ورقة بيانات شاشة مصفوفة نقطية LED طراز LTP-14088KD-J - ارتفاع 1.50 بوصة - لون أحمر شديد 650 نانومتر - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-14088KD-J هي وحدة عرض LED صلبة الحالة ذات مستوى واحد بمصفوفة نقطية 8x8. وظيفتها الأساسية هي توفير قدرات عرض للأحرف الأبجدية الرقمية والرموز بتنسيق مضغوط وموثوق. تكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدامه لرقائق LED المتطورة من نوع AS-AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) ذات اللون الأحمر الشديد، والتي يتم تنميتها طبقة فوق طبقة على ركيزة GaAs. توفر هذه التقنية كفاءة إضاءة ونقاء لوني فائقين للانبعاث الأحمر مقارنة بالتقنيات الأقدم مثل GaAsP القياسي. تتميز الشاشة بوجه أسود مع نقاط بيضاء، مما يوفر تباينًا ممتازًا لسهولة القراءة. تم تصميمها لاستهلاك منخفض للطاقة وتوفر زاوية مشاهدة واسعة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات عرض المعلومات المتنوعة حيث تكون الرؤية الواضحة أمرًا بالغ الأهمية. يتم تصنيف الجهاز وفقًا لشدة الإضاءة، مما يضمن اتساق السطوع عبر الوحدات، وهو معبأ بتنسيق خالٍ من الرصاص متوافق مع توجيهات RoHS.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

يعد الأداء البصري محورًا أساسيًا لوظيفة الشاشة. في ظروف الاختبار القياسية لتيار أمامي متوسط قدره 32 مللي أمبير بدورة عمل 1/16، تبلغ شدة الإضاءة النموذجية المتوسطة لكل نقطة 2475 ميكروكانديلا (µcd)، مع قيمة دنيا محددة تبلغ 1020 ميكروكانديلا. يبلغ طول موجة الانبعاث القصوى (λp) نموذجيًا 650 نانومتر (nm)، وتقع ضمن طيف الأحمر العميق. يبلغ طول الموجة السائد (λd) 639 نانومتر. يبلغ عرض النصف الطيفي (Δλ) 20 نانومتر، مما يشير إلى نطاق ترددي ضيق نسبيًا وانبعاث لوني نقي. المعيار الحاسم لتوحيد الشاشة هو نسبة تطابق شدة الإضاءة، المحددة بحد أقصى 2:1 للنقاط داخل منطقة إضاءة متشابهة. هذا يعني أن ألمع نقطة في المجموعة يجب ألا تزيد سطوعًا عن ضعف خافت نقطة، مما يضمن اتساقًا بصريًا مقبولاً عبر المصفوفة.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد المعلمات الكهربائية حدود التشغيل ومتطلبات الطاقة. يتراوح الجهد الأمامي (VF) لأي نقطة LED مفردة بين 2.1 فولت و 2.8 فولت، اعتمادًا على تيار القيادة. عند تيار اختبار قياسي قدره 20 مللي أمبير، يتراوح VF من 2.1 فولت (الحد الأدنى) إلى 2.6 فولت (الحد الأقصى). عند تيار ذروة أعلى قدره 80 مللي أمبير، يتحول هذا النطاق إلى 2.3 فولت إلى 2.8 فولت. يبلغ التيار العكسي (IR) لأي مقطع حدًا أقصى قدره 100 ميكرو أمبير عند تطبيق جهد عكسي (VR) قدره 5 فولت. هذه المعلمات حاسمة لتصميم دائرة القيادة المناسبة ذات التيار الثابت أو المتعدد.

2.3 التقييمات القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

الالتزام بالتقييمات القصوى المطلقة أمر ضروري لموثوقية الجهاز وطول عمره. يجب ألا يتجاوز تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة 70 ميلي واط (mW). يبلغ تصنيف تيار الذروة الأمامي لكل نقطة 90 مللي أمبير، ولكن هذا محدد في ظروف النبض بتردد 1 كيلو هرتز ودورة عمل 18%. يحتوي متوسط التيار الأمامي لكل نقطة على منحنى تخفيض؛ فهو 25 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية وينخفض خطيًا بمقدار 0.28 مللي أمبير لكل زيادة درجة مئوية واحدة في درجة حرارة البيئة المحيطة. يمكن للجهاز العمل والتخزين ضمن نطاق درجة حرارة من -35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية. بالنسبة للتجميع، يتم تحديد ظروف اللحام بـ 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس.

3. نظام التصنيف والتصنيف

يستخدم طراز LTP-14088KD-J نظام تصنيف أساسي لشدة الإضاءة. كما هو موضح في الميزات والخصائص الكهربائية، يتم تصنيف الوحدات بناءً على ناتج الإضاءة المتوسط المقاس. توفر ورقة البيانات قيمة دنيا (1020 ميكروكانديلا) ونموذجية (2475 ميكروكانديلا)، مما يشير إلى أن الأجزاء المنتجة يتم اختبارها وتجميعها وفقًا لشدتها الفعلية، على الأرجح إلى درجات أو فئات إخراج مختلفة. هذا يسمح للمصممين باختيار أجزاء ذات سطوع متسق لتطبيقهم. بينما لا تحدد الوثيقة تصنيفات صريحة لطول الموجة أو الجهد الأمامي، فإن النطاقات الدنيا/القصوى المقدمة لهذه المعلمات (مثل VF، λp) تحدد الحدود المقبولة لجميع الوحدات المشحونة، مما يضمن وقوعها ضمن نافذة متوافقة وظيفيًا.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى قسم لمنحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في مقتطف النص، فإن هذه المنحنيات المضمنة عادةً في أوراق البيانات الكاملة حيوية للتصميم. ستشمل هذه عادةً:

• شدة الإضاءة النسبية مقابل التيار الأمامي (منحنى I-V):يوضح كيف يزداد ناتج الضوء مع التيار، مما يساعد في تحسين تيار القيادة للسطوع والكفاءة المطلوبين.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي:أساسي لحساب تبديد الطاقة وتصميم مصادر الجهد لدائرة القيادة.
• شدة الإضاءة النسبية مقابل درجة حرارة البيئة المحيطة:يوضح كيف ينخفض ناتج الضوء مع ارتفاع درجة الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات في بيئات حرارية متغيرة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني يوضح شدة الضوء المنبعث عبر أطوال موجية مختلفة، متمركزًا حول ذروة 650 نانومتر.

يجب على المصممين الرجوع إلى هذه المنحنيات لفهم العلاقات غير الخطية بين التيار والجهد ودرجة الحرارة وناتج الضوء، مما يتيح تصميم نظام قوي.

5. معلومات الميكانيكا والتغليف

5.1 الأبعاد الفيزيائية والتفاوتات المسموح بها

يبلغ ارتفاع مصفوفة الجهاز 1.50 بوصة (37.0 مم). سيوفر الرسم التخطيطي للتغليف (المشار إليه ولكن غير مفصل في النص) الأبعاد الحرجة لتصميم بصمة PCB، بما في ذلك الطول والعرض والارتفاع الكليين وتباعد المسامير. تشمل التفاوتات المسموح بها الرئيسية المذكورة: ±0.25 مم لمعظم الأبعاد، تفاوت تحول طرف الدبوس ±0.4 مم، وحدود على المواد الغريبة، تلوث الحبر، الانحناء، والفقعات داخل مقاطع LED (محددة بالميل). يضمن هذا الموثوقية الميكانيكية والمظهر البصري المتسق.

5.2 تكوين المسامير والدائرة الداخلية

تحتوي الشاشة على تكوين 16 دبوسًا. يتم تعريف ترتيب المسامير بوضوح: المسامير 1، 2، 5، 7، 8، 9، 12، و 14 متصلة بالكاثودات لصفوف محددة (مثل كاثود الصف 1، 2، 3...8). المسامير 3، 4، 6، 10، 11، 13، 15، و 16 متصلة بالأنودات لأعمدة محددة (مثل أنود العمود 1، 2، 3...8). يظهر الرسم التخطيطي للدائرة الداخلية تكوين كاثود مشترك قياسي لمصفوفة 8x8. يتم تشكيل كل من مصابيح LED الـ 64 (النقاط) عند تقاطع خط عمود أنود واحد وخط صف كاثود واحد. لإضاءة نقطة محددة، يجب تشغيل دبوس الأنود المقابل لها (مع مقاومة تحديد تيار)، ويجب سحب دبوس الكاثود المقابل لها إلى مستوى منخفض.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعليمات الأساسية للتجميع المقدمة هي لعملية اللحام. يمكن للجهاز تحمل اللحام بالموجات أو إعادة التدفق بشرط ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام عند نقطة 1/16 بوصة (1.6 مم) أسفل مستوى الجلوس 260 درجة مئوية لأكثر من 3 ثوانٍ. هذا هو ملف تعريف قياسي متوافق مع IPC للحام خالي الرصاص. يجب على المصممين التأكد من أن عملية تجميع PCB الخاصة بهم تلتزم بهذا الملف الحراري لمنع تلف رقائق LED أو الغلاف البلاستيكي. يوفر نطاق درجة حرارة التخزين والتشغيل الواسع (-35 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية) مرونة في التعامل والاستخدام في بيئات متنوعة، ولكن يجب دائمًا مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية أثناء التعامل.

7. اقتراحات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

شاشة المصفوفة النقطية 8x8 هذه مثالية للتطبيقات التي تتطلب شاشات أبجدية رقمية أو رسومية بسيطة مضغوطة ودقة منخفضة إلى متوسطة. تشمل الاستخدامات الشائعة: مؤشرات حالة لوحة التحكم الصناعية، لوحات رسائل بسيطة، قراءات معدات الاختبار والقياس، مجموعات الإلكترونيات التعليمية، وأجهزة النماذج الأولية. توافقها مع رموز الأحرف القياسية (ASCII) يجعل من السهل توصيلها بوحدات التحكم الدقيقة لعرض النص.

7.2 اعتبارات التصميم الرئيسية

• دائرة القيادة:تتطلب الشاشة قيادة متعددة بسبب هيكل المصفوفة الخاص بها. يجب استخدام وحدة تحكم دقيقة بها عدد كافٍ من مسامير الإدخال/الإخراج أو دوائر متكاملة مخصصة لقيادة LED (مثل MAX7219 أو HT16K33) لمسح الصفوف والأعمدة بالتتابع. يجب احترام تصنيفات تيار الذروة (90 مللي أمبير نبضي) في تصميم السائق.
• تحديد التيار:مقاومات تحديد التيار الخارجية إلزامية لكل عمود أنود (أو مدمجة في دائرة القيادة المتكاملة) لتعيين التيار الأمامي لمصابيح LED، عادةً بين 20-32 مللي أمبير للسطوع المتوسط، بناءً على دورة العمل.
• تبديد الطاقة:يجب حساب حد 70 ميلي واط لكل نقطة وتخفيض التيار مع درجة الحرارة لأسوأ حالة تشغيل، خاصة إذا كانت عدة نقاط مضاءة في وقت واحد لفترات طويلة.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن يجب أخذها في الاعتبار أثناء تصميم الغلاف الميكانيكي لضمان توجيه الشاشة بشكل صحيح للمستخدم النهائي.
• التراص:ميزة إمكانية التراص أفقيًا تعني التوافق الميكانيكي لإنشاء شاشات متعددة الأحرف أوسع، مما يتطلب محاذاة دقيقة وربط متبادل في تصميم PCB.

8. المقارنة التقنية والتمييز

عامل التمييز الرئيسي لطراز LTP-14088KD-J هو استخدامه لتقنية LED الحمراء الشديدة من نوع AlInGaP. مقارنة بتقنيات LED الحمراء الأقدم مثل GaAsP أو GaP القياسي، يقدم AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير. هذا يعني أنه يمكنه إنتاج نفس ناتج الضوء أو أكبر (مقاسة بالميكروكانديلا) عند تيار قيادة أقل، مما يساهم مباشرة في ميزة "متطلبات الطاقة المنخفضة". كما يوفر عمومًا لونًا أحمر أكثر تشبعًا ونقاءً (حوالي 650 نانومتر) مع اتساق أفضل. عند مقارنتها بشاشات 8x8 أخرى ذات حجم فيزيائي مماثل، فإن شدة إضاءتها المصنفة وامتثالها لـ RoHS يمثلان ميزتين تنافسيتين إضافيتين للأسواق التي تهتم بالجودة وتخضع للتنظيم البيئي.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما الفرق بين طول الموجة القصوى (650 نانومتر) وطول الموجة السائد (639 نانومتر)؟

ج: طول الموجة القصوى هو الطول الموجي الذي تكون فيه الطاقة البصرية المنبعثة أعظم. طول الموجة السائد هو الطول الموجي الفردي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون الملاحظ للضوء المنبعث. الفرق الطفيف طبيعي ويرجع إلى شكل طيف انبعاث LED.

س: هل يمكنني قيادة هذه الشاشة بوحدة تحكم دقيقة 5 فولت بدون دائرة قيادة متكاملة؟

ج: لا يوصى بالاتصال المباشر. الجهد الأمامي هو ~2.6 فولت، ولكن يجب عليك استخدام مقاومات تحديد التيار. والأهم من ذلك، أن قيادة مصفوفة 8x8 مباشرة من مسامير MCU غير فعالة وستتجاوز قدرات MCU على توفير/استهلاك التيار. مطلوب عمومًا سائق متعدد مخصص.

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

ج: هذا يعني أن LED يتم تشغيله بالنبض لمدة 1/16 من الوقت وإيقاف تشغيله لمدة 15/16. شدة الإضاءة المحددة هي قيمة متوسطة تقاس في ظل هذه الحالة. في شاشة 8x8 متعددة، يكون كل صف نشطًا عادةً لمدة 1/8 من الوقت (دورة عمل 1/8)، لذلك قد يحتاج تيار القيادة إلى تعديل لتحقيق السطوع المتوسط المطلوب.

س: كيف أفسر نسبة تطابق شدة الإضاءة 2:1؟

ج: هذا هو مواصفات التوحيد. يعني ذلك أنه داخل مجموعة من مصابيح LED (مثل جميع النقاط في المصفوفة)، لن تكون ألمع نقطة أكثر سطوعًا من ضعف خافت نقطة عند قياسها في ظل ظروف متطابقة. هذا يضمن مظهرًا متساويًا بشكل معقول.

10. مثال عملي للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم شاشة أحرف مفردة لمراقب درجة الحرارة. تقرأ وحدة تحكم دقيقة مستشعرًا وتحتاج إلى عرض رقم من 0 إلى 99. يمكن تراص شاشتين من طراز LTP-14088KD-J أفقيًا. ستقوم وحدة التحكم الدقيقة، عبر دائرة قيادة LED متكاملة عبر SPI أو I2C، بتعددية الشاشات. تقوم دائرة القيادة المتكاملة بمعالجة مسح الصفوف وتحويل بيانات الأعمدة، وسحب صفوف الكاثود إلى مستوى منخفض بالتتابع مع توفير النمط الصحيح لتيارات الأنود لكل عمود بناءً على خط الحرف المخزن في ذاكرة وحدة التحكم الدقيقة. سيتم تعيين تيار القيادة عبر مقاوم خارجي إلى، على سبيل المثال، 25 مللي أمبير متوسط لكل نقطة، مما يضمن التشغيل ضمن حد تبديد الطاقة البالغ 70 ميلي واط. يوفر الوجه الأسود تباينًا جيدًا في لوحة داخلية. يجب أن يتضمن التصميم إدارة حرارية إذا كان الغلاف قد يصل إلى درجات حرارة بيئية عالية، حيث سينخفض ناتج الضوء وقد يحتاج التيار إلى تخفيض.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

يعمل طراز LTP-14088KD-J على المبدأ الأساسي للصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). عندما يتم تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي (حوالي 2.1-2.6 فولت) عبر وصلة LED فردية (من الأنود إلى الكاثود)، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة لرقاقة أشباه الموصلات AlInGaP. يطلق هذا الاتحاد الطاقة في شكل فوتونات، منتجًا ضوءًا بطول موجي مميز لفجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات - في هذه الحالة، ضوء أحمر حول 650 نانومتر. يتم تشكيل هيكل المصفوفة 8x8 عن طريق توصيل 64 رقاقة LED فردية في نمط شبكي. تستخدم الإلكترونيات الخارجية تقنية متعددة للتحكم في هذه الشبكة. من خلال التبديل السريع (المسح) لأي كاثود صف نشط (متصل بالأرض) وأي أنودات أعمدة يتم تزويدها بالتيار، يتم إنشاء وهم صورة مستقرة من خلال استمرارية الرؤية. تقلل هذه الطريقة بشكل كبير عدد مسامير التحكم المطلوبة من 64 (واحد لكل LED) إلى 16 فقط (8 صفوف + 8 أعمدة).

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل شاشات المصفوفة النقطية LED المنفصلة مثل طراز LTP-14088KD-J تقنية ناضجة وموثوقة. بينما تقدم تقنيات العرض الأحدث مثل OLED أو LCD عالية الدقة تفاصيل أدق ولونًا كاملاً، تحتفظ المصفوفات النقطية LED بمواقع قوية في التطبيقات التي تتطلب سطوعًا عاليًا، وزوايا مشاهدة واسعة، وموثوقية قصوى، وعمرًا طويلاً، وبساطة، وتشغيلًا عبر نطاق درجة حرارة واسع - غالبًا بتكلفة أقل. الاتجاه داخل هذا القطاع هو نحو مصابيح LED ذات كفاءة أعلى (مثل AlInGaP المستخدم هنا)، واستهلاك طاقة أقل، وتغليف صديق للبيئة وخالٍ من الرصاص، وأحيانًا نحو حزم الأجهزة المركبة على السطح (SMD) للتجميع الآلي، على الرغم من أن الأنواع المثقوبة مثل هذه تظل شائعة للنماذج الأولية وبعض الاستخدامات الصناعية. يظل مبدأ القيادة المتعددة الأساسي قياسيًا، لكن رقائق السائق المتكاملة الحديثة تقدم ميزات أكثر مثل خطوط الأحرف المدمجة، والتحكم في السطوع، وواجهات رقمية أبسط (SPI/I2C).