دیتاشیت نمایشگر LED ماتریکس نقطه‌ای LTP-747KA - ارتفاع رقم 0.7 اینچ (17.22 میلی‌متر) - رنگ نارنجی-قرمز - فناوری AlInGaP - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-747KA یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی تک رقمی با ماتریکس نقطه‌ای 5x7 است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی بصری واضح و روشن برای کاراکترها و نمادها در کاربردهای الکترونیکی مختلف است. جزء اصلی این نمایشگر استفاده از ماده نیمه‌هادی پیشرفته آلومینیوم ایندیوم گالیم فسفید (AlInGaP) برای چیپ‌های دیود نورافشان (LED) است که مسئول تولید نور مشخصه نارنجی-قرمز هستند. این فناوری مواد به دلیل بازدهی بالا و ویژگی‌های عملکردی خوب شناخته شده است.

دستگاه با صفحه‌ای به رنگ خاکستری ساخته شده و دارای نقاط یا سگمنت‌های سفید رنگ است که کنتراست و خوانایی المان‌های روشن شده در برابر پس‌زمینه را افزایش می‌دهد. نمایشگر بر اساس شدت نور خود دسته‌بندی می‌شود، به این معنی که واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان باین یا مرتب می‌شوند تا یکنواختی در محدوده‌های مشخص شده برای کاربردهایی که نیاز به روشنایی یکنواخت دارند، تضمین شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. پارامترهای کلیدی تحت شرایط تست خاص، معمولاً در دمای محیط (T_A) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری می‌شوند.

• شدت نور متوسط (I_V):این معیار قدرت درک شده نور ساطع شده توسط یک نقطه است. مقدار معمولی 3400 میکروکاندلا (µcd) است، با حداقل 1650 µcd، هنگامی که با جریان پیک (I_P) 32mA در سیکل وظیفه 1/16 راه‌اندازی می‌شود. سیکل وظیفه 1/16 یک طرح مالتی‌پلکسینگ متداول برای نمایشگرهای ماتریکس نقطه‌ای است، که در آن هر ردیف فقط 1/16 زمان فعال است تا توان و حرارت مدیریت شود.
• طول موج تابش پیک (λ_p):طول موجی که در آن طیف تابش LED در حداکثر شدت خود قرار دارد. برای LTP-747KA، این مقدار معمولاً 621 نانومتر (nm) است که آن را به طور قطع در منطقه نارنجی-قرمز طیف نور مرئی قرار می‌دهد.
• طول موج غالب (λ_d):این مقدار 615 نانومتر است که طول موج واحدی است که به بهترین وجه رنگ درک شده توسط چشم انسان را توصیف می‌کند. به دلیل شکل طیف تابش LED، کمی با طول موج پیک متفاوت است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):این پارامتر، که معمولاً 18 نانومتر است، نشان‌دهنده عرض طیف تابش در نصف حداکثر شدت آن است. نیم‌عرض باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ اشباع‌شده‌تر و طیفی خالص‌تر است.
• نسبت تطبیق شدت نور (I_V-m):که حداکثر 2:1 مشخص شده است، این نسبت تغییرات مجاز در روشنایی بین روشن‌ترین و کم‌نورترین نقاط روی نمایشگر را تعریف می‌کند. نسبت پایین‌تر نشان‌دهنده یکنواختی بهتر است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی

درک رفتار الکتریکی برای طراحی صحیح مدار و تضمین قابلیت اطمینان بلندمدت بسیار مهم است.

• ولتاژ مستقیم هر نقطه (V_F):افت ولتاژ در سراسر یک LED هنگامی که جریان را هدایت می‌کند. مقدار معمولی 2.6V با حداکثر 2.6V در جریان مستقیم (I_F) 20mA است. حداقل به عنوان 2.05V فهرست شده است. این بازه هنگام طراحی مدار محدودکننده جریان باید در نظر گرفته شود.
• جریان معکوس هر نقطه (I_R):مقدار کمی جریان که هنگام اعمال ولتاژ معکوس جریان می‌یابد. حداکثر 100 µA در ولتاژ معکوس (V_R) 5V مشخص شده است. تجاوز از حداکثر ولتاژ معکوس مطلق می‌تواند باعث آسیب شود.
• جریان مستقیم متوسط هر نقطه:حداکثر جریان DC پیوسته توصیه شده برای عملکرد قابل اطمینان 13 mA است. این با جریان پیک استفاده شده در عملیات مالتی‌پلکس متفاوت است.
• جریان مستقیم پیک هر نقطه:حداکثر جریان لحظه‌ای که یک نقطه می‌تواند تحمل کند، به عنوان 90 mA مشخص شده است. در کاربردهای مالتی‌پلکس، جریان لحظه‌ای می‌تواند از جریان متوسط بیشتر باشد، اما نباید از این رتبه پیک تجاوز کند.

2.3 حداکثر مقادیر مجاز و ملاحظات حرارتی

این رتبه‌بندی‌ها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. آنها شرایط برای عملکرد عادی نیستند.

• اتلاف توان متوسط هر نقطه:حداکثر توانی که می‌تواند به طور پیوسته توسط یک نقطه LED تلف شود 33 mW است. تجاوز از این مقدار می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و کاهش عمر مفید شود.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:دستگاه برای عملکرد در دمای محیط از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده است. همچنین می‌تواند در همین محدوده دمایی ذخیره شود.
• کاهش رتبه جریان:جریان مستقیم متوسط باید به صورت خطی بالای 25 درجه سانتی‌گراد با نرخ 0.17 میلی‌آمپر به ازای هر درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. این یک قانون طراحی حیاتی برای جلوگیری از فرار حرارتی در دمای محیط بالاتر است.
• دمای لحیم‌کاری:در طول لحیم‌کاری موجی یا ریفلو، دمای نقطه‌ای در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد برای بیش از 3 ثانیه باشد. این از آسیب به دی داخلی و اتصالات سیمی جلوگیری می‌کند.

3. سیستم دسته‌بندی و باینینگ

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "برای شدت نور دسته‌بندی شده است." این فرآیند باینینگ را القا می‌کند.

• باینینگ شدت نور:پس از تولید، نمایشگرهای منفرد آزمایش و بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان در باین‌های مختلف مرتب می‌شوند. این تضمین می‌کند که مشتریان محصولاتی با سطوح روشنایی یکنواخت دریافت می‌کنند. دیتاشیت مقادیر حداقل/معمولی/حداکثر (1650/3400 µcd) را ارائه می‌دهد، اما کدهای باین یا دسته‌های خاص در این گزیده توضیح داده نشده‌اند. در عمل، اطلاعات سفارش، باین شدت نور مورد نظر را مشخص می‌کند.
• باینینگ طول موج/رنگ:اگرچه در این برگه به صراحت برای طول موج ذکر نشده است، اما روش متداول سازندگان LED، باین کردن دستگاه‌ها بر اساس طول موج غالب یا پیک برای تضمین یکنواختی رنگ است، به ویژه در نمایشگرهای چند واحدی. مقادیر معمولی دقیق برای λ_p(621 نانومتر) و λ_d(615 نانومتر) نشان‌دهنده یکنواختی رنگ ذاتی خوب از ماده AlInGaP است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولی" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن‌ها را استنباط کنیم.

• منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I_F-V_F):این نمودار رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. برای طراحی مدار درایور صحیح ضروری است. منحنی یک ولتاژ "زانو" (حدود 2.6V معمولی) را نشان خواهد داد که پس از آن جریان با افزایش کمی در ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد.
• منحنی شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I_V-I_F):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا اشباع می‌شود. به تعیین نقطه عملیاتی برای روشنایی مورد نظر کمک می‌کند.
• منحنی شدت نور در مقابل دمای محیط (I_V-T_A):این کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال LED را نشان می‌دهد. اثر کاهش رتبه حرارتی را کمّی می‌کند و برای کاربردهایی که در دمای بالا کار می‌کنند حیاتی است.
• منحنی توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که منحنی زنگوله‌ای شکل را نشان می‌دهد که حول 621 نانومتر با نیم‌عرض 18 نانومتر متمرکز شده است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی

نمایشگر دارای ارتفاع رقمی 0.7 اینچ است که معادل 17.22 میلی‌متر است. نقشه ابعاد پکیج (که در متن به آن ارجاع داده شده اما نشان داده نشده است) طول کلی، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و آرایش سگمنت‌ها را به تفصیل شرح می‌دهد. تلرانس برای تمام ابعاد به عنوان ±0.25 میلی‌متر (0.01 اینچ) مشخص شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این سطح دقت برای جاگذاری مکانیکی روی برد مدار چاپی (PCB) مهم است.

5.2 اتصال پین‌ها و مدار داخلی

دستگاه دارای 12 پین است. پین‌اوت به وضوح تعریف شده است: پین 1: آند برای ستون 1، پین 2: کاتد برای ردیف 3، پین 3: آند برای ستون 2، و به همین ترتیب. نمودار مدار داخلی یک پیکربندی کاتد مشترک برای ردیف‌ها را نشان می‌دهد. این بدان معنی است که هر یک از 7 خط ردیف به کاتدهای تمام 5 LED در آن ردیف متصل است. 5 خط ستون به آندهای LEDها در هر ستون متصل هستند. این آرایش ماتریکس امکان کنترل 35 نقطه منفرد (5x7) را با تنها 12 پین (5+7) و با استفاده از تکنیک‌های مالتی‌پلکسینگ فراهم می‌کند.

5.3 شناسایی قطبیت

اگرچه به صراحت در متن نشان داده نشده است، اما شماره‌گذاری پین‌ها و نمودار مدار داخلی اطلاعات لازم برای قطبیت را ارائه می‌دهند. جدول پین‌اوت راهنمای قطعی برای اتصال صحیح آندها و کاتدها است. اتصال قطبیت نادرست (اعمال بایاس مستقیم به کاتد) از روشن شدن LED جلوگیری می‌کند و اگر ولتاژ از رتبه ولتاژ معکوس (5V) تجاوز کند، ممکن است به آن آسیب برساند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده، پروفیل دمای لحیم‌کاری است: دمای اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر بدنه پکیج نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد برای بیش از 3 ثانیه باشد. این یک دستورالعمل استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی استفاده شود و زمان تماس با پایه‌ها به حداقل برسد تا از انتقال حرارت به بالا و آسیب به چیپ داخلی جلوگیری شود. در طول جابجایی و مونتاژ باید احتیاط‌های مناسب ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود تا از آسیب به اتصالات نیمه‌هادی جلوگیری گردد.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

به دلیل فرمت ماتریکس نقطه‌ای 5x7 آن که برای تولید کاراکترهای الفبایی-عددی ایده‌آل است، LTP-747KA برای کاربردهایی که نیاز به خوانش تک رقمی واضح دارند، بسیار مناسب است. مثال‌ها شامل:

• پنل‌های کنترل صنعتی و نمایشگرهای ابزار دقیق.
• تجهیزات تست و اندازه‌گیری.
• لوازم خانگی مصرفی مانند مایکروویو، ماشین لباسشویی یا تجهیزات صوتی.
• ترمینال‌های نقطه فروش و نمایشگرهای اطلاعاتی پایه.
• کیت‌های آموزشی برای یادگیری درباره میکروکنترلرها و نمایشگرهای مالتی‌پلکس.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایور:یک میکروکنترلر یا IC درایور نمایشگر اختصاصی برای مالتی‌پلکس کردن ردیف‌ها و ستون‌ها مورد نیاز است. درایور باید قادر به تامین/جذب جریان‌های پیک لازم (تا 32mA به ازای هر نقطه طبق شرایط تست، اما طراحی باید به حداکثر مقادیر مطلق مراجعه کند) برای ستون‌ها و ردیف‌ها به ترتیب باشد.
• محدود کردن جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر خط آند (ستون) برای تنظیم جریان مستقیم و محافظت از LEDها اجباری هستند. مقدار مقاومت با استفاده از R = (V_منبع- V_F) / I_F محاسبه می‌شود. استفاده از جریان پیک (I_P) در محاسبه مالتی‌پلکسینگ باید در نظر گرفته شود.
• مدیریت حرارتی:در محیط‌های با دمای محیط بالا یا کاربردهای با روشنایی بالا، اطمینان حاصل کنید که جریان متوسط مطابق مشخصات کاهش رتبه یابد (0.17 mA/°C بالای 25°C). فاصله کافی روی PCB می‌تواند به خنک‌سازی همرفتی طبیعی کمک کند.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعا می‌کند که دارای "زاویه دید گسترده" است که برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور مشاهده شود، مفید است.

8. مقایسه و تمایز فنی

اگرچه مقایسه مستقیم با شماره قطعات دیگر ارائه نشده است، اما تمایزدهنده‌های کلیدی LTP-747KA بر اساس دیتاشیت آن عبارتند از:

• فناوری مواد (AlInGaP):در مقایسه با LEDهای قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازدهی بالاتر، پایداری دمایی بهتر و روشنایی برتر را ارائه می‌دهد که منجر به ادعای "روشنایی بالا و کنتراست بالا" می‌شود.
• ماتریکس نقطه‌ای در مقابل نمایشگرهای سگمنتی:یک ماتریکس نقطه‌ای 5x7 انعطاف‌پذیری بسیار بیشتری نسبت به یک نمایشگر 7 سگمنتی استاندارد ارائه می‌دهد، زیرا می‌تواند مجموعه کاراکترهای کامل ASCII، نمادها و گرافیک‌های ساده را نشان دهد، نه فقط اعداد و چند حرف.
• دسته‌بندی شدت:باینینگ برای شدت نور یک ویژگی ارزش افزوده برای کاربردهایی است که نیاز به یکنواختی در چندین واحد دارند.
• بهبود کنتراست:صفحه خاکستری با نقاط سفید یک انتخاب طراحی است که هدف آن بهبود کنتراست هنگامی که LEDها خاموش هستند، می‌باشد و باعث می‌شود نمایشگر در شرایط نوری مختلف حرفه‌ای‌تر و قابل خواندن‌تر به نظر برسد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

9.1 تفاوت بین جریان مستقیم پیک (90mA) و جریان شرایط تست (32mA) چیست؟

جریان مستقیم پیک (90mA) یک حداکثر مقدار مجاز مطلق است — بالاترین جریان لحظه‌ای که LED می‌تواند بدون آسیب فوری تحمل کند. 32mA استفاده شده در تست شدت نور یک شرایط عملیاتی معمولی برای اندازه‌گیری در یک سیستم مالتی‌پلکس (سیکل وظیفه 1/16) است. جریانمتوسطدر آن حالت بسیار پایین‌تر است (32mA / 16 = 2mA). طراحی باید اطمینان حاصل کند که جریان‌های لحظه‌ای زیر 90mA باقی بمانند و جریان‌های متوسط هر نقطه زیر 13mA (کاهش رتبه برای دما) باقی بمانند.

9.2 چگونه باید مشخصه سیکل وظیفه 1/16 را تفسیر کنم؟

این نشان‌دهنده روش درایو مالتی‌پلکسینگ استاندارد است. برای کنترل 7 ردیف با 5 ستون، یک تکنیک متداول فعال کردن یک ردیف در یک زمان و چرخش سریع در تمام 7 ردیف است. اگر هر ردیف برای مدت زمان مساوی روشن باشد، برای 1/7 زمان فعال است. سیکل وظیفه 1/16 یک شرایط تست استاندارد و محافظه‌کارانه است که امکان مقایسه بین نمایشگرهای مختلف را فراهم می‌کند، حتی اگر طرح مالتی‌پلکسینگ واقعی در کاربرد شما 1/7 یا 1/8 سیکل وظیفه باشد.

9.3 چرا ولتاژ مستقیم به صورت یک بازه (حداقل 2.05V، معمولی/حداکثر 2.6V) ارائه شده است؟

ولتاژ مستقیم (V_F) به دلیل تلرانس‌های ساخت در ماده نیمه‌هادی دارای تغییرات طبیعی است. طراحی مدار باید این بازه را در خود جای دهد. مقاومت محدودکننده جریان باید با استفاده از مقدارحداکثر V_F(2.6V) محاسبه شود تا تضمین شود که حتی دستگاهی با V_Fبالا ولتاژ کافی برای روشن شدن و دستیابی به جریان مورد نظر دریافت می‌کند. استفاده از مقدار معمولی برای محاسبه خطر کم‌درایو کردن برخی واحدها را دارد.

10. مثال طراحی و مورد استفاده

سناریو:طراحی یک خوانش دمای تک رقمی برای یک کنترلر صنعتی که در محیطی تا 50 درجه سانتی‌گراد کار می‌کند.

1. مجموعه کاراکترها:ماتریکس 5x7 می‌تواند اعداد 0-9 و حروفی مانند "C" برای سلسیوس را نمایش دهد.
2. انتخاب درایور:یک میکروکنترلر با حداقل 12 پین I/O یا یک IC درایور نمایشگر اختصاصی (مانند MAX7219) برای مدیریت زمان‌بندی مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود.
3. محاسبه جریان:برای روشنایی خوب، یک جریان نقطه متوسط هدف قرار دهید. فرض کنید 8mA متوسط را انتخاب می‌کنیم. در 50 درجه سانتی‌گراد، کاهش رتبه اعمال می‌شود: کاهش رتبه = (50°C - 25°C) * 0.17 mA/°C = 4.25 mA. حداکثر جریان متوسط مجاز در 50°C = 13 mA - 4.25 mA = 8.75 mA. هدف ما 8mA ایمن است.
4. محاسبه مقاومت:برای مالتی‌پلکس 1/7 (7 ردیف)، جریان پیک هر نقطه باید 8mA * 7 = 56mA باشد تا به متوسط 8mA دست یابد. این زیر رتبه پیک 90mA است. با استفاده از منبع تغذیه 5V و V_F(max)=2.6V، مقاومت محدودکننده جریان R = (5V - 2.6V) / 0.056A ≈ 42.9Ω است. یک مقاومت استاندارد 43Ω استفاده می‌شود.
5. چیدمان PCB:فوت‌پرینت نمایشگر با نقشه ابعاد مطابقت خواهد داشت. فضای کافی اطراف پکیج برای جریان هوا باقی گذاشته می‌شود.

11. اصل عملکرد

LTP-747KA بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی دیود اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها از لایه AlInGaP نوع n با حفره‌های لایه نوع p بازترکیب می‌شوند. این رویداد بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP (آلومینیوم، ایندیوم، گالیم، فسفر) انرژی گاف نوار نیمه‌هادی را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند — در این مورد، نارنجی-قرمز در حدود 621 نانومتر. چیپ‌ها روی یک زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) نصب شده‌اند که به انعکاس نور به سمت بالا کمک می‌کند و بازده استخراج نور کلی از سطح بالایی دستگاه را بهبود می‌بخشد. ماتریکس 5x7 توسط LEDهای قابل آدرس‌دهی منفردی تشکیل شده است که در این الگوی شبکه چیده شده‌اند و از طریق مدارات مالتی‌پلکسینگ خارجی کنترل می‌شوند که به سرعت برق را از طریق ردیف‌ها و ستون‌ها دنبال می‌کنند تا توهم یک کاراکتر پایدار و کاملاً روشن را ایجاد کنند.

12. روندها و زمینه فناوری

فناوری LED AlInGaP، همانطور که در LTP-747KA استفاده شده است، نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به مواد LED قبلی مانند GaAsP بود. این امکان روشنایی بالاتر، بازدهی بهبود یافته و پایداری دمایی بهتر را فراهم کرد و LEDها را برای طیف وسیع‌تری از کاربردهای نشانگر و نمایشگر قابل استفاده ساخت. روند در فناوری نمایشگر از آن زمان به سمت ماتریکس‌های نقطه‌ای با چگالی بالاتر، ماتریکس‌های RGB تمام رنگی و پذیرش گسترده نمایشگرهای LED آلی (OLED) و میکرو-LED برای صفحه‌نمایش‌های با وضوح بالا حرکت کرده است. با این حال، نمایشگرهای الفبایی-عددی ماتریکس نقطه‌ای تک و چند رقمی مانند فرمت 5x7 برای رابط‌های مقرون‌به‌صرفه، قابل اطمینان و به راحتی قابل خواندن در زمینه‌های صنعتی، لوازم خانگی و ابزار دقیق که قابلیت گرافیکی کامل مورد نیاز نیست، همچنان بسیار مرتبط هستند. اصول درایو اساسی — مالتی‌پلکسینگ و کنترل جریان — صرف نظر از مقیاس یا فناوری، برای طراحی نمایشگر LED اساسی باقی می‌مانند.