادة متعددة. هناك حاجة لوحدة تحكم دقيقة بها عدد كافٍ من أطراف الإدخال/الإخراج أو مقترنة بدارات متكاملة قائدة خارجية (مثل مسجلات الإزاحة أو رقائق قيادة LED مخصصة) لمسح الصفوف والأعمدة بالتتابع. توفر حالة الاختبار في ورقة البيانات لدورة عمل 1/16 عند تيار نابض 32 مللي أمبير نقطة انطلاق لحساب مقاومات تحديد التيار المطلوبة. سيكون متوسط التيار لكل LED أقل بكثير (على سبيل المثال، 32 مللي أمبير / 16 = 2 مللي أمبير متوسط إذا كانت نقطة واحدة فقط مضاءة، ولكن هذا يتناسب مع عدد النقاط المضاءة في نفس الوقت في صف واحد).
مزود الطاقة:يعني جهد الأمام البالغ ~2.6 فولت أن جهد القيادة يجب أن يكون أعلى من هذا، وعادةً ما تُستخدم أنظمة 3.3 فولت أو 5 فولت. يجب أن يكون مزود الطاقة قادرًا على التعامل مع متطلبات التيار القصوى أثناء التعدد.
زاوية الرؤية:تذكر ورقة البيانات "زاوية رؤية واسعة"، وهي خاصية لرقاقة LED وتصميم العدسة المنتشر. للحصول على أفضل وضع، ضع في اعتبارك اتجاه الرؤية الأساسي للمستخدم النهائي.
التراص:تعني ميزة "قابل للتراص أفقيًا" أنه يمكن وضع وحدات متعددة جنبًا إلى جنب لتشكيل شاشات متعددة الأحرف. يجب تصميم المحاذاة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي بين الوحدات.

8. المقارنة التقنية والتمييز

المميز الرئيسي لـ LTP-2057AKA هو استخدامها لتقنية LED من نوع AlInGaP للون البرتقالي. مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED الحمراء/البرتقالية القياسية من نوع GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير (مخرج ضوء أكثر لكل وحدة طاقة كهربائية) وصيانة أداء أفضل في درجات الحرارة المرتفعة. يوفر الطول الموجي "البرتقالي الفائق" 621 نانومتر لونًا نابضًا بالحياة ومرئيًا للغاية. يوفر الوجه الرمادي مع النقاط البيضاء مظهرًا احترافيًا عالي التباين عند عدم التشغيل، مما قد يكون ميزة تصميمية مقارنة بالشاشات السوداء بالكامل أو الحمراء بالكامل. ارتفاع الحرف 2.0 بوصة هو حجم محدد قد يتم اختياره بدلاً من الشاشات الأصغر (مثل 0.8 بوصة) أو الأكبر بناءً على متطلبات مسافة المشاهدة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: كيف أحسب قيمة مقاومة تحديد التيار لهذه الشاشة؟
ج: يجب أن تصمم للتيار النابض (الذروة)، وليس المتوسط. باستخدام حالة الاختبار كمرجع (32 مللي أمبير عند Vf نموذجي 2.6 فولت)، وافتراض مزود طاقة قيادة 5 فولت: R = (V_supply - Vf) / I_peak = (5V - 2.6V) / 0.032A = 75 أوم. استخدم أقصى Vf (2.8 فولت) لحساب أكثر أمانًا وأخف سطوعًا: R = (5V - 2.8V) / 0.032A = ~68 أوم. ستكون مقاومة قياسية 68 أو 75 أوم مناسبة. يجب حساب تصنيف قدرة المقاومة بناءً على متوسط التيار، وليس الذروة.

س: ماذا تعني دورة عمل 1/16 لقيادة هذه الشاشة؟
ج: في مصفوفة 5x7 متعددة، إحدى طرق المسح الشائعة هي تفعيل صف واحد (مهبط) في كل مرة مع توفير البيانات للأعمدة الخمسة (مصاعد) لذلك الصف. مع 7 صفوف، إذا تم تفعيل كل صف بالتتابع وبالتساوي، فإن دورة العمل لأي LED فردي هي 1/7. تشير دورة العمل 1/16 في ورقة البيانات إلى نظام تعدد مختلف أو أكثر تحفظًا، ربما يتضمن فترات إطفاء. يجب أن تنبض دائرة القيادة LED عند تيار الذروة المحدد (مثل 32 مللي أمبير) لفترة الشريحة الزمنية المخصصة لها لتحقيق متوسط شدة الإضاءة المصنفة.

س: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة بتيار مستمر ثابت بدلاً من التعدد؟
ج: تقنيًا، نعم، لكنها غير فعالة للغاية وغير موصى بها. قيادة جميع النقاط الـ 35 في وقت واحد حتى بتيار منخفض مثل 5 مللي أمبير سيتطلب تيارًا إجماليًا قدره 175 مللي أمبير ويولد حرارة كبيرة، من المحتمل أن تتجاوز حدود تبديد طاقة العبوة. التعدد هو الطريقة القياسية والمقصودة للتشغيل.

10. مثال عملي للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم قراءة درجة حرارة بسيطة تعرض قيمة من 0 إلى 99 درجة مئوية. سيتطلب ذلك شاشتين LTP-2057AKA متراصتين أفقيًا. ستكون وحدة تحكم دقيقة (مثل ATmega328P) متصلة بـ 14 طرفًا لكل شاشة (28 طرف إدخال/إخراج إجمالاً). لتوفير أطراف الإدخال/الإخراج، يمكن توصيل خطوط العمود (المصعد) لكلتا الشاشتين على التوازي (5 خطوط مشتركة)، وسيتم التحكم في خطوط الصف (المهبط) بشكل منفصل لكل شاشة (7+7=14 خطًا). يستخدم هذا 19 طرف إدخال/إخراج. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام مسجلات إزاحة خارجية 8 بت لتقليل متطلبات أطراف الإدخال/الإخراج لوحدة التحكم الدقيقة بشكل كبير. ستحتوي البرمجية على خريطة خط، تحويل الأرقام من 0 إلى 9 إلى النمط المقابل للنقاط المضاءة للشبكة 5x7. ستقوم بعد ذلك بمسح الصفوف السبعة، لكل شاشة، وإرسال بيانات العمود المناسبة لصفوف الأحرف المراد عرضها. يجب أن يكون المسح سريعًا بدرجة كافية (عادةً >60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل LTP-2057AKA على مبدأ مصفوفة LED سلبية. تحتوي على 35 وصلة أشباه موصلات LED مستقلة من نوع AlInGaP مرتبة في شبكة من 5 أعمدة و 7 صفوف. يتشكل كل LED عند تقاطع خط مصعد عمود وخط مهبط صف. عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز جهد تشغيل الصمام الثنائي (~2.6 فولت) بين عمود محدد (موجب) وصف محدد (سالب)، يتدفق التيار عبر ذلك LED الفردي، مما يجعله ينبعث فوتونات - ضوء - بطول موجي يبلغ حوالي 621 نانومتر (برتقالي). من خلال تسلسل أي صف يتم تأريضه (المهبط المفعل) وأي أعمدة يتم تزويدها بالتيار (المصعد المفعل) بسرعة، يمكن إضاءة أنماط مختلفة من النقاط، مكونة أحرفًا أو رموزًا. يدمج استمرار الرؤية للعين البشرية هذه الومضات السريعة في صورة مستقرة.

12. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

تمثل شاشات مثل LTP-2057AKA قطاعًا ناضجًا وموثوقًا في مجال الإلكترونيات الضوئية. بينما تهيمن تقنيات أحدث مثل OLED (الصمام الثنائي الباعث للضوء العضوي) أو شاشات LCD عالية الدقة على الشاشات الرسومية المعقدة، تظل وحدات مصفوفة النقاط LED البسيطة ذات صلة عالية للتطبيقات التي تتطلب متانة وعمرًا طويلاً وتشغيلًا على نطاق واسع من درجات الحرارة وسطوعًا عاليًا وتكلفة منخفضة لكل حرف. الاتجاه داخل هذا القطاع هو نحو مواد LED ذات كفاءة أعلى (مثل AlInGaP المستخدم هنا، وInGaN للأزرق/الأخضر/الأبيض)، مما يسمح باستهلاك طاقة أقل أو سطوع أعلى. هناك أيضًا اتجاه نحو حلول متكاملة حيث يتم دمج إلكترونيات القيادة في وحدة العرض نفسها، مما يبسط تصميم النظام للمهندس النهائي. ومع ذلك، تستمر البنية الأساسية للمصفوفة السلبية، نظرًا لبساطتها وتكلفتها المنخفضة، في كونها ركيزة أساسية لعروض الأرقام والأحرف الرقمية الأحادية والمتعددة في السياقات الصناعية والسيارات والاستهلاكية.