دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-4627KD-11 - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - قرمز هایپر (650 نانومتر) - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-4627KD-11 یک ماژول نمایشگر LED سه رقمی و هفت قسمتی با کارایی بالا است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و پرنور طراحی شده است. با ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر)، دید عالی ارائه می‌دهد. این دستگاه از تراشه‌های LED قرمز هایپر پیشرفته AS-AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی بستر GaAs به روش اپی‌تکسی رشد یافته‌اند. این فناوری به دلیل بازدهی بالا و خروجی پرنور شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید قطعات است که تضاد بالایی برای ظاهر بهینه کاراکتر تحت شرایط نوری مختلف فراهم می‌کند. اهداف اصلی طراحی آن مصرف توان پایین، قابلیت اطمینان حالت جامد و زاویه دید گسترده است که آن را برای ابزار دقیق صنعتی، الکترونیک مصرفی و تجهیزات آزمایشگاهی مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر دارای چندین مزیت کلیدی است که آن را در بازار متمایز می‌کند. قطعات یکنواخت و پیوسته آن نمایش عددی منسجم و حرفه‌ای بدون فاصله یا بی‌قاعدگی تضمین می‌کند. روشنایی بالا و نسبت تضاد بالا خوانایی را حتی در محیط‌های پرنور تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور دیده شود، حیاتی است. علاوه بر این، دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که واحدها بر اساس خروجی نورشان دسته‌بندی و مرتب می‌شوند که امکان روشنایی یکنواخت در بین چندین نمایشگر در یک محصول را فراهم می‌کند. بسته‌بندی بدون سرب، انطباق با مقررات زیست‌محیطی مانند RoHS را تضمین می‌کند. بازارهای هدف شامل پنل مترها، تجهیزات کنترل فرآیند، دستگاه‌های پزشکی، ابزارهای تشخیصی خودرو و هر کاربرد نیازمند نمایشگر عددی مالتی‌پلکس قابل اطمینان است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی دستگاه را طبق تعریف دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد این نمایشگر قرار دارد. رنگ اصلی قرمز هایپر است که با طول موج اوج تابش (λp) 650 نانومتر و طول موج غالب (λd) 639 نانومتر مشخص می‌شود که در جریان پیشرو (IF) 20mA اندازه‌گیری شده است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 20 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگ قرمز نسبتاً خالص است. بحرانی‌ترین پارامتر، شدت نور متوسط (Iv) است. در جریان پایین 1mA، شدت معمول 200 μcd (میکروکاندلا) است. در جریان عملیاتی استاندارد 10mA، شدت به طور قابل توجهی به مقدار معمول 750 μcd افزایش می‌یابد، با حداکثر مشخص شده تا 9750 μcd که قابلیت روشنایی بالای فناوری AlInGaP را نشان می‌دهد. نسبت تطابق شدت نور بین قطعات حداکثر 2:1 تحت شرایط نوری مشابه (IF=1mA) مشخص شده است که روشنایی یکنواخت در تمام قطعات یک رقم را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی مرزهای عملیاتی و نیازمندی‌های توان را تعریف می‌کنند. ولتاژ پیشرو هر قطعه (VF) معمولاً 2.6V است، با حداکثر 2.6V هنگام راه‌اندازی با 20mA. این ولتاژ نسبتاً پایین به اتلاف توان کلی کمتر کمک می‌کند. ریتینگ‌های حداکثر مطلق محدودیت‌های سخت تعیین می‌کنند: جریان پیشرو پیوسته هر قطعه 25 mA است و اتلاف توان هر قطعه نباید از 70 mW تجاوز کند. برای عملیات پالسی، جریان پیشرو پیک 90 mA تحت شرایط خاص (فرکانس 1kHz، چرخه وظیفه 18%) مجاز است. دستگاه می‌تواند ولتاژ معکوس (VR) تا 5V در هر قطعه را تحمل کند، با جریان معکوس (IR) کمتر از 100 μA در آن ولتاژ. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی بسیار گسترده است، از 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد که نشان‌دهنده استحکام برای محیط‌های خشن است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی و لحیم‌کاری

مدیریت حرارتی از طریق راهنمایی‌های کاهش ریتینگ (دریتینگ) القا می‌شود. ریتینگ جریان پیشرو پیوسته به صورت خطی از دمای 25 درجه سانتی‌گراد با نرخ 0.28 mA/°C کاهش می‌یابد. این بدان معناست که جریان عملیاتی ایمن با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. برای مونتاژ، دیتاشیت مشخصات دمای لحیم‌کاری را تعیین می‌کند: دستگاه می‌تواند در معرض دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه قرار گیرد، که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این یک پارامتر بحرانی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است تا از آسیب به تراشه‌های LED یا پکیج پلاستیکی جلوگیری شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "برای شدت نور دسته‌بندی شده است". این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی انجام شده در حین تولید اشاره دارد. به دلیل تغییرات جزئی ذاتی در رشد اپی‌تکسی نیمه‌هادی و ساخت تراشه، LEDهای منفرد می‌توانند خروجی نوری کمی متفاوت داشته باشند حتی زمانی که به طور یکسان راه‌اندازی می‌شوند. برای اطمینان از یکنواختی در محصولات نهایی، تولیدکنندگان LEDها را بر اساس پارامترهای خاص آزمایش و به "بین"‌های مختلف دسته‌بندی می‌کنند. برای LTC-4627KD-11، معیار اصلی دسته‌بندی شدت نور (Iv) است. واحدها گروه‌بندی می‌شوند تا نمایشگرهای درون یک سفارش یا دسته تولیدی سطوح روشنایی نزدیک به هم داشته باشند و ظاهر یکنواخت حفظ شود. مشخصه حداکثر نسبت تطابق شدت 2:1 نتیجه مستقیم این فرآیند دسته‌بندی است. اگرچه در این دیتاشیت خاص به تفصیل شرح داده نشده است، پارامترهای رایج دیگر برای دسته‌بندی LEDها می‌تواند شامل ولتاژ پیشرو (VF) و طول موج غالب (λd) برای اطمینان از یکنواختی رنگ و الکتریکی باشد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که گزیده دیتاشیت ارائه شده به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" در صفحه آخر اشاره می‌کند، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. بر اساس رفتار استاندارد LED و پارامترهای داده شده، می‌توانیم روندهای احتمالی که این منحنی‌ها نشان می‌دهند را استنباط کنیم. یک منحنی معمول جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (I-V) یک رابطه نمایی را نشان می‌دهد، با افزایش ولتاژ به حدود 2.1-2.6V در ناحیه عملیاتی 10-20mA. یک منحنی شدت نور در مقابل جریان پیشرو (L-I) افزایش تقریباً خطی در خروجی نور با جریان در محدوده عملیاتی نرمال را نشان می‌دهد که در جریان‌های بسیار بالا شروع به اشباع می‌کند. یک منحنی توزیع طیف یک پیک منفرد حول 650 نانومتر با پهنای نیمه مشخص شده 20 نانومتر را نشان می‌دهد. ویژگی‌های دمایی کاهش شدت نور و کاهش جزئی ولتاژ پیشرو با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی و طرح کلی

دستگاه در یک پکیج استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود. بعد کلیدی ارتفاع رقم 10.0 میلی‌متر (0.4 اینچ) است. نقشه ابعاد پکیج (که در متن به آن ارجاع داده شده اما به تفصیل شرح داده نشده) معمولاً طول، عرض و ارتفاع کلی ماژول، فاصله بین ارقام، اندازه قطعات و فاصله و طول پایه‌ها (پین‌ها) را نشان می‌دهد. تلرانس برای تمام ابعاد خطی به صورت ±0.25 میلی‌متر (0.01 اینچ) مشخص شده است مگر اینکه خلاف آن ذکر شود، که برای این نوع قطعه استاندارد است.

5.2 پایه‌ها و دیاگرام اتصال

اتصال پایه برای این دستگاه 16 پایه به وضوح تعریف شده است. این یک پیکربندی مالتی‌پلکس با کاتد مشترک است. دیاگرام مدار داخلی نشان می‌دهد که هر یک از چهار رقم (رقم 1، 2، 3، 4) پایه کاتد مشترک خود را دارد (به ترتیب پایه‌های 1، 2، 6، 8). قطعات (A, B, C, D, E, F, G, DP) و قطعات کولون (L1, L2, L3) به صورت آند متصل شده‌اند. به طور خاص، آندهای قطعات گروه‌بندی شده‌اند: A و L1 یک کاتد مشترک دارند (پایه 14)، B و L2 یک کاتد مشترک دارند (پایه 16)، C و L3 یک کاتد مشترک دارند (پایه 13)، در حالی که D، E، F، G و DP پایه‌های کاتد جداگانه دارند (3، 5، 11، 15، 7). این چیدمان برای مالتی‌پلکسینگ بهینه شده است، جایی که ارقام یکی پس از دیگری به سرعت روشن می‌شوند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی مونتاژ ارائه شده، محدودیت دمای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر زیر بدنه پکیج. این یک راهنمای بحرانی برای جلوگیری از آسیب حرارتی است. برای لحیم‌کاری ریفلو، باید از مشخصه‌ای با دمای پیک حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد و زمان بالای مایع (به عنوان مثال، 217 درجه سانتی‌گراد) که به دقت کنترل شده است، استفاده کرد. لحیم‌کاری دستی با هویه باید به سرعت و در صورت امکان با هیت‌سینک مناسب انجام شود. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند باعث زرد شدن لنز پلاستیکی، تخریب اپوکسی یا آسیب به باندهای سیم داخل پکیج شود. محدوده دمای ذخیره‌سازی (35- تا 105+ درجه سانتی‌گراد) نیز باید قبل و بعد از مونتاژ رعایت شود. در صورت حساسیت به رطوبت، دستگاه باید تا زمان استفاده در کیسه رطوبت‌گیر اصلی خود نگهداری شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTC-4627KD-11 است. پیشوند "LTC" احتمالاً آن را به عنوان یک محصول نمایشگر Lite-On شناسایی می‌کند. "4627" شماره سری یا مدل پایه است. "KD" ممکن است نشان‌دهنده ویژگی‌های خاصی مانند رنگ (قرمز هایپر) و نوع پکیج باشد. "-11" احتمالاً یک کد بازنگری یا واریانت است. دستگاه بدون سرب است و با دستورالعمل‌های RoHS مطابقت دارد. بسته‌بندی استاندارد برای چنین نمایشگرهایی اغلب در تیوب‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک برای محافظت از پایه‌ها و لنز در حین جابجایی و حمل‌ونقل است. مقدار دقیق در هر تیوب/سینی و اندازه کارتن اصلی در این گزیده مشخص نشده است اما در مشخصات بسته‌بندی جداگانه در دسترس خواهد بود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 مدارهای کاربردی معمول

LTC-4627KD-11 برای عملیات مالتی‌پلکس طراحی شده است. یک مدار درایور معمول شامل یک میکروکنترلر یا یک IC درایور نمایشگر اختصاصی (مانند MAX7219 یا TM1637) است. میکروکنترلر چندین پایه خروجی متصل به کاتدهای قطعات (A-G, DP) و چندین پایه دیگر متصل به پایه‌های کاتد مشترک ارقام (رقم 1-4) خواهد داشت. نرم‌افزار یک روال مالتی‌پلکسینگ را پیاده‌سازی می‌کند: الگوی رقم 1 را روی خطوط قطعات تنظیم می‌کند، کاتد مشترک رقم 1 را برای مدت کوتاهی (به عنوان مثال، 2-5 میلی‌ثانیه) فعال می‌کند (جریان را به آن می‌کشاند)، سپس آن را غیرفعال می‌کند، الگوی رقم 2 را تنظیم می‌کند، کاتد رقم 2 را فعال می‌کند و به همین ترتیب، به سرعت از بین تمام چهار رقم چرخه می‌زند. چشم انسان این را به عنوان یک نمایشگر سه رقمی (به علاوه کولون) روشن پیوسته درک می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان به صورت سری با هر خط کاتد قطعه برای تنظیم جریان پیشرو مورد نظر (به عنوان مثال، 10mA) اجباری هستند.

8.2 ملاحظات طراحی

محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی استفاده کنید. مقدار را می‌توان با استفاده از R = (Vcc - Vf) / If محاسبه کرد، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه (به عنوان مثال، 5V)، Vf ولتاژ پیشرو (~2.6V) و If جریان پیشرو مورد نظر (به عنوان مثال، 0.01A) است. این به R = (5 - 2.6)/0.01 = 240 اهم می‌دهد. یک مقاومت استاندارد 220 یا 270 اهم مناسب خواهد بود.
فرکانس مالتی‌پلکسینگ:نرخ رفرش باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود، معمولاً بالای 60 هرتز برای هر رقم. با 4 رقم، چرخه کامل باید >240 هرتز باشد. نرخ اسکن رقم 1-2 کیلوهرتز رایج است.
قابلیت جریان درایور:اطمینان حاصل کنید که میکروکنترلر یا IC درایور می‌تواند جریان پیک کل برای یک رقم را بکشد (سینک کند). هنگامی که رقم 1 روشن است، تمام 7 قطعه به علاوه نقطه اعشار می‌توانند روشن شوند، که نیاز دارد پایه کاتد مشترک 8 * 10mA = 80mA را بکشد. این اغلب از ریتینگ پایه میکروکنترلر فراتر می‌رود و نیاز به استفاده از ترانزیستورهای خارجی (مانند PNP یا MOSFET کانال N) برای سوئیچ کردن کاتدهای مشترک دارد.
زاویه دید:نمایشگر را با در نظر گرفتن زاویه دید گسترده آن قرار دهید تا خوانایی برای کاربر نهایی به حداکثر برسد.

9. مقایسه فنی و تمایز

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaP یا حتی LEDهای اولیه AlGaAs، فناوری AlInGaP در LTC-4627KD-11 بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که نور بیشتری (μcd/mA بالاتر) برای همان ورودی الکتریکی تولید می‌کند که منجر به مصرف توان کمتر برای یک روشنایی مشخص یا روشنایی بالاتر در جریان‌های استاندارد می‌شود. طراحی صفحه خاکستری/قطعات سفید تضاد بهتری نسبت به نمایشگرهای تمام قرمز یا تمام سبز ارائه می‌دهد، به ویژه تحت نور محیط. دسته‌بندی (بینینگ) برای شدت نور یک تمایز کلیدی از نمایشگرهای بدون دسته‌بندی و کم‌هزینه‌تر است که یکنواختی درجه حرفه‌ای را تضمین می‌کند. محدوده دمای عملیاتی آن از 35- تا 105+ درجه سانتی‌گراد گسترده‌تر از بسیاری از نمایشگرهای درجه مصرفی است که آن را برای کاربردهای صنعتی و خودرویی که با دمای شدید مواجه می‌شوند، مناسب می‌سازد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از تعیین "بدون اتصال" و "بدون پایه" در پایه‌ها چیست؟
ج: پایه‌های "بدون اتصال" (NC) از نظر فیزیکی وجود دارند اما از نظر الکتریکی به هیچ قطعه داخلی متصل نیستند. آنها پایداری مکانیکی در سوکت یا PCB فراهم می‌کنند. "بدون پایه" به این معنی است که موقعیت پایه از نظر فیزیکی در پکیج وجود ندارد؛ سوراخ در PCB باید آبکاری شده باشد اما به هیچ ترسی متصل نباشد.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک مدار جریان ثابت (غیر مالتی‌پلکس) راه‌اندازی کنم؟
ج: از نظر فنی بله، اما بسیار ناکارآمد است و توصیه نمی‌شود. شما به 4 (رقم) * 8 (حداکثر قطعات) = 32 کانال درایور جداگانه نیاز خواهید داشت که پیچیدگی و هزینه مدار را به شدت افزایش می‌دهد. مالتی‌پلکسینگ روش مورد نظر و بهینه است.

س: حداکثر شدت نور 9750 μcd در 10mA است. آیا این به این معنی است که نمایشگر من به آن روشنایی خواهد بود؟
ج: خیر. 9750 μcdحداکثرریتینگ از دیتاشیت است.مقدارمعمول 750 μcd است. به دلیل فرآیند دسته‌بندی، شما نمایشگرهایی دریافت خواهید کرد که در محدوده شدت خاصی قرار می‌گیرند، اما بعید است که در حداکثر مطلق باشند. برای مقدار معمول یا حداقل طراحی کنید تا اطمینان حاصل شود که محصول شما با هر واحدی در محدوده مشخصات کار می‌کند.

س: "قرمز هایپر" در مقایسه با قرمز استاندارد به چه معناست؟
ج: قرمز هایپر معمولاً به LEDهای AlInGaP با طول موج غالب حدود 630-660 نانومتر اشاره دارد. آنها به عنوان قرمز عمیق‌تر و اشباع‌شده‌تر در مقایسه با قرمز-نارنجی LEDهای استاندارد GaAsP (~620 نانومتر) ظاهر می‌شوند و به طور قابل توجهی پرنورتر و کارآمدتر هستند.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی نمایشگر ولتاژ 3 رقمی.یک طراح در حال ایجاد یک واحد منبع تغذیه میز کار است که نیاز به نمایش ولتاژ 3 رقمی (0.0V تا 30.0V) دارد. LTC-4627KD-11 برای روشنایی، خوانایی و ریتینگ دمای صنعتی آن انتخاب شده است. طراحی از یک میکروکنترلر با ADC برای اندازه‌گیری ولتاژ خروجی استفاده می‌کند. فرم‌ور میکروکنترلر تبدیل به فرمت BCD (کد دهدهی دودویی) برای نمایشگر را مدیریت می‌کند. از آنجایی که پایه‌های I/O میکروکنترلر نمی‌توانند 80mA را بکشند، از MOSFETهای SMD کوچک کانال N برای سوئیچ کردن پایه‌های کاتد مشترک هر رقم استفاده می‌شود. خطوط قطعات مستقیماً از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان 220 اهم به میکروکنترلر متصل می‌شوند. روال مالتی‌پلکسینگ با فرکانس 500 هرتز برای هر رقم (زمان روشن بودن 2 میلی‌ثانیه) اجرا می‌شود که منجر به نمایش بدون سوسو می‌شود. صفحه خاکستری تضاد عالی در برابر قاب سیاه صفحه ابزار فراهم می‌کند. زاویه دید گسترده به کاربر اجازه می‌دهد تا ولتاژ را به طور دقیق از موقعیت‌های مختلف اطراف میز کار بخواند.

12. معرفی اصل فنی

فناوری هسته، تراشه LED AS-AlInGaP است. AlInGaP یک ترکیب نیمه‌هادی III-V است. با کنترل دقیق نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر در طی فرآیند رشد اپی‌تکسی بر روی بستر گالیم آرسنید (GaAs)، مهندسان می‌توانند گپ انرژی ماده را تنظیم کنند. انرژی گپ، طول موج (رنگ) نور ساطع شده هنگام بازترکیب الکترون‌ها با حفره‌ها در سراسر اتصال را تعیین می‌کند. AlInGaP به ویژه در تولید نور قرمز، نارنجی و زرد کارآمد است. تعیین "قرمز هایپر" نشان‌دهنده یک ترکیب خاص است که نور قرمز عمیق حول 650 نانومتر تولید می‌کند. سپس تراشه باند سیم شده و در یک لنز اپوکسی در داخل پکیج نمایشگر پلاستیکی کپسوله می‌شود. فرمت هفت قسمتی با قرار دادن چندین تراشه LED کوچک (یا یک تراشه منفرد با چندین اتصال) به الگوی یک رقم ایجاد می‌شود، با آندها یا کاتدهای آنها که به طور مناسب برای تشکیل قطعات متصل شده‌اند.

13. روندها و توسعه فناوری

در حالی که نمایشگرهای LED هفت قسمتی گسسته برای بسیاری از کاربردها حیاتی باقی می‌مانند، روند کلی در فناوری نمایشگر به سمت یکپارچه‌سازی و چگالی بالاتر است. این شامل توسعه نمایشگرهای LED ماتریس نقطه‌ای و OLEDهایی است که می‌توانند کاراکترهای الفبایی-عددی و گرافیک را نشان دهند. با این حال، برای نمایش‌های عددی اختصاصی، نمایشگرهای هفت قسمتی از نظر مقرون به صرفه بودن، سادگی و خوانایی فوق‌العاده بی‌نظیر هستند. تکامل در این بخش بر بهبود بازدهی (لومن بر وات) متمرکز است که امکان مصرف توان کمتر و تولید گرمای کاهش یافته را فراهم می‌کند. همچنین روندی به سمت کوچک‌سازی در حالی که روشنایی حفظ یا افزایش می‌یابد، و ارائه تنوع گسترده‌تری از رنگ‌ها و سبک‌های پکیج (سطح‌نصب در مقابل سوراخ‌دار) وجود دارد. حرکت به سمت بسته‌بندی بدون سرب و مطابق با RoHS، همانطور که در LTC-4627KD-11 مشاهده می‌شود، اکنون یک نیاز استاندارد است که توسط مقررات زیست‌محیطی جهانی هدایت می‌شود. توسعه‌های آینده ممکن است شامل مدار درایور یکپارچه در داخل پکیج نمایشگر برای ساده‌سازی بیشتر طراحی سیستم باشد.