دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-3861JR - ارتفاع رقم 0.3 اینچ - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - رنگ قرمز سوپر - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-3861JR یک ماژول نمایشگر LED تک رقمی و 7-بخشی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و روشن طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری کاراکترهای عددی (0-9) و برخی نمادهای محدود الفبایی-عددی از طریق روشن کردن انتخابی هفت بخش مجزا و یک نقطه اعشار اختیاری است.

فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED استفاده می‌کند. این سیستم ماده برای تولید LED‌های قرمز و کهربایی با بازدهی بالا شناخته شده است. تراشه‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید) ساخته می‌شوند که با به حداقل رساندن پراکندگی و بازتاب داخلی نور، به بهبود کنتراست کمک می‌کند. دستگاه دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری و بخش‌هایی به رنگ سفید است که کنتراست و خوانایی بخش‌های قرمز روشن در برابر پس‌زمینه را افزایش می‌دهد.

نمایشگر بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که واحدها باین شده یا آزمایش می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که معیارهای روشنایی خاصی را برآورده می‌کنند و در نتیجه عملکرد یکنواختی را برای دسته‌های تولیدی فراهم می‌کنند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• ابعاد فشرده:دارای ارتفاع رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است که آن را برای پنل‌ها و دستگاه‌های با محدودیت فضا مناسب می‌سازد.
• کیفیت نوری:بخش‌های یکنواخت و پیوسته‌ای را ارائه می‌دهد که ظاهری صاف و حرفه‌ای برای کاراکتر ایجاد می‌کند، بدون فاصله یا بی‌قاعدگی.
• عملکرد بالا:روشنایی بالا و کنتراست عالی را ارائه می‌دهد که دیدپذیری ممتازی را تضمین می‌کند.
• زاویه دید گسترده:خوانایی واضحی را از طیف وسیعی از زوایا فراهم می‌کند.
• مصرف توان پایین:با نیازمندی توان پایین طراحی شده است که آن را بهینه از نظر انرژی می‌سازد.
• قابلیت اطمینان:از قابلیت اطمینان حالت جامد بدون قطعات متحرک بهره می‌برد که منجر به طول عمر عملیاتی طولانی می‌شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد خارج از این محدودیت‌ها توصیه نمی‌شود.

• توان تلف شده در هر بخش:حداکثر 70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به صورت حرارت توسط یک بخش LED به طور ایمن تلف شود.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:حداکثر 90 میلی‌آمپر. این تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:حداکثر 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان باید به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد، با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد، کاهش یابد.
• ولتاژ معکوس در هر بخش:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند پیوند PN LED را خراب کند.
• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• محدوده دمای نگهداری:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن قطعه.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد عملیاتی معمول را تعریف می‌کنند.

• شدت نور متوسط (I_V):در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر، از 200 میکروکاندلا (حداقل) تا 600 میکروکاندلا (حداکثر) متغیر است. این معیار روشنایی درک شده توسط چشم انسان است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):معمولاً 639 نانومتر در I_F=20mA. این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری در بیشترین مقدار است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):معمولاً 20 نانومتر در I_F=20mA. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای رنگ تک‌فام‌تر است.
• طول موج غالب (λ_d):معمولاً 631 نانومتر در I_F=20mA. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (قرمز سوپر) را تعریف می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در هر بخش (V_F):در I_F=20mA، از 2.0 ولت (حداقل) تا 2.6 ولت (حداکثر) متغیر است. این افت ولتاژ در دو سر LED هنگام کار است.
• جریان معکوس در هر بخش (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این جریان نشتی کوچک هنگامی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):حداکثر 2:1 در I_F=1mA. این حداکثر تغییرات مجاز روشنایی بین بخش‌های مختلف درون یک دستگاه را مشخص می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

توجه: اندازه‌گیری شدت نور از منحنی استاندارد پاسخ چشم CIE (کمیسیون بین‌المللی روشنایی) پیروی می‌کند.

3. سیستم باینینگ و دسته‌بندی

LTS-3861JR از یک سیستم دسته‌بندی عمدتاً برایشدت نوراستفاده می‌کند. این بدان معناست که در طول تولید، دستگاه‌ها بر اساس روشنایی اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (معمولاً 1mA یا 20mA) آزمایش و در باین‌ها یا دسته‌های مختلف مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت را برای کاربردهای خود انتخاب کنند و از تغییرات محسوس در شدت نمایش در چندین رقم در یک نمایشگر چند رقمی جلوگیری کنند. دیتاشیت یک محدوده (600-200 میکروکاندلا) را مشخص می‌کند و محصولات تضمین می‌شوند که در زیرمحدوده‌های مشخص شده درون این محدوده قرار گیرند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمولی اشاره می‌کند که برای طراحی حیاتی هستند. در حالی که در متن ارائه شده نمایش داده نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I_F-V_F):رابطه نمایی را نشان می‌دهد. برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_V-I_F):نشان می‌دهد که روشنایی چگونه با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً در یک رابطه تقریباً خطی در محدوده عملیاتی قبل از افت بازدهی.
• شدت نور در مقابل دمای محیط (منحنی I_V-T_a):کاهش خروجی نور را با افزایش دمای پیوند نشان می‌دهد که اهمیت مدیریت حرارتی و کاهش جریان را برجسته می‌سازد.
• توزیع طیفی:نموداری که توان نوری نسبی را در طول‌موج‌ها نشان می‌دهد، حول پیک 639 نانومتر متمرکز شده و عرض آن توسط نیم‌عرض 20 نانومتر تعریف می‌شود.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی

دستگاه دارای طرح کلی پکیج مشخصی است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر (mm) با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. ابعاد کلیدی شامل ارتفاع کلی، عرض و عمق پکیج، اندازه پنجره رقم و فاصله بین بخش‌ها می‌شود.

5.2 پیکربندی پایه‌ها و مدار داخلی

LTS-3861JR یک دستگاه باآند مشترکاست. این بدان معناست که آندهای تمام بخش‌های LED (A تا G و DP) به صورت داخلی به هم متصل شده و به پایه‌های مشترک (پایه 1 و پایه 6) آورده شده‌اند. کاتد هر بخش به یک پایه مجزا آورده شده است. برای روشن کردن یک بخش، پایه کاتد متناظر آن باید به سطح منطقی پایین (زمین) متصل شود در حالی که پایه آند مشترک در ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) نگه داشته می‌شود.

جدول اتصال پایه‌ها:

1: آند مشترک

2: کاتد F

3: کاتد G

4: کاتد E

5: کاتد D

6: آند مشترک

7: کاتد D.P. (نقطه اعشار)

8: کاتد C

9: کاتد B

10: کاتد A

نمودار مدار داخلی، اتصال الکتریکی 7 بخش (A, B, C, D, E, F, G) و نقطه اعشار (DP) با دو نود آند مشترک را نشان می‌دهد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

رعایت مشخصات لحیم‌کاری برای جلوگیری از آسیب بسیار مهم است.

• لحیم‌کاری رفلو:حداکثر دمای مجاز لحیم 260 درجه سانتی‌گراد است. قطعه نباید بیش از 3 ثانیه در معرض این دمای پیک قرار گیرد. دما در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر زیر بدنه قطعه (صفحه نشیمن روی PCB) اندازه‌گیری می‌شود.
• لحیم‌کاری دستی:در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمایی استفاده شود و زمان تماس با هر پایه به حداقل برسد تا از انتقال حرارت بیش از حد به تراشه LED جلوگیری شود.
• شرایط نگهداری:دستگاه‌ها باید در محدوده دمای نگهداری مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک نگهداری شوند تا از جذب رطوبت که می‌تواند باعث \"پاپ کورن شدن\" در طول رفلو شود، جلوگیری گردد.

7. پیشنهادات کاربرد

7.1 سناریوهای کاربرد معمول

• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، اسیلوسکوپ‌ها، منبع تغذیه‌ها.
• الکترونیک مصرفی:تقویت‌کننده‌های صوتی، رادیو ساعت‌دار، لوازم آشپزخانه.
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها، نشانگرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر.
• بازار جانبی خودرو:گیج‌ها و ماژول‌های نمایش (ملاحظات دمای گسترده را در نظر بگیرید).

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:یک مقاومت سری برای هر اتصال آند مشترک برای محدود کردن جریان عبوری از بخش‌ها الزامی است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای طراحی ایمن، از حداکثر V_Fاز دیتاشیت استفاده کنید.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چند رقمی، از تکنیک مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود که در آن ارقام به سرعت یکی پس از دیگری روشن می‌شوند. جریان پیک در هر بخش می‌تواند بالاتر باشد (تا رتبه پالسی 90mA) تا کاهش چرخه کاری جبران شود و روشنایی درک شده بالاتری حاصل گردد.
• مدارهای درایور:از IC درایور LED اختصاصی یا پایه‌های GPIO میکروکنترلر با قابلیت سینک/سورس جریان کافی استفاده کنید. برای آند مشترک، درایور باید جریان را سینک کند (به زمین متصل شود).
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما جهت نصب نهایی نسبت به کاربر را در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTS-3861JR عمدتاً از طریق استفاده از فناوریAlInGaPدر مقایسه با LED‌های قدیمی GaAsP یا استاندارد GaP خود را متمایز می‌کند. مزایای کلیدی شامل موارد زیر است:

• بازدهی و روشنایی بالاتر:LED‌های AlInGaP شدت نور به مراتب بالاتری را برای همان جریان درایو فراهم می‌کنند.
• اشباع رنگ بهتر:رنگ \"قرمز سوپر\" در مقایسه با LED‌های قرمز استاندارد، زنده‌تر و خالص‌تر است.
• پایداری دمایی بهبود یافته:AlInGaP به طور کلی تغییرات کمتری در طول موج و شدت با تغییرات دما در مقایسه با برخی فناوری‌های قدیمی‌تر نشان می‌دهد.
• ارتفاع رقم 0.3 اینچی تعادلی بین خوانایی و فضای برد ارائه می‌دهد و بین نمایشگرهای کوچک‌تر 0.2 اینچی و بزرگ‌تر 0.5 یا 0.56 اینچی قرار می‌گیرد.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

سوال 1: تفاوت بین \"طول موج پیک\" و \"طول موج غالب\" چیست؟

پاسخ 1: طول موج پیک جایی است که توان خروجی نوری از نظر فیزیکی در بیشترین مقدار است. طول موج غالب، طول موج واحدی است که درک رنگی یکسانی را برای چشم انسان ایجاد می‌کند. برای LED‌ها، این دو اغلب نزدیک اما به دلیل شکل طیف تابش، یکسان نیستند.

سوال 2: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 2: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. اتصال مستقیم احتمالاً از حداکثر جریان پیوسته (25mA) فراتر رفته و LED را از بین می‌برد. مقدار مقاومت را بر اساس ولتاژ منبع شما (مثلاً 5V)، ولتاژ مستقیم LED (~2.6V حداکثر) و جریان عملیاتی مورد نظرتان (مثلاً 20-10mA) محاسبه کنید.

سوال 3: چرا دو پایه آند مشترک (پایه 1 و پایه 6) وجود دارد؟

پاسخ 3: این یک طراحی رایج برای تقارن مکانیکی و الکتریکی است. به توزیع یکنواخت‌تر جریان کمک می‌کند و انعطاف‌پذیری در مسیریابی PCB فراهم می‌کند. به صورت داخلی، این دو به هم متصل هستند. شما می‌توانید از هر یک استفاده کنید یا هر دو را به منبع مثبت خود متصل نمایید.

سوال 4: چگونه تلفات توان را برای طراحی حرارتی محاسبه کنم؟

پاسخ 4: برای یک بخش واحد: P_d= V_F* I_F. به عنوان مثال، در I_F=20mA و V_F=2.5V، P_d= 50mW خواهد بود که کمتر از حداکثر 70mW است. در یک نمایشگر مالتی‌پلکس با چند بخش روشن، برای بدترین حالت محاسبه کنید (مثلاً رقم \"8\" با تمام 7 بخش روشن).

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نمایشگر 4 رقمی ولت‌متر.

یک طراح در حال ساخت یک ماژول ولت‌متر فشرده است. او چهار نمایشگر LTS-3861JR را انتخاب می‌کند. برای صرفه‌جویی در پایه‌های I/O میکروکنترلر، نمایشگرها را در پیکربندی مالتی‌پلکس سیم‌کشی می‌کند: تمام کاتدهای بخش متناظر (A, B, C,...) در چهار رقم به هم متصل می‌شوند. آند مشترک هر رقم توسط یک سوئیچ ترانزیستوری مجزا کنترل می‌شود. میکروکنترلر به صورت چرخه‌ای آند یک رقم را در هر زمان روشن می‌کند در حالی که الگوی بخش برای آن رقم را خروجی می‌دهد. برای حفظ روشنایی با چرخه کاری 1/4، جریان بخش در زمان فعال آن افزایش می‌یابد، اما در محدوده رتبه جریان پالسی نگه داشته می‌شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی خطوط آند مشترک (قبل از ترانزیستورها) قرار می‌گیرند. فناوری AlInGaP اطمینان می‌دهد که نمایشگر حتی در نور محیطی نسبتاً روشن نیز به وضوح قابل خواندن باقی بماند.

11. معرفی اصل فناوری

یک LED (دیود نورافشان) یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد، الکترون‌ها از ناحیه نوع n با حفره‌های ناحیه نوع p در لایه فعال بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP یک نیمه‌هادی مرکب است که گاف نواری آن را می‌توان با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر برای تولید نور در طیف قرمز، نارنجی و کهربایی تنظیم کرد. اصطلاح \"قرمز سوپر\" نشان‌دهنده یک نقطه رنگی قرمز خاص و با خلوص بالا است. زیرلایه غیرشفاف GaAs نورهای پراکنده را جذب می‌کند و با جلوگیری از بازتاب آن از طریق تراشه و محو کردن حالت تاریک (خاموش) بخش‌ها، کنتراست را بهبود می‌بخشد.

12. روندها و تکامل فناوری

در حالی که نمایشگرهای 7-بخشی گسسته مانند LTS-3861JR برای کاربردهای خاص همچنان مرتبط هستند، روندهای گسترده‌تر در فناوری نمایشگر شامل موارد زیر است:

• یکپارچه‌سازی:حرکت به سمت ماژول‌های چند رقمی با درایور IC یکپارچه، که رابط را برای میکروکنترلرها ساده می‌کند (مانند ارتباط SPI یا I2C).
• پیشرفت‌های مواد:تحقیقات مداوم در مورد موادی مانند GaN (برای آبی/سبز/سفید) و بهبودهای در AlInGaP و InGaN (برای قرمز) همچنان به افزایش بازدهی (لومن بر وات) و قابلیت اطمینان ادامه می‌دهند.
• فناوری‌های جایگزین:در بسیاری از کاربردهای مصرفی، نمایشگرهای OLED یا LCD ماتریس نقطه‌ای به دلیل انعطاف‌پذیری در نمایش گرافیک و متن در حال جایگزینی LED‌های بخش‌بندی شده هستند. با این حال، LED‌های بخش‌بندی شده در کاربردهایی که نیازمند روشنایی بسیار بالا، زوایای دید گسترده، سادگی شدید و هزینه کم برای نمایش‌های صرفاً عددی هستند، مزایای قوی خود را حفظ می‌کنند.
• مینیاتوری‌سازی:تلاش مداومی برای کاهش گام پیکسل و افزایش چگالی وجود دارد، اگرچه اندازه 0.3 اینچی به دلیل نیازمندی‌های خوانایی، برای بسیاری از پنل‌های ابزار یک استاندارد باقی مانده است.