دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-3862JR - ارتفاع رقم 0.3 اینچ - قرمز سوپر AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-3862JR یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی دو رقمی با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به نمایش واضح کاراکترها دارند. عملکرد اصلی آن نمایش کاراکترهای الفبایی (حروف و اعداد) با استفاده از پیکربندی 17 سگمنت برای هر رقم است که انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به نمایشگرهای استاندارد 7 سگمنت ارائه می‌دهد. این دستگاه از تراشه‌های پیشرفته LED قرمز سوپر AS-AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی زیرلایه GaAs به روش اپیتاکسی رشد داده شده‌اند. این فناوری به دلیل بازدهی بالا و خواص درخشندگی عالی شناخته شده است. طراحی بصری آن دارای صفحه سیاه با سگمنت‌های سفید است که به طور قابل توجهی کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. نمایشگر از نظر شدت نور دسته‌بندی شده است که ثبات روشنایی در بین دسته‌های تولید را تضمین می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این نمایشگر از طراحی و فناوری نیمه‌هادی آن نشأت می‌گیرد. سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته، ظاهری صاف و جذاب برای کاراکترها ایجاد می‌کنند بدون اینکه شکاف یا ناپیوستگی قابل مشاهده‌ای وجود داشته باشد. این نمایشگر با نیازهای توان پایین کار می‌کند و آن را برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. ترکیب روشنایی بالا و کنتراست بالا، خوانایی را حتی در محیط‌های پرنور تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده امکان خواندن اطلاعات نمایش داده شده را از موقعیت‌های مختلف نسبت به سطح نمایشگر فراهم می‌کند. قابلیت اطمینان حالت جامد فناوری LED، در مقایسه با سایر انواع نمایشگر مانند فلورسنت خلاء یا رشته‌ای، عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش ارائه می‌دهد.

این محصول معمولاً برای بازارها و کاربردهایی هدف‌گیری شده است که در آنها نمایش الفبایی-عددی فشرده، قابل اطمینان و واضح ضروری است. کاربردهای رایج شامل پنل‌های ابزار دقیق صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، دستگاه‌های پزشکی، ترمینال‌های فروش (POS)، نمایشگرهای داشبورد خودرو (برای اطلاعات کمکی) و انواع الکترونیک مصرفی است که در آنها نیاز به نمایش وضعیت یا داده‌های عددی وجود دارد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

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

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. «««میانگین شدت نور هر سگمنت»»»میانگین شدت نور هر سگمنتبا حداقل 200 میکروکاندلا، مقدار معمول 600 میکروکاندلا و بدون حداکثر مشخص شده، هنگامی که با جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود، مشخص شده است. این پارامتر روشنایی درک شده هر سگمنت مجزا را تعریف می‌کند. «««نسبت تطابق شدت نور»»»نسبت تطابق شدت نورحداکثر 2:1 مشخص شده است. این یک پارامتر حیاتی برای یکنواختی نمایشگر است؛ به این معنی که روشنایی کم‌نورترین سگمنت در شرایط یکسان، کمتر از نصف روشنایی درخشان‌ترین سگمنت نخواهد بود و ظاهری یکنواخت در بین تمام سگمنت‌های یک کاراکتر را تضمین می‌کند.

ویژگی‌های رنگی توسط پارامترهای طول موج، اندازه‌گیری شده در I_F=20mA تعریف می‌شوند. «««طول موج تابش اوج (λطول موج تابش اوج (λ_p)639 نانومتر است که در ناحیه قرمز طیف مرئی قرار دارد. «««طول موج غالب (λطول موج غالب (λ_d)631 نانومتر است. تفاوت بین طول موج اوج و غالب مربوط به شکل طیف تابش است. «««نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)»»»نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)20 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا گستردگی طول‌موج‌های نور تابش‌شده حول نقطه اوج است.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی دستگاه را تعریف می‌کنند. «««ولتاژ مستقیم هر سگمنت (Vولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F)در جریان تست 20mA از 2.0V تا 2.6V متغیر است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار راه‌انداز می‌تواند ولتاژ کافی برای غلبه بر این مقدار فراهم کند، که معمولاً با استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان یا درایور جریان ثابت انجام می‌شود. «««جریان معکوس هر سگمنت (Iجریان معکوس هر سگمنت (I_R)حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت است که نشان‌دهنده سطح نشتی هنگامی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.

«««حداکثر مقادیر مطلق ریتینگ»»»حداکثر مقادیر مطلق ریتینگمرزهای عملیات ایمن را تعیین می‌کنند. «««جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت»»»جریان مستقیم پیوسته هر سگمنتدر دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالاتر از آن دما. این به این معنی است که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. «««جریان مستقیم اوج»»»جریان مستقیم اوج90 میلی‌آمپر است اما تنها تحت شرایط پالسی خاص: چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. این امکان استفاده از طرح‌های مالتی‌پلکس را فراهم می‌کند که در آنها می‌توان از جریان لحظه‌ای بالاتر برای دستیابی به روشنایی درک شده استفاده کرد در حالی که اتلاف توان متوسط پایین نگه داشته می‌شود. «««اتلاف توان هر سگمنت»»»اتلاف توان هر سگمنتبه 70 میلی‌وات محدود شده است.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

این دستگاه برای یک «««محدوده دمای عملیاتی»»»محدوده دمای عملیاتیاز 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد و یک «««محدوده دمای ذخیره‌سازی»»»محدوده دمای ذخیره‌سازییکسان ریت شده است. این محدوده گسترده آن را برای کاربردها در محیط‌های خشن، چه صنعتی و چه خودرویی مناسب می‌سازد. کاهش جریان مستقیم با دما، همانطور که ذکر شد، یک ملاحظه مستقیم مدیریت حرارتی است. دیتاشیت همچنین شرایط لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: دستگاه می‌تواند دمای 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند، که یک راهنمای پروفیل معمول لحیم‌کاری رفلو است.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LTP-3862JR در یک بسته‌بندی استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود. دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق (ابعاد بسته) است. ویژگی‌های مکانیکی کلیدی شامل فوت‌پرینت کلی، ارتفاع بسته، فاصله بین دو رقم، و مکان دقیق و قطر سوراخ‌ها یا پایه‌های نصب است. نقشه مشخص می‌کند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر است، با تلرانس استاندارد ±0.25mm مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این اطلاعات برای طراحان چیدمان PCB (برد مدار چاپی) حیاتی است تا اطمینان حاصل کنند که فوت‌پرینت فیزیکی روی برد با نمایشگر مطابقت دارد و فضای کافی در اطراف قطعه وجود دارد.

3.1 پیکربندی پایه‌ها و مدار داخلی

این دستگاه در مجموع 20 پایه دارد. به صورت یک نوع «««آند مشترک مالتی‌پلکس»»»آند مشترک مالتی‌پلکسپیکربندی شده است. این به این معنی است که آندهای LEDهای هر رقم به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند. آند مشترک رقم 1 روی پایه 4 و آند مشترک رقم 2 روی پایه 10 قرار دارد. کاتدهای هر سگمنت مجزا (از A تا U، به علاوه DP برای نقطه اعشار) به پایه‌های جداگانه آورده شده‌اند. این معماری مالتی‌پلکس شده امکان کنترل دو رقم را با خطوط درایور کمتر نسبت به حالتی که هر سگمنت به طور مستقل آدرس‌پذیر باشد فراهم می‌کند. یک نمودار مدار داخلی معمولاً این اتصالات آند مشترک برای هر رقم و نحوه سازماندهی کاتدهای سگمنت را نشان می‌دهد. جدول اتصال پایه‌ها برای سیم‌کشی صحیح نمایشگر به یک میکروکنترلر یا IC درایور ضروری است.

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 دستگاه‌هایی شامل موارد زیر خواهد بود:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V): این نمودار رابطه غیرخطی بین ولتاژ دو سر LED و جریان عبوری از آن را نشان می‌دهد. به طراحان کمک می‌کند تا مقدار مقاومت محدودکننده جریان مناسب را برای یک ولتاژ تغذیه مشخص انتخاب کنند.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم: این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد. معمولاً در یک محدوده خطی است اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به اشباع برسد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط: این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال LED کاهش می‌یابد. درک این کاهش برای کاربردهایی که در دمای محیط بالا کار می‌کنند حیاتی است.
• توزیع طیفی: نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که شکل طیف نور تابش‌شده را نشان می‌دهد و حول طول موج اوج 639 نانومتر متمرکز است.

این منحنی‌ها درک ظریف‌تری از رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد یا متغیر، فراتر از داده‌های تک نقطه‌ای در جداول، به طراحان ارائه می‌دهند.

5. راهنمایی‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

5.1 طراحی مدار راه‌انداز

برای راه‌اندازی این نمایشگر آند مشترک مالتی‌پلکس، یک مدار درایور مورد نیاز است. این معمولاً شامل استفاده از یک میکروکنترلر با پایه‌های I/O کافی یا یک IC درایور LED اختصاصی می‌شود. آندهای مشترک (پایه‌های 4 و 10) از طریق ترانزیستورهای منبع جریان یا مستقیماً (اگر پایه‌های MCU بتوانند جریان کافی را تأمین کنند) به میکروکنترلر متصل می‌شوند. کاتدهای سگمنت (پایه‌های 1-3، 5-9، 11-13، 15-20) به درایورهای سینک جریان (مانند آرایه ترانزیستور یا IC درایور) متصل می‌شوند. مالتی‌پلکس کردن با روشن کردن متوالی آند مشترک یک رقم در هر زمان، در حالی که الگوی سگمنت آن رقم روی خطوط کاتد ارائه می‌شود، به دست می‌آید. این چرخه باید به اندازه کافی سریع (معمولاً >60 هرتز) اتفاق بیفتد تا از لرزش قابل مشاهده جلوگیری شود. ریتینگ جریان اوج اجازه استفاده از جریان‌های لحظه‌ای بالاتر را در طول زمان روشن بودن کوتاه هر رقم می‌دهد تا روشنایی متوسط درک شده بالاتری حاصل شود.

5.2 مدیریت حرارتی و لحیم‌کاری

در حالی که LEDها کارآمد هستند، توان اتلاف شده (تا 70 میلی‌وات برای هر سگمنت) می‌تواند منجر به گرمایش شود، به ویژه هنگامی که چندین سگمنت به طور همزمان روشن هستند. ممکن است مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی برای پایه‌های آند مشترک به عنوان هیت‌سینک در نظر گرفته شود. رعایت دقیق پروفیل لحیم‌کاری (260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه) برای جلوگیری از آسیب به اپوکسی داخلی، باندهای سیم یا خود دی نیمه‌هادی در طول مونتاژ ضروری است.

5.3 یکپارچه‌سازی نوری

طراحی صفحه سیاه/سگمنت سفید کنتراست بالایی ارائه می‌دهد. برای بهبود بیشتر در نور محیطی روشن، می‌توان از فیلتر کنتراست یا یک پنجره پوششی تیره استفاده کرد. زاویه دید گسترده نیاز به تراز دقیق بیننده با خط عمود بر نمایشگر را از بین می‌برد. طراحان باید فاصله مشاهده مورد نظر و سطوح نور محیطی را هنگام انتخاب جریان‌های راه‌اندازی در نظر بگیرند تا خوانایی بهینه بدون مصرف توان غیرضروری تضمین شود.

6. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی LTP-3862JR استفاده از فناوری «««قرمز سوپر AlInGaP»»»قرمز سوپر AlInGaPو معماری «««17 سگمنت»»»17 سگمنتآن است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده درخشندگی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در جریان یکسان یا مصرف توان کمتر برای روشنایی یکسان می‌شود. قالب 17 سگمنت، در مقایسه با یک نمایشگر استاندارد 7 سگمنت، امکان نمایش خوانای کل الفبا (الفبایی-عددی) را به جای فقط اعداد و چند حرف فراهم می‌کند و دامنه کاربرد آن را به طور قابل توجهی گسترش می‌دهد. دسته‌بندی برای شدت نور نکته کلیدی دیگری است که سطحی از ثبات روشنایی را ارائه می‌دهد که برای نمایشگرهای چند رقمی که در آنها روشنایی ناهموار از نظر بصری آزاردهنده است، مهم می‌باشد.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: نسبت تطابق شدت نور 2:1 برای طراحی من چه معنایی دارد؟

ج: این تضمین‌کننده یکنواختی بصری است. در بدترین حالت، یک سگمنت کم‌نورتر از نصف روشنایی سگمنت دیگری که به طور یکسان راه‌اندازی شده است نخواهد بود. این از ظاهر شدن برخی کاراکترها یا بخش‌هایی از کاراکترها به طور محسوسی کم‌نورتر از بقیه جلوگیری می‌کند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً با یک میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟

ج: برای سگمنت‌ها نه به طور مستقیم. ولتاژ مستقیم 2.0-2.6 ولت است. اتصال مستقیم یک پایه MCU 5 ولتی به کاتد یک سگمنت (از طریق یک مقاومت)، هنگامی که پایه MCU در حالت HIGH است، تقریباً 5 ولت بایاس معکوس به LED اعمال می‌کند که از ریتینگ ولتاژ معکوس 8 ولت فراتر رفته و می‌تواند به LED آسیب برساند. شما باید از مدار درایور مناسب (ترانزیستورها یا ICهای درایور) برای واسط‌سازی سطوح منطقی MCU با نیازهای جریان LED استفاده کنید.

س: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان را محاسبه کنم؟

ج: از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F. برای یک منبع تغذیه 5 ولت، یک V_Fمعمول 2.3 ولت، و یک I_Fمورد نظر 20 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.3) / 0.02 = 135 اهم. از مقدار استاندارد بعدی (مثلاً 150 اهم) استفاده کنید که جریان کمی پایین‌تر و کاملاً در محدوده عملیاتی ایمن می‌دهد.

س: هدف از ریتینگ جریان مستقیم اوج چیست؟

ج: این امکان مالتی‌پلکس کردن را فراهم می‌کند. در یک تنظیم مالتی‌پلکس، هر رقم تنها برای کسری از زمان روشن است (مثلاً چرخه کاری 1/2 برای دو رقم). برای دستیابی به روشنایی متوسط مورد نظر، می‌توانید از جریان لحظه‌ای بالاتر در طول زمان روشن بودن کوتاه آن استفاده کنید. ریتینگ اوج 90 میلی‌آمپر (در پالس 0.1 میلی‌ثانیه، چرخه کاری 1/10) این اجازه را می‌دهد. جریان متوسط هنوز باید با رعایت ریتینگ جریان پیوسته، وقتی در طول زمان محاسبه می‌شود، باشد.

8. مثال کاربردی عملی

سناریو: طراحی یک شمارنده ساده دو رقمی با رابط میکروکنترلر.

یک مورد طراحی شامل یک میکروکنترلر 8 بیتی (مانند ATmega328P) خواهد بود. دو تا از پایه‌های I/O آن به عنوان خروجی برای راه‌اندازی آندهای مشترک (رقم 1 و رقم 2) از طریق ترانزیستورهای کوچک NPN (مانند 2N3904) پیکربندی می‌شوند تا جریان مورد نیاز برای تمام سگمنت‌های روشن در یک رقم را تأمین کنند. هشت پایه I/O دیگر برای راه‌اندازی کاتدهای سگمنت از طریق یک IC درایور سینک جریان مانند آرایه دارلینگتون ULN2003A استفاده می‌شود که می‌تواند جریان‌های ترکیبی سگمنت‌ها را تحمل کند. فرم‌ور یک متغیر شمارنده را نگهداری می‌کند. دهگان و یکان را جدا می‌کند، هر کدام را به یک الگوی 17 سگمنت تبدیل می‌کند (با استفاده از یک جدول جستجو)، و سپس به طور متناوب ترانزیستور رقم 1 را در حالی که الگوی رقم یکان را خروجی می‌دهد فعال می‌کند، سپس رقم 2 را در حالی که الگوی رقم دهگان را خروجی می‌دهد فعال می‌کند، در یک حلقه پیوسته با تأخیر کوتاه. مقاومت‌های محدودکننده جریان می‌توانند در سمت آند مشترک (ساده‌تر، یک مقاومت برای هر رقم) یا سمت کاتد سگمنت (کنترل دقیق‌تر برای هر سگمنت، مقاومت‌های بیشتر) قرار داده شوند.

9. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

اصل عملکرد اساسی بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی است. ماده نیمه‌هادی AlInGaP دارای یک انرژی گاف باند خاص است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه پیوند (ولتاژ مستقیم V_F) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به داخل پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک نیمه‌هادی با گاف باند مستقیم مانند AlInGaP، این انرژی عمدتاً به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج (رنگ) نور تابش‌شده توسط انرژی گاف باند ماده تعیین می‌شود. طرح‌بندی 17 سگمنت یک آرایش هندسی از دی‌های LED مجزا یا مناطق تراشه در داخل بسته است که هر کدام مربوط به یک سگمنت از کاراکتر می‌باشد. اتصالات الکتریکی از طریق باندهای سیم به کنتاکت‌های آند و کاتد برقرار می‌شوند که به پایه‌های خارجی بسته هدایت شده‌اند.

10. روندهای فناوری

فناوری نمایشگر به طور مداوم در حال تکامل است. در حالی که فناوری AlInGaP در این دیتاشیت یک راه‌حل با عملکرد بالا برای رنگ‌های قرمز/نارنجی/زرد نشان می‌دهد، روندهای گسترده‌تر شامل پذیرش مواد و ساختارهای حتی کارآمدتر است. برای نمایشگرهای تمام رنگی یا سفید، LEDهای آبی و سبز مبتنی بر InGaN (ایندیم گالیم نیترید) غالب هستند. همواره تلاش به سمت کارایی درخشندگی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) وجود دارد که امکان نمایشگرهای روشن‌تر یا مصرف انرژی کمتر را فراهم می‌کند. مینیاتوری‌سازی روند دیگری است، با بسته‌بندی در مقیاس تراشه و اندازه دی کوچک‌تر که امکان نمایشگرهایی با وضوح بالاتر یا همان وضوح در یک فوت‌پرینت کوچک‌تر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، راه‌حل‌های یکپارچه رایج‌تر می‌شوند، جایی که مدار درایور LED، میکروکنترلر و گاهی حتی خود نمایشگر در یک ماژول واحد یا نمایشگر هوشمند ترکیب می‌شوند و فرآیند طراحی برای تولیدکنندگان محصول نهایی را ساده می‌کنند. مزایای اصلی قابلیت اطمینان حالت جامد، توان پایین و زاویه دید گسترده همچنان اساسی هستند و با این پیشرفت‌های مواد و یکپارچه‌سازی تقویت می‌شوند.