دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-747KF - ارتفاع رقم 0.7 اینچ (17.22 میلی‌متر) - رنگ زرد نارنجی AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-747KF یک ماژول نمایشگر LED ماتریس نقطه‌ای 5 در 7 فشرده و با عملکرد بالا است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی کاراکترهای الفبایی-عددی واضح و خوانا در انواع دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی است. فلسفه طراحی هسته‌ای آن حول محور ارائه عملکرد بصری عالی همراه با مصرف توان کم و قابلیت اطمینان بالا می‌چرخد که آن را برای ادغام در الکترونیک مصرفی، پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق و سایر کاربردهای نیازمند نمایش وضعیت یا داده مناسب می‌سازد.

موقعیت‌یابی کلیدی دستگاه در تعادل آن بین اندازه، روشنایی و بازده نهفته است. ارتفاع کاراکتر 0.7 اینچ (17.22mm) مصالحه خوبی بین خوانایی و نیازهای فضای برد ارائه می‌دهد. با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED زرد نارنجی خود، نمایشگر به شدت نورانی بالا و خلوص رنگ عالی مستقیماً از ماده تراشه دست می‌یابد که به عملکرد کلی و طول عمر آن کمک می‌کند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نوری

عملکرد نوری توسط چندین پارامتر کلیدی که تحت شرایط آزمایش استاندارد (T_A=25°C) اندازه‌گیری می‌شوند، تعریف می‌گردد. شدت نور متوسط (I_V)) از حداقل 630 میکروکندلا تا مقدار معمولی 1650 میکروکندلا در هنگام درایو با جریان پیک (I_P) معادل 32mA در چرخه کاری 1/16 متغیر است. این روشنایی بالا، دید خوب را حتی در محیط‌های با نور متوسط تضمین می‌کند.

مشخصات رنگ توسط طول موج تعیین می‌شود. طول موج تابش اوج (λ_p)) معمولاً 611 نانومتر است، در حالی که طول موج غالب (λ_d)) معمولاً 605 نانومتر است که رنگ زرد نارنجی درک شده را تعریف می‌کند. نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)معمولاً 17 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نسبتاً باریکی است که به اشباع رنگ کمک می‌کند. شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند و اطمینان حاصل می‌کند که مقادیر با ادراک بصری انسان همبستگی دارند.

2.2 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط کار دستگاه را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم هر نقطه (V_F)) معمولاً در جریان مستقیم (I_F) معادل 20mA از 2.05 ولت تا 2.6 ولت متغیر است. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.

حداکثر مقدار جریان معکوس هر نقطه (I_R)) هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) معادل 5 ولت اعمال می‌شود، 100 میکروآمپر است که مشخصه نشتی اتصال LED را نشان می‌دهد. نسبت تطابق شدت نوربرای LEDهای درون یک ناحیه نوری مشابه حداکثر 2:1 مشخص شده است که برای اطمینان از ظاهر یکنواخت در تمام بخش‌های کاراکتر نمایش داده شده مهم است.

2.3 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. آنها برای کارکرد مداوم نیستند.

• اتلاف توان متوسط هر نقطه:70 میلی‌وات
• جریان مستقیم پیک هر نقطه:60 میلی‌آمپر
• جریان مستقیم متوسط هر نقطه:25 میلی‌آمپر (به صورت خطی از دمای 25 درجه سانتی‌گراد با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد)
• ولتاژ معکوس هر نقطه:5 ولت
• محدوده دمای کاری:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد
• محدوده دمای نگهداری:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است. این به فرآیندی اشاره دارد که در آن واحدهای تولید شده بر اساس خروجی نوری اندازه‌گیری شده‌شان مرتب (بین) می‌شوند. محدوده شدت مشخص شده (حداقل: 630 میکروکندلا، معمولی: 1650 میکروکندلا) احتمالاً گستره بین دسته‌های مختلف را نشان می‌دهد. طراحان می‌توانند یک دسته خاص را انتخاب کنند تا یکنواختی روشنایی در بین چندین نمایشگر در یک محصول تضمین شود یا نیازهای روشنایی خاصی برآورده گردد، اگرچه ساختار دقیق کد دسته‌بندی در این سند توضیح داده نشده است.

اگرچه در این دیتاشیت به صراحت برای طول موج یا ولتاژ مستقیم ذکر نشده، اما چنین دسته‌بندی‌ای در تولید LED رایج است تا قطعات با مشخصات نوری و الکتریکی بسیار نزدیک به هم گروه‌بندی شوند. این امر برای کاربردهایی که نیاز به یکنواختی رنگ یا روشنایی دارند، حیاتی است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولیاشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما چنین منحنی‌هایی که معمولاً در دیتاشیت کامل گنجانده می‌شوند، برای طراحی ضروری هستند. آنها معمولاً موارد زیر را نشان می‌دهند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد و به تعیین نقطه کار و ولتاژ درایو مورد نیاز برای یک جریان معین کمک می‌کند.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان، تا نقطه اشباع یا تولید گرمای بیش از حد، افزایش می‌یابد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش درجه (دریتینگ) خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که برای طراحی مدیریت حرارتی حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که به صورت بصری طول موج‌های اوج و غالب و پهنای طیفی را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها به مهندسان اجازه می‌دهند تا عملکرد در شرایط غیراستاندارد را پیش‌بینی کرده و مدار درایور و طراحی حرارتی خود را بهینه کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LTP-747KF در یک بسته‌بندی استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود. یادداشت‌های ابعادی کلیدی مشخص می‌کنند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک تلرانس خاص برای جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است که برای طراحی جای پایه PCB و فرآیندهای مونتاژ خودکار مهم است.

بسته‌بندی دارای صورتی خاکستری با نقاط سفیداست که با کاهش نور محیط منعکس شده از نواحی غیرفعال، کنتراست را افزایش داده و خوانایی کاراکتر را بهبود می‌بخشد. نقشه مکانیکی (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن نیامده) ابعاد کلی، صفحه نشیمن، فاصله پایه‌ها و ارتفاع کلی را نشان می‌دهد.

6. 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.

این آرایش مالتی‌پلکس شده (5 ستون آند، 7 ردیف کاتد) برای یک ماتریس 5x7 استاندارد است. این امکان کنترل 35 LED (نقطه) مجزا را تنها با 12 پایه فراهم می‌کند و در مقایسه با روش درایو مستقیم، پیچیدگی اتصالات را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. نمودار مدار داخلی، اتصال هر نقطه LED را بین یک ستون آند و یک ردیف کاتد خاص نشان می‌دهد. برای روشن کردن یک نقطه خاص، خط آند مربوطه باید High (با محدودیت جریان) درایو شود در حالی که خط کاتد آن Low کشیده می‌شود.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت شرایط لحیم‌کاری خاصی را ارائه می‌دهد:به مدت 3 ثانیه در دمای 260 درجه سانتی‌گراد و در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6mm) زیر صفحه نشیمن. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی است تا از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED یا بسته پلاستیکی جلوگیری شود. تجاوز از این دما یا زمان می‌تواند منجر به لایه‌لایه شدن، ترک خوردن اپوکسی یا تخریب عملکرد LED شود.

همچنین تأکید شده است که دمای حین مونتاژ نباید از حداکثر درجه دمای مشخص شده در بخش حداکثر مقادیر مجاز مطلق تجاوز کند. همچنین، رسیدگی مناسب برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) یک اقدام احتیاطی استاندارد است، اگرچه در اینجا به صراحت ذکر نشده، زیرا LEDها دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTP-747KF برای کاربردهایی که نیاز به نمایشگرهای عددی یا الفبایی-عددی محدود، فشرده و کم‌مصرف دارند، بسیار مناسب است. مثال‌ها شامل موارد زیر می‌شود:

• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌کانترها، منبع تغذیه‌ها برای نمایش مقادیر.
• الکترونیک مصرفی:تجهیزات صوتی (نمایشگر سطح آمپلی‌فایر)، لوازم خانگی (تایمر، دما).
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها، کنترلرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر.
• سیستم‌های توکار:شاخص‌های وضعیت برای نمونه‌های اولیه یا بردهای توسعه.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا یک IC درایور LED اختصاصی با پشتیبانی مالتی‌پلکس مورد نیاز است. درایور باید جریان پیک صحیح (مثلاً 20-32mA) را در چرخه کاری مشخص شده (مثلاً 1/16) تأمین کند تا روشنایی نامی بدون تجاوز از محدودیت‌های جریان متوسط حاصل شود.
• محدود کردن جریان:مقاومت‌های سری یا درایورهای جریان ثابت برای هر ستون آند یا هر LED برای تنظیم دقیق جریان مستقیم و محافظت از LEDها ضروری هستند.
• نرخ تازه‌سازی:طرح مالتی‌پلکس نیاز به فرکانس اسکن به اندازه کافی بالا (معمولاً >100Hz) دارد تا از لرزش قابل مشاهده جلوگیری شود.
• مدیریت حرارتی:اگرچه اتلاف توان هر نقطه کم است، اما گرمای جمعی از نقاط روشن متعدد در یک محیط با دمای بالا باید در نظر گرفته شود. برای کارکرد مداوم با روشنایی بالا ممکن است تهویه یا هیت‌سینک کافی مورد نیاز باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP یا GaP، استفاده از ماده AlInGaPمزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:بازده نوری بالاتر(خروجی نور بیشتر به ازای هر میلی‌آمپر جریان)،پایداری دمایی بهتر(کاهش شدت کمتر با گرما)، وقابلیت اطمینان بلندمدت برتر. طراحی صورت خاکستری/نقطه سفید نسبت کنتراست بالاتری نسبت به بسته‌های تمام قرمز یا تمام سبز ارائه می‌دهد و خوانایی را بهبود می‌بخشد.

در دسته ماتریس 5x7 با اندازه 0.7 اینچ، عوامل تمایز کلیدی برای این قطعه، دسته‌بندی شدت نور خاص آن، ولتاژ مستقیم کم معمول در AlInGaP و محدوده دمای کاری گسترده (35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد) خواهد بود که از بسیاری از نمایشگرهای رایج فراتر رفته و آن را برای محیط‌های صنعتی مقاوم می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از مشخصه چرخه کاری 1/16 برای شدت نور چیست؟
پ: نمایشگر از مالتی‌پلکس استفاده می‌کند. هر نقطه تنها برای کسری از زمان (در این شرایط آزمایش 1/16) روشن می‌شود. شدت نور در طول پالس کوتاه "روشن" آن (جریان پیک) اندازه‌گیری می‌شود. روشنایی متوسط درک شده کمتر است. این مشخصه به طراحان اجازه می‌دهد تا خروجی نور متوسط مؤثر را محاسبه کنند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت به جای مالتی‌پلکس درایو کنم؟
پ: از نظر فنی بله، اما بسیار ناکارآمد است. این کار به 35 کانال مستقل محدودکننده جریان به جای 12 خط مالتی‌پلکس نیاز دارد که پیچیدگی و هزینه مدار را به شدت افزایش می‌دهد. مالتی‌پلکس روش مورد نظر و بهینه است.

س: ولتاژ مستقیم در 20mA حداکثر 2.6 ولت است. آیا می‌توانم آن را مستقیماً از پین میکروکنترلر 3.3 ولت تغذیه کنم؟
پ: خیر. شما همیشه باید از یک مقاومت سری محدودکننده جریان (یا مدار جریان ثابت فعال) استفاده کنید. اتصال مستقیم آن سعی در کشیدن جریان بیش از حد خواهد داشت که ممکن است به LED و پین میکروکنترلر آسیب برساند. مقدار مقاومت به صورت R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F.

محاسبه می‌شود.
س: "بسته بدون سرب (مطابق با RoHS)" به چه معناست؟

پ: این نشان می‌دهد که دستگاه با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک (RoHS) مطابقت دارد. مواد مورد استفاده در ساخت آن، از جمله آبکاری لحیم روی پایه‌ها، حاوی مواد ممنوعه مانند سرب، جیوه یا کادمیوم بالاتر از حد مجاز نیستند و آن را برای فروش در بازارهای تحت مقررات مناسب می‌سازد.

11. مثال موردی طراحی و استفادهمورد: طراحی یک نمایشگر تایمر دیجیتال ساده. یک طراح نیاز به نمایش دقیقه و ثانیه (MM:SS) روی یک محصول دارد. می‌توان از دو نمایشگر LTP-747KF برای دقیقه‌ها و دو نمایشگر برای ثانیه‌ها استفاده کرد. یک میکروکنترلر کم‌هزینه برنامه‌ریزی می‌شود تا عملکرد زمان‌بندی را مدیریت کند. پورت‌های I/O آن از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب به خطوط آند و کاتد هر چهار نمایشگر متصل می‌شوند. فریم‌ور الگوریتم زمان‌بندی و یک روال مالتی‌پلکس را پیاده‌سازی می‌کند که با سرعت بالا (مثلاً 200Hz) بین چهار نمایشگر و بخش‌های مربوطه هر رقم چرخه می‌زند. صورت خاکستری نمایشگر تضمین می‌کند که کنتراست خوبی در برابر محفظه محصول داشته باشد. طراح یک دسته شدت نور مناسب برای شرایط نور محیطی مورد انتظار استفاده از تایمر را انتخاب خواهد کرد.

12. معرفی اصل عملکرد

LTP-747KF بر اساس اصل اساسی دیود نور‌افشان (LED)و مالتی‌پلکس تقسیم زمانیعمل می‌کند. هر یک از 35 نقطه در شبکه 5x7 یک LED مجزا از جنس AlInGaP است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود (ولتاژ مثبت به آند نسبت به کاتد اعمال شود)، الکترون‌ها و حفره‌ها درون ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) در طول موجی که توسط گاف انرژی ماده AlInGaP تعیین می‌شود، آزاد می‌کنند که منجر به نور زرد-نارنجی می‌گردد.

طرح مالتی‌پلکس تعداد پین‌های کنترل مورد نیاز را کاهش می‌دهد. آندهای تمام LEDهای یک ستون عمودی به هم متصل شده‌اند و کاتدهای تمام LEDهای یک ردیف افقی به هم متصل شده‌اند. با فعال کردن متوالی یک ستون آند در هر زمان، در حالی که ردیف‌های کاتد برای نقاطی که باید در آن ستون روشن شوند به صورت انتخابی فعال می‌شوند، و تکرار سریع این چرخه، توهم یک کاراکتر پایدار و کاملاً شکل گرفته ایجاد می‌شود. ماندگاری دید چشم انسان، نقاط منفرد چشمک‌زن سریع را در یک تصویر پیوسته ادغام می‌کند.

13. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED گسسته مانند LTP-747KF به دلیل سادگی، استحکام و زاویه دید گسترده برای کاربردهای خاص همچنان مرتبط هستند، چندین روند قابل توجه است. یک تغییر کلی به سمت ماژول‌های نمایشگر یکپارچهوجود دارد که شامل درایور IC، کنترلر و گاهی یک ROM تولیدکننده کاراکتر است و رابط را برای سیستم میزبان (مانند SPI، I2C) ساده می‌کند.

برای خروجی الفبایی-عددی، OLED (LED آلی)و LCDنمایشگرهای LCD پیشرفته