دیتاشیت نمایشگر LED ماتریکس نقطه‌ای 5x7 مدل LTP-2557JD - ارتفاع 2.0 اینچ - قرمز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-2557JD یک ماژول نمایشگر LED ماتریکس نقطه‌ای تک‌سطحه با آرایش 5x7 است که برای نمایش کاراکترها و نمادها طراحی شده است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی بصری واضح و قابل اعتماد در کاربردهای الکترونیکی مختلفی است که نیازمند اطلاعات الفبایی-عددی یا گرافیکی ساده می‌باشند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این دستگاه چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای صنعتی، تجاری و ابزار دقیق مناسب می‌سازد. نیاز توان پایین آن یک مزیت قابل توجه برای طراحی‌های مبتنی بر باتری یا صرفه‌جو در انرژی است. ساختار حالت جامد، قابلیت اطمینان بالا و طول عمر عملیاتی طولانی را تضمین می‌کند، زیرا هیچ قطعه متحرک یا رشته‌ای برای خرابی وجود ندارد. زاویه دید گسترده ارائه شده توسط طراحی تک‌سطحه، امکان مشاهده واضح از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌کند که برای رابط‌های کاربری و نشانگرهای وضعیت حیاتی است. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که ثبات درخشندگی را در بین دسته‌های تولیدی تضمین می‌کند. سازگاری آن با کدهای کاراکتر استاندارد (ASCII و EBCDIC) و قابلیت چیدمان افقی، آن را برای ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری یا گرافیک ساده همه‌کاره می‌سازد. بازار هدف شامل پایانه‌های فروش، پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری، دستگاه‌های پزشکی و هر کاربرد دیگری است که نیازمند یک نمایشگر کاراکتری ساده و مستحکم باشد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

بخش‌های زیر یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهند.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

نمایشگر از چیپ‌های LED قرمز با بازدهی بالا از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند. این ماده نیمه‌هادی به دلیل بازده نوری بالا و عملکرد خوب در طیف قرمز تا کهربایی شناخته شده است. چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید) ساخته شده‌اند. پکیج دارای صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که کنتراست و خوانایی را افزایش می‌دهد.

• شدت نور متوسط (I_V): از حداقل 1300 میکروکاندلا تا مقدار معمول 3000 میکروکاندلا در هنگام راه‌اندازی با جریان پیک (I_p) 32 میلی‌آمپر و چرخه کاری 1/16 متغیر است. این پارامتر روشنایی درک شده نقاط فعال را تعریف می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λ_p): معمولاً 656 نانومتر. این طول‌موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است.
• طول موج غالب (λ_d): معمولاً 640 نانومتر. این طول‌موج واحدی است که بهترین توصیف از رنگ درک شده توسط چشم انسان را ارائه می‌دهد که یک قرمز اشباع است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ): معمولاً 22 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده خروجی تک‌رنگ‌تر است.
• نسبت تطبیق شدت نور (I_V-m): حداکثر 2:1. این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین نقطه در آرایه را مشخص می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌نماید.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی، محدوده‌ها و شرایط عملیاتی دستگاه را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم هر نقطه (V_F): معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر. این افت ولتاژ روی یک LED در هنگام هدایت است.
• جریان معکوس هر نقطه (I_R): حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این جریان نشتی کوچکی است که هنگام بایاس معکوس LED جریان می‌یابد.
• جریان مستقیم متوسط هر نقطه: حداکثر 13 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان DC پیوسته توصیه شده برای عملکرد مطمئن است.
• جریان مستقیم پیک هر نقطه: حداکثر 90 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان لحظه‌ای مطلق است که معمولاً برای عملیات پالسی مرتبط است.

2.3 محدوده‌های حداکثر مطلق و ملاحظات حرارتی

این محدوده‌ها، حد تنش‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. عملکرد خارج از این محدوده توصیه نمی‌شود.

• توان تلف شده متوسط هر نقطه: حداکثر 33 میلی‌وات.
• محدوده دمای عملیاتی: 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای عملکرد در این محدوده دمای محیط طراحی شده است.
• محدوده دمای نگهداری: 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• کاهش جریان: جریان مستقیم متوسط باید به صورت خطی از 13 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، به میزان 0.17 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد، با افزایش دمای محیط کاهش یابد. این امر برای مدیریت حرارتی و جلوگیری از گرمای بیش از حد حیاتی است.
• دمای لحیم‌کاری: دستگاه می‌تواند در طول لحیم‌کاری، دمای 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد فیزیکی

ارتفاع ماتریکس دستگاه 2.0 اینچ (50.80 میلی‌متر) است. ابعاد پکیج در دیتاشیت با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌ها معمولاً ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. طرح کلی دقیق، فاصله پایه‌ها و ردپای کلی برای چیدمان PCB (برد مدار چاپی) و یکپارچه‌سازی مکانیکی حیاتی هستند.

3.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

نمایشگر دارای پیکربندی 14 پایه است. ترتیب پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1: آند ردیف 5، پایه 2: آند ردیف 7، پایه 3: کاتد ستون 2، پایه 4: کاتد ستون 3، پایه 5: آند ردیف 4، پایه 6: کاتد ستون 5، پایه 7: آند ردیف 6، پایه 8: آند ردیف 3، پایه 9: آند ردیف 1، پایه 10: کاتد ستون 4، پایه 11: کاتد ستون 3 (توجه: عملکرد تکراری، احتمالاً یک ملاحظه حاشیه‌نویسی دیتاشیت)، پایه 12: آند ردیف 4 (تکراری)، پایه 13: کاتد ستون 1، پایه 14: آند ردیف 2.

نمودار مدار داخلی، پیکربندی ماتریکس کاتد مشترک استاندارد را نشان می‌دهد. ستون‌ها به کاتدها و ردیف‌ها به آندها متصل هستند. این ساختار امکان مالتی‌پلکسینگ را فراهم می‌کند، جایی که در هر لحظه یک نقطه واحد (تقاطع یک ردیف دارای تغذیه و یک ستون زمین شده) روشن می‌شود. با اسکن سریع ردیف‌ها و ستون‌ها، ماندگاری دید، توهم یک کاراکتر پایدار را ایجاد می‌کند.

4. دستورالعمل‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

4.1 راه‌اندازی نمایشگر

برای کار با ماتریکس 5x7، یک مدار درایور مالتی‌پلکسینگ مورد نیاز است. این معمولاً شامل یک میکروکنترلر یا IC درایور نمایشگر اختصاصی می‌شود. درایور باید به ترتیب هر ردیف (آند) را فعال کند در حالی که داده ستون (کاتد) مناسب برای آن ردیف را فراهم می‌نماید. جریان پیک هر نقطه (I_p) 32 میلی‌آمپر ذکر شده در شرایط آزمایش برای شدت نور، از طریق عملیات پالسی با چرخه کاری کم (1/16) حاصل می‌شود. جریان متوسط هر نقطه باید در محدوده 13 میلی‌آمپر نگه داشته شود. به عنوان مثال، راه‌اندازی با چرخه کاری 1/8 نیازمند آن است که جریان پالس پیک تقریباً 104 میلی‌آمپر باشد تا متوسط 13 میلی‌آمپر حاصل شود که از محدوده پیک 90 میلی‌آمپر فراتر می‌رود. بنابراین، محاسبه دقیق چرخه کاری و جریان پیک ضروری است. معمولاً یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر خط ستون یا ردیف برای تنظیم دقیق جریان مورد نیاز است.

4.2 مدیریت حرارتی و لحیم‌کاری

پایبندی به محدوده‌های حداکثر مطلق بسیار مهم است. اگر دستگاه در دمای محیط بالا کار می‌کند، باید منحنی کاهش جریان دنبال شود. در طول مونتاژ PCB، نباید از پروفیل لحیم‌کاری مشخص شده (260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه) فراتر رفت تا از آسیب به پکیج پلاستیکی یا اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود. چیدمان مناسب PCB با مساحت کافی مس می‌تواند به دفع گرما کمک کند، به ویژه اگر چندین نقطه به طور همزمان برای مدت طولانی روشن باشند.

4.3 چیدمان برای نمایشگرهای چندکاراکتری

دیتاشیت ذکر می‌کند که دستگاه به صورت افقی قابل چیدمان است. این بدان معناست که چندین واحد را می‌توان کنار هم قرار داد تا پیام‌های طولانی‌تری تشکیل شود. در عمل، این امر نیازمند طراحی دقیق PCB برای هم‌ترازی ماژول‌ها و یک مدار درایور است که قادر به آدرس‌دهی تعداد افزایش یافته ردیف‌ها و ستون‌ها باشد (به عنوان مثال، برای دو ماژول، شما همچنان 7 ردیف اما 10 ستون خواهید داشت). نرم‌افزار درایور باید بافر نمایش گسترش یافته را بر این اساس مدیریت کند.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I_F-V_F): رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار راه‌انداز و انتخاب مقدار مناسب مقاومت محدودکننده جریان حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_V-I_F): نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده عملیاتی قبل از افت بازده، یک رابطه تقریباً خطی است.
• شدت نور در مقابل دمای محیط: کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند.
• توزیع طیفی: نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 656 نانومتر و پهنای طیفی را نشان می‌دهد.

6. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، فناوری AlInGaP مورد استفاده در LTP-2557JD بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی درخشان‌تر برای همان جریان ورودی می‌شود. پکیج صفحه خاکستری/نقطه سفید، کنتراست بهتری نسبت به پکیج‌های کاملاً قرمز یا کاملاً شفاف ارائه می‌دهد، به ویژه در شرایط نور محیطی بالا. ارتفاع کاراکتر 2.0 اینچی، یک اندازه استاندارد برای خوانایی در محدوده متوسط است که از بسیاری از ماژول‌های 0.56 اینچی یا 1 اینچی مورد استفاده در دستگاه‌های فشرده بزرگ‌تر است و آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نمایشگر باید از فاصله چند فوتی خوانده شود.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت و بدون مالتی‌پلکسینگ راه‌اندازی کنم؟

پ: از نظر فنی، می‌توانید یک نقطه را به طور پیوسته تغذیه کنید، اما برای نمایش یک کاراکتر کامل، به دلیل معماری ماتریکس، مالتی‌پلکسینگ ضروری است. راه‌اندازی همزمان تمام 35 نقطه با جریان متوسط آنها، نیازمند جریان کل و اتلاف توان بسیار بالایی است که عملی نیست و احتمالاً از محدوده‌های پکیج فراتر می‌رود.

س: تفاوت بین طول موج پیک (656 نانومتر) و طول موج غالب (640 نانومتر) چیست؟

پ: طول موج پیک، قله فیزیکی طیف تابشی است. طول موج غالب، نقطه رنگ درک شده روی نمودار رنگی CIE است. این تفاوت به دلیل شکل طیف تابشی و حساسیت غیرخطی چشم انسان (پاسخ فوتوپیک) است. طول موج غالب برای توصیف رنگ دیده شده توسط کاربر مرتبط‌تر است.

س: چگونه مقاومت سری مورد نیاز را محاسبه کنم؟

پ: شما به ولتاژ تغذیه (V_CC)، ولتاژ مستقیم LED (V_F، از 2.6 ولت استفاده کنید)، و جریان مستقیم مورد نظر (I_F) نیاز دارید. برای مالتی‌پلکسینگ، از جریان پیک (I_p) متناظر با چرخه کاری خود برای دستیابی به جریان متوسط مورد نظر استفاده کنید. مقدار مقاومت R = (V_CC- V_F) / I_p است. اطمینان حاصل کنید که توان نامی مقاومت برای توان پالسی کافی است.

8. معرفی اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (لایه AlInGaP) بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP، انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند. آرایش ماتریکس با ساخت چندین چیپ LED مجزا و اتصال آندها و کاتدهای آنها در یک الگوی شبکه‌ای حاصل می‌شود که امکان کنترل هر تقاطع (نقطه) را از طریق الکترونیک خارجی فراهم می‌کند.

9. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

دیتاشیت شماره قطعه را به صورت LTP-2557JD مشخص می‌کند. پسوند "JD" ممکن است نشان‌دهنده دسته‌بندی خاصی برای شدت نور یا سایر پارامترها باشد. برای سفارش دقیق، باید از شماره قطعه کامل از سیستم سازنده استفاده شود. بسته‌بندی استاندارد برای چنین قطعاتی معمولاً نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار یا سینی/کیسه برای نمونه‌سازی دستی است.