مشخصات فنی نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-747KY - ارتفاع رقم 0.7 اینچ - رنگ کهربایی AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 25 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-747KY یک ماژول نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED با عملکرد بالا و ابعاد فشرده 5 در 7 نقطه است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به خروجی کاراکترهای الفبایی-عددی یا نمادین واضح و خوانا دارند. عملکرد اصلی آن ارائه اطلاعات بصری در دستگاه‌های الکترونیکی است. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED نهفته است که در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP استاندارد، بازدهی و خلوص رنگ برتری ارائه می‌دهد. بازار هدف شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات پزشکی، الکترونیک مصرفی و هر سیستم توکار دیگری است که نیاز به نمایشگر اطلاعاتی قابل اعتماد و کم‌مصرف دارد.

این نمایشگر دارای ارتفاع رقمی 0.7 اینچ (17.22 میلی‌متر) است که خوانایی عالی را فراهم می‌کند. مشخصه آن سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته است که ظاهری یکدست و حرفه‌ای برای کاراکترها تضمین می‌کند. نقاط قوت فروش برجسته شده در دیتاشیت شامل نیاز به توان کم، روشنایی و کنتراست بالا، زاویه دید گسترده و قابلیت اطمینان حالت جامد است که به معنای طول عمر عملیاتی طولانی و دوام در محیط‌های مختلف است.

2. بررسی عملی مشخصات فنی

2.1 ویژگی‌های نوری-الکترونیکی

عملکرد نوری-الکترونیکی در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. پارامترهای کلیدی در دمای محیط (T_A) برابر 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند:

• شدت نور متوسط (I_V):این پارامتر روشنایی درک شده هر نقطه روشن را تعریف می‌کند. مقدار معمول آن تحت شرایط تست I_P=32mA با چرخه کاری 1/16، برابر 3400 میکروکاندلا است. حداقل مقدار مشخص شده 1650 میکروکاندلا می‌باشد. استفاده از چرخه کاری 1/16 برای اندازه‌گیری، استاندارد نمایشگرهای مالتی‌پلکس است و نشان‌دهنده جریان پیک در بازه زمانی فعال آن است.
• ویژگی‌های طول موج:
  • طول موج تابش پیک (λ_p):595 نانومتر. این طول‌موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است و آن را به طور قطع در ناحیه کهربایی-زرد طیف مرئی قرار می‌دهد.
  • طول موج غالب (λ_d):592 نانومتر. این طول‌موج واحدی است که بهترین تطابق را با رنگ درک شده LED توسط چشم انسان دارد و کمی کمتر از طول موج پیک است.
  • نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):15 نانومتر. این مقدار نشان‌دهنده خلوص طیفی یا گسترش نور ساطع شده حول طول موج پیک است. مقدار 15 نانومتر نسبتاً باریک است و به رنگ کهربایی اشباع‌شده و خالص کمک می‌کند.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):حداکثر 2:1. این یک پارامتر حیاتی برای یکنواختی نمایشگر است. مشخص می‌کند که روشنایی کم‌نورترین نقطه در آرایه، کمتر از نصف روشنایی درخشان‌ترین نقطه نخواهد بود و ظاهری یکنواخت در تمام سگمنت‌های یک کاراکتر را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی، محدودیت‌های عملیاتی و شرایط استفاده ایمن و قابل اطمینان را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم هر نقطه (V_F):معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت در جریان مستقیم (I_F) برابر 20mA. حداقل مقدار 2.05 ولت است. این ولتاژ نسبتاً پایین است و به ادعای مصرف توان کم کمک می‌کند.
• جریان معکوس هر نقطه (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) برابر 5 ولت. این مقدار نشان‌دهنده سطح جریان نشتی زمانی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.
• مقادیر نامی جریان:
  • جریان مستقیم پیک هر نقطه:60 میلی‌آمپر (حداکثر مطلق).
  • جریان مستقیم متوسط هر نقطه:13 میلی‌آمپر (حداکثر مطلق در 25°C). این مقدار نامی به صورت خطی با نرخ 0.17 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25°C کاهش می‌یابد، به این معنی که جریان پیوسته مجاز با افزایش دما کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• اتلاف توان متوسط هر نقطه:25 میلی‌وات (حداکثر مطلق). این حداکثر توانی است که هر نقطه LED می‌تواند به صورت حرارت به طور ایمن تلف کند.

2.3 محدوده‌های حرارتی و محیطی

این پارامترها استحکام دستگاه را در شرایط عملیاتی مختلف تضمین می‌کنند.

• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده گسترده، آن را برای استفاده در محیط‌های خشن، از سرمای یخبندان تا محیط‌های صنعتی گرم مناسب می‌سازد.
• محدوده دمای نگهداری:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:دستگاه می‌تواند دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. این یک مشخصه استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو است.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد فیزیکی

دیتاشیت شامل یک نقشه دقیق ابعاد بسته‌بندی است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25mm ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. اندازه کلی، فاصله پایه‌ها و ابعاد پنجره سگمنت در این نقشه تعریف شده‌اند که برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) و یکپارچه‌سازی مکانیکی در محفظه محصول حیاتی است.

3.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه دارای پیکربندی 12 پایه است. ترتیب پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1 (آند ستون 1)، پایه 2 (کاتد ردیف 3)، پایه 3 (آند ستون 2)، پایه 4 (کاتد ردیف 5)، پایه 5 (کاتد ردیف 6)، پایه 6 (کاتد ردیف 7)، پایه 7 (آند ستون 4)، پایه 8 (آند ستون 5)، پایه 9 (کاتد ردیف 4)، پایه 10 (آند ستون 3)، پایه 11 (کاتد ردیف 2)، پایه 12 (کاتد ردیف 1).

یک دیاگرام مدار داخلی ارائه شده است که آرایه ماتریسی 35 LED (5 ستون در 7 ردیف) را نشان می‌دهد. هر ستون دارای یک اتصال آند مشترک و هر ردیف دارای یک اتصال کاتد مشترک است. این ساختار ماتریسی اساس مالتی‌پلکسینگ است و امکان کنترل 35 نقطه مجزا را تنها با 12 پایه فراهم می‌کند و به طور قابل توجهی خطوط I/O مورد نیاز میکروکنترلر را کاهش می‌دهد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاهی معمولاً شامل موارد زیر است:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این نمودار رابطه غیرخطی بین ولتاژ اعمال شده روی LED و جریان حاصل را نشان می‌دهد. برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.
• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم:این منحنی نشان می‌دهد که روشنایی LED چگونه با جریان درایو تغییر می‌کند. معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بالاتر اشباع می‌شود.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:این نمودار کاهش حرارتی خروجی نور را نشان می‌دهد. با افزایش دما، بازده نوری یک LED عموماً کاهش می‌یابد.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که منحنی زنگوله‌ای شکل حول 595 نانومتر با نیم‌عرض مشخص شده 15 نانومتر را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای مهندسان جهت بهینه‌سازی شرایط درایو برای دستیابی به روشنایی، بازده و طول عمر مورد نظر تحت دمای عملیاتی خاص حیاتی هستند.

5. پیشنهادات کاربردی

5.1 سناریوهای کاربردی متداول

LTP-747KY برای کاربردهایی که نیاز به نمایشگرهای عددی چند رقمی فشرده یا الفبایی-عددی محدود دارند ایده‌آل است. مثال‌ها شامل موارد زیر است:

• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌کانترها، منبع تغذیه‌ها برای نمایش قرائت‌ها.
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها برای دما، فشار، دبی جریان یا نمایش متغیر فرآیند روی ماشین‌آلات.
• الکترونیک مصرفی:نمایشگر برای تجهیزات صوتی (مانند فرکانس تیونر)، لوازم آشپزخانه یا اسباب‌بازی‌های الکترونیکی قدیمی.
• دستگاه‌های پزشکی:نمایشگرهای پارامتر ساده روی مانیتورها یا تجهیزات تشخیصی که قابلیت اطمینان در آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

5.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:به دلیل پیکربندی ماتریسی، نمایشگر باید مالتی‌پلکس شود. این امر نیاز به یک میکروکنترلر یا IC درایور اختصاصی دارد که قادر به اسکن ستون‌ها و ردیف‌ها با فرکانس کافی بالا (معمولاً >100Hz) برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده باشد. هر آند ستون به صورت متوالی درایو می‌شود در حالی که کاتدهای ردیف مناسب برای روشن کردن نقاط مورد نظر به سطح پایین کشیده می‌شوند.
• محدودیت جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط ستون یا ردیف (بسته به توپولوژی درایو) اجباری هستند تا اطمینان حاصل شود که جریان مستقیم هر نقطه از مقادیر نامی حداکثر مطلق، به ویژه جریان پیک، تجاوز نمی‌کند. محاسبات باید چرخه کاری مالتی‌پلکسینگ (مثلاً 1/5 برای یک ماتریس 5 ستونی) را در نظر بگیرند.
• اتلاف توان:اتلاف توان کل نمایشگر باید بر اساس تعداد نقاط همزمان روشن، ولتاژ مستقیم و جریان محاسبه شود. در صورت کار نزدیک به مقادیر نامی حداکثر یا در دمای محیط بالا، اطمینان از مدیریت حرارتی کافی ضروری است.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور مشاهده شود مفید است.

6. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی LTP-747KY استفاده از فناوری LED AlInGaP روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs است. در مقایسه با LEDهای قرمز قدیمی GaAsP، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد، به این معنی که خروجی روشن‌تری برای همان توان ورودی الکتریکی. رنگ کهربایی-زرد (592-595 نانومتر) دید عالی فراهم می‌کند و اغلب در شرایط نور کم، ملایم‌تر بر چشم در نظر گرفته می‌شود تا قرمز خالص. صفحه خاکستری با نقاط سفید، کنتراست را با کاهش نور محیط منعکس شده از نواحی غیرفعال نمایشگر افزایش می‌دهد و خوانایی را بیشتر بهبود می‌بخشد. دسته‌بندی برای شدت نور (باین شده) یک سطح حداقل روشنایی قابل پیش‌بینی را تضمین می‌کند که نسبت به قطعات غیرباین شده که روشنایی می‌تواند تغییرات گسترده‌تری داشته باشد، یک مزیت است.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چرا مقدار نامی جریان مستقیم متوسط (13mA) کمتر از جریان شرایط تست (20mA برای V_F) است؟

ج: شرایط تست 20mA یک نقطه استاندارد برای اندازه‌گیری پارامترهایی مانند ولتاژ مستقیم است. مقدار نامی حداکثر مطلق 13mA، بالاترین جریان پیوسته مجاز برای هر نقطه تحت شرایط عملیاتی عادی است تا قابلیت اطمینان بلندمدت تضمین شود و در محدوده‌های اتلاف توان باقی بماند. در یک کاربرد مالتی‌پلکس، جریان لحظه‌ای در طول بازه زمانی فعال می‌تواند بالاتر باشد (مثلاً 32mA مطابق با تست I_V)، اما متوسط در یک چرخه کامل نباید از 13mA تجاوز کند.

س: "چرخه کاری 1/16" در شرایط تست شدت نور به چه معناست؟

ج: نشان می‌دهد که نمایشگر در حالت مالتی‌پلکس درایو شده است که در آن هر نقطه خاص فقط به مدت 1/16 از کل زمان چرخه اسکن به طور فعال تغذیه می‌شود. شدت نور در طول آن پالس فعال اندازه‌گیری می‌شود. این شرایط عملیاتی واقعی یک نمایشگر مالتی‌پلکس را شبیه‌سازی می‌کند.

س: چگونه نسبت تطابق شدت نور 2:1 را تفسیر کنم؟

ج: این یک پارامتر کنترل کیفیت است. به این معنی که در داخل یک واحد نمایشگر، کم‌نورترین نقطه حداقل نصف درخشان‌ترین نقطه روشن خواهد بود. نسبت پایین‌تر (نزدیک به 1:1) نشان‌دهنده یکنواختی بهتر است. نسبت 2:1 برای بسیاری از کاربردها قابل قبول است و اطمینان می‌دهد که کاراکترها به طور یکنواخت روشن به نظر برسند.

8. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک دماسنج ساده 4 رقمی با استفاده از LTP-747KY را در نظر بگیرید. یک میکروکنترلر برای خواندن سنسور دما، تبدیل مقدار به BCD (کد دهدهی باینری) یا یک نقشه فونت سفارشی و درایو نمایشگر مورد نیاز خواهد بود. از آنجایی که LTP-747KY یک ماژول تک رقمی است، چهار واحد در کنار هم قرار می‌گیرند. میکروکنترلر حداقل به 12 پایه I/O برای کنترل مستقیم یک نمایشگر نیاز دارد. برای کنترل کارآمد چهار نمایشگر (48 پایه)، طرح مالتی‌پلکسینگ گسترش می‌یابد: خطوط ستون هر چهار نمایشگر می‌توانند به صورت موازی متصل شوند و خطوط کنترل ردیف جداگانه برای هر نمایشگر مورد نیاز خواهد بود، یا بالعکس، با استفاده از ترکیبی از انتخاب ستون و رقم (ماژول). به طور جایگزین، ICهای درایور LED اختصاصی با رابط‌های سریال (مانند SPI یا I2C) طراحی را بسیار ساده می‌کنند، تعداد پایه‌های میکروکنترلر و پیچیدگی نرم‌افزار را کاهش می‌دهند. مقاومت‌های محدودکننده جریان باید بر اساس ولتاژ تغذیه، ولتاژ مستقیم LED و جریان متوسط مورد نظر برای هر نقطه، با در نظر گرفتن چرخه کاری مالتی‌پلکسینگ (مثلاً اگر 4 رقم اسکن شود، چرخه کاری هر رقم 1/4 است) محاسبه شوند.

9. معرفی اصل عملکرد

LTP-747KY بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود (حدود 2 ولت برای AlInGaP) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در LEDهای AlInGaP، این بازترکیب انرژی را عمدتاً به شکل فوتون (نور) با طول‌موجی متناسب با انرژی گاف نواری ماده آزاد می‌کند که برای قرار گرفتن در محدوده کهربایی-زرد (تقریباً 595 نانومتر) طراحی شده است. آرایش ماتریسی 5x7 یک پیاده‌سازی عملی برای تشکیل کاراکترها است. با روشن کردن انتخابی نقاط خاص در این شبکه، هر عدد، حرف یا نماد ساده‌ای قابل نمایش است. پیکربندی ماتریس آند مشترک، کاتد مشترک یک طراحی توپولوژیکی است که تعداد پایه‌های اتصال مورد نیاز را به حداقل می‌رساند و باعث کوچک‌تر شدن بسته و ارزان‌تر شدن واسط‌سازی می‌شود.

10. روندها و بافت فناوری

در حالی که نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای گسسته 5x7 مانند LTP-747KY برای طراحی‌های خاص، حساس به هزینه یا قدیمی همچنان مرتبط هستند، روند کلی در فناوری نمایشگر به سمت راه‌حل‌های یکپارچه تغییر کرده است. کاربردهای مدرن اغلب از OLED گرافیکی، LCDهای TFT یا پنل‌های ماتریس LED بزرگتر و با چگالی بالاتر استفاده می‌کنند که قابلیت‌های گرافیکی کامل، گاموت رنگ گسترده‌تر و واسط‌سازی آسان‌تر از طریق باس‌های دیجیتال استاندارد ارائه می‌دهند. با این حال، برای کاربردهایی که فقط نیاز به خروجی کاراکتری ساده، روشن، بسیار قابل اعتماد و کم‌مصرف در محیط‌های بالقوه خشن دارند، ماژول‌های ماتریس نقطه‌ای LED گسسته مزایای متمایزی ارائه می‌دهند. فناوری AlInGaP استفاده شده در اینجا، یک سیستم ماده بالغ و بسیار کارآمد برای LEDهای قرمز، نارنجی، کهربایی و زرد را نشان می‌دهد. توسعه‌های آینده در فناوری نمایشگر بر کوچک‌سازی (میکرو-LEDها)، زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر و بازدهی حتی بالاتر متمرکز است، اما اصول اساسی عملکرد و ملاحظات طراحی برای درایو نمایشگرهای ماتریسی عمدتاً ثابت باقی می‌ماند.