ورقة بيانات شاشة مصفوفة النقاط LED طراز LTP-7188KE - ارتفاع 0.764 بوصة (19.4 مم) - لون أحمر من مادة AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 40 ميغاواط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

شاشة LTP-7188KE هي وحدة عرض صلبة ذات مستوى واحد بمصفوفة نقاط 8x8. وظيفتها الأساسية هي توفير وسيلة مدمجة وموثوقة لعرض الأحرف الأبجدية الرقمية أو الرموز أو الرسومات البسيطة. تستخدم التقنية الأساسية رقائق LED حمراء من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) مُنْمَتة طبقيًا على ركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs). يُعرف نظام المواد هذا بكفاءته العالية وشدة إضاءته الممتازة في الطيف الأحمر-البرتقالي. تتميز الوحدة بلوحة وجه رمادية مع شرائح بيضاء، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة. تم تحسين تصميمها للتطبيقات التي تتطلب اتصالًا مرئيًا واضحًا في عامل شكل مدمج، مع إمكانية التكديس لإنشاء شاشات متعددة الأحرف أكبر حجمًا.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تقدم الشاشة عدة مزايا رئيسية تحدد مجال تطبيقها. يجعلها متطلبات الطاقة المنخفضة مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية أو الحساسة للطاقة. يضمن البناء الصلب موثوقية عالية وعمر تشغيلي طويل، حيث لا توجد أجزاء متحركة أو فتائل قد تتلف. تتيح زاوية الرؤية الواسعة التي يوفرها التصميم أحادي المستوى وضوح الرؤية من مواقع مختلفة، وهو أمر بالغ الأهمية لعروض المعلومات العامة أو أدوات القياس. يبسط التوافق مع رموز الأحرف القياسية مثل USASCII و EBCDIC التكامل مع المتحكمات الدقيقة والأنظمة الرقمية. يتم تصنيف الجهاز حسب شدة الإضاءة، مما يسمح للمصممين باختيار وحدات ذات سطوع متسق. تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية لوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، والإلكترونيات الاستهلاكية مع شاشات الحالة، ولافتات المعلومات حيث تكون الموثوقية والوضوح في غاية الأهمية.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء LTP-7188KE من خلال مجموعة شاملة من المعلمات الكهربائية والبصرية، والتي يجب مراعاتها بعناية أثناء تصميم الدائرة لضمان الأداء الأمثل والعمر الطويل.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة:40 ميغاواط. هذه هي أقصى طاقة مستمرة يمكن تبديدها بأمان بواسطة عنصر LED واحد، بشكل أساسي كحرارة.
• التيار الأمامي الذروي لكل نقطة:90 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار لحظي مسموح به، محدد تحت حالة نبضية بتردد 1 كيلو هرتز ودورة عمل 18%. تجاوز هذا، حتى لفترة وجيزة، يمكن أن يسبب فشلاً كارثيًا.
• متوسط التيار الأمامي لكل نقطة:15 مللي أمبير. هذا هو أقصى تيار مستمر DC موصى به لـ LED واحد للحفاظ على الموثوقية طوال عمره التشغيلي.
• تخفيض التيار الأمامي:بدءًا من 25 درجة مئوية، ينخفض الحد الأقصى المسموح به للتيار بمقدار 0.2 مللي أمبير لكل زيادة 1 درجة مئوية في درجة الحرارة المحيطة. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة.
• الجهد العكسي لكل نقطة:5 فولت. تطبيق جهد انحياز عكسي يتجاوز هذه القيمة يمكن أن يؤدي إلى انهيار وصلة PN الخاصة بـ LED.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:من -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. تم تصنيف الجهاز للعمل والتخزين ضمن هذا النطاق الكامل لدرجة الحرارة.
• ظروف اللحام:260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مع وضع طرف المكواة على الأقل 1/16 بوصة (حوالي 1.6 مم) أسفل مستوى جلوس العبوة. هذا يمنع التلف الحراري لرقائق LED أثناء التجميع.

2.2 الخصائص الكهربائية والبصرية (Ta = 25 درجة مئوية)

هذه هي معلمات الأداء النموذجية تحت ظروف الاختبار المحددة، وتمثل سلوك التشغيل الطبيعي للجهاز.

• متوسط شدة الإضاءة لكل نقطة (I_V):630 ميكرو كانديلا (الحد الأدنى)، 1650 ميكرو كانديلا (النموذجي). تم القياس بتيار ذروة (I_p) قدره 32 مللي أمبير عند دورة عمل 1/16. تحدد هذه المعلمة السطوع الملحوظ.
• طول موجة الانبعاث الذروي (λ_p):632 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الذي تكون فيه قوة الإخراج البصرية أعظم. هذا يضع الانبعاث في المنطقة الحمراء من الطيف المرئي.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):20 نانومتر (النموذجي). مقياس لنقاء الطيف؛ تشير القيمة الأصغر إلى مصدر ضوء أكثر أحادية اللون.
• الطول الموجي السائد (λ_d):624 نانومتر (النموذجي). الطول الموجي الفردي الذي تدركه العين البشرية، والذي قد يختلف قليلاً عن طول موجة الذروة.
• الجهد الأمامي (V_F) لأي نقطة:
  • 2.05 فولت (الحد الأدنى)، 2.6 فولت (النموذجي)، 2.8 فولت (الحد الأقصى) عند I_F= 20 مللي أمبير.
  • 2.3 فولت (الحد الأدنى)، 2.8 فولت (النموذجي) عند I_F= 80 مللي أمبير (نبضي).
  هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند توصيل التيار. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة تحديد التيار.
• التيار العكسي (I_R) لأي نقطة:100 ميكرو أمبير (الحد الأقصى) عند V_R= 5 فولت. تيار التسرب الصغير عندما يكون LED في حالة انحياز عكسي.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):2:1 (الحد الأقصى). تحدد هذه النسبة القصوى المسموح بها بين ألمع وأخفت نقاط LED في المصفوفة، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

ملاحظة: يستخدم قياس شدة الإضاءة مستشعرًا ومرشحًا يقتربان من منحنى استجابة العين الضوئي CIE، مما يضمن الصلة بالرؤية البشرية.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن الجهاز \"مصنف حسب شدة الإضاءة.\" وهذا يعني تطبيق نظام تصنيف، على الرغم من عدم إدراج رموز تصنيف محددة في هذه الوثيقة. عادةً، يتضمن هذا التصنيف:

• تصنيف شدة الإضاءة:يتم فرز LEDs من دفعة إنتاج إلى مجموعات (أصناف) بناءً على شدة إضاءتها المقاسة عند تيار اختبار قياسي. هذا يسمح للعملاء بشراء شاشات ذات مستويات سطوع متسقة وقابلة للتنبؤ، وهو أمر بالغ الأهمية لتجميعات الوحدات المتعددة لتجنب الاختلافات الملحوظة.
• تصنيف الطول الموجي (مُفترض):على الرغم من عدم ذكرها صراحةً كتصنيف، فإن المواصفات الدقيقة لطول موجة الذروة (632 نانومتر) والسائد (624 نانومتر) تشير إلى تحكم دقيق في العملية. في العديد من منتجات LED، يتم أيضًا تصنيف الرقائق حسب الطول الموجي (أو إحداثيات اللون لـ LEDs البيضاء) لضمان اتساق اللون عبر الشاشة.
• تصنيف الجهد الأمامي:يظهر النطاق المحدد لـ V_F(مثل 2.05 فولت إلى 2.8 فولت عند 20 مللي أمبير) التباين الطبيعي. بالنسبة للتصاميم التي تتطلب مطابقة دقيقة للجهد، يمكن اختيار الوحدات بناءً على V_F.

المقاسة.

4. تحليل منحنيات الأداء

• تشير ورقة البيانات إلى \"منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية.\" بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:منحنى التيار مقابل الجهد (I-V):
• يوضح العلاقة الأسية بين التيار الأمامي والجهد الأمامي. يقع جهد \"الركبة\" حول 1.8-2.0 فولت لـ LEDs الحمراء من مادة AlInGaP. المنحنى ضروري لاختيار المقاوم المحدد للتيار المناسب أو تصميم مشغلات التيار الثابت.شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي (منحنى L-I):
• يعرض كيفية زيادة إخراج الضوء مع التيار. يكون خطيًا بشكل عام على نطاق واسع ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب الانخفاض الحراري والكفاءة. تم اختيار نقطة قياس دورة العمل 1/16 (ذروة 32 مللي أمبير) لتمثيل متوسط تيار مكافئ مع تجنب تأثيرات التسخين الذاتي أثناء القياس.شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:
• يوضح انخفاض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة. تظهر LEDs AlInGaP تثبيطًا حراريًا أقل من التقنيات الأقدم مثل GaAsP، لكن الإخراج لا يزال ينخفض مع درجة الحرارة. يوجه هذا المنحنى التصاميم للبيئات عالية الحرارة.التوزيع الطيفي:

رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر منحنى على شكل جرس متمركز حول 632 نانومتر بنصف عرض نموذجي 20 نانومتر.

5. المعلومات الميكانيكية والعبوة

5.1 أبعاد العبوة

يبلغ ارتفاع المصفوفة للجهاز 0.764 بوصة (19.4 مم). سيوضح رسم أبعاد العبوة (المشار إليه ولكن غير مفصل في النص) عادةً الطول الإجمالي والعرض وسُمك الوحدة، والمسافة بين الـ 16 دبوسًا، ومستوى الجلوس. جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. يتيح البناء المادي التكديس الأفقي لتشكيل شاشات متعددة الأحرف أطول.

5.2 توصيل الدبوس والدائرة الداخلية

• تحتوي الشاشة على عبوة مزدوجة الخط (DIP) بـ 16 دبوسًا. يظهر الرسم التخطيطي للدائرة الداخلية مصفوفة 8x8 حيث يتم توصيل أقطاب الأنود الخاصة بـ LEDs في صفوف ويتم توصيل أقطاب الكاثود في أعمدة. يتم تأكيد هذا التكوين ذو الأنود المشترك من خلال مخطط الدبوس:
• الدبابيس 1، 2، 5، 7، 8، 9، 12، 14 هي صفوف الأنود (للصفوف 5، 7، 8، 6، 3، 1، 4، 2 على التوالي).

الدبابيس 3، 4، 6، 10، 11، 13، 15، 16 هي أعمدة الكاثود (للأعمدة 2، 3، 5، 4، 6، 1، 7، 8 على التوالي).

يسمح هيكل الاختيار X-Y هذا بالتحكم في 64 LED باستخدام 16 دبوسًا فقط عن طريق التعدد. لإضاءة نقطة محددة، يجب تشغيل صف الأنود المقابل لها عاليًا (أو تزويده بالتيار)، ويجب سحب عمود الكاثود الخاص بها منخفضًا.

6. إرشادات اللحام والتجميع

التعامل السليم أمر بالغ الأهمية لمنع التلف. المواصفات الرئيسية هي ظروف اللحام: 260 درجة مئوية لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مع طرف المكواة على الأقل 1.6 مم أسفل جسم العبوة. هذا يمنع انتقال الحرارة المفرط عبر الدبابيس وإتلاف رقائق LED الحساسة أو الروابط السلكية الداخلية. يجب تصميم ملفات تعريف اللحام الموجي أو إعادة التدفق بحيث لا تتجاوز هذا الحمل الحراري الموضعي. أثناء التخزين، يجب الاحتفاظ بالجهاز في كيس الحاجز للرطوبة الأصلي مع مجفف في بيئة خاضعة للتحكم (ضمن نطاق -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) لمنع امتصاص الرطوبة، مما قد يسبب ظاهرة \"الفرقعة\" أثناء اللحام.

7. اقتراحات التطبيق

• 7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجيةلوحات التحكم الصناعية:
• لعرض حالة الآلة، أو رموز الخطأ، أو البيانات الرقمية البسيطة.معدات الاختبار والقياس:
• كقراءة للعدادات المتعددة، أو عدادات التردد، أو مصادر الطاقة.الإلكترونيات الاستهلاكية:
• في معدات الصوت (مقاييس VU)، أو الأجهزة المنزلية، أو الألعاب للإشارة إلى الحالة.شاشات المعلومات:
• لافتات عامة بسيطة للوقت، أو درجة الحرارة، أو أرقام الانتظار، خاصة عند تكديس وحدات متعددة.النماذج الأولية والتعليم:

مثالية لتعلم واجهة المتحكم الدقيق، والتعدد، ومشغلات العرض.

• 7.2 اعتبارات التصميمدائرة التشغيل:
• يجب استخدام التعدد. يلزم وجود متحكم دقيق بمسارات إدخال/إخراج كافية أو دائرة متكاملة مخصصة لمشغل LED (مثل MAX7219) لمسح الصفوف والأعمدة.تحديد التيار:_Fيتطلب كل خط عمود (كاثود) عادةً مقاومًا محددًا للتيار على التوالي. يتم حساب القيمة بناءً على جهد الإمداد، والجهد الأمامي لـ LED (V
• )، والتيار المتوسط المطلوب (لا يتجاوز 15 مللي أمبير لكل نقطة). للتشغيل المتعدد، سيكون تيار الذروة أعلى ولكن يجب أن يظل المتوسط ضمن الحدود.تبديد الطاقة:
• احسب الطاقة الإجمالية لجميع النقاط المضاءة لضمان عدم تجاوزها للسعة الحرارية للوحدة. ضع في الاعتبار التخفيض مع درجة الحرارة.زاوية الرؤية:
• زاوية الرؤية الواسعة مفيدة ولكن ضع في الاعتبار اتجاه التركيب بالنسبة للمشاهد المقصود.معدل التحديث:

يجب أن يكون معدل المسح المتعدد مرتفعًا بدرجة كافية (عادةً >60 هرتز) لتجنب الوميض المرئي.

8. المقارنة التقنية والتمييز

• مقارنة بشاشات مصفوفة النقاط 8x8 الأقدم التي تستخدم LEDs منفصلة أو مواد أشباه موصلات مختلفة (مثل GaAsP)، تقدم LTP-7188KE مزايا مميزة:المادة (AlInGaP مقابل GaAsP):
• يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير وأداء أفضل في درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى شاشات أكثر سطوعًا لنفس طاقة الإدخال.التكامل:
• كوحدة أحادية مع وجه رمادي/شرائح بيضاء، فإنها توفر تباينًا أفضل، ومحاذاة نقاط أكثر اتساقًا، وتجميعًا أسهل من بناء شاشة من 64 LED فردية.الموثوقية:
• يقدم البناء الصلب مقاومة فائقة للصدمات والاهتزازات مقارنة بالشاشات القائمة على الفتائل أو الفلورية المفرغة (VFDs).انخفاض استهلاك الطاقة:_Fعلى الرغم من عدم تقديم أرقام كفاءة محددة، فإن انخفاض V

وشدة الإضاءة الجيدة تشير إلى تحويل جيد للطاقة إلى ضوء مقارنة بالبدائل المتوهجة أو VFD.

• 9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة باستخدام متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟
• ج: نعم، لكن لا يمكنك توصيل LEDs مباشرة بمسارات GPIO. يجب عليك استخدام مقاومات تحديد التيار وربما مشغلات ترانزستور للصفوف/الأعمدة، حيث لا يمكن لمسارات GPIO توفير/استيعاب تيارات الذروة المطلوبة (حتى 80 مللي أمبير لكل نقطة في التعدد).س: ما الفرق بين طول موجة الانبعاث الذروي والطول الموجي السائد؟
• ج: طول موجة الذروة هو الذروة الفيزيائية للطيف الضوئي المنبعث. الطول الموجي السائد هو نقطة اللون الملحوظة على مخطط لونية CIE. غالبًا ما يختلفان قليلاً؛ الطول الموجي السائد أكثر صلة بالإدراك اللوني.س: لماذا يتم قياس متوسط شدة الإضاءة عند دورة عمل 1/16؟
• ج: تحاكي حالة الاختبار هذه LED واحدًا نشطًا في مصفوفة 8x8 متعددة بالكامل (صف واحد يعمل في كل مرة). تسمح بالقياس عند تيار ذروة أعلى وقابل للقياس بسهولة (32 مللي أمبير) مع تمثيل متوسط التيار الأقل بكثير (2 مللي أمبير) الذي سيكون موجودًا في الاستخدام الفعلي، وتجنب أخطاء القياس الناتجة عن التسخين الذاتي.س: كيف أحسب قيمة المقاوم لمصدر جهد ثابت؟_{ج: استخدم R = (V}الإمداد_F- V_F) / I_F. لمصدر 5 فولت، و V_Fنموذجي 2.6 فولت، و I_Fمطلوب 10 مللي أمبير: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 أوم. استخدم أقصى V

لتصميم متحفظ لضمان عدم تجاوز التيار للحدود.

10. دراسة حالة تطبيقية عملية

1. السيناريو: تصميم قراءة فولتميتر بسيط مكون من 4 أرقام.إعداد الأجهزة:
2. يتم تكديس أربع شاشات LTP-7188KE أفقياً. يقرأ متحكم دقيق (مثل Arduino أو PIC) جهدًا تماثليًا عبر محول ADC الخاص به.التوصيل:
3. يتم توصيل دبابيس الصف الثمانية لكل شاشة على التوازي. يتم توصيل دبابيس العمود الثمانية لكل شاشة بخطوط إدخال/إخراج منفصلة أو سجل إزاحة، مما يسمح بالتحكم الفردي في أعمدة كل شاشة. هذا ينشئ مصفوفة 32 عمودًا (4 شاشات * 8 أعمدة) في 8 صفوف.البرمجيات:
4. يحول المتحكم الدقيق قراءة ADC إلى أربعة أرقام عشرية. يستخدم روتين تعدد: يقوم بتشغيل الصف 1، ثم يضبط أنماط الأعمدة للجزء الأول من جميع الأرقام الأربعة، وينتظر وقتًا قصيرًا، ويوقف تشغيل الصف 1، ويشغل الصف 2، ويضبط أنماط الأعمدة الجديدة، وهكذا عبر جميع الصفوف الثمانية. تتكرر هذه الدورة بسرعة.تصميم التيار:
5. إذا كان الهدف هو متوسط تيار 5 مللي أمبير لكل نقطة مضاءة، وبافتراض أسوأ حالة لـ 8 نقاط مضاءة لكل صف (واحدة لكل رقم)، سيكون تيار الذروة لكل مشغل عمود 8 * 5 مللي أمبير = 40 مللي أمبير، وهو ضمن تصنيف الذروة للجهاز. يتم اختيار مشغلات مناسبة (مثل ULN2003 للأعمدة، وترانزستورات للصفوف) للتعامل مع هذا التيار.النتيجة:

شاشة مستقرة ومشرقة مكونة من 4 أرقام تعرض قيمة الجهد، مع ظهور جميع الأرقام في وقت واحد بسبب تأثير استمرارية الرؤية.

11. مبدأ التشغيل

تعمل LTP-7188KE على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة PN لأشباه الموصلات. عند تطبيق جهد انحياز أمامي يتجاوز جهد تشغيل الصمام الثنائي (حوالي 1.8-2.0 فولت لـ AlInGaP)، يتم حقن الإلكترونات من المنطقة من النوع n والثقوب من المنطقة من النوع p في المنطقة النشطة (آبار الكم في طبقة AlInGaP). هنا، يعيدون الاتحاد بإشعاع، ويطلقون الطاقة في شكل فوتونات. يتم تحديد الطول الموجي المحدد البالغ 632 نانومتر بواسطة طاقة فجوة النطاق لتركيب سبيكة AlInGaP. يتم تنفيذ ترتيب المصفوفة 8x8 والأسلاك ذات الأنود المشترك داخليًا عبر آثار معدنية على الركيزة، مما يسمح بالتحكم الخارجي عبر التعدد لتقليل عدد مسارات التوصيل المطلوبة.

12. الاتجاهات والسياق التكنولوجي

• بينما يمثل هذا الجزء المحدد تقنية عرض ناضجة، إلا أنه موجود ضمن اتجاهات متطورة. يمثل استخدام AlInGaP تقدمًا على LEDs GaAsP الأقدم، حيث يوفر كفاءة واستقرارًا حراريًا أفضل. تشمل الاتجاهات الحالية في مؤشرات وشاشات المصفوفة البسيطة:كثافة أعلى ومسافة أصغر:
• قد تحزم الوحدات النمطية الحديثة المزيد من LEDs في مساحة أصغر للحصول على دقة أعلى.تقنية التركيب السطحي (SMT):
• غالبًا ما تستخدم التصاميم الأحدث عبوات SMT للتجميع الآلي، بينما جزء DIP هذا مناسب للتركيب عبر الثقب.المشغلات المدمجة:
• تأتي بعض شاشات المصفوفة المعاصرة مع دوائر متكاملة مشغلة مدمجة، مما يبسط الواجهة إلى اتصال بيانات تسلسلي بسيط (SPI/I2C).تقنيات بديلة:

للتطبيقات التي تتطلب سطوعًا أعلى، أو ألوانًا مختلفة، أو مرونة، تظهر تقنيات مثل OLED (LED العضوي) أو micro-LED. ومع ذلك، بالنسبة للعديد من التطبيقات القوية والحساسة للتكلفة والبسيطة التي تتطلب موثوقية عالية وعرضًا أحمر قياسيًا، تظل وحدات مصفوفة النقاط LED التقليدية مثل LTP-7188KE حلاً عمليًا وفعالاً.