ورقة بيانات شاشة LED مصفوفة النقاط 5x7 طراز LTP-2157AKS - ارتفاع 2.0 بوصة - أصفر AlInGaP - جهد أمامي 2.6 فولت - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد شاشة LTP-2157AKS وحدة عرض أحادية اللون مصممة لعرض الأحرف الأبجدية الرقمية. تتمثل وظيفتها الأساسية في توفير مخرج مرئي واضح وساطع للتطبيقات التي تتطلب عرض معلومات مثل أجهزة القراءة البسيطة، أو المؤشرات، أو أنظمة الرسائل الأساسية. تكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدامه لتقنية أشباه الموصلات من فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP) لرقائق LED، والمعروفة بإنتاجها انبعاث ضوئي عالي الكفاءة في طيف اللون الكهرماني/الأصفر/الأحمر. تتميز الشاشة بتكوين مصفوفة 5x7، وهو المعيار لتمثيل أحرف ورموز ASCII. يتضمن التصميم المادي واجهة سوداء مع لون النقاط الأبيض، مما يعزز التباين وسهولة القراءة تحت ظروف الإضاءة المختلفة. يستهدف هذا المنتج مصممي الأنظمة المدمجة، ومصنعي لوحات التحكم الصناعية، ومطوري الإلكترونيات الاستهلاكية الذين يحتاجون إلى حل عرض موثوق ومنخفض التعقيد.

2. التفسير العميق للمعايير التقنية

2.1 الخصائص الضوئية والبصرية

المعيار الضوئي الرئيسي هو متوسط شدة الإضاءة (Iv)، والمحدد بقيمة نموذجية تبلغ 3600 ميكروكانديلا (μcd) تحت حالة اختبار تيار نبضي 32 مللي أمبير ودورة عمل 1/16. يشير هذا إلى إخراج سطوع عالٍ مناسب للتطبيقات الداخلية والعديد من التطبيقات الخارجية. طول موجة الانبعاث القصوى (λp) هو 588 نانومتر، والطول الموجي السائد (λd) هو 587 نانومتر، مما يضع الضوء المنبعث بقوة في المنطقة الصفراء من الطيف المرئي. يشير عرض النصف الطيفي (Δλ) البالغ 15 نانومتر إلى لون نقي نسبيًا مع انتشار طيفي ضئيل. يتم تحديد نسبة مطابقة شدة الإضاءة بين القطاعات بحد أقصى 2:1، مما يضمن مظهرًا موحدًا عبر الشاشة.

2.2 المعايير الكهربائية

الخاصية الكهربائية الأساسية هي الجهد الأمامي (Vf) لكل قطعة، والتي تبلغ قيمتها النموذجية 2.6 فولت وحد أقصى 2.6 فولت عند تيار اختبار (If) قدره 20 مللي أمبير. هذا معيار حاسم لتصميم دائرة القيادة. تحدد التصنيفات القصوى المطلقة حدود التشغيل: متوسط تيار أمامي لكل نقطة 25 مللي أمبير (مع تخفيض خطي بمقدار 0.28 مللي أمبير/°م فوق 25°م)، وذروة تيار أمامي لكل نقطة 60 مللي أمبير، وجهد عكسي لكل نقطة 5 فولت. يمكن أن يتسبب تجاوز هذه التصنيفات في تلف دائم. يتم تحديد التيار العكسي (Ir) بحد أقصى 100 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت.

2.3 الخصائص الحرارية والبيئية

تم تصنيف الجهاز لنطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح من -35°م إلى +105°م ونفس نطاق درجة حرارة التخزين. يضمن هذا النطاق الواسع الموثوقية في البيئات القاسية. حد تبديد الطاقة هو 70 ملي واط لكل نقطة في المتوسط. عامل التخفيض للتيار الأمامي (0.28 مللي أمبير/°م) ضروري لحساب تيارات التشغيل الآمنة في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة لمنع ارتفاع درجة الحرارة وضمان الموثوقية طويلة المدى.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

لا توضح ورقة البيانات المقدمة نظام تصنيف رسميًا صريحًا للطول الموجي، أو التدفق الضوئي، أو الجهد. ومع ذلك، توفر المواصفات قيمًا دنيا ونموذجية وقصوى للمعايير الرئيسية مثل شدة الإضاءة (2100 μcd كحد أدنى، 3600 μcd نموذجي) والجهد الأمامي (2.05 فولت كحد أدنى، 2.6 فولت نموذجي/أقصى). في الممارسة العملية، غالبًا ما يقوم المصنعون بتجميع المنتجات في فئات بناءً على الأداء المقاس لضمان الاتساق داخل دفعة الإنتاج. يجب على المصممين استشارة الشركة المصنعة للحصول على معلومات تصنيف محددة إذا كانت تطبيقاتهم تتطلب مطابقة دقيقة للمعايير.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى "منحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية" في الصفحة الأخيرة. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن مثل هذه المنحنيات تشمل عادةً:

• التيار الأمامي مقابل الجهد الأمامي (منحنى I-V):يُظهر هذا الرسم البياني العلاقة غير الخطية بين التيار والجهد لـ LED. إنه أمر بالغ الأهمية لتصميم مشغلات التيار الثابت، حيث يمكن أن يتسبب تغيير بسيط في الجهد في تغيير كبير في التيار.
• شدة الإضاءة مقابل التيار الأمامي:يوضح هذا المنحنى كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار، عادةً في علاقة خطية تقريبًا ضمن نطاق التشغيل، قبل أن تنخفض الكفاءة عند التيارات العالية جدًا.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يُظهر هذا الرسم البياني تخفيض إخراج الضوء مع زيادة درجة حرارة الوصلة. بالنسبة لمصابيح LED من نوع AlInGaP، تنخفض شدة الإضاءة عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يُظهر الذروة عند حوالي 588 نانومتر وعرض النصف 15 نانومتر، مما يؤكد نقاء اللون.

هذه المنحنيات حيوية لفهم سلوك الجهاز تحت الظروف غير القياسية ولتحسين التصميم للأداء والمتانة.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

يُقدم طراز LTP-2157AKS بتنسيق حزمة ثنائية الخط القياسي (DIP) المناسبة للتركيب على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) عبر الثقب. يتم توفير أبعاد الحزمة بالمليمترات، مع تسامح عام يبلغ ±0.25 ملم. إحدى الميزات الميكانيكية الرئيسية هي تسامح انزياح طرف الدبوس بمقدار ±0.4 ملم، وهو أمر مهم لمحاذاة ثقوب PCB أثناء التجميع. يستخدم الجهاز حزمة خالية من الرصاص متوافقة مع توجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة). يتميز المظهر الخارجي بواجهة سوداء مع نقاط بيضاء، مما يعمل على امتصاص الضوء المحيط وتحسين التباين من خلال جعل المناطق غير المضاءة تبدو أغمق.

6. إرشادات اللحام والتجميع

يوفر قسم التصنيفات القصوى المطلقة شروط لحام محددة: يمكن تعريض الجهاز لدرجة حرارة لحام تبلغ 260°م لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة 1/16 بوصة (حوالي 1.6 ملم) أسفل مستوى جلوس الحزمة. هذا معيار حاسم لعمليات اللحام الموجي أو اللحام اليدوي لمنع التلف الحراري لرقائق LED أو وصلات الأسلاك الداخلية. من الضروري عدم تجاوز الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها أثناء عملية التجميع. يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية عند التعامل مع الجهاز.

7. معلومات التغليف والطلب

تم تحديد رقم القطعة بوضوح على أنه LTP-2157AKS. لا تحدد ورقة البيانات تفاصيل التغليف السائب مثل كميات البكرات، أو عدد الأنابيب، أو تكوينات الصواني. للإنتاج الضخم، يجب على المهندسين الاتصال بالمورد للحصول على تفاصيل حول الحد الأدنى لكميات الطلب، ونوع التغليف (مثل الأنابيب أو الصواني المضادة للكهرباء الساكنة)، واتفاقيات وضع العلامات. يوفر "رقم المواصفات" و"تاريخ السريان" إمكانية التتبع للإصدار المحدد من الوثائق التقنية.

8. اقتراحات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تعد شاشة مصفوفة النقاط 5x7 هذه مثالية للتطبيقات التي تتطلب إخراج أحرف بسيط وواضح. تشمل الاستخدامات الشائعة: لوحات أدوات صناعية (لعرض نقاط الضبط، أو رموز الحالة، أو رسائل الخطأ)، والأجهزة الاستهلاكية (أفران الميكروويف، والغسالات)، وشاشات المعلومات الأساسية في آلات البيع أو محطات نقاط البيع، ومجموعات الإلكترونيات التعليمية. غالبًا ما يتم اختيار لونها الأصفر للمؤشرات التحذيرية أو حيث تكون الرؤية العالية مطلوبة.

8.2 اعتبارات التصميم

يتطلب التصميم باستخدام هذه الشاشة دائرة قيادة متعددة الإرسال بسبب بنية التحديد X-Y (المصفوفة)، كما هو موضح في مخطط الدائرة الداخلية. يعد جدول توصيل الأطراف ضروريًا للوصل الصحيح مع المتحكم الدقيق أو IC المشغل. يتم توصيل الأطراف 4 و 11 والأطراف 5 و 12 داخليًا، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار في تخطيط PCB وروتين المسح البرمجي. يُوصى باستخدام مشغل تيار ثابت للحفاظ على سطوع ثابت وحماية مصابيح LED. يجب أن يحترم التصميم التصنيفات القصوى المطلقة للتيار وتبديد الطاقة، خاصةً مع مراعاة عامل التخفيض في درجات الحرارة العالية. لا يلزم عادةً وجود بالوعة حرارية لهذا الجهاز منخفض الطاقة في الظروف العادية.

9. المقارنة التقنية

مقارنة بتقنيات العرض الأخرى، تقدم مصفوفة LED القائمة على AlInGaP هذه مزايا مميزة. مقارنة بمصابيح LED القديمة من نوع GaAsP أو GaP، يوفر AlInGaP كفاءة إضاءة وسطوعًا أعلى بكثير. مقارنة بشاشات العرض ذات السبعة أجزاء البسيطة، تقدم مصفوفة النقاط 5x7 مرونة أكبر بكثير في عرض الأحرف الأبجدية الرقمية والرسومات البسيطة. عند مقارنتها بشاشات LCD أو OLED الحديثة، فإن مصفوفة LED هذه متفوقة من حيث زاوية الرؤية، والسطوع، والمتانة، على الرغم من أنها تستهلك طاقة أكبر لمنطقة عرض مماثلة وتقتصر على لون واحد. الفارق الرئيسي لها هو البساطة، والموثوقية، والرؤية العالية في ظروف الإضاءة المختلفة بدون إضاءة خلفية.

10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: لماذا يتم تحديد التيار الأمامي بدورة عمل (1/16)؟

ج: تستخدم الشاشة نظام قيادة متعدد الإرسال. لتحقيق متوسط تيار لكل نقطة يبلغ، على سبيل المثال، 5 مللي أمبير، سيطبق المشغل تيار ذروة أعلى (مثل 80 مللي أمبير) لفترة قصيرة (1/16 من دورة المسح). هذا يسمح بمعالجة جميع النقاط بالتتابع مع الحفاظ على السطوع الملحوظ والبقاء ضمن حدود تبديد الطاقة المتوسطة.

س: هل يمكنني تشغيل هذه الشاشة بمصدر جهد ثابت؟

ج: لا يُنصح بذلك. تعتبر مصابيح LED أجهزة تعمل بالتيار. جهدها الأمامي له تسامح ويتغير مع درجة الحرارة. قد يؤدي التشغيل بجهد ثابت إلى خطر زيادة التيار إذا كان Vf عند الطرف المنخفض من المواصفات، مما يؤدي إلى تقليل العمر الافتراضي أو الفشل. استخدم دائمًا مقاومة محددة للتيار أو، يُفضل، مشغل تيار ثابت.

س: ما هو الغرض من الأطراف المتصلة داخليًا (4/11 و 5/12)؟

ج: تعمل هذه الوصلات الداخلية على تبسيط الربط الداخلي للشريحة شبه الموصلة مع أطراف الحزمة وربما تساعد في موازنة توزيع التيار داخل المصفوفة. من منظور المستخدم، توفر نقاط توصيل متعددة لنفس العقدة الكهربائية، مما يمكن أن يوفر مرونة في التخطيط على PCB.

11. حالة استخدام عملية

فكر في تصميم وحدة تحكم بسيطة في درجة الحرارة مع نقطة ضبط وقراءة درجة الحرارة الفعلية. يمكن لشاشة LTP-2157AKS عرض قيم مثل "SET 75" و"ACT 72". سيقوم المتحكم الدقيق بمسح الصفوف السبعة والأعمدة الخمسة. ستحتوي البرامج الثابتة على خريطة خط، تترجم كل حرف (مثل 'S'، 'E'، 'T') إلى النمط المحدد المكون من 35 نقطة (5x7) للإضاءة. ستقوم دائرة القيادة، التي قد تتكون من ترانزستورات منفصلة أو IC مشغل LED مخصص، بتصريف التيار عبر كاثودات العمود المحدد وتوفير التيار إلى أنودات الصف المحدد بناءً على أطراف GPIO للمتحكم الدقيق. يضمن السطوع العالي إمكانية قراءة الشاشة من مسافة على لوحة التحكم.

12. مقدمة عن المبدأ

يعمل الجهاز على مبدأ الإضاءة الكهربائية في وصلة أشباه الموصلات p-n. نظام مادة AlInGaP (فوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم) هو شبه موصل ذو فجوة نطاق مباشرة. عند الانحياز الأمامي، يتم حقق الإلكترونات من المنطقة n والثقوب من المنطقة p في المنطقة النشطة حيث تتحد. يتم انبعاث الطاقة المنطلقة أثناء هذا الاتحاد كفوتونات (ضوء). يحدد التركيب المحدد لسبيكة AlInGaP طاقة فجوة النطاق، وبالتالي الطول الموجي (اللون) للضوء المنبعث - في هذه الحالة، الأصفر (~587-588 نانومتر). تتكون مصفوفة 5x7 من ترتيب 35 رقاقة LED فردية (نقاط) في شبكة، مع توصيل أنوداتها في صفوف وكاثوداتها في أعمدة. تسمح بنية المصفوفة ذات الأنود المشترك/الكاثود المشترك هذه بالتحكم في 35 نقطة باستخدام 12 طرفًا فقط (7 صفوف + 5 أعمدة)، مما يقلل بشكل كبير من عدد خطوط القيادة المطلوبة مقارنة بمصابيح LED ذات العناوين الفردية.

13. اتجاهات التطوير

بينما تظل شاشات عرض LED مصفوفة النقاط المنفصلة مثل LTP-2157AKS ذات صلة بتطبيقات محددة، فإن الاتجاه الأوسع في تكنولوجيا العرض يتحرك نحو تكامل ووظائف أعلى. أصبحت حزم الأجهزة ذات التركيب السطحي (SMD) أكثر شيوعًا للتجميع الآلي. غالبًا ما يتم دمج رقائق المشغل والتحكم مع مصفوفة LED في وحدة واحدة، مما يبسط الواجهة لمصمم النظام (مثل اتصال SPI أو I2C بدلاً من المسح المباشر للمصفوفة). علاوة على ذلك، أصبحت مصفوفات LED RGB كاملة اللون شائعة بشكل متزايد للافتات الديناميكية والرسومات الأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، بالنسبة لاحتياجات عرض الأحرف البسيطة والقوية وأحادية اللون، يظل التصميم الأساسي الذي يمثله هذا المنتج حلاً موثوقًا وفعالاً من حيث التكلفة. قد تؤدي التطورات في المواد أيضًا إلى كفاءة وسطوع أعلى من مصابيح LED المستقبلية من نوع AlInGaP أو القائمة على النتريد ذات الصلة (InGaN) في الطيف الكهرماني/الأصفر.