دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-537JD - ارتفاع رقم 0.5 اینچ - رنگ قرمز فوق اشباع - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-537JD یک ماژول نمایشگر تک‌رقمی آلفانومریک با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد و حروف محدود هستند. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی بصری از طریق سگمنت‌های قابل آدرس‌دهی جداگانه‌ای است که کاراکترها را تشکیل می‌دهند. این دستگاه با تمرکز بر قابلیت اطمینان و عملکرد نوری در رابط‌های صنعتی، ابزار دقیق و الکترونیک مصرفی طراحی شده است.

نمایشگر از ماده نیمه‌هادی پیشرفته AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای المان‌های نورافشان خود استفاده می‌کند. این فناوری مواد به‌طور خاص برای بازدهی بالا در تولید نور قرمز پرنور انتخاب شده است. چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید) ساخته شده‌اند که با جلوگیری از پراکندگی و بازتاب داخلی نور، کنتراست را افزایش داده و نور ساطع‌شده بیشتری را از طریق سگمنت‌ها به سمت جلو هدایت می‌کند. ارائه بصری شامل یک صفحه رویی سیاه است که با جذب نور محیط، نسبت کنتراست را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و در ترکیب با نواحی سگمنت سفید که نور قرمز ساطع‌شده را عبور می‌دهند، منجر به کاراکترهای واضح و مشخص در برابر یک پس‌زمینه تاریک می‌شود.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این نمایشگر از طراحی و ساخت اپتوالکترونیک آن نشأت می‌گیرد. استفاده از LEDهای AlInGaPشدت نورانی بالاو بازدهی عالی در طیف قرمز را فراهم می‌کند. طراحیصفحه سیاه و سگمنت سفیدیک ویژگی حیاتی برای دستیابی به کنتراست بالا است که خوانایی نمایشگر را تحت شرایط نوری مختلف، از جمله نور محیطی روشن، آسان می‌کند.سگمنت‌های یکنواخت و پیوستهظاهری یکدست و حرفه‌ای از کاراکترهای تشکیل‌شده را تضمین می‌کنند، بدون هیچ شکاف یا بی‌قاعدگی قابل مشاهده در نواحی روشن.

این دستگاه بر اساس شدت نورانی دسته‌بندی شده است، به این معنی که واحدها باینینگ یا آزمایش می‌شوند تا از برآورده شدن آستانه‌های روشنایی خاص اطمینان حاصل شود و یکنواختی در تولید را فراهم می‌کند.زاویه دید گستردهآن خوانایی را از موقعیت‌های خارج از محور تضمین می‌کند که برای تجهیزات نصب‌شده روی پنل بسیار مهم است.نیاز توان پاییندر هر سگمنت آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. در نهایت،قابلیت اطمینان حالت جامدآن به معنای طول عمر عملیاتی طولانی بدون قطعات متحرک و مقاوم در برابر ضربه و لرزش است.

بازار هدف این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، دستگاه‌های پزشکی، داشبورد خودرو (برای نمایشگرهای کمکی)، سیستم‌های فروش نقطه‌ای و لوازم خانگی است که در آن‌ها یک نمایشگر تک‌رقمی برای تنظیمات، شمارنده‌ها یا نشانگرهای وضعیت مورد نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

پارامترهای الکتریکی و نوری محدوده‌های عملیاتی و ویژگی‌های عملکردی نمایشگر را تعریف می‌کنند. درک این موارد برای طراحی و یکپارچه‌سازی صحیح مدار ضروری است.

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را مشخص می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این‌ها شرایط برای عملکرد عادی نیستند.

• اتلاف توان در هر سگمنت:70 میلی‌وات. این حداکثر توان مجازی است که می‌تواند تحت هر شرایطی توسط یک سگمنت LED به صورت گرما تلف شود. تجاوز از این مقدار می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و تخریب یا خرابی سریع‌تر شود.
• جریان مستقیم پیک در هر سگمنت:90 میلی‌آمپر. این تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. برای طرح‌های مالتی‌پلکس یا دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر مفید است.
• جریان مستقیم پیوسته در هر سگمنت:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این حداکثر جریان توصیه‌شده برای عملکرد ثابت است. ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد مشخص شده است، به این معنی که حداکثر جریان پیوسته مجاز به صورت خطی با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد تا از تنش گرمایی بیش از حد جلوگیری شود.
• ولتاژ معکوس در هر سگمنت:5 ولت. اعمال ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این می‌تواند پیوند PN LED را شکست دهد.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این دستگاه برای عملکرد و ذخیره‌سازی در این محدوده دمایی گسترده درجه‌بندی شده است که برای اکثر محیط‌های غیر افراطی مناسب است.
• دمای لحیم‌کاری:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این دستورالعمل‌هایی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو ارائه می‌دهد تا از آسیب به پکیج پلاستیکی یا اتصالات داخلی جلوگیری شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این‌ها مقادیر معمولی و حداکثر/حداقل تحت شرایط آزمایش مشخص (معمولاً در Ta=25°C) هستند. آن‌ها عملکرد دستگاه را در حین کار عادی توصیف می‌کنند.

• شدت نورانی متوسط (I_V):320 میکروکاندلا (حداقل)، 700 میکروکاندلا (معمولی) در I_F=1mA. این معیاری از خروجی نور است. دسته‌بندی ذکر شده در ویژگی‌ها احتمالاً دستگاه‌ها را بر اساس این پارامتر گروه‌بندی می‌کند (مثلاً باین‌های استاندارد و پرنور).
• طول موج تابش پیک (λ_p):650 نانومتر (معمولی) در I_F=20mA. این طول موجی است که در آن خروجی طیفی قوی‌ترین است و آن را در ناحیه قرمز فوق اشباع طیف مرئی قرار می‌دهد.
• طول موج غالب (λ_d):639 نانومتر (معمولی) در I_F=20mA. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را تعریف می‌کند. تفاوت بین طول موج پیک و غالب به دلیل شکل طیف تابش است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمولی) در I_F=20mA. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است. 20 نانومتر برای LEDهای قرمز AlInGaP معمول است.
• ولتاژ مستقیم در هر سگمنت (V_F):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمولی) در I_F=20mA. این افت ولتاژ در سراسر LED هنگام هدایت است. برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است. ولتاژ تغذیه درایور باید بالاتر از این مقدار باشد.
• جریان معکوس در هر سگمنت (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. این جریان نشتی کوچکی است که وقتی LED در محدوده حداکثر خود تحت بایاس معکوس قرار می‌گیرد، جریان می‌یابد.
• نسبت تطابق شدت نورانی (I_V-m):2:1 (حداکثر). این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین سگمنت در یک دستگاه واحد را مشخص می‌کند وقتی تحت شرایط یکسان (I_F=1mA) راه‌اندازی می‌شود. نسبت 2:1 یکنواختی معقول در ظاهر را تضمین می‌کند.

نکته اندازه‌گیری:شدت نورانی با استفاده از یک سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند، اندازه‌گیری می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقادیر با ادراک بصری انسان مطابقت دارند.

3. توضیح سیستم باینینگ

دیتاشیت نشان می‌دهد که محصول"برای شدت نورانی دسته‌بندی شده است."این به یک فرآیند باینینگ یا مرتب‌سازی اشاره دارد.

• باینینگ شدت نورانی:پس از تولید، نمایشگرهای منفرد برای خروجی نور خود در یک جریان استاندارد (احتمالاً 1mA یا 20mA) آزمایش می‌شوند. سپس آن‌ها بر اساس I_Vاندازه‌گیری شده در باین‌ها یا دسته‌های مختلف گروه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال، یک باین ممکن است حاوی دستگاه‌هایی با I_Vبین 320-500 میکروکاندلا باشد و یک باین ممتاز ممکن است حاوی دستگاه‌هایی از 500-700 میکروکاندلا باشد. این به مشتریان اجازه می‌دهد سطح یکنواختی مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کنند و روشنایی یکنواخت در چندین رقم در یک سیستم را تضمین می‌کند. دیتاشیت محدوده کلی حداقل/معمولی را ارائه می‌دهد، اما کدهای باین خاص معمولاً بخشی از اطلاعات سفارش کامل خواهند بود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه‌شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، منحنی‌های معمول برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:

• جریان در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):رابطه نمایی را نشان می‌دهد. ولتاژ مستقیم (V_F) با جریان (I_F) افزایش می‌یابد. منحنی وابسته به دما است، به طوری که V_Fبا افزایش دمای پیوند برای یک جریان معین کاهش می‌یابد.
• شدت نورانی در مقابل جریان مستقیم (I_Vدر مقابل I_F):به طور کلی افزایش خطی یا کمی زیرخطی در خروجی نور را با افزایش جریان تا یک نقطه نشان می‌دهد، پس از آن بازده به دلیل اثرات حرارتی کاهش می‌یابد.
• شدت نورانی در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای محیط (و در نتیجه پیوند) کاهش می‌یابد. LEDهای AlInGaP دارای ضریب دمایی منفی نسبتاً قوی برای خروجی نور هستند.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که یک پیک حدود 650 نانومتر و نیم‌عرضی حدود 20 نانومتر را نشان می‌دهد و رنگ قرمز فوق اشباع را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها برای طراحی درایورهایی که تغییرات دما را جبران می‌کنند و برای درک رفتار روشنایی تحت شرایط عملیاتی مختلف ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد پکیج و نصب

این دستگاه دارای یک پکیج استاندارد نمایشگر LED است. نکات ابعادی کلیدی از دیتاشیت شامل این است که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر (0.01") مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. فوت‌پرینت دقیق، فاصله پایه‌ها، ارتفاع رقم (12.7 میلی‌متر) و اندازه کلی پکیج در نقشه ابعاد تعریف شده است که برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) برای اطمینان از تناسب و تراز مناسب در برش‌کاری حیاتی است.

5.2 اتصال پایه و پلاریته

LTP-537JD یک نمایشگرکاتد مشترکاست. این بدان معناست که تمام 18 سگمنت (16 سگمنت کاراکتر به علاوه یک نقطه اعشار سمت راست) یک اتصال منفی مشترک (کاتد) را روی پایه 18 به اشتراک می‌گذارند. هر سگمنت منفرد پایه آند مخصوص به خود را دارد (پایه‌های 1-17). این پیکربندی رایج است و مدارهای درایور مالتی‌پلکس را ساده می‌کند، جایی که کاتد مشترک به زمین سوئیچ می‌شود در حالی که آندهای مورد نظر از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به سطح بالا راه‌اندازی می‌شوند.

پین‌اوت به صراحت اتصال هر پایه را فهرست می‌کند و شماره پایه فیزیکی را به عملکردهای سگمنت (A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U و D.P. برای نقطه اعشار) نگاشت می‌کند. یک نمودار مدار داخلی معمولاً این آرایش کاتد مشترک را نشان می‌دهد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اولیه ارائه‌شده برای فرآیند لحیم‌کاری خود است:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج. این یک پارامتر پروفایل ریفلو استاندارد است. رعایت این مورد برای جلوگیری از موارد زیر بسیار مهم است:

• آسیب حرارتی به اپوکسی پلاستیکی پکیج، که می‌تواند باعث تغییر رنگ یا ترک خوردن شود.
• گرمای بیش از حد اتصالات سیم داخلی که چیپ‌های LED را به پایه‌ها متصل می‌کنند.
• قرار دادن دی نیمه‌هادی در معرض دمای بیش از حد.

همچنین باید احتیاط‌های کلی دستکاری رعایت شود: از تنش مکانیکی روی پایه‌ها اجتناب کنید، در حین دستکاری از احتیاط‌های ESD (تخلیه الکترواستاتیک) استفاده کنید و در شرایط ضد استاتیک و خشک مناسب در محدوده ذخیره‌سازی مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد نگهداری کنید.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

رایج‌ترین روش راه‌اندازیمالتی‌پلکساست. از آنجایی که یک دستگاه کاتد مشترک است، یک میکروکنترلر یا IC درایور اختصاصی می‌تواند جریان را از طریق پایه کاتد مشترک (پایه 18) سینک کند در حالی که جریان را به پایه‌های آند خاص برای سگمنت‌هایی که نیاز به روشن شدن دارند، سورس می‌کند. چندین رقم را می‌توان با چرخش سریع کاتد کدام رقم فعال است در حالی که داده سگمنت مربوطه روی خطوط آند مشترک ارائه می‌شود، مالتی‌پلکس کرد. این به شدت تعداد پایه‌های I/O میکروکنترلر مورد نیاز را کاهش می‌دهد.

A یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر خط آند (یا یک درایور تنظیم‌شده جریان) اجباری است. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. با استفاده از V_Fمعمولی 2.6 ولت در 20mA و منبع تغذیه 5 ولت: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 اهم. از یک مقاومت استاندارد 120Ω استفاده می‌شود. توان نامی مقاومت باید بررسی شود: P = I²* R = (0.02)²* 120 = 0.048W، بنابراین یک مقاومت استاندارد 1/8W (0.125W) کافی است.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارت:در حالی که سگمنت‌های منفرد توان کمی تلف می‌کنند (حداکثر 70mW)، گرمای جمعی از چندین سگمنت روشن یا عملکرد در دمای محیط بالا باید در نظر گرفته شود. اطمینان از تهویه مناسب و در نظر گرفتن کاهش جریان بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد.
• زاویه دید و کنتراست:زاویه دید گسترده و طراحی با کنتراست بالا آن را برای پنل‌هایی مناسب می‌سازد که کاربر ممکن است مستقیماً روبروی دستگاه نباشد. صفحه سیاه به ویژه در محیط‌های با نور محیطی بالا مفید است.
• نرم‌افزار برای تولید کاراکتر:یک جدول جستجو در فریم‌ور میکروکنترلر درایور برای نگاشت کاراکترهای آلفانومریک (مانند '0'-'9', 'A', 'C', 'E', 'F') به ترکیب صحیح 16 سگمنت مورد نیاز است.

8. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: احتمالاً، اما با روشنایی کاهش‌یافته. V_Fمعمولی 2.6 ولت است. در منبع تغذیه 3.3 ولت، حاشیه ولتاژ برای مقاومت محدودکننده جریان تنها 0.7 ولت (3.3V - 2.6V) است. برای دستیابی به 20mA، به یک مقاومت 35Ω (0.7V / 0.02A) نیاز دارید. با این حال، V_Fواقعی می‌تواند تا 2.1 ولت پایین باشد، که با همان مقاومت منجر به جریان بالاتر می‌شود و ممکن است از محدودیت‌ها فراتر رود. برای سیستم‌های 3.3 ولت، یک درایور جریان ثابت یا مشخصه‌سازی دقیق توصیه می‌شود.

سوال 2: تفاوت بین طول موج "پیک" و "غالب" چیست؟

پاسخ: طول موج پیک، قله فیزیکی طیف تابش نور است. طول موج غالب، طول موج منفرد نور تک‌رنگ خالصی است که به نظر چشم انسان همان رنگ خروجی LED را دارد. به دلیل شکل طیفی، آن‌ها اغلب کمی متفاوت هستند.

سوال 3: چگونه به حداکثر روشنایی دست یابم؟

پاسخ: در حداکثر جریان پیوسته مجازپیوسته25mA در هر سگمنت (در دمای محیط 25°C) کار کنید و از اتلاف حرارت مناسب اطمینان حاصل کنید. از حد اتلاف توان 70mW تجاوز نکنید. برای پالس‌های کوتاه، می‌توانید از جریان پیک 90mA تحت چرخه کاری مشخص شده استفاده کنید.

سوال 4: چرا نسبت تطابق شدت نورانی وجود دارد؟

پاسخ: تغییرات ساخت باعث تفاوت‌های جزئی در خروجی نور بین سگمنت‌ها حتی در جریان یکسان می‌شود. نسبت 2:1 تضمین می‌کند که در یک واحد، هیچ سگمنتی بیش از دو برابر سگمنت دیگر روشن نخواهد بود و یکنواختی بصری کاراکتر را تضمین می‌کند.

9. معرفی فناوری و روندها

9.1 فناوری LED AlInGaP

LTP-537JD از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای چیپ‌های LED خود استفاده می‌کند. این سیستم مواد به ویژه برای تولید نور در طول‌موج‌های کهربایی، قرمز و قرمز فوق اشباع (تقریباً 590-650 نانومتر) کارآمد است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتر (خروجی نور بیشتر در هر وات الکتریکی)، پایداری دمایی بهتر و طول عمر طولانی‌تری ارائه می‌دهد. رشد لایه‌های اپیتاکسیال روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs، همانطور که در اینجا استفاده شده است، یک رویکرد رایج است که بازده استخراج نور را با بازتاب نور ساطع‌شده که در غیر این صورت در زیرلایه از دست می‌رفت به سمت بالای چیپ بهبود می‌بخشد.

9.2 زمینه و روندهای فناوری نمایشگر

در حالی که نمایشگرهای چندرقمی ماتریس نقطه‌ای OLED و LCD اکنون برای گرافیک‌های پیچیده رایج هستند، نمایشگرهای LED سگمنت شده مانند LTP-537JD برای کاربردهایی که نیازمند قابلیت اطمینان فوق‌العاده، عملکرد در محدوده دمایی گسترده، روشنایی بالا، سادگی و هزینه کم برای نمایش اعداد با فرمت ثابت و حروف ساده هستند، همچنان بسیار مرتبط باقی می‌مانند. روند در چنین نمایشگرهایی لزوماً به سمت رزولوشن بالاتر نیست، بلکه به سمت بهبود بازده (جریان عملیاتی پایین‌تر برای همان روشنایی)، نسبت‌های کنتراست بهبودیافته، زوایای دید گسترده‌تر و گاهی ادغام الکترونیک درایور در داخل پکیج است. اصل اساسی الکترولومینسانس در یک پیوند PN نیمه‌هادی بدون تغییر باقی می‌ماند، اما علم مواد و تکنیک‌های بسته‌بندی همچنان به پیشرفت عملکرد آن‌ها ادامه می‌دهند.