ورقة بيانات شاشة LED مصفوفة نقطية 8x8 طراز LTP-2088AKD - ارتفاع 2.3 بوصة - تقنية AlInGaP الأحمر الفائق - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 40 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة LTP-2088AKD هي شاشة عرض LED مصفوفة نقطية 8x8 ذات مستوى واحد، مصممة لعرض المعلومات الأبجدية الرقمية والرمزية. وظيفتها الأساسية هي توفير واجهة إخراج بصرية موثوقة ومنخفضة الطاقة في الأنظمة الإلكترونية. تكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدامه لرقائق LED من تقنية AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم الغاليوم) الأحمر الفائق، والتي توفر توازنًا بين الأداء والكفاءة. تتميز الشاشة بوجه رمادي مع شرائح بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة. وهي مصنفة حسب شدة الإضاءة، مما يضمن اتساق السطوع عبر دفعات الإنتاج. الجهاز قابل للتركيب أفقيًا، مما يسمح بإنشاء شاشات متعددة الأحرف أوسع بدون واجهات معقدة. توافقه مع رموز الأحرف القياسية مثل USASCII وEBCDIC يجعله متعدد الاستخدامات للتكامل في مختلف الأنظمة الرقمية التي تتطلب إخراج نصي بسيط.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

2.1 الخصائص البصرية

يتم تعريف الأداء البصري عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية. المعلمة الرئيسية، متوسط شدة الإضاءة (I_V)، لها قيمة نموذجية تبلغ 3500 ميكروكانديلا تحت حالة اختبار I_p=32 مللي أمبير ودورة عمل 1/16. الحد الأدنى المحدد هو 1650 ميكروكانديلا، ولا يوجد حد أقصى مدرج، مما يشير إلى التركيز على تلبية عتبة سطوع دنيا. يصدر الجهاز في الطيف الأحمر مع طول موجة الانبعاث القصوى (λ_p) يبلغ 650 نانومتر وطول موجة مهيمن (λ_d) يبلغ 639 نانومتر، مقاسة عند I_F=20 مللي أمبير. يتم الإشارة إلى نقاء الطيف بعرض نصف الخط الطيفي (Δλ) يبلغ 20 نانومتر. معلمة حاسمة للشاشات متعددة النقاط هي نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m)، والمحددة بحد أقصى 2:1. وهذا يعني أن ألمع نقطة في المصفوفة لن تكون أكثر سطوعًا بمرتين من أضعف نقطة تحت نفس ظروف التشغيل، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

2.2 الخصائص الكهربائية

يتم تحديد المعلمات الكهربائية أيضًا عند T_A=25 درجة مئوية. الجهد الأمامي (V_F) لأي نقطة LED مفردة هو نموذجيًا 2.6 فولت عند I_F=20 مللي أمبير، بحد أقصى 2.8 فولت عند تيار نبضي أعلى I_F=80 مللي أمبير. الحد الأدنى لـ V_Fهو 2.1 فولت عند 20 مللي أمبير. التيار العكسي (I_R) محدود بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (V_R) بقيمة 5 فولت، مما يشير إلى خصائص ثنائية جيدة.

2.3 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم. يجب ألا يتجاوز تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة 40 ميغاواط. تيار الذروة الأمامي لكل نقطة مصنف عند 90 مللي أمبير. متوسط التيار الأمامي لكل نقطة هو 15 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية، مع عامل تخفيض 0.2 مللي أمبير/درجة مئوية، مما يعني أن التيار المستمر المسموح به ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة فوق 25 درجة مئوية. أقصى جهد عكسي لكل نقطة هو 5 فولت. الجهاز مصنف لنطاق درجة حرارة تشغيل من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ونطاق تخزين مماثل. يتم تحديد قابلية اللحام لعملية لحام الموجة أو إعادة التدفق: يمكن للجهاز تحمل 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.59 مم) أسفل مستوى جلوس العبوة.

3. معلومات الميكانيكا والعبوة

يبلغ ارتفاع المصفوفة للشاشة 2.3 بوصة (58.42 مم). يتم توفير أبعاد العبوة في رسم تفصيلي بجميع القياسات بالمليمترات. التسامح التصنيعي لهذه الأبعاد هو ±0.25 مم (أو ±0.01 بوصة) ما لم يُذكر خلاف ذلك بشكل محدد في الرسم. هذا المستوى من الدقة مهم للتثبيت الميكانيكي في الألواح أو العلبات.

4. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يستخدم الجهاز تكوين 16 طرفًا للواجهة. تم تصميم ترتيب الأطراف للقيادة بمصفوفة X-Y. الأطراف 1-4 و 9-12 هي الأنودات للأعمدة 1-4 و 8-5 على التوالي. الأطراف 5-8 و 13-16 هي الكاثودات للصفوف 5-8 و 4-1 على التوالي. هذا الترتيب المحدد حاسم لتصميم دائرة القيادة الصحيحة. يظهر مخطط الدائرة الداخلية أن مصابيح LED الـ 64 (8 صفوف × 8 أعمدة) مرتبة في تكوين كاثود مشترك للصفوف. وهذا يعني لإضاءة نقطة محددة، يجب أن يكون الأنود الخاص بالعمود المقابل في حالة جهد عالي (تطبيق جهد موجب) بينما يكون كاثود الصف المقابل في حالة جهد منخفض (موصول بالأرض). يتم استخدام تقنيات تعدد الإرسال للمسح عبر الصفوف أو الأعمدة لعرض الأنماط.

5. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات صراحةً إلى أن الجهاز "مصنف حسب شدة الإضاءة". يشير هذا إلى عملية تصنيف حيث يتم فرز الوحدات المصنعة بناءً على قياس خرجها الضوئي (بالميكروكانديلا) تحت ظروف الاختبار القياسية. يتم تجميع الوحدات التي تقع ضمن نطاقات شدة محددة معًا. وهذا يسمح للمصممين باختيار شاشات ذات سطوع متسق لتطبيق معين، مما يمنع حدوث تباينات ملحوظة بين وحدات مختلفة في منتج واحد. على الرغم من عدم تفصيل ذلك في هذه الوثيقة، فإن التصنيف النموذجي لمثل هذه الشاشات قد يتضمن عدة درجات للشدة (مثل: سطوع عالي، سطوع قياسي).

6. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية". هذه الرسوم البيانية، المدرجة عادةً في إصدارات أوراق البيانات الكاملة، تمثل بصريًا العلاقة بين المعلمات الرئيسية. تشمل المنحنيات المتوقعة: التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V)، يظهر العلاقة الأسية ويسمح بحساب جهد القيادة؛ شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي، يظهر كيف يزيد خرج الضوء مع التيار، غالبًا بطريقة شبه خطية عند التيارات الأعلى؛ شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة، يظهر انخفاض الخرج مع ارتفاع درجة الحرارة؛ وربما منحنى توزيع الطيف، الذي يصور القدرة النسبية عبر الأطوال الموجية المتمركزة حول 650 نانومتر. تحليل هذه المنحنيات ضروري لتحسين ظروف القيادة وفهم الأداء تحت درجات حرارة غير قياسية.

7. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الرئيسي المقدم هو التصنيف الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام: 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة 1.59 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس العبوة. هذا تصنيف قياسي لعمليات لحام الموجة أو إعادة التدفق. يجب على المصممين التأكد من أن ملف اللحام الخاص بهم لا يتجاوز هذا الحد لمنع تلف رقائق LED الداخلية، أو وصلات الأسلاك، أو العبوة البلاستيكية. بالنسبة للحام اليدوي، يجب استخدام مكواة ذات تحكم في درجة الحرارة مع وقت تلامس أدنى. 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 المصفوفة النقطية 8x8 مثالية للتطبيقات التي تتطلب نصًا مضغوطًا منخفض الدقة أو رسومات بسيطة. تشمل الاستخدامات الشائعة: لوحات التحكم الصناعية لعرض رموز الحالة أو رسائل بسيطة؛ معدات الاختبار والقياس لعرض القيم العددية أو الوحدات؛ الإلكترونيات الاستهلاكية مثل لوحات النقاط البسيطة أو شاشات المعلومات؛ والمجموعات التعليمية لتعلم واجهة المتحكم الدقيق وتعدد الإرسال.

8.2 اعتبارات التصميم

دائرة القيادة:متحكم دقيق بأطراف إدخال/إخراج كافية أو دوائر متكاملة مخصصة لقيادة LED (مثل مسجلات الإزاحة بمخرجات تيار ثابت) مطلوبة. يجب أن تنفذ الدائرة تعدد الإرسال للدوران عبر الصفوف الثمانية (أو الأعمدة).
تحديد التيار:المقاومات أو مشغلات التيار الثابت إلزامية لكل عمود أنود (أو لكل نقطة، اعتمادًا على التصميم) لتعيين التيار الأمامي ومنع تجاوز التصنيفات القصوى المطلقة.
تبديد الطاقة:يجب احترام حد 40 ميغاواط لكل نقطة و 15 مللي أمبير متوسط تيار في مخطط تعدد الإرسال. على سبيل المثال، مع دورة عمل تعدد إرسال 1/8، يمكن أن يكون التيار اللحظي لكل نقطة أعلى من 15 مللي أمبير، ولكن يجب حساب *المتوسط* على الدورة الكاملة للبقاء ضمن الحدود.
زاوية المشاهدة:ميزة "زاوية المشاهدة الواسعة" مفيدة، لكن التوزيع الزاوي الدقيق للضوء غير محدد. للتطبيقات ذات المشاهدة الواسعة، يوصى بتقييم النموذج الأولي.
التركيب الأفقي (Stacking):ميزة القابلية للتركيب الأفقي تبسط إنشاء شاشات متعددة الأرقام. يجب التخطيط للمحاذاة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي بين الوحدات.

9. المقارنة الفنية والتمييز

المميز الرئيسي لـ LTP-2088AKD هو استخدامه لتقنية AlInGaP الأحمر الفائق. مقارنة بتقنيات أقدم مثل مصابيح LED الحمراء القياسية GaAsP (فوسفيد زرنيخيد الغاليوم)، يقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير. وهذا يعني أنه يمكنه إنتاج ضوء أكثر (شدة إضاءة أعلى) لنفس كمية التيار الكهربائي، مما يساهم مباشرة في ميزة "متطلبات الطاقة المنخفضة". كما يقدم عادةً استقرارًا أفضل لطول الموجة عبر درجة الحرارة وعمر التشغيل. يحسن تصميم الوجه الرمادي/الشرائح البيضاء التباين مقارنة بالعبوات الحمراء أو الخضراء بالكامل، خاصة تحت ظروف الإضاءة المحيطة العالية. التصنيف الصريح لشدة الإضاءة (binning) هو ميزة للتطبيقات التي تتطلب تجانسًا.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س: ما الفرق بين طول موجة الانبعاث القصوى (650 نانومتر) والطول الموجي المهيمن (639 نانومتر)؟
ج: الطول الموجي القصوى هو نقطة القدرة القصوى في خرج الطيف. الطول الموجي المهيمن هو الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون الذي ينتج نفس اللون المُدرك (درجة اللون) مثل خرج LED. الفرق ناتج عن شكل منحنى طيف LED، الذي له بعض العرض.

س: كيف أحسب المقاومة التسلسلية المطلوبة لنقطة؟
ج: استخدم قانون أوم: R = (V_supply- V_F) / I_F. لمصدر طاقة 5 فولت، V_Fنموذجي 2.6 فولت، و I_Fمطلوب 20 مللي أمبير: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 أوم. استخدم أقصى V_F(2.8 فولت) لتصميم متحفظ يضمن ألا يتجاوز التيار الهدف أبدًا.

س: هل يمكنني تشغيله بجهد ثابت بدون تحديد تيار؟
ج: لا. جهد LED الأمامي له تسامح وينخفض مع درجة الحرارة. جهد ثابت قريب من V_Fيمكن أن يسبب هروبًا حراريًا، حيث يزيد التيار من تسخين LED، مما يخفض V_F, مسببًا مزيدًا من التيار، مما يؤدي إلى الفشل. استخدم دائمًا تحديد تيار.

س: ماذا تعني نسبة مطابقة شدة الإضاءة 2:1 لتصميمي؟
ج: تضمن التجانس البصري. في أسوأ الحالات، قد تكون نقطة واحدة أكثر سطوعًا بمرتين من أخرى. بالنسبة لمعظم شاشات العرض الأبجدية الرقمية، هذه النسبة مقبولة ولا تسبب تشتيتًا. للرسومات التي تتطلب مستويات رمادية دقيقة، قد تكون اعتبارًا.

11. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: بناء شاشة أبجدية رقمية مكونة من 4 أحرف لجهاز تحكم في درجة الحرارة.
التصميم:يتم تركيب أربع وحدات LTP-2088AKD أفقيًا. يتم استخدام متحكم دقيق واحد (مثل ATmega328P). بسبب محدودية أطراف الإدخال/الإخراج، يتم استخدام مسجلين إزاحة تسلسليين/متوازيين 8 بت (مثل 74HC595) لقيادة 32 أنود عمود (8 أعمدة × 4 شاشات). يتم قيادة كاثودات الصفوف الثمانية (المشتركة عبر جميع الشاشات بسبب التركيب) مباشرة بواسطة 8 أطراف متحكم دقيق مُهيأة كمخرجات مفتوحة المصرف/مصرفة، كل منها مع ترانزستور لقدرة تيار أعلى.
البرنامج:ينفذ البرنامج الثابت روتين تعدد إرسال. يقوم بتعيين النمط لصف واحد (عبر مسجلات الإزاحة) ثم ينشط (يؤرض) فقط كاثود الصف المقابل. يدور عبر جميع الصفوف الثمانية بسرعة (معدل مسح 1-2 كيلوهرتز مثلاً). استمرارية الرؤية تخلق وهم صورة ثابتة.
حساب التيار:لعرض جميع النقاط في صف واحد بأقصى سطوع، قد يتم تعيين التيار اللحظي لكل نقطة إلى 25 مللي أمبير. مع دورة عمل 1/8، متوسط التيار لكل نقطة هو 25 مللي أمبير / 8 = 3.125 مللي أمبير، أقل بكثير من التصنيف المتوسط 15 مللي أمبير. يبلغ إجمالي تيار المصدر ذروته عند إضاءة صف كامل: 8 نقاط/شاشة * 4 شاشات * 25 مللي أمبير = 800 مللي أمبير. يجب تحديد حجم مصدر الطاقة وترانزستورات قيادة الصفوف وفقًا لذلك.

12. مبدأ التشغيل

يعتمد LTP-2088AKD على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. نظام مادة AlInGaP هو شبه موصل ذو فجوة نطاق مباشرة. عند انحياز أمامي (جهد موجب على الأنود بالنسبة للكاثود)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والفجوات من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة. عندما تتحد حاملات الشحنة هذه، تطلق الطاقة في شكل فوتونات (ضوء). التركيب المحدد للألومنيوم، الإنديوم، الغاليوم، والفوسفيد يحدد طاقة فجوة النطاق، والتي بدورها تحدد الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، أحمر عند حوالي 650 نانومتر. يساعد الركيزة GaAs غير الشفافة في عكس الضوء لأعلى، مما يحسن كفاءة استخراج الضوء الخارجي من أعلى الرقاقة. تتشكل المصفوفة 8x8 عن طريق توصيل 64 من رقائق LED الصغيرة هذه بشكل فردي في نمط شبكة صف-عمود داخل العبوة الواحدة.

13. اتجاهات التكنولوجيا

تمثل شاشات العرض المصفوفة النقطية المنفصلة مثل LTP-2088AKD تقنية ناضجة. تتجه الاتجاهات الحالية في تكنولوجيا العرض نحو تكامل أعلى وأشكال مختلفة. أصبحت وحدات LED المصفوفة النقطية المتكاملة مع وحدات تحكم مدمجة (واجهة I2C أو SPI) أكثر شيوعًا، مما يبسط جهد التصميم للمستخدم النهائي. بالنسبة للتصميمات الجديدة التي تتطلب شاشات أبجدية رقمية صغيرة، غالبًا ما تقدم شاشات LCD أو OLED المجزأة استهلاكًا أقل للطاقة وتنسيقًا أكثر مرونة. ومع ذلك، تحتفظ مصفوفات LED التقليدية بمزايا في مجالات محددة: سطوع عالي للغاية للمشاهدة في الهواء الطلق أو تحت إضاءة محيطة عالية، نطاقات واسعة لدرجة حرارة التشغيل، عمر تشغيل طويل، ومتانة في البيئات الصناعية القاسية. تستمر تكنولوجيا رقاقة LED الأساسية AlInGaP في التحسن، مع استمرار البحث في زيادة الكفاءة (لومن لكل واط) وتحسين نقاء اللون، مما يفيد جميع تطبيقات LED الحمراء، بما في ذلك شاشات المصفوفة.