دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-1457AKD - ارتفاع ۱.۲ اینچ (۳۰.۴۲ میلی‌متر) - فناوری آلین‌گپ هایپر رد - آرایه ۵x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1457AKD یک ماژول نمایشگر تک رقمی الفبایی-عددی 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 مجزا است.

این دستگاه حول یک آرایه ۵ ستون در ۷ ردیف (5x7) از چیپ‌های LED هایپر رد آلین‌گپ (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) ساخته شده است. این ماده نیمه‌هادی بر روی یک زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) رشد داده شده که به عملکرد نوری آن کمک می‌کند. ارائه بصری آن دارای صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که تضاد بالایی برای عناصر قرمز روشن شده فراهم می‌کند. اهداف طراحی اصلی این قطعه، مصرف توان پایین، قابلیت اطمینان حالت جامد و زاویه دید گسترده حاصل از ساختار تک‌صفحه‌ای است. این قطعه بر اساس شدت نورانی دسته‌بندی می‌شود که امکان تطابق روشنایی در کاربردهای چندرقمی را فراهم می‌کند و به صورت افقی قابل چیدمان برای تشکیل نمایشگرهای چندکاراکتری است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

این پارامترها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین شده نیست.

• توان تلف شده متوسط هر نقطه:۴۰ میلی‌وات. این حداکثر توان پیوسته‌ای است که هر سگمنت LED می‌تواند بدون گرمای بیش از حد تحمل کند.
• جریان پیشروی پیک هر نقطه:۹۰ میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری ۱/۱۰ و عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه برای جلوگیری از تنش گرمایی بیش از حد مجاز است.
• جریان پیشروی متوسط هر نقطه:۱۵ میلی‌آمپر در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد. این جریان بالاتر از ۲۵ درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با نرخ ۰.۲ میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای ۸۵ درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان متوسط مجاز تقریباً خواهد بود: ۱۵ میلی‌آمپر - ((۸۵°C - ۲۵°C) * ۰.۲ میلی‌آمپر/°C) = ۳ میلی‌آمپر.
• ولتاژ معکوس هر نقطه:۵ ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست پیوندگاه شود.
• محدوده دمای عملکرد و ذخیره‌سازی:۳۵- درجه سانتی‌گراد تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:مقاوم در برابر دمای ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد برای حداکثر ۳ ثانیه، که در فاصله ۱.۶ میلی‌متر (۱/۱۶ اینچ) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکرد تضمین شده تحت شرایط آزمایش مشخص شده در دمای محیط (Ta) ۲۵ درجه سانتی‌گراد هستند.

• شدت نورانی متوسط (I_V):از ۸۰۰ میکروکاندلا (حداقل) تا ۲۶۰۰ میکروکاندلا (معمول) متغیر است، که در جریان پیک (I_p) ۳۲ میلی‌آمپر با چرخه کاری ۱/۱۶ آزمایش شده است. شدت نور با استفاده از یک فیلتر که منحنی پاسخ چشم انسان فوتوپیک (CIE) را تقریب می‌زند، اندازه‌گیری می‌شود.
• طول موج تابش پیک (λ_p):معمولاً ۶۵۰ نانومتر هنگامی که با جریان پیشروی (I_F) ۲۰ میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. این طول‌موجی است که در آن خروجی توان نوری در بیشترین مقدار است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):معمولاً ۲۰ نانومتر (I_F=20mA). این نشان‌دهنده گسترش طول‌موج نور تابش‌شده حول نقطه پیک است.
• طول موج غالب (λ_d):معمولاً ۶۳۹ نانومتر (I_F=20mA). این طول‌موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و ممکن است کمی با طول موج پیک متفاوت باشد.
• ولتاژ پیشروی هر نقطه (V_F):بسته به جریان از ۲.۱ ولت تا ۲.۸ ولت متغیر است. در I_F=20mA: ۲.۱V (حداقل)، ۲.۶V (معمول). در I_F=80mA: ۲.۳V (حداقل)، ۲.۸V (معمول).
• جریان معکوس هر نقطه (I_R):حداکثر ۱۰۰ میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) ۵ ولت اعمال شود.
• نسبت تطابق شدت نورانی (I_V-m):حداکثر ۲:۱. این مشخص می‌کند که اختلاف روشنایی بین هر دو نقطه (یا سگمنت) روی یک دستگاه تحت شرایط راه‌اندازی یکسان از ضریب دو تجاوز نخواهد کرد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"بر اساس شدت نورانی دسته‌بندی شده است.\" این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید اشاره دارد. به دلیل تغییرات ذاتی در رشد اپیتاکسیال نیمه‌هادی و پردازش چیپ، LEDهای یک دسته تولید می‌توانند خروجی نوری کمی متفاوت داشته باشند. برای اطمینان از یکنواختی در کاربردها، به ویژه در نمایشگرهای چندرقمی که یکنواختی روشنایی حیاتی است، واحدهای تولید شده آزمایش و بر اساس شدت نورانی اندازه‌گیری شده در \"دسته‌های\" مختلف مرتب می‌شوند. سپس طراحان می‌توانند هنگام سفارش یک کد دسته را مشخص کنند تا تضمین کنند تمام واحدهای مونتاژ شده در محدوده تنگ روشنایی قرار می‌گیرند و از کمرنگ یا پررنگ شدن برخی کاراکترها نسبت به دیگران جلوگیری شود. در حالی که این دیتاشیت کدهای دسته یا محدوده‌های شدت خاصی را فهرست نمی‌کند، این روش استاندارد برای تضمین کیفیت بصری است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

صفحه آخر دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" اختصاص دارد. این نمودارها برای درک رفتار دستگاه فراتر از مشخصات تک‌نقطه‌ای فهرست شده در جداول بسیار ارزشمند هستند. در حالی که منحنی‌های خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، نمودارهای معمول برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:

• جریان پیشروی در مقابل ولتاژ پیشروی (منحنی I-V):رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ در سراسر پیوندگاه LED را نشان می‌دهد. این به طراحی مدار محدودکننده جریان کمک می‌کند.
• شدت نورانی در مقابل جریان پیشروی:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل گرمایش و افت بازده به صورت زیرخطی است.
• شدت نورانی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوندگاه را نشان می‌دهد که برای کاربردهای عملیاتی در محدوده دمایی وسیع حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که شکل و عرض طیف نور قرمز تابش‌شده را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها به مهندسان اجازه می‌دهد تا عملکرد تحت شرایط عملیاتی خاص خود را پیش‌بینی کنند، که ممکن است با شرایط آزمایش استاندارد متفاوت باشد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

ساختار فیزیکی LTP-1457AKD توسط ابعاد پکیج و مدار داخلی آن تعریف می‌شود.

5.1 ابعاد پکیج

این دستگاه دارای ارتفاع ماتریس ۱.۲ اینچ (۳۰.۴۲ میلی‌متر) است. یک نقشه ابعادی دقیق در صفحه ۲ دیتاشیت ارائه شده است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر مشخص شده‌اند، با تلرانس کلی ±۰.۲۵ میلی‌متر (±۰.۰۱ اینچ) مگر اینکه یک ویژگی خاص نیازمند تلرانس متفاوتی باشد. این نقشه برای طراحی جای پای PCB (برد مدار چاپی) ضروری است تا اطمینان حاصل شود که قطعه به درستی جا می‌گیرد و با پدهای لحیم‌کاری برد تراز است.

5.2 مدار داخلی و پین‌اوت

نمایشگر از پیکربندی کاتد مشترک برای ردیف‌ها استفاده می‌کند. نمودار مدار داخلی یک ماتریس 5x7 را نشان می‌دهد که در آن هر LED (نقطه) در تقاطع یک خط آند (ستون) و یک خط کاتد (ردیف) تشکیل شده است. برای روشن کردن یک نقطه خاص، آند ستون مربوطه باید در حالت High (با محدودیت جریان مناسب) راه‌اندازی شود، در حالی که کاتد ردیف آن باید در حالت Low قرار گیرد.

جدول اتصال پین‌ها برای ارتباط‌دهی حیاتی است:

- پین‌های ۱، ۲، ۵، ۷، ۸، ۹، ۱۲، ۱۴ به کاتد ردیف‌ها (۱-۷) متصل می‌شوند.

- پین‌های ۳، ۴، ۶، ۱۰، ۱۱، ۱۳ به آند ستون‌ها (۱-۵) متصل می‌شوند.

توجه: در لیست ارائه شده ناسازگاری وجود دارد که در آن پین ۱۱ به عنوان \"آند ستون ۳\" و پین ۴ نیز \"آند ستون ۳\" فهرست شده است. در یک ماتریس استاندارد 5x7 با ۱۲ پین (۱۴ پین با ۲ پین احتمالاً استفاده نشده)، این احتمالاً یک خطای مستندسازی است؛ یکی باید ستون ۱، ۲، ۳، ۴ یا ۵ باشد. برای نگاشت صحیح و بدون ابهام، باید به نمودار دیتاشیت واقعی مراجعه کرد. برای فعال‌سازی متوالی ردیف‌ها و ستون‌ها برای تشکیل کاراکترها بدون اثر شبح، مدار راه‌اندازی مالتی‌پلکس مناسب مورد نیاز است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مشخصه کلیدی مونتاژ ارائه شده، پروفیل دمای لحیم‌کاری است. دستگاه می‌تواند دمای پیک ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت ۳ ثانیه تحمل کند. این در نقطه‌ای ۱.۶ میلی‌متر زیر صفحه نشیمن بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود که تقریباً با سطح PCB یا خود اتصال لحیم مطابقت دارد. این رتبه‌بندی با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری بازجوشی بدون سرب (SnAgCu) سازگار است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که پروفیل کوره بازجوشی آن‌ها از این محدودیت زمان-دما تجاوز نمی‌کند تا از آسیب به چیپ‌های LED، باندهای سیم داخلی یا مواد پلاستیکی پکیج جلوگیری شود. در طول جابجایی باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی مناسب است که نیازمند یک کاراکتر یا نماد منفرد با خوانایی بالا هستند. ماهیت قابل چیدمان آن اجازه می‌دهد در تنظیمات چندکاراکتری استفاده شود. کاربردهای رایج شامل موارد زیر است:

- پنل‌های ابزار دقیق (ولت‌متر، مولتی‌متر، فرکانس‌شمار).

- نشانگرهای وضعیت سیستم‌های کنترل صنعتی.

- نمایشگرهای پایانه‌های فروش.

- تابلوهای پیام ساده یا تابلوهای امتیاز هنگامی که چندین واحد ترکیب می‌شوند.

- رابط‌های کاربری سیستم‌های توکار برای کدهای وضعیت یا خروجی تک رقمی.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار راه‌انداز:یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا یک درایور اختصاصی نمایشگر LED (مانند MAX7219 یا مشابه) برای مالتی‌پلکسینگ مورد نیاز است. هر پین جریان چندین LED را سینک یا سورس می‌کند، بنابراین اطمینان حاصل کنید که محدودیت جریان هر پین MCU یا درایور بیش از حد نشود.
• محدودیت جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر ستون آند (یا یک درایور جریان ثابت) اجباری هستند تا جریان پیشروی (I_F) را روی یک مقدار ایمن تنظیم کنند، معمولاً بین ۱۰-۲۰ میلی‌آمپر برای عملکرد پیوسته، با در نظر گرفتن کاهش رتبه با دما.
• توان تلف شده:توان تلف شده کل را محاسبه کنید، به ویژه هنگامی که چندین نقطه به طور همزمان روشن می‌شوند. اطمینان حاصل کنید که در محدوده حرارتی دستگاه و PCB باقی می‌ماند.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از کنار دیده شود مفید است.
• یکنواختی روشنایی:هنگام سفارش برای کاربردهای چند واحدی، یک دسته شدت نور را مشخص کنید تا یکنواختی بصری تضمین شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی LTP-1457AKD استفاده از فناوری آلین‌گپ هایپر رد و قالب مکانیکی/الکتریکی خاص آن است.

• در مقابل LEDهای قرمز استاندارد GaAsP یا GaP:LEDهای آلین‌گپ به طور کلی بازده نورانی بالاتر، پایداری دمایی بهتر و رنگ قرمز اشباع‌شده‌تر و خالص‌تری (طول موج غالب ~۶۳۹ نانومتر) نسبت به فناوری‌های قدیمی ارائه می‌دهند، که ممکن است نارنجی‌تر به نظر برسند.
• در مقابل نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای بزرگ‌تر یا کوچک‌تر:ارتفاع ۱.۲ اینچ و قالب 5x7 نشان‌دهنده یک مصالحه اندازه و وضوح خاص است که خوانایی خوبی در فاصله متوسط ارائه می‌دهد. قالب‌های کوچک‌تر فضا را ذخیره می‌کنند اما خوانایی را کاهش می‌دهند؛ قالب‌های بزرگ‌تر از دور قابل مشاهده‌تر هستند اما توان و مساحت برد بیشتری مصرف می‌کنند.
• در مقابل نمایشگرهای با کنترلر یکپارچه:این یک آرایه LED \"خام\" است. نمایشگرهای دارای کنترلرهای یکپارچه (I2C، SPI) رابط میکروکنترلر را ساده می‌کنند اما ممکن است انعطاف‌پذیری کمتری داشته باشند یا گران‌تر باشند. LTP-1457AKD کنترل مستقیم را به بهای مدار راه‌انداز پیچیده‌تر ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترها)

سوال: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً با یک میکروکنترلر ۵ ولتی راه‌اندازی کنم؟

پاسخ: احتمالاً، اما با احتیاط. V_Fمعمول ۲.۱-۲.۸ ولت است. یک پین MCU 5V، 5 ولت را به آند اعمال می‌کند که بدون مقاومت محدودکننده جریان، LED را از بین می‌برد. شما باید از یک مقاومت سری استفاده کنید. محاسبه به این صورت است: R = (V_منبع- V_F) / I_F. برای منبع ۵ ولتی، V_F=2.6V، و I_F=20mA، R = (5 - 2.6) / 0.02 = ۱۲۰ اهم. همچنین، اطمینان حاصل کنید که MCU می‌تواند جریان مالتی‌پلکس مورد نیاز را سینک/سورس کند.

سوال: \"چرخه کاری ۱/۱۶\" در شرایط آزمایش برای شدت نورانی به چه معناست؟

پاسخ: به این معنی است که LED برای ۱/۱۶ از کل زمان چرخه به صورت پالسی روشن می‌شود. برای نمایشگرهای مالتی‌پلکس، این یک روش راه‌اندازی رایج است. جریان پیک در طول زمان روشن بودن (۳۲ میلی‌آمپر در آزمایش) بالاتر از مقداری است که می‌توان برای عملکرد DC استفاده کرد تا روشنایی درک شده معادل یک جریان DC پایین‌تر حاصل شود. جریان متوسط برابر است با (جریان پیک * چرخه کاری) = 32mA * (1/16) = ۲ میلی‌آمپر.

سوال: چگونه کاراکترهایی مانند حروف و اعداد ایجاد کنم؟

پاسخ: شما به یک جدول فونت یا مولد کاراکتر در نرم‌افزار خود نیاز دارید. این یک جدول جستجو است که مشخص می‌کند برای هر کد ASCII یا EBCDIC کدام نقاط (ترکیبات آند/ستون، کاتد/ردیف) روشن شوند. به عنوان مثال، کاراکتر \"A\" به یک الگوی خاص در ۵ ستون و ۷ ردیف نگاشت می‌شود.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی نشانگر دور در دقیقه (RPM) تک رقمی برای یک کنترلر موتور.

نمایشگر نیاز دارد یک عدد از ۰ تا ۹ را نشان دهد که نشان‌دهنده یک محدوده سرعت است. یک میکروکنترلر کم‌هزینه با ۱۲ پین I/O انتخاب شده است.

پیاده‌سازی:۷ پین به عنوان خروجی‌های درین-باز پیکربندی شده‌اند تا ردیف‌های کاتد را راه‌اندازی کنند (سینک جریان). ۵ پین به عنوان خروجی‌های دیجیتال پیکربندی شده‌اند تا ستون‌های آند را از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان راه‌اندازی کنند (سورس جریان). فریم‌ور شامل یک نقشه فونت 5x7 برای ارقام ۰-۹ است. یک وقفه تایمر را اجرا می‌کند که به ترتیب هر ردیف (۱-۷) را با کشیدن پین کاتد آن به Low فعال می‌کند. برای ردیف فعال، فریم‌ور ۵ پین آند را بر اساس الگوی فونت برای رقمی که باید در آن ردیف خاص نمایش داده شود، در حالت High قرار می‌دهد. این مالتی‌پلکسینگ سریع‌تر از آنچه چشم انسان می‌تواند درک کند (مثلاً >۱۰۰ هرتز) اتفاق می‌افتد و یک تصویر پایدار و بدون لرزش ایجاد می‌کند. جریان متوسط هر LED روی ۱۰ میلی‌آمپر نگه داشته می‌شود (جریان پیک برای چرخه کاری تنظیم شده) تا قابلیت اطمینان بلندمدت در محدوده‌های توان تلف شده تضمین شود.

11. اصل عملکرد

اصل اساسی، الکترولومینسانس در یک پیوندگاه p-n نیمه‌هادی است. ماده آلین‌گپ دارای یک گاف نواری مستقیم است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود (ولتاژ مثبت روی آند نسبت به کاتد)، الکترون‌ها از ناحیه نوع n به باند هدایت تزریق می‌شوند و حفره‌ها از ناحیه نوع p به باند ظرفیت تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار در ناحیه فعال نزدیک پیوندگاه بازترکیب می‌شوند. در یک ماده با گاف نواری مستقیم مانند آلین‌گپ، بخش قابل توجهی از این بازترکیب‌ها تابشی هستند، به این معنی که انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) این نور توسط انرژی گاف نواری (E_g) ماده نیمه‌هادی، بر اساس معادله λ ≈ hc/E_gتعیین می‌شود. برای آلین‌گپ تنظیم‌شده برای نور قرمز، این منجر به فوتون‌هایی با طول موج حدود ۶۵۰ نانومتر می‌شود. آرایش ماتریس 5x7 به سادگی یک شبکه از این LEDهای پیوندگاه p-n مجزا است، که آندها و کاتدهای آن‌ها در یک الگوی متقاطع به هم متصل شده‌اند تا تعداد پین‌های راه‌انداز مورد نیاز به حداقل برسد.

12. روندهای فناوری

در حالی که LTP-1457AKD نماینده یک فناوری بالغ و قابل اعتماد است، زمینه گسترده‌تر فناوری نمایشگر همچنان در حال تکامل است. نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED گسسته از این نوع با رقابت ماژول‌های یکپارچه‌ای که از LEDهای دستگاه نصب سطحی (SMD) استفاده می‌کنند مواجه هستند، که می‌توانند کوچک‌تر باشند و وضوح بالاتری ارائه دهند. علاوه بر این، فناوری‌های LED آلی (OLED) و میکرو-LED در حال پیشرفت هستند که نمایشگرهای نازک‌تر، کارآمدتر و با کنتراست بالاتر را نوید می‌دهند. برای جایگاه خاص نمایشگرهای ساده، مستحکم، تک کاراکتری یا چندکاراکتری با وضوح پایین، LEDهای آلین‌گپ و نیمه‌هادی‌های III-V مشابه به دلیل قابلیت اطمینان اثبات شده، محدوده دمای عملیاتی گسترده، روشنایی بالا و مقرون‌به‌صرفه بودن برای کاربردهای صنعتی و ابزار دقیق، همچنان بسیار مرتبط هستند. روند در این بخش به سمت بازده بالاتر (نور بیشتر در هر وات) و دسته‌بندی دقیق‌تر برای یکنواختی رنگ و روشنایی است.