ورقة بيانات شاشة مصفوفة نقطية LED طراز LTP-181FFM - ارتفاع 1.86 بوصة (47.4 مم) - أخضر وأحمر مفرط - مصفوفة 16x16 - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

وحدة LTP-181FFM هي وحدة عرض مصفوفة نقطية متوسطة الحجم وثنائية اللون، مصممة للتطبيقات التي تتطلب عرض معلومات أبجدية رقمية أو رمزية واضحة. وظيفتها الأساسية هي توفير واجهة إخراج بصرية مكونة من ثنائيات باعثة للضوء (LED) قابلة للعنونة بشكل فردي ومرتبة في نمط شبكي.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تم تصميم هذا الجهاز بعدة مزايا رئيسية تجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية والتجارية وأدوات القياس. يتميز بـارتفاع حرف يبلغ 1.86 بوصة (47.4 مم)، مما يوفر قابلية ممتازة للقراءة من مسافة. يوفر العرضسطوعًا عاليًا وتناقضًا عاليًا، مما يضمن الرؤية حتى في البيئات المضاءة جيدًا. تسمحزاوية مشاهدة واسعةبرؤية المعلومات بوضوح من مواقع مختلفة بالنسبة لسطح العرض.

من منظور الموثوقية، يتمتع بـموثوقية الحالة الصلبةالمتأصلة في تكنولوجيا LED، مما يعني عدم وجود أجزاء متحركة وعمر تشغيلي طويل. لديهمتطلبات طاقة منخفضة، مما يجعله موفرًا للطاقة. إحدى الميزات الميكانيكية الهامة هي أن الوحداتقابلة للتراص عموديًا وأفقيًا، مما يتيح إنشاء لوحات عرض أكبر أو شاشات متعددة الأسطر دون واجهات معقدة. كما يتمتصنيف مصابيح LED حسب شدة الإضاءة، مما يضمن سطوعًا متسقًا عبر الوحدات المختلفة وداخل المصفوفة نفسها، وهو أمر بالغ الأهمية للمظهر الموحد.

يشمل السوق المستهدف تطبيقات مثل شاشات المعلومات العامة، ولوحات التحكم الصناعية، ومعدات الاختبار والقياس، ولافتات النقل، وأي نظام يتطلب عرضًا قويًا وموثوقًا وواضحًا للحالة أو البيانات.

2. الغوص العميق في المواصفات الفنية

شاشة LTP-181FFM هي شاشة مصفوفة نقطية مكونة من 16 صفًا و16 عمودًا. تستخدم تقنيتين مختلفتين لأشباه الموصلات الخاصة بـ LED لقدرتها ثنائية اللون.

2.1 وصف الجهاز والتكنولوجيا

يتم تصنيع رقائق LED الخضراء منفوسفيد الغاليوم (GaP) على ركيزة GaP. تستخدم رقائق LED الحمراء تكنولوجيافوسفيد الألومنيوم إنديوم غاليوم (AlInGaP)، وتحديدًا المذكورة باسم "أحمر مفرط"، مما يشير إلى كفاءة ونقاء عاليين في الطيف الأحمر. يتم زراعة هذه الرقائق الحمراء علىركيزة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) غير الشفافة. يتميز العرض بـوجه أسودلتعزيز التباين من خلال امتصاص الضوء المحيط، ويتم إضافةفيلم تشتيتفوق مصابيح LED لدمج النقاط الفردية في مظهر حرفي أكثر تجانسًا، مما يقلل من المظهر "النقطي".

2.2 التصنيفات القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات الحدود التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تحديدها عند درجة حرارة محيطة (T_A) تبلغ 25 درجة مئوية.

• استهلاك الطاقة المتوسط لكل نقطة:الأخضر: 36 ميغاواط، الأحمر المفرط: 40 ميغاواط.
• تيار الأمامي الذروي لكل نقطة:الأخضر: 100 مللي أمبير، الأحمر المفرط: 90 مللي أمبير.
• تيار الأمامي المتوسط لكل نقطة:الأخضر: 13 مللي أمبير، الأحمر المفرط: 15 مللي أمبير. يجب تخفيض هذا التصنيف خطيًا فوق 25 درجة مئوية بمعدل 0.17 مللي أمبير/درجة مئوية للأخضر و0.2 مللي أمبير/درجة مئوية للأحمر.
• الجهد العكسي لكل نقطة:5 فولت لكلا اللونين.
• نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين:-35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• درجة حرارة اللحام:260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة على بعد 1/16 بوصة (≈1.59 مم) أسفل مستوى جلوس العبوة.

2.3 الخصائص الكهربائية والبصرية

هذه هي معلمات الأداء المضمونة تحت ظروف الاختبار المحددة عند T_A= 25 درجة مئوية.

2.3.1 خصائص مصباح LED الأخضر

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):نموذجي 1400 ميكروكانديلا، بحد أدنى 500 ميكروكانديلا. حالة الاختبار: تيار الذروة (I_p) = 35 مللي أمبير، دورة عمل 1/16.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):565 نانومتر (نموذجي). حالة الاختبار: تيار الأمامي (I_F) = 20 مللي أمبير.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):30 نانومتر (نموذجي). I_F= 20 مللي أمبير.
• الطول الموجي السائد (λ_d):569 نانومتر (نموذجي). I_F= 20 مللي أمبير.
• جهد الأمامي (V_F) لكل نقطة:نموذجي 2.6 فولت (أقصى 3.7 فولت) عند I_F=80 مللي أمبير؛ نموذجي 2.1 فولت عند I_F=20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R) لكل نقطة:أقصى 100 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):أقصى 1.6:1 بين أي نقطتين. I_p= 35 مللي أمبير، دورة عمل 1/16.

2.3.2 خصائص مصباح LED الأحمر المفرط من نوع AlInGaP

• شدة الإضاءة المتوسطة (I_V):نموذجي 1500 ميكروكانديلا، بحد أدنى 500 ميكروكانديلا. حالة الاختبار: I_p= 15 مللي أمبير، دورة عمل 1/16.
• طول موجة الانبعاث الذروة (λ_p):650 نانومتر (نموذجي). I_F= 20 مللي أمبير.
• نصف عرض الخط الطيفي (Δλ):35 نانومتر (نموذجي). I_F= 20 مللي أمبير.
• الطول الموجي السائد (λ_d):639 نانومتر (نموذجي). I_F= 20 مللي أمبير.
• جهد الأمامي (V_F) لكل نقطة:نموذجي 2.8 فولت (أقصى 3.7 فولت ضمنيًا) عند I_F=80 مللي أمبير؛ نموذجي 2.6 فولت عند I_F=20 مللي أمبير.
• التيار العكسي (I_R) لكل نقطة:أقصى 100 ميكرو أمبير عند V_R= 5 فولت.
• نسبة مطابقة شدة الإضاءة (I_V-m):أقصى 1.6:1. I_p= 15 مللي أمبير، دورة عمل 1/16.

ملاحظة: تستخدم قياسات شدة الإضاءة مستشعرًا ومرشحًا يقتربان من منحنى استجابة العين الضوئي CIE.

3. شرح نظام التصنيف (Binning)

تشير ورقة البيانات إلى أن مصابيح LEDمصنفة حسب شدة الإضاءة. هذه عملية تصنيف (binning) حرجة.

• تصنيف شدة الإضاءة:نسبة المطابقة المحددة البالغة 1.6:1 كحد أقصى تضمن أنه داخل وحدة عرض واحدة، لا تكون أي نقطة LED فردية أكثر سطوعًا بنسبة 60% من أضعف نقطة تحت نفس ظروف القيادة. هذا أمر أساسي لتحقيق سطوع موحد عبر الأحرف ومنطقة العرض بأكملها، مما يمنع ظهور "بقع ساخنة" أو أجزاء باهتة.
• الطول الموجي:بينما يتم إعطاء قيم نموذجية لأطوال الموجات الذروة (565 نانومتر، 650 نانومتر) والسائدة (569 نانومتر، 639 نانومتر)، يتم إدارة التباين في الإنتاج لضمان وقوع اللونين الأخضر والأحمر ضمن نطاقات بصرية مقبولة. تشير بيانات نصف العرض الطيفي (30 نانومتر، 35 نانومتر) إلى نقاء اللون.
• جهد الأمامي:تأخذ النطاقات المحددة (مثل 2.1 فولت إلى 3.7 فولت للأخضر عند تيار عالٍ) في الاعتبار التباين الطبيعي في تصنيع أشباه الموصلات. يجب تصميم دائرة القيادة لاستيعاب هذا النطاق لضمان سطوع متسق.

4. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلىمنحنيات الخصائص الكهربائية/البصرية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• منحنى I-V (التيار-الجهد):يوضح العلاقة بين تيار الأمامي وجهد الأمامي لنقطة LED واحدة. إنه غير خطي، مع جهد تشغيل/عتبة (حوالي 1.8-2.0 فولت لهذه الألوان) بعدها يزداد التيار بسرعة مع زيادة طفيفة في الجهد. هذا المنحنى حاسم لتصميم دائرة تحديد التيار.
• شدة الإضاءة مقابل تيار الأمامي (I_F):يعرض كيف يزداد إخراج الضوء مع التيار. إنه خطي بشكل عام على نطاق واسع ولكنه سيشبع عند تيارات عالية جدًا بسبب التأثيرات الحرارية.
• شدة الإضاءة مقابل درجة الحرارة المحيطة:يوضح كيف ينخفض إخراج الضوء مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع في LED. هذا التخفيض مرتبط مباشرة بتخفيض التيار المتوسط المحدد في التصنيفات القصوى المطلقة.
• التوزيع الطيفي:رسم بياني للشدة النسبية مقابل الطول الموجي، يظهر أطوال الموجات الذروة والسائدة ونصف العرض الطيفي، مؤكدًا خصائص اللون.

5. المعلومات الميكانيكية والتغليف

5.1 أبعاد العبوة

تتضمن ورقة البيانات رسمًا ميكانيكيًا مفصلاً (غير معروض هنا). تشير الملاحظات الرئيسية من الرسم إلى أنجميع الأبعاد بالمليمترات (مم)وأنالتسامح الافتراضي هو ±0.25 مم (0.01 بوصة)ما لم ينص ملاحظة ميزة محددة على خلاف ذلك. يحدد هذا الرسم البصمة الإجمالية، ومواضع فتحات التثبيت، ومنطقة مشاهدة مصفوفة LED، والموقع الدقيق وتباعد الـ 48 طرفًا.

5.2 توصيل الأطراف ومخطط الدائرة

يحتوي الجهاز على عبوة ثنائية الخط بـ 48 طرفًا. ترتيب الأطراف معقد بسبب المصفوفة المتعددة 16x16. يتم تعيين الأطراف إما كـمصعد مشترك للصفوفأومهبط للأعمدة، مع أطراف محددة لمصابيح LED الخضراء والحمراء. على سبيل المثال، الطرف 3 هو المهبط للعمود 1 للأخضر، بينما الطرف 11 هو المهبط للعمود 1 للأحمر. يسمح هذا الترتيب للمتحكم باختيار صف (من خلال تطبيق جهد موجب على مصعده المشترك) ثم إضاءة نقاط خضراء أو حمراء محددة في ذلك الصف من خلال سحب التيار عبر أطراف المهبط للعمود المقابل.

يتم الإشارة إلى مخطط دائرة داخلي، والذي من شأنه عادةً أن يظهر الترابط بين جميع مصابيح LED الـ 256 (16x16)، موضحًا أي صفوف المصاعد وأعمدة المهبطات تتحكم في كل نقطة LED محددة لكلا اللونين.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الإرشاد الأساسي المقدم هوملف درجة حرارة اللحام: 260 درجة مئوية لمدة 3 ثوانٍ، مقاسة عند نقطة على بعد 1/16 بوصة (1.59 مم) أسفل جسم العبوة. هذه نقطة مرجعية قياسية لللحام بالموجة أو اللحام اليدوي لمنع تلف مصابيح LED الداخلية أو العبوة البلاستيكية بسبب الحرارة المفرطة. بالنسبة لللحام بإعادة التدفق، سيكون ملف تعريف قياسي خالي من الرصاص بدرجة حرارة ذروة حوالي 260 درجة مئوية مناسبًا، ولكن يجب التحكم في الوقت المحدد فوق السائل (TAL) لتلبية إرشاد الـ 3 ثوانٍ على مستوى الطرف.

يجب أن تتبع المعالجة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) القياسية لأجهزة أشباه الموصلات. يجب أن يكون التخزين ضمن نطاق درجة الحرارة المحدد -35 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية في بيئة منخفضة الرطوبة.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• لوحات التحكم الصناعية:عرض حالة الماكينة، أعداد الإنتاج، رموز الخطأ، أو قيم النقطة المحددة.
• معدات الاختبار والقياس:عرض القراءات الرقمية، الوحدات، ومؤشرات الوضع.
• شاشات المعلومات:في الأماكن العامة للرسائل البسيطة، أرقام الانتظار، أو جداول النقل.
• أنظمة العرض المتراصة:يمكن دمج وحدات متعددة لعرض رسائل نصية أطول، خطوط أكبر، أو بيانات متعددة الأسطر.

7.2 اعتبارات التصميم

• دائرة القيادة:مطلوب متحكم دقيق (مايكروكونترولر) بأطراف إدخال/إخراج كافية أو دوائر متكاملة مخصصة لقيادة شاشات LED (مثل MAX7219 أو برامج تشغيل متعددة مماثلة) لإدارة التعددية 16:1 (16 صفًا). يجب أن يوفر السائق تيار الذروة المطلوب للنقاط المحددة (مثل 80 مللي أمبير لكل نقطة، مقسومًا على دورة العمل).
• تحديد التيار:مقاومات تحديد تيار خارجية أو برامج تشغيل تيار ثابت إلزامية لكل عمود مهبط (أو مجموعات منه) لمنع تجاوز الحد الأقصى المطلق للتيار ولضبط السطوع المطلوب. يجب أن تستخدم الحسابات أقصى V_Fلضمان تيار آمن تحت جميع الظروف.
• إدارة الحرارة:يجب مراعاة تخفيض التيار المتوسط مع درجة الحرارة. في درجات الحرارة المحيطة العالية، قد تحتاج دورة العمل المتعددة أو تيار الذروة إلى التخفيض للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن حدود آمنة والحفاظ على اتساق السطوع.
• زاوية المشاهدة:زاوية المشاهدة الواسعة مفيدة ولكن يجب أخذها في الاعتبار أثناء تصميم الغلاف الميكانيكي لمحاذاة مواقع المشاهدين المقصودة.

8. المقارنة الفنية والتمييز

مقارنة بشاشات المصفوفة النقطية أحادية اللون أو الأصغر عامة، تقدم LTP-181FFM مزايا مميزة:

• القدرة ثنائية اللون:يسمح استخدام مصابيح LED خضراء مخصصة وحمراء مفرطة عالية الكفاءة من نوع AlInGaP بعرض معلومات ثنائية اللون (مثل الأخضر للحالة الطبيعية، الأحمر للإنذارات/التحذيرات)، مما يعزز كثافة المعلومات ووضوحها.
• ارتفاع حرف كبير (1.86 بوصة):يوفر قابلية قراءة فائقة من مسافة طويلة مقارنة بمصفوفات 5x7 أو 8x8 الأصغر، مما يملأ مكانًا بين المؤشرات الصغيرة واللافتات الكبيرة.
• تصنيف الشدة (Binning):نسبة مطابقة الشدة المضمونة البالغة 1.6:1 هي علامة على الجودة، مما يضمن تجانس عرض من الدرجة الاحترافية قد تفتقر إليه الشاشات الرخيصة غير المصنفة.
• تصميم قابل للتراص:يسهل التصميم الميكانيكي تجميع شاشات متعددة الوحدات، وهي ميزة غير موجودة دائمًا في الشاشات المخصصة للاستخدام المنفرد.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات الفنية)

س1: ما الفرق بين "الطول الموجي الذروة" و"الطول الموجي السائد"؟

ج: الطول الموجي الذروة (λ_p) هو الطول الموجي الذي تكون فيه شدة الضوء المنبعث في أقصى حد لها. الطول الموجي السائد (λ_d) هو الطول الموجي للضوء أحادي اللون الذي يتطابق مع اللون الملحوظ لـ LED. بالنسبة لـ LED، غالبًا ما يكون λ_dأكثر صلة بالإدراك اللوني البشري.

س2: لماذا يختلف تيار الاختبار لشدة الإضاءة للأخضر (35 مللي أمبير) والأحمر (15 مللي أمبير)؟

ج: هذا يعكس الكفاءات المختلفة لتقنيتي أشباه الموصلات. مصباح LED الأحمر المفرط من نوع AlInGaP أكثر كفاءة، حيث ينتج شدة إضاءة نموذجية (1500 ميكروكانديلا) عند تيار قيادة أقل مما يحتاجه مصباح LED الأخضر من نوع GaP لشدته النموذجية (1400 ميكروكانديلا).

س3: كيف أحسب المقاومة التسلسلية المطلوبة لعمود؟

ج: استخدم قانون أوم: R = (V_supply- V_F- V_{drop_driver}) / I_F. استخدم أقصى V_Fمن ورقة البيانات (مثل 3.7 فولت عند 80 مللي أمبير للأخضر) لضمان ألا يتجاوز التيار الحد أبدًا حتى مع LED منخفض V_F. خذ في الاعتبار انخفاض الجهد لترانزستور/MOSFET سائق العمود (V_{drop_driver}). التيار I_Fهو تيار الذروة المطلوب لكل نقطة (مثل 80 مللي أمبير)، ولكن تذكر أن هذا التيار يتم مشاركته عبر جميع النقاط في عمود تكون نشطة خلال شريحة زمنية لصف واحد في تصميم متعدد.

س4: ماذا يعني "1/16 DUTY" في ظروف الاختبار؟

ج: يشير إلى أن العرض يتم تشغيله في وضع متعدد بدورة عمل 1/16. هذا قياسي لمصفوفة 16 صفًا. يتم تشغيل كل صف لمدة 1/16 فقط من وقت دورة التحديث الإجمالي. يتم قياس شدة الإضاءة تحت هذه الحالة، وهي الطريقة التي سيتم بها استخدام العرض عمليًا. يكون تيار الذروة خلال وقت "التشغيل" أعلى من التيار المتوسط للتعويض عن دورة العمل المنخفضة وتحقيق السطوع المتوسط المطلوب.

10. دراسة حالة للتصميم والاستخدام

السيناريو: تصميم عرض عداد إنتاج متعدد الأسطر.

يحتاج مهندس إلى عرض لأرضية المصنع يظهر عدد الإنتاج الحالي والهدف للماكينة. يختار وحدتين LTP-181FFM متراصتين عموديًا.

التنفيذ:يقوم متحكم دقيق واحد بتشغيل كلا الشاشتين. تدير البرامج الثابتة روتين تعددية 16 صفًا، وتحديث كل صف بالتتابع. تعرض الوحدة العلوية "العدد: [رقم]" باللون الأخضر. تعرض الوحدة السفلية "الهدف: [رقم]" باللون الأخضر. إذا توقفت الماكينة بسبب خطأ، يمكن أن يومض السطر ذو الصلة أو رسالة "خطأ" منفصلة باللون الأحمر على الوحدة المقابلة. يبسط التصميم القابل للتراص التثبيت الميكانيكي. يضمن السطوع العالي وزاوية المشاهدة الواسعة رؤية المعلومات للمشغلين من نقاط مختلفة على الأرضية. يضمن تصنيف الشدة أن يكون لكلا الوحدتين مظهر متسق وموحد جنبًا إلى جنب.

11. مقدمة عن مبدأ التشغيل

تعمل LTP-181FFM على مبدأتعددية مصفوفة LED. ليس عمليًا وجود 256 سلكًا فرديًا (لمصفوفة أحادية اللون 16x16) أو أكثر للونين. بدلاً من ذلك، يتم ترتيب مصابيح LED في شبكة حيث يتم توصيل مصاعد جميع مصابيح LED في صف واحد معًا (صف المصعد المشترك)، ويتم توصيل مهبطات جميع مصابيح LED في عمود واحد بلون محدد معًا (عمود المهبط).

لإضاءة نقطة محددة (مثل النقطة الخضراء في الصف 5، العمود 3)، يقوم المتحكم بتنفيذ هذه الخطوات في تتابع سريع داخل دورة التحديث: 1) يضبط المصعد المشترك للصف 5 على جهد موجب (مثل +5 فولت). 2) يصل مهبط العمود 3 (الأخضر) بالأرض (0 فولت)، مكملًا الدائرة ومسمحًا للتيار بالتدفق عبر مصباح LED الأخضر المحدد ذلك. تكون جميع الصفوف الأخرى مغلقة، وتكون جميع خطوط الأعمدة الأخرى مرتفعة (دائرة مفتوحة). من خلال المسح عبر جميع الـ 16 صفًا بسرعة كبيرة (مثل 100 هرتز أو أكثر)، يخلق استمرارية الرؤية وهمًا بأن جميع النقاط المطلوبة في مصفوفة 16x16 مضاءة في وقت واحد. تضيف القدرة ثنائية اللون ببساطة مجموعة منفصلة من أطراف المهبط لمصابيح LED الحمراء، والتي يتم التحكم فيها بشكل مستقل.

12. اتجاهات التكنولوجيا

بينما تستخدم LTP-181FFM تكنولوجيات GaP (الأخضر) و AlInGaP (الأحمر) الراسخة، فإن مجال عرض LED الأوسع يتطور. تشمل الاتجاهات:

• مواد أعلى كفاءة:التحول من AlInGaP على GaAs إلى هياكل أكثر كفاءة أو استخدام مواد قائمة على InGaN لمصابيح LED الحمراء (رغم التحدي) لتحسين الكفاءة ونطاق الألوان.
• سواقة متكاملة:غالبًا ما تتضمن وحدات العرض الأحدث دائرة متكاملة للتعددية وأحيانًا حتى واجهة متحكم دقيق (مثل I2C أو SPI) مباشرة على لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة، مما يبسط تصميم الدائرة الخارجية بشكل كبير مقارنة بمصفوفات LED العارية مثل LTP-181FFM.
• تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT):تستخدم العديد من مصفوفات LED الحديثة مصابيح LED وحزم SMT، مما يسمح بملف تعريف منخفض، وتجميع آلي، ودقة أعلى محتملة. تصميم الثقب المار لـ LTP-181FFM قوي ومناسب للتطبيقات التي قد يحدث فيها لحام يدوي أو إصلاح.
• مصفوفات RGB كاملة اللون:لتطبيقات النص الرسومية أو متعددة الألوان الأكثر تقدمًا، أصبحت المصفوفات ذات مصابيح LED حمراء وخضراء وزرقاء (RGB) متكاملة في كل بكسل أكثر شيوعًا، رغم أنها تتطلب إلكترونيات قيادة أكثر تعقيدًا.

تمثل LTP-181FFM حلاً موثوقًا وعالي الأداء في فئتها، موازنة بين الحجم، والسطوع، والوظيفة ثنائية اللون، ومرونة التصميم لمجموعة واسعة من تطبيقات العرض المضمنة.