مستند فنی LTP-1557TBE - نمایشگر ال‌ای‌دی ماتریسی 5x7 آبی - ارتفاع 1.2 اینچ - ولتاژ مستقیم 3.6 ولت - تراشه آبی InGaN

1. مرور محصول

LTP-1557TBE یک ماژول نمایشگر حالت جامد حروف-اعدادی است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی کاراکتری واضح و قابل اعتماد هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری داده‌ها، معمولاً کاراکترهای کدگذاری شده ASCII یا EBCDIC، از طریق یک شبکه از دیودهای نورافشان (LED) قابل آدرس‌دهی جداگانه است. بازار اصلی این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، پایانه‌های فروش و سیستم‌های نهفته مختلفی است که به یک راه‌حل نمایش ساده، بادوام و کم‌مصرف نیاز دارند.

مزیت اصلی دستگاه در استفاده از تراشه‌های ال‌ای‌دی آبی InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) نهفته است. این فناوری نیمه‌هادی بازده نوری خوب و رنگ آبی متمایزی را فراهم می‌کند. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که کنتراست و خوانایی را افزایش می‌دهد. ویژگی‌های کلیدی که به کارایی آن کمک می‌کنند عبارتند از: نیاز به توان کم، زاویه دید گسترده به دلیل طراحی تک‌صفحه‌ای، قابلیت اطمینان حالت جامد بدون قطعات متحرک و قابلیت چیدمان افقی برای نمایشگرهای چندکاراکتری.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش خاص در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است.شدت نور متوسط (Iv)برای هر تراشه ال‌ای‌دی حداقل 5400 میکروکاندلا، مقدار معمول 13500 میکروکاندلا و حداکثری ذکر نشده است، زمانی که با جریان مستقیم (IF) 10 میلی‌آمپر راه‌اندازی شود. این پارامتر نشان‌دهنده قدرت خروجی نور درک شده توسط چشم انسان است که با استفاده از سنسوری اندازه‌گیری می‌شود که برای تطابق با منحنی پاسخ فوتوپیک CIE فیلتر شده است.

طول موج تابش اوج (λp)معمولاً 468 نانومتر است که خروجی را در ناحیه آبی طیف مرئی قرار می‌دهد.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)25 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا گستردگی طول‌موج‌های تابش شده است.طول موج غالب (λd)بین 470 تا 475 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگ درک شده نور است.نسبت تطابق شدت نوربرای ال‌ای‌دی‌های داخل یک ناحیه نمایش یکسان حداکثر 2:1 است که یکنواختی قابل قبول روشنایی در سراسر ماتریس را تضمین می‌کند.2.2 ویژگی‌های الکتریکی

پارامتر الکتریکی کلیدی

ولتاژ مستقیم (VF)برای هر تراشه است که در جریان آزمایش 20 میلی‌آمپر از 3.3 ولت (حداقل) تا 3.6 ولت (حداکثر) متغیر است. این یک پارامتر طراحی حیاتی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان یا مدار درایور مناسب است.جریان معکوس (IR)حداکثر 100 میکروآمپر زمانی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال شود، مشخص شده است. توجه به این نکته بسیار مهم است که این شرایط ولتاژ معکوس فقط برای اهداف آزمایشی است؛ دستگاه برای کار مداوم تحت بایاس معکوس طراحی نشده است.2.3 حداکثر مقادیر مجاز و ملاحظات حرارتی

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.

جریان مستقیم پیوستهبرای هر تراشه در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 20 میلی‌آمپر است که با افزایش دما به صورت خطی 0.21 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد.جریان مستقیم اوج100 میلی‌آمپر است اما فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). حداکثراتلاف توانبرای هر تراشه 70 میلی‌وات است. دستگاه برای یکمحدوده دمای کار و ذخیره‌سازی35- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است.آستانه تخلیه الکترواستاتیک (ESD)2000 ولت (مدل بدن انسان) است که نشان‌دهنده سطح متوسطی از حساسیت است که نیازمند رویه‌های صحیح جابجایی است.3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد و تلرانس‌ها

ارتفاع ماتریس دستگاه 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) است. تمام ابعاد بسته‌بندی بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌های عمومی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک یادداشت خاص تلرانس جابجایی نوک پایه را ±0.5 میلی‌متر ذکر می‌کند که برای طراحی جای پای PCB و مونتاژ خودکار مهم است.

3.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

نمایشگر دارای پیکربندی 14 پایه است. نمودار مدار داخلی یک ساختار ماتریس مالتی‌پلکس را نشان می‌دهد. پایه‌ها به آندهای ردیف‌های 1 تا 7 و کاتدهای ستون‌های 1 تا 5 اختصاص داده شده‌اند. این معماری انتخاب X-Y امکان کنترل هر نقطه (LED) را با فعال کردن خطوط ردیف (آند) و ستون (کاتد) مربوطه فراهم می‌کند که به طور قابل توجهی تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را در مقایسه با روش درایو مستقیم کاهش می‌دهد.

4. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

دیتاشیت حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن، مشخص می‌کند. این یک محدودیت پروفیل معمول لحیم‌کاری رفلو برای قطعات سوراخ‌دار است. رعایت این محدودیت برای جلوگیری از آسیب به تراشه‌های ال‌ای‌دی یا بسته پلاستیکی از تنش حرارتی بیش از حد ضروری است.

5. محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

با توجه به درجه حساسیت ESD، پروتکل‌های سختگیرانه جابجایی برای جلوگیری از آسیب ناشی از الکتریسیته ساکن یا موج‌های قدرت توصیه می‌شود. این موارد شامل: استفاده از بند مچ دست رسانا یا دستکش ضداستاتیک؛ اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام تجهیزات، ایستگاه‌های کاری و قفسه‌های ذخیره‌سازی؛ و استفاده از دمنده یونی برای خنثی کردن بارهای استاتیکی که ممکن است در طول جابجایی و ذخیره‌سازی روی سطح لنز پلاستیکی جمع شوند، می‌شود.

6. پیشنهادات کاربردی

6.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیازمند یک خط یا چند کاراکتر اطلاعات هستند ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل نشانگرهای وضعیت روی ماشین‌آلات، نمایشگرهای ساده روی تجهیزات آزمایشی، پنل‌های نمایش برای الکترونیک مصرفی پایه و به عنوان بلوک‌های سازنده برای تابلوهای پیام چندکاراکتری بزرگتر به دلیل طراحی قابل چیدمان آن‌ها است.

6.2 ملاحظات طراحی

مدار درایور:

یک میکروکنترلر یا آی‌سی درایور نمایشگر اختصاصی برای مالتی‌پلکس کردن ردیف‌ها و ستون‌ها مورد نیاز است. درایور باید جریان لازم (معمولاً 10-20 میلی‌آمپر برای هر سگمنت) را تأمین کند و افت ولتاژ مستقیم (~3.6 ولت) را مدیریت کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط ردیف یا ستون برای تنظیم جریان کار ضروری هستند.منبع تغذیه:
ولتاژ منبع باید بالاتر از ولتاژ مستقیم ال‌ای‌دی باشد. منبع 5 ولت متداول است، با مقاومت‌هایی که برای افت ولتاژ باقیمانده استفاده می‌شوند.زاویه دید:
طراحی تک‌صفحه‌ای با زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از مرکز مشاهده شود مفید است.محیطی:
محدوده دمای کار مشخص شده آن را برای محیط‌های داخلی و بسیاری از محیط‌های صنعتی مناسب می‌کند.7. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ (VFD)، این ماتریس ال‌ای‌دی مصرف توان به مراتب کمتر، عمر طولانی‌تر و مقاومت برتر در برابر ضربه و لرزش را به دلیل ساختار حالت جامد خود ارائه می‌دهد. در دسته نمایشگرهای ال‌ای‌دی، استفاده از تراشه‌های آبی InGaN یک گزینه رنگی متفاوت در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های قرمز GaAsP یا GaP رایج‌تر فراهم می‌کند. فرمت 5x7 یک استاندارد برای تولید کاراکترهای حروف-اعدادی است که تعادل خوبی بین وضوح و تعداد پایه ارائه می‌دهد. بسته‌بندی سوراخ‌دار آن را از جایگزین‌های نصب سطحی متمایز می‌کند و آن را برای نمونه‌سازی اولیه، پروژه‌های آماتوری یا کاربردهایی که ممکن است لحیم‌کاری دستی درگیر باشد مناسب‌تر می‌سازد.

8. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: هدف نسبت تطابق شدت نور 2:1 چیست؟

ج: این نسبت تضمین می‌کند که روشن‌ترین نقطه در نمایشگر حداکثر دو برابر کم‌نورترین نقطه تحت شرایط درایو یکسان باشد. این برای دستیابی به ظاهر یکنواخت در تمام کاراکترها و سگمنت‌ها مهم است و از این که برخی نقاط به طور محسوسی کم‌نورتر یا روشن‌تر از دیگران به نظر برسند جلوگیری می‌کند.
س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً با پایه میکروکنترلر 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم معمولی (3.6 ولت) بالاتر از 3.3 ولت است. شما به یک مدار درایور (مانند آرایه ترانزیستور) که از منبع ولتاژ بالاتر (مثلاً 5 ولت) تغذیه می‌شود برای سوئیچ کردن ردیف‌ها/ستون‌ها نیاز دارید. پایه‌های میکروکنترلر سپس این ترانزیستورهای درایور را کنترل می‌کنند.
س: چرا یادداشتی وجود دارد که مشخص می‌کند ولتاژ معکوس فقط برای آزمایش است؟

ج: ال‌ای‌دی‌ها دیود هستند و برای مسدود کردن ولتاژهای معکوس بالا طراحی نشده‌اند. اعمال بایاس معکوس پیوسته بالاتر از یک آستانه بسیار پایین (اغلب فقط چند ولت) می‌تواند باعث شکست و آسیب به دستگاه شود. شرایط آزمایش 5 ولت برای اندازه‌گیری جریان نشتی (IR) تحت یک تنش کنترل شده و غیرعملیاتی استفاده می‌شود.
س: چگونه یک نمایشگر چندکاراکتری ایجاد کنم؟

ج: نمایشگرها "به صورت افقی قابل چیدمان هستند." این به این معنی است که می‌توانید چندین واحد را کنار هم روی یک PCB قرار دهید. پایه‌های آن‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که خطوط ردیف و ستون متناظر از واحدهای مجاور می‌توانند به صورت موازی به هم متصل شوند و به یک مدار درایور واحد اجازه می‌دهند تا یک رشته کاراکتر را با اسکن همزمان تمام ردیف‌های آن‌ها در حالی که داده‌های ستون را برای هر موقعیت به ترتیب ارسال می‌کند، کنترل کند.
9. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک نمایشگر دمای ساده.

یک طراح نیاز دارد تا یک دمای دو رقمی (مثلاً "25") را روی یک کنترلر نهفته نشان دهد. آن‌ها از دو نمایشگر LTP-1557TBE استفاده می‌کنند. یک میکروکنترلر برنامه‌ریزی می‌شود تا مقدار سنسور دما را به کدهای ASCII برای اعداد '2' و '5' تبدیل کند. این کدها با استفاده از یک جدول جستجو ذخیره شده در حافظه میکروکنترلر به الگوی خاص نقاط روشن برای هر کاراکتر ترجمه می‌شوند. پایه‌های I/O میکروکنترلر، احتمالاً از طریق درایورهای جریان‌کش خارجی (مانند آرایه‌های ULN2003 برای ستون‌ها) و درایورهای جریان‌ده (مانند ترانزیستورها برای ردیف‌ها)، نمایشگرها را مالتی‌پلکس می‌کنند. این به سرعت از فعال کردن ردیف 1 هر دو نمایشگر در حالی که الگوهای ستون را برای آن ردیف برای هر کاراکتر تنظیم می‌کند، سپس ردیف 2 و به همین ترتیب تا ردیف 7 چرخه می‌زند. این سریع‌تر از آن اتفاق می‌افتد که چشم انسان بتواند درک کند و توهم کاراکترهای پایدار را ایجاد می‌کند. صفحه خاکستری و نقاط سفید خوانایی خوبی در نور محیطی محیط مورد نظر تضمین می‌کنند.10. معرفی اصل عملکرد

اصل عملکرد اساسی بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم فراتر از آستانه روشن شدن دیود (ولتاژ مستقیم، VF) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال (پیوند) تزریق می‌شوند. در اینجا، آن‌ها بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ماده خاص استفاده شده - در این مورد InGaN - انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور تابش شده را تعیین می‌کند که در طیف آبی است. آرایش ماتریس 5x7 یک پیاده‌سازی عملی است که در آن 35 تراشه ال‌ای‌دی فردی (دایس) با هم بسته‌بندی شده و در یک ماتریس ردیف-ستون به هم متصل شده‌اند تا اتصالات خارجی به حداقل برسد.

11. روندها و تحولات فناوری

در حالی که این ماتریس ال‌ای‌دی گسسته سوراخ‌دار خاص نشان‌دهنده یک فناوری بالغ و پایدار است، حوزه گسترده‌تر فناوری نمایشگر همچنان در حال تکامل است. روندها شامل مهاجرت به بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار و عوامل شکل کوچک‌تر است. همچنین حرکتی به سمت ماتریس‌های با چگالی بالاتر و نمایشگرهای تمام‌رنگ RGB با استفاده از تکنیک‌های بسته‌بندی پیشرفته‌ای که تراشه‌های قرمز، سبز و آبی را در یک پیکسل واحد ادغام می‌کنند، وجود دارد. علاوه بر این، فناوری تراشه ال‌ای‌دی زیربنایی بهبود مستمر در بازده (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) و قابلیت اطمینان را شاهد است. با این حال، فرمت حروف-اعدادی 5x7 پایه برای تعداد بی‌شماری از کاربردهای نمایشگر ساده، مقرون به صرفه و قابل اعتماد که به وضوح بالا یا رنگ نیاز ندارند، همچنان مرتبط باقی می‌ماند.

While this specific through-hole, discrete LED matrix represents a mature and stable technology, the broader field of display technology continues to evolve. Trends include the migration to surface-mount device (SMD) packages for automated assembly and smaller form factors. There is also a move towards higher-density matrices and full-color RGB displays using advanced packaging techniques that integrate red, green, and blue chips into a single pixel. Furthermore, the underlying LED chip technology sees continuous improvement in efficiency (more light output per watt of electrical input) and reliability. However, the basic 5x7 alphanumeric format remains relevant for countless simple, cost-effective, and reliable display applications where high resolution or color is not required.