دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-5023AJD - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - رنگ قرمز هیپری - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTD-5023AJD یک ماژول نمایشگر LED دو رقمی با قابلیت نمایش هفت قسمتی به همراه نقطه اعشار است. ارتفاع رقم آن 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) می‌باشد که خروجی عددی واضح و خوانایی را برای کاربردهای مختلف ابزار دقیق و نمایش فراهم می‌کند. این دستگاه از تراشه‌های پیشرفته LED قرمز هیپری AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی بستر GaAs به روش اپیتاکسی رشد داده شده‌اند. این فناوری به دلیل بازدهی بالا و عملکرد درخشان عالی شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری روشن با سگمنت‌های سفید است که ظاهری کلاسیک و با کنتراست بالا ارائه می‌دهد و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

1.1 مزایای اصلی

• روشنایی و کنتراست بالا:فناوری AlInGaP شدت نور برتری را ارائه می‌دهد و اطمینان حاصل می‌کند که نمایشگر به راحتی قابل مشاهده است.
• زاویه دید گسترده:روشنایی و رنگ یکنواختی را در محدوده وسیعی از موقعیت‌های دید فراهم می‌کند.
• نیاز به توان پایین:برای عملکرد کارآمد طراحی شده است و آن را برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد.
• ظاهر عالی کاراکتر:دارای سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته برای نمایش عددی تمیز و حرفه‌ای است.
• قابلیت اطمینان حالت جامد:LEDها در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایش، عمر عملیاتی طولانی و استحکام در برابر ضربه و لرزش ارائه می‌دهند.
• دسته‌بندی بر اساس شدت نور:دستگاه‌ها بر اساس سطوح روشنایی یکنواخت دسته‌بندی می‌شوند که به یکنواختی طراحی کمک می‌کند.
• بسته‌بندی بدون سرب:مطابق با مقررات زیست‌محیطی (مانند RoHS).

1.2 بازار هدف

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیازمند نشانگرهای عددی قابل اطمینان، روشن و آسان برای خواندن هستند، ایده‌آل است. موارد استفاده متداول شامل تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری، پنل‌های کنترل صنعتی، دستگاه‌های پزشکی، لوازم خانگی مصرفی، داشبورد خودرو (نمایشگرهای ثانویه) و ترمینال‌های فروش می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان هر سگمنت:حداکثر 70 میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیک هر سگمنت:90 میلی‌آمپر (در 1 کیلوهرتز، چرخه وظیفه 10%). این ریتینگ برای عملکرد پالسی است تا روشنایی لحظه‌ای بالاتر بدون گرمای بیش از حد حاصل شود.
• جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان با نرخ خطی 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 میلی‌آمپر.
• ولتاژ معکوس هر سگمنت:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست اتصال LED شود.
• محدوده دمای عملکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:مقاومت در برابر حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد تا 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن، که برای فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو بدون سرب حیاتی است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (Ta=25°C)

اینها پارامترهای عملکرد معمول تحت شرایط آزمایش مشخص شده هستند.

• شدت نور متوسط (I_V):در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر، از 320 میکروکندلا (حداقل) تا 700 میکروکندلا (حداکثر) متغیر است. در جریان 10 میلی‌آمپر، شدت نور معمول 16250 میکروکندلا (16.25 میلی‌کندلا) است. این بازدهی بالا مشخصه فناوری AlInGaP است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):650 نانومتر (معمول). این نقطه اوج طیفی خروجی نور را تعریف می‌کند و آن را در ناحیه قرمز هیپری طیف قرار می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ عرض باریک‌تر به معنای رنگ تک‌فام‌تر است.
• طول موج غالب (λ_d):639 نانومتر (معمول). این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و برای مشخص‌سازی رنگ حیاتی است.
• ولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20 میلی‌آمپر. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.
• جریان معکوس هر سگمنت (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):2:1 (حداکثر) در I_F=1 میلی‌آمپر. این حداکثر تغییرات مجاز روشنایی بین سگمنت‌های داخل یک دستگاه را مشخص می‌کند و یکنواختی بصری را تضمین می‌کند.

توجه: اندازه‌گیری‌های شدت نور از یک سنسور و فیلتر استفاده می‌کنند که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زنند تا دقت مرتبط با بینایی انسان حفظ شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به فرآیند دسته‌بندی اشاره دارد که در آن نمایشگرها بر اساس خروجی نوری اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (احتمالاً 1 میلی‌آمپر یا 10 میلی‌آمپر) مرتب می‌شوند. طراحان می‌توانند دسته‌ها را انتخاب کنند تا روشنایی یکنواختی در بین چندین واحد در یک محصول تضمین شود و از تغییرات محسوس بین نمایشگرها جلوگیری شود. در حالی که کدهای دسته‌بندی خاص در این گزیده ارائه نشده‌اند، دسته‌های معمول توسط محدوده‌های شدت نور تعریف می‌شوند (مثلاً دسته A: 600-500 میکروکندلا، دسته B: 700-600 میکروکندلا).

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند. اگرچه در متن ارائه شده نمایش داده نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان برای یک سگمنت را نشان می‌دهد. غیرخطی است، با ولتاژ روشن‌شدن حدود 1.8-2.0 ولت برای AlInGaP، که در 20 میلی‌آمپر به مقدار معمول 2.6 ولت می‌رسد.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:نموداری که نشان می‌دهد چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد. در جریان‌های پایین عموماً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی اشباع شود.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد. LEDهای AlInGaP در مقایسه با برخی مواد دیگر عملکرد خوبی در دمای بالا دارند، اما کاهش ریتینگ همچنان ضروری است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 650 نانومتر و نیم‌عرض 20 نانومتری را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و برای بهینه‌سازی شرایط درایو برای نیازهای کاربرد خاص (مانند حداکثر کردن روشنایی در مقابل حداکثر کردن بازده یا عمر) حیاتی هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه در یک بسته دو ردیفه استاندارد (DIP) ارائه می‌شود. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر (0.01\") مشخص شده‌اند. طرح کلی دقیق، فاصله سگمنت‌ها، فاصله پایه‌ها و ارتفاع/عرض/طول کلی در نقشه ابعاد در صفحه 2 دیتاشیت تعریف شده‌اند. این نقشه برای طراحی جای پایه PCB و یکپارچه‌سازی مکانیکی در محصول نهایی حیاتی است.

5.2 اتصال پایه و مدار داخلی

LTD-5023AJD یک نمایشگر از نوعکاتد مشترکاست. این بدان معناست که کاتدهای (ترمینال‌های منفی) LEDهای هر رقم به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند. پین‌اوت به شرح زیر است:

• پین‌های 1-4، 15-18: سگمنت‌های (A, B, C, D, E, F, G, DP) مربوط بهرقم 1.
• را کنترل می‌کنند. پین‌های 5-13: سگمنت‌های (A, B, C, D, E, F, G, DP) و کاتد مشترک مربوط بهرقم 2.
• را کنترل می‌کنند. پین 14: کاتد مشترک برایرقم 1.

نمودار مدار داخلی، آرایش 14 سگمنت LED (7 عدد برای هر رقم، به علاوه دو نقطه اعشار) و اتصال آن‌ها به 18 پایه را نشان می‌دهد. برای راه‌اندازی هر دو رقم، مالتی‌پلکسینگ الزامی است: با فعال‌سازی متناوب کاتد رقم 1 و رقم 2 در حالی که سیگنال‌های آند برای سگمنت‌های مورد نظر رقم فعال اعمال می‌شوند، هر دو رقم را می‌توان با تعداد خطوط I/O کمتری کنترل کرد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

حداکثر مقدار مطلق، پروفیل دمای لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: بسته می‌تواند حداکثر دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد را تا 3 ثانیه تحمل کند، که در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن (یعنی روی PCB نزدیک به پایه) اندازه‌گیری می‌شود. این یک ریتینگ استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری رفلو بدون سرب (مانند استفاده از لحیم SAC305) است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که پروفیل کوره رفلو آن‌ها در این محدوده باقی می‌ماند تا از آسیب به تراشه‌های LED یا بسته پلاستیکی جلوگیری شود. در طول جابجایی باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمایی مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در محیطی با رطوبت کم انجام شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

برای راه‌اندازی این نمایشگر، به یک میکروکنترلر یا درایور IC اختصاصی نیاز است. برای نمایشگرهای کاتد مشترک، پایه‌های کاتد به زمین متصل می‌شوند (از طریق یک سوئیچ ترانزیستور برای مالتی‌پلکسینگ)، و پایه‌های آند به یک منبع ولتاژ محدودکننده جریان (مانند یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت) متصل می‌شوند. ولتاژ مستقیم (V_F) 2.6 ولت و جریان مورد نظر (I_F، مثلاً 20-10 میلی‌آمپر برای روشنایی کامل) مقدار مقاومت سری را تعیین می‌کند: R = (V_منبع- V_F) / I_F. اگر دو رقم را با جریان 10 میلی‌آمپر برای هر کدام مالتی‌پلکس کنید، جریان پیک در طول زمان روشن بودن رقم ممکن است 10 میلی‌آمپر باشد، اما جریان متوسط هر سگمنت کمتر است که مصرف توان را کاهش می‌دهد.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری یا درایورهای جریان ثابت استفاده کنید. هرگز یک LED را مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چند رقمی جهت به حداقل رساندن تعداد پایه‌ها ضروری است. نرخ رفرش باید به اندازه کافی بالا (>60 هرتز) باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود.
• مدیریت حرارت:در حالی که LEDها کارآمد هستند، اتلاف توان (P = V_F* I_F) هر سگمنت می‌تواند تا 52 میلی‌وات (2.6V * 20mA) برسد. اطمینان حاصل کنید که تهویه کافی وجود دارد، به ویژه اگر با جریان‌های بالا یا در دمای محیط بالا راه‌اندازی می‌شود.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما هنگام نصب نمایشگر، خط دید اصلی کاربر را در نظر بگیرید.

8. مقایسه فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، LED قرمز هیپری AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر میلی‌آمپر جریان) و عملکرد بهتری در دمای بالا ارائه می‌دهد. در مقایسه با LEDهای سفید (که اغلب LED آبی + فسفر هستند)، خلوص رنگ برتر و معمولاً بازده بالاتری برای نور قرمز تک‌فام ارائه می‌دهد. ارتفاع رقم 0.56 اینچ یک اندازه متداول است که تعادل خوبی بین خوانایی و فشردگی در مقایسه با نمایشگرهای کوچک‌تر (0.3 اینچ) یا بزرگ‌تر (0.8 اینچ) ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: تفاوت بین طول موج پیک (650 نانومتر) و طول موج غالب (639 نانومتر) چیست؟

پ: طول موج پیک، بالاترین نقطه روی منحنی خروجی طیفی است. طول موج غالب، طول موج تک‌فام نوری است که به نظر چشم انسان همان رنگ را دارد. آن‌ها اغلب کمی متفاوت هستند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پ: بله. با V_F برابر 2.6 ولت، منبع تغذیه 3.3 ولت کافی است. مقاومت سری به این صورت خواهد بود: R = (3.3V - 2.6V) / 0.020A = 35 اهم. یک مقاومت استاندارد 33 یا 39 اهم مناسب خواهد بود.

س: چرا جریان مستقیم پیک (90 میلی‌آمپر) بسیار بیشتر از جریان پیوسته (25 میلی‌آمپر) است؟

پ: LED می‌تواند پالس‌های جریان بالا و کوتاه را بدون گرمای بیش از حد تحمل کند، که امکان طرح‌های مالتی‌پلکسینگ نمایشگر روشن‌تر (جایی که هر رقم فقط برای کسری از زمان روشن است) یا ایجاد فلش‌های بسیار روشن را فراهم می‌کند.

س: عبارت \"AlInGaP epi on GaAs substrate\" به چه معناست؟

پ: لایه‌های نورافشان (لایه‌های اپیتاکسیال یا \"اپی\") از آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید ساخته شده‌اند. این لایه‌ها بر روی یک ویفر گالیم آرسنید (GaAs) رشد داده می‌شوند که پشتیبانی ساختاری فراهم می‌کند اما ماده نورافشان اصلی نیست.

10. مثال موردی کاربردی

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دیجیتال.

مدار ولت‌متر یک خروجی BCD (کدگذاری دهدهی دودویی) مطابق با قرائت ولتاژ تولید می‌کند. یک میکروکنترلر این مقدار BCD را می‌خواند. سپس از یک جدول جستجو استفاده می‌کند تا تعیین کند کدام سگمنت‌ها (A-G) برای نمایش عدد در هر رقم باید روشن شوند. پایه‌های I/O میکروکنترلر، که از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان متصل شده‌اند، پایه‌های آند LTD-5023AJD را راه‌اندازی می‌کنند. دو پایه I/O دیگر، که به سوئیچ‌های ترانزیستوری متصل شده‌اند، پایه‌های کاتد مشترک (14 و 13) را کنترل می‌کنند. نرم‌افزار به سرعت بین فعال‌سازی رقم 1 و رقم 2 جابجا می‌شود (مالتی‌پلکس می‌کند)، در حالی که الگوهای آند صحیح را برای هر رقم ارسال می‌کند. اندازه 0.56 اینچی، خوانش واضحی از فاصله معمول میز کار ارائه می‌دهد و کنتراست بالا، قابلیت مشاهده تحت نور محیط کار را تضمین می‌کند. مصرف توان پایین در صورت قابل حمل بودن متر مفید است.

11. معرفی اصل فناوری

AlInGaP یک ترکیب نیمه‌هادی III-V است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید در شبکه کریستالی، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را دیکته می‌کند. برای رنگ قرمز هیپری، گاف نواری برای ساطع کردن فوتون‌ها در حدود 650 نانومتر تنظیم شده است. بستر GaAs در این طول موج جذب نوری دارد، بنابراین نور معمولاً از سطح بالایی تراشه استخراج می‌شود. اصطلاح \"قرمز هیپری\" نشان‌دهنده یک رنگ قرمز عمیق و اشباع شده با کارایی نوری بالا است.

12. روندهای توسعه فناوری

فناوری نمایشگر LED همچنان در حال تکامل است. در حالی که AlInGaP ماده غالب برای LEDهای قرمز و کهربایی با بازده بالا باقی مانده است، روندها شامل موارد زیر هستند:

• افزایش بازده:بهبودهای مستمر در علم مواد و طراحی تراشه، لومن بیشتری بر وات تولید می‌کند و امکان نمایشگرهای روشن‌تر با توان کمتر را فراهم می‌کند.
• میکروساخت:توسعه هندسه‌های تراشه کوچک‌تر، امکان نمایشگرهای با وضوح بالاتر یا اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر را فراهم می‌کند.
• مدیریت حرارتی بهبود یافته:مواد و طراحی‌های جدید بسته‌بندی، اتلاف حرارت را بهتر انجام می‌دهند و امکان جریان‌های درایو بالاتر و روشنایی پایدار را فراهم می‌کنند.
• یکپارچه‌سازی:حرکت به سمت نمایشگرهایی با درایور IC یکپارچه (\"نمایشگرهای هوشمند\") برای ساده‌سازی طراحی سیستم.
• گسترش گاموت رنگ:در حالی که این یک دستگاه تک‌فام است، روندهای گسترده‌تر شامل توسعه فسفرها و مواد انتشار مستقیم جدید برای محدوده رنگ وسیع‌تر در نمایشگرهای تمام رنگی است، اگرچه قرمز AlInGaP یک جزء کلیدی در چنین سیستم‌های RGB است.