ورقة بيانات شاشة مصفوفة النقاط LED طراز LTP-2057AKY - ارتفاع 2.0 بوصة (50.8 مم) - لون العنبر الأصفر بتقنية AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - تبديد طاقة 70 ميلي واط - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد LTP-2057AKY وحدة عرض أحادية اللون لمصفوفة النقاط، مُصممة لعرض الأحرف الأبجدية الرقمية. وظيفتها الأساسية هي توفير عرض واضح ومقروء للأحرف والرموز في مختلف الأجهزة الإلكترونية. تقوم التقنية الأساسية لهذا العرض على استخدام مادة أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لشرائح LED، والمعروفة بإنتاجها ضوءًا عالي الكفاءة في طيف اللون العنبر الأصفر. يتميز الجهاز بوجه رمادي ولون نقاط أبيض، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة.

تم بناء الشاشة كمصفوفة مكونة من 5 أعمدة و7 صفوف، مما ينتج عنه إجمالي 35 نقطة يمكن عنونتها بشكل فردي. هذا التكوين قياسي لعرض أحرف ASCII والرموز البسيطة. يشير مواصفة "2.0 بوصة" إلى ارتفاع الحرف، وهو 50.8 مليمتر، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى قراءة المعلومات من مسافة متوسطة. يعمل الجهاز على مبدأ الاختيار X-Y (صف-عمود)، مما يسمح بالقيادة المتعددة (Multiplexed) للتحكم في النقاط الفردية بكفاءة.

2. التفسير الموضوعي المتعمق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

المعيار الضوئي الرئيسي هو متوسط شدة الإضاءة (Iv)، وتبلغ قيمته النموذجية 3600 ميكروكانديلا (µcd) تحت حالة اختبار تيار نبضي 32 مللي أمبير ودورة عمل 1/16. يشير هذا إلى مستوى سطوع عالٍ مناسب للتطبيقات الداخلية والعديد من التطبيقات الخارجية. يتم تحديد الطول الموجي المهيمن (λd) بـ 592 نانومتر (nm)، مما يضع الضوء المنبعث بقوة في منطقة اللون العنبر الأصفر من الطيف المرئي. يبلغ عرض النصف الطيفي (Δλ) 15 نانومتر، وهو يصف نقاء الطيف أو ضيق نطاق الطول الموجي للضوء المنبعث؛ تشير القيمة الأصغر إلى مصدر ضوء أكثر أحادية اللون. يوفر الجهاز مظهرًا ممتازًا للأحرف بسبب السطوع العالي والتباين العالي، كما هو موضح في ميزاته.

2.2 المعايير الكهربائية

تحدد الخصائص الكهربائية الحدود التشغيلية والشروط لعمل الشاشة. جهد الأمام (Vf) لكل قطعة نموذجيًا هو 2.6 فولت عند تيار أمامي (If) قدره 20 مللي أمبير. عند تيار نبضي أعلى يبلغ 80 مللي أمبير، يزداد Vf إلى 2.8 فولت نموذجيًا. هذا المعامل الحراري الموجب طبيعي لسلوك LED. التيار العكسي (Ir) لأي نقطة هو بحد أقصى 100 ميكروأمبير (µA) عند تطبيق جهد عكسي (Vr) قدره 5 فولت، مما يشير إلى تيار التسرب في حالة الإيقاف. يتم تحديد نسبة مطابقة شدة الإضاءة بحد أقصى 2:1، مما يعني أن فرق السطوع بين ألمع نقطة وأخفتها في المصفوفة يجب ألا يتجاوز هذه النسبة، مما يضمن مظهرًا موحدًا.

2.3 التصنيفات القصوى المطلقة والاعتبارات الحرارية

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يجب ألا يتجاوز تبديد الطاقة المتوسط لكل نقطة 70 ميلي واط (mW). يبلغ تصنيف تيار الأمام الذروي لكل نقطة 60 مللي أمبير، بينما يبلغ تيار الأمام المتوسط لكل نقطة 25 مللي أمبير عند 25°م. والأهم من ذلك، أن تصنيف هذا التيار المتوسط يتناقص خطيًا بمقدار 0.33 مللي أمبير لكل درجة مئوية فوق 25°م. منحنى التناقص هذا ضروري لتصميم إدارة الحرارة؛ مع زيادة درجة الحرارة المحيطة، يجب تقليل أقصى تيار مستمر مسموح به لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية طويلة المدى. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين من -35°م إلى +85°م، مما يحدد الظروف البيئية للاستخدام وعدم التشغيل. أقصى درجة حرارة للحام هي 260°م لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، وهو متطلب قياسي لملف تعريف لحام إعادة التدفق (Reflow).

3. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتم توفير الأبعاد الفيزيائية لحزمة العرض في رسم تفصيلي (يشار إليه في ورقة البيانات). يتم تحديد جميع الأبعاد بالمليمترات مع تسامح قياسي يبلغ ±0.25 مم ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهذا يشمل الطول الإجمالي، والعرض، والارتفاع، والمسافة بين الأطراف، وموضع منطقة مصفوفة النقاط بالنسبة لحواف الحزمة. تحتوي الحزمة على مصفوفة LED 5x7 وتوفر الهيكل الميكانيكي والتوصيلات الكهربائية عبر الأطراف.

4. توصيل الأطراف والدائرة الداخلية

يحتوي الجهاز على تكوين 14 طرفًا. يتم تعريف توصيل الأطراف بوضوح: يتم تعيين الأطراف كمصاعد لأعمدة محددة وكهود لصفوف محددة. على سبيل المثال، الطرف 1 هو الكاثود للصف 5، والطرف 3 هو الأنود للعمود 2، وهكذا. هذا الترتيب المحدد بالغ الأهمية لتصميم دائرة القيادة الخارجية. يوضح مخطط الدائرة الداخلية أن نقاط LED مرتبة في تكوين مصفوفة كاثود مشترك. يتم توصيل أنود كل LED بخط عمود، ويتم توصيل كاثوده بخط صف. لإضاءة نقطة محددة، يجب أن يكون خط العمود المقابل لها مرتفعًا (الأنود موجبًا)، ويجب أن يكون خط الصف المقابل لها منخفضًا (الكاثود مؤرضًا).

5. إرشادات اللحام والتركيب

توفر ورقة البيانات معيارًا رئيسيًا لعملية التجميع: درجة حرارة اللحام. يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة تبلغ 260°م لمدة أقصاها 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1.6 مم (1/16 بوصة) أسفل مستوى جلوس الحزمة. هذه المعلومات حيوية لإعداد ملف تعريف فرن لحام إعادة التدفق. عادةً ما يكون ملف تعريف إعادة التدفق القياسي الخالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروة حوالي 250°م متوافقًا. يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من هذا الحد إلى إتلاف وصلات الأسلاك الداخلية، أو شرائح LED، أو مادة الحزمة البلاستيكية.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تعد شاشة مصفوفة النقاط 5x7 هذه مثالية للتطبيقات التي تتطلب قراءات أبجدية رقمية بخط ثابت وبسيط. تشمل الاستخدامات الشائعة لوحات التحكم الصناعية لعرض نقاط الضبط، ورموز الحالة، أو رسائل الخطأ. يمكن العثور عليها في معدات الاختبار والقياس، والإلكترونيات الاستهلاكية مثل معدات الصوت القديمة أو الأجهزة المنزلية، ومختلف لوحات العدادات. غالبًا ما يتم اختيار لونها العنبر الأصفر لرؤيته الجيدة وإجهاد السطوع المُدرك الأقل في بيئات الإضاءة المنخفضة مقارنةً بالأخضر النقي أو الأزرق.

6.2 اعتبارات التصميم

يتطلب التصميم باستخدام هذه الشاشة اهتمامًا دقيقًا بدائرة القيادة. نظرًا لأنها مصفوفة متعددة (Multiplexed)، فإن متحكمًا دقيقًا (Microcontroller) أو دائرة متكاملة مخصصة لقيادة العرض ضرورية لمسح الصفوف والأعمدة بالتتابع. مقاومات تحديد التيار إلزامية لكل خط عمود (أنود) لضبط تيار الأمام لمصابيح LED، عادةً إلى 20 مللي أمبير متوسط موصى به. يجب احترام منحنى التناقص لتيار الأمام بناءً على أقصى درجة حرارة محيطة متوقعة داخل غلاف المنتج. قد تكون هناك حاجة إلى مشتت حراري أو تهوية إذا كان التشغيل بالقرب من الحد الأعلى لدرجة الحرارة. يؤثر نظام التعددية (Multiplexing) أيضًا على السطوع الظاهري؛ يمكن استخدام دورة عمل أعلى أو تيار ذروة للتعويض عن وقت التشغيل المخفض لكل LED، ولكن دائمًا ضمن التصنيفات القصوى المطلقة.

7. المقارنة والتمييز التقني

عامل التمييز الأساسي لـ LTP-2057AKY هو استخدامها لتقنية LED من نوع AlInGaP. مقارنةً بالتقنيات الأقدم مثل مصابيح LED فوسفيد الغاليوم (GaP) القياسية المستخدمة للون العنبر/الأصفر، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة أعلى بكثير. وهذا يترجم إلى سطوع أعلى لنفس تيار القيادة أو استهلاك طاقة أقل لنفس مستوى السطوع. ميزة "السطوع العالي والتباين العالي" هي نتيجة مباشرة لهذه الميزة المادية. الوجه الرمادي مع النقاط البيضاء يعزز نسبة التباين أكثر، مما يجعل الأحرف تظهر أكثر وضوحًا وتحديدًا، خاصة في الظروف المضاءة بشكل ساطع.

8. الأسئلة الشائعة بناءً على المعايير التقنية

س: ما هو الغرض من دورة العمل 1/16 في حالة اختبار شدة الإضاءة؟
ج: يتم استخدام دورة العمل 1/16 (على سبيل المثال، نبضة) لأن الشاشة مصممة للعمل بطريقة متعددة (Multiplexed). في مصفوفة 5x7، قد يقوم نظام تعددية شائع بمسح صف واحد في كل مرة. إذا تم مسح جميع الصفوف السبعة بالتساوي، فإن كل صف (وبالتالي كل LED) يكون نشطًا لمدة تقريبية 1/7 من الوقت. دورة العمل 1/16 في الاختبار هي حالة قياسية لقياس سطوع الذروة لـ LED واحد عند تشغيله لفترة وجيزة، وهو ذو صلة بالسطوع المُدرك في نظام متعدد.

س: كيف أفسر مواصفة جهد الأمام التي تحتوي على قيمتي تيار مختلفتين؟
ج: جهد الأمام (Vf) ليس ثابتًا؛ فهو يزداد مع التيار. توفر ورقة البيانات نقطتي بيانات: قيمة نموذجية عند تيار التشغيل القياسي (20 مللي أمبير) وأخرى عند تيار نبضي أعلى (80 مللي أمبير) قد يُستخدم في الأنظمة المتعددة لتحقيق سطوع مُدرك أعلى. يجب على المصممين التأكد من أن دائرة القيادة الخاصة بهم يمكنها توفير الجهد اللازم، خاصة عند استخدام تيارات نبضية أعلى.

س: لماذا من الضروري تناقص التيار فوق 25°م؟
ج: تولد مصابيح LED حرارة داخليًا. تقاطع أشباه الموصلات له أقصى درجة حرارة تشغيل. مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، تقل قدرة الحزمة على تبديد هذه الحرارة الداخلية. لمنع درجة حرارة التقاطع من تجاوز حدها الآمن، مما يقلل بشكل كبير من العمر الافتراضي أو يتسبب في فشل فوري، يجب تقليل أقصى تيار مستمر مسموح به. يوفر عامل التناقص البالغ 0.33 مللي أمبير/°م الإرشاد لهذا التخفيض.

9. حالة عملية للتصميم والاستخدام

فكر في تصميم جهاز تحكم بسيط في درجة الحرارة مع قراءة رقمية. سيقرأ المتحكم الدقيق (Microcontroller) مستشعر درجة الحرارة، وينفذ خوارزمية تحكم، ويقود شاشة LTP-2057AKY لعرض درجة الحرارة الحالية (مثل "23 C"). ستكون منافذ الإدخال/الإخراج للمتحكم الدقيق، المُكونة بقدرات سحب وتزويد تيار مناسبة، متصلة بصفوف وأعمدة الشاشة عبر مقاومات تحديد التيار. ستنفذ البرنامج الثابت (Firmware) روتين مسح: ستضع خط صف واحد منخفضًا (نشطًا) بينما تضع النمط لذلك الصف على خطوط الأعمدة الخمسة، تنتظر وقتًا قصيرًا، ثم تنتقل إلى الصف التالي. تتكرر هذه الدورة بسرعة، مما يخلق صورة بصرية مستمرة. يوفر اللون العنبر رؤية واضحة على لوحة التحكم. يجب على المصمم حساب قيم المقاومات بناءً على جهد التغذية والتيار المطلوب لـ LED (مثل 20 مللي أمبير)، مع مراعاة انخفاض جهد Vf وجهد خرج المتحكم الدقيق.

10. مقدمة عن المبدأ

يعتمد مبدأ التشغيل على الإضاءة الكهربائية (Electroluminescence) في تقاطع p-n لأشباه الموصلات. عند تطبيق جهد أمامي يتجاوز عتبة الصمام الثنائي عبر شريحة LED من نوع AlInGaP، تتحد الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة، وتطلق الطاقة في شكل فوتونات. يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، والتي تتوافق مباشرة مع الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، العنبر الأصفر عند 592 نانومتر. يسمح الركيزة الشفافة من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) لمزيد من الضوء بالهروب، مما يساهم في كفاءة خارجية أعلى. ترتيب المصفوفة 5x7 هو طريقة عملية لتشكيل الأحرف من خلال إضاءة مجموعة فرعية من النقاط الـ 35 المتاحة بشكل انتقائي.

11. اتجاهات التطور

بينما تظل شاشات مصفوفة النقاط المنفصلة 5x7 مثل LTP-2057AKY قيد الاستخدام لتطبيقات محددة، فقد تحول الاتجاه الأوسع في تكنولوجيا العرض نحو الوحدات النمطية المتكاملة. وتشمل هذه شاشات LCD (شاشات الكريستال السائل) وOLED (الصمامات الثنائية الباعثة للضوء العضوية) التي توفر رسومات كاملة القابلة للعنونة بالنقاط، ودقة أعلى، والقدرة على عرض معلومات أكثر تعقيدًا. بالنسبة لعروض LED الأبجدية الرقمية، أصبحت حزم الأجهزة السطحية (SMD) والوحدات النمطية متعددة الأرقام مع وحدات تحكم متكاملة أكثر شيوعًا، مما يبسط التصميم والتجميع. ومع ذلك، فإن المزايا الأساسية لمصابيح LED - السطوع العالي، والعمر الطويل، والمتانة - تضمن استمرار أهميتها، خاصة في البيئات القاسية أو حيث تكون الرؤية تحت أشعة الشمس المباشرة مطلوبة. لقد شهد نظام مادة AlInGaP نفسه تحسينًا مستمرًا في الكفاءة، وقد خلفته إلى حد كبير مواد أكثر كفاءة مثل InGaN للأزرق/الأخضر/الأبيض وAlInGaP للأحمر/العنبر، لكنه يمثل خطوة تاريخية مهمة في تطوير LED المرئي عالي السطوع.