دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-1557AKA - ارتفاع 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) - رنگ نارنجی-قرمز AlInGaP - آرایه 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1557AKA یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی کاراکتری واضح و قابل اطمینان هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری اطلاعات از طریق یک شبکه از دیودهای نورافشان (LED) قابل کنترل مجزا می‌باشد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این دستگاه چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای طیفی از کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب می‌سازد. مزایای اولیه آن شاملنیاز به توان پاییناست که برای سیستم‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی ضروری می‌باشد. قابلیت اطمینان حالت جامدفناوری LEDعمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را در مقایسه با نمایشگرهای رشته‌ای یا سایر نمایشگرهای مکانیکی تضمین می‌کند. طراحیتک صفحه‌ای با زاویه دید گستردهدید خوبی از موقعیت‌های مختلف فراهم می‌کند که برای رابط‌های کاربری حیاتی است. در نهایت،سازگاری آن با کدهای کاراکتری استاندارد (USASCII و EBCDIC)وقابلیت چیدمان افقی (استک کردن)ادغام آن در سیستم‌هایی که نیازمند نمایشگرهای چند رقمی هستند را ساده می‌سازد. بازارهای هدف متداول شامل پنل‌های ابزار دقیق، ترمینال‌های فروش (پوز)، سیستم‌های کنترل صنعتی و تجهیزات آزمایشگاهی می‌شود که در آن‌ها خروجی کاراکتری بادوام و خوانا مورد نیاز است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای الکتریکی، نوری و فیزیکی دستگاه ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در دمای محیط (Ta) برابر 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. دستگاه از ماده نیمه‌هادیAlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)برای چیپ‌های LED خود استفاده می‌کند که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs ساخته شده‌اند. این انتخاب ماده به دلیل بازدهی بالا در طیف نارنجی-قرمز شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با رنگ نقطه‌ای سفید برای ایجاد کنتراست است.

• شدت نور متوسط (I_V): از حداقل 2100 میکروکاندلا تا مقدار معمول 3800 میکروکاندلا متغیر است. این اندازه‌گیری تحت شرایط درایو خاصی انجام می‌شود: جریان پیک (I_p) برابر 80mA با سیکل وظیفه 1/16. شدت نور با استفاده از یک سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند اندازه‌گیری می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقدار با درک روشنایی توسط انسان همبستگی دارد.
• ویژگی‌های طول موج:
  • طول موج تابش پیک (λ_p): معمولاً 621 نانومتر که نشان‌دهنده قوی‌ترین نقطه انتشار نور در ناحیه نارنجی-قرمز است.
  • طول موج غالب (λ_d): معمولاً 615 نانومتر. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان برای مطابقت با رنگ نور درک می‌شود و ممکن است کمی با طول موج پیک متفاوت باشد.
  • نیم‌عرض خط طیفی (Δλ): معمولاً 18 نانومتر. این پارامتر پهنای باند نور منتشر شده را تعریف می‌کند که دامنه طول موج‌های اطراف پیک را نشان می‌دهد. نیم‌عرض باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ خالص‌تر از نظر طیفی است.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m): حداکثر نسبت 2:1 را دارد. این مشخص می‌کند که چه میزان تغییر در روشنایی بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین نقطه‌ها در آرایه مجاز است تا ظاهری یکنواخت تضمین شود.

2.2 پارامترهای الکتریکی

همه ویژگی‌های الکتریکی نیز در Ta=25°C مشخص شده‌اند.

• ولتاژ مستقیم هر نقطه (V_F): معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت، هنگامی که با جریان مستقیم (I_F) 20mA راه‌اندازی می‌شود. این افت ولتاژ در دو سر یک LED هنگام روشن شدن است.
• جریان معکوس هر نقطه (I_R): حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال می‌شود. این نشان‌دهنده سطح جریان نشتی هنگامی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.

2.3 حداکثر مقادیر مجاز مطلق و ملاحظات حرارتی

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند.

• توان تلف شده متوسط هر نقطه: حداکثر 33 میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیک هر نقطه: حداکثر 90 میلی‌آمپر، اما تنها تحت شرایط پالسی (سیکل وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). این امکان روشنایی لحظه‌ای بالاتر را فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم متوسط هر نقطه: ریتینگ در 25 درجه سلسیوس 13 میلی‌آمپر است. نکته حیاتی این است که این ریتینگ با نرخ 0.17 میلی‌آمپر بر درجه سلسیوس به صورت خطی کاهش می‌یابد زیرا دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس افزایش می‌یابد. این یک پارامتر طراحی حیاتی برای مدیریت حرارتی است.
• ولتاژ معکوس هر نقطه: حداکثر 5 ولت.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی: 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری: دستگاه می‌تواند حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس را برای حداکثر 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری شده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاهبر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این به فرآیند دسته‌بندی (بینینگ) تولید اشاره دارد. در طول تولید، LEDها تغییرات طبیعی در عملکرد نشان می‌دهند. دستگاه‌ها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده‌شان آزمایش و دسته‌بندی (بینینگ) می‌شوند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعات را در یک محدوده روشنایی خاص (مثلاً محدوده مشخص شده 2100-3800 میکروکاندلا) انتخاب کنند و یکنواختی در روشنایی محصول نهایی را تضمین می‌نماید. دیتاشیت دسته‌بندی جداگانه‌ای برای طول موج یا ولتاژ مستقیم مشخص نکرده است که نشان می‌دهد دسته‌بندی اولیه بر اساس خروجی نور است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت بهمنحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولارجاع داده است. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی که معمولاً در دیتاشیت کامل گنجانده می‌شوند برای طراحی ضروری هستند. مهندسان انتظار دارند موارد زیر را ببینند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V): نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد و به تعیین نقطه کار برای روشنایی مورد نظر کمک می‌کند.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط: نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد که برای کاربردها در محیط‌های فاقد کنترل آب و هوا حیاتی است.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم: مشخصات دقیق V_Fرا برای طراحی دقیق درایور فراهم می‌کند.
• توزیع طیفی: نموداری که توان نسبی منتشر شده در طول موج‌های مختلف را نشان می‌دهد و مقادیر طول موج پیک و غالب را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهد عملکرد را تحت شرایط واقعی و غیرایده‌آل فراتر از داده‌های تک نقطه‌ای ارائه شده در جداول پیش‌بینی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی

دستگاه به عنوان دارایارتفاع ماتریس 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر)توصیف شده است. این به ارتفاع خود آرایه نقطه‌ای 5x7 اشاره دارد. یک نقشه ابعاد پکیج دقیق ارجاع داده شده است که تمام ابعاد آن بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای طراحی جایگاه PCB و ادغام مکانیکی حیاتی است.

5.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه از پیکربندی 14 پایه استفاده می‌کند. جدول پایه‌ها به وضوح عملکرد هر پایه را تعریف می‌کند و اتصالات به ردیف‌های آند خاص (1-7) و ستون‌های کاتد خاص (1-5) را مشخص می‌کند. اینمعماری کاتد مشترک برای هر ستون(جایی که چندین آند LED در یک ستون یک پایه کاتد مشترک دارند) برای نمایشگرهای ماتریس مالتی‌پلکس استاندارد است. یک نمودار مدار داخلی ارجاع داده شده است که به صورت بصری این چیدمان ماتریس ردیف-آند، ستون-کاتد را نشان می‌دهد و طرح مالتی‌پلکسینگ را تأیید می‌کند. تفسیر صحیح این پایه‌بندی برای طراحی مدار درایو ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مشخصه کلیدی مونتاژ ارائه شدهمحدودیت پروفیل لحیم‌کاری ریفلواست: حداکثر دمای 260 درجه سلسیوس برای حداکثر مدت 3 ثانیه، که در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر زیر بدنه پکیج اندازه‌گیری شده است. این اطلاعات برای مهندسان فرآیند جهت تنظیم کوره‌های لحیم‌کاری برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED یا پکیج حیاتی است. برای ذخیره‌سازی، محدوده مشخص شده 35- تا 85+ درجه سلسیوس باید حفظ شود تا یکپارچگی دستگاه قبل از استفاده حفظ گردد.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نمایشگر برای کاربردهایی ایده‌آل است که نیازمند یک کاراکتر یا نماد منفرد با خوانایی بالا هستند. مثال‌ها شامل نشانگرهای وضعیت روی ماشین‌آلات صنعتی (نمایش کدهایی مانند 'A'، 'C'، 'F')، موقعیت رقم در نمایشگرهای چند رقمی بزرگتر (هنگام چیدمان افقی)، نمایش ساده روی تجهیزات آزمایشگاهی، یا به عنوان بخشی از رابط کاربری روی دستگاه‌های تخصصی می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو: یک میکروکنترلر یا آی‌سی درایور نمایشگر اختصاصی برای انجام مالتی‌پلکسینگ مورد نیاز است. مدار باید به ترتیب پایه‌های آند ردیف و کاتد ستون صحیح را فعال کند تا الگوی نقطه‌ای مورد نظر برای هر کاراکتر روشن شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط آند یا ستون برای تنظیم جریان مستقیم اجباری هستند.
• محاسبه جریان: جریان متوسط هر نقطه باید رعایت شود. برای مالتی‌پلکسینگ N ردیف، جریان لحظه‌ای می‌تواند بالاتر باشد، اما جریانمتوسطدر طول زمان نباید از مقدار ریت شده 13 میلی‌آمپر (کاهش یافته بر اساس دما) تجاوز کند. به عنوان مثال، با مالتی‌پلکسینگ سیکل وظیفه 1/7، جریان پیک می‌تواند تا حدود 91mA باشد تا به متوسط 13mA برسد، اما این نیز باید زیر ریتینگ پیک 90mA باقی بماند.
• مدیریت حرارتی: کاهش جریان مستقیم متوسط (0.17 میلی‌آمپر بر درجه سلسیوس) باید در طراحی لحاظ شود اگر انتظار می‌رود دمای محیط عملیاتی به طور قابل توجهی از 25 درجه سلسیوس فراتر رود. در محیط‌های با دمای بالا، چیدمان مناسب برد و احتمالاً هیت‌سینک ممکن است ضروری باشد.
• زاویه دید: با قرار دادن نمایشگر برای دید بهینه توسط کاربر مورد نظر، از زاویه دید گسترده بهره ببرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ (VFD)، LTP-1557AKAمقاومت برتر در برابر ضربه/لرزش, مصرف توان پایین‌تروعمر طولانی‌تررا ارائه می‌دهد. در مقایسه با سایر نمایشگرهای ماتریس LED، استفاده آن از فناوریAlInGaPبرای رنگ نارنجی-قرمز بازدهی بالاتر و پایداری رنگی بالقوه بهتری در طول زمان و دما در مقایسه با LEDهای قرمز قدیمی GaAsP (گالیم آرسنید فسفید) ارائه می‌دهد. ترکیب خاص ارتفاع کاراکتر 1.2 اینچ، رزولوشن 5x7 و دسته‌بندی روشنایی/شدت نور تعریف شده، مشخصات فیزیکی و عملکردی کلیدی متمایزکننده آن در دسته نمایشگرهای ماتریس LED است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

1. س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت روی هر نقطه راه‌اندازی کنم؟ج: از نظر فنی بله، اما برای یک ماتریس بسیار ناکارآمد است. این امر به 35 مدار محدودکننده جریان مجزا (5x7) نیاز دارد. مالتی‌پلکسینگ روش استاندارد و مورد نظر است که به طور قابل توجهی پایه‌های درایور و قطعات مورد نیاز را کاهش می‌دهد.
2. س: حداکثر جریان متوسط 13mA است، اما طرح مالتی‌پلکسینگ من از سیکل وظیفه 1/16 استفاده می‌کند. چه جریان پیکی می‌توانم استفاده کنم؟ج: می‌توانید جریان پیک مجاز را محاسبه کنید: I_peak = I_avg / Duty Cycle. برای سیکل وظیفه 1/16، I_peak = 13mA / 0.0625 = 208mA. با این حال، شمابایدهمچنین اطمینان حاصل کنید که این جریان پیک ازحداکثر مقدار مجاز مطلق جریان پیک 90mAتجاوز نکند. بنابراین، محدودیت 90mA در این مورد محدودیت حاکم است.
3. س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟ج: طول موج پیک، طول موج فیزیکی است که LED بیشترین توان نوری را در آن منتشر می‌کند. طول موج غالب، طول موج منفرد ادراکی است که با رنگی که چشم انسان می‌بیند مطابقت دارد. آن‌ها اغلب به دلیل شکل طیف انتشار LED کمی متفاوت هستند.
4. س: دمای ذخیره‌سازی همان دمای کارکرد است. آیا این به این معنی است که می‌توانم آن را در دمای 35- درجه سلسیوس روشن رها کنم؟ج: محدوده عملیاتی نشان می‌دهد که دستگاه در سراسر آن محدوده مطابق با مشخصات عملکردی خواهد داشت. با این حال، عملکرد (مانند شدت نور) با دما تغییر خواهد کرد. محدوده ذخیره‌سازی به سادگی شرایطی را نشان می‌دهد که دستگاه خاموش تحت آن آسیب نخواهد دید. عملکرد قابل اطمینان در انتهای شدید محدوده باید در کاربرد تأیید شود.

10. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک نمایشگر کد خطای تک رقمی برای یک سنسور صنعتی.سنسور دارای یک میکروکنترلر است که شرایط خطای مختلف را تشخیص می‌دهد (مثلاً اضافه بار، خرابی سنسور، خطای کالیبراسیون). به هر خطا یک کد الفبایی-عددی اختصاص داده شده است ('O'، 'F'، 'C'). LTP-1557AKA به دلیل دوام آن در محیط صنعتی انتخاب شده است. پایه‌های I/O میکروکنترلر، که برای راه‌اندازی مستقیم 35 نقطه کافی نیستند، به یک آی‌سی درایور LED اختصاصی متصل شده‌اند. درایور مالتی‌پلکسینگ را مدیریت می‌کند و الگوی فونت 5x7 صحیح را بر اساس کد خطا از یک جدول جستجو در حافظه بازیابی می‌کند. یک شبکه مقاومت محدودکننده جریان بر اساس روشنایی مورد نظر، ولتاژ مستقیم، ولتاژ تغذیه و سیکل وظیفه مالتی‌پلکسینگ محاسبه می‌شود و با دقت اطمینان حاصل می‌شود که محدودیت‌های جریان پیک و متوسط رعایت شده‌اند. نمایشگر یک نشانه بصری فوری و واضح از نوع خطا به پرسنل تعمیر و نگهداری ارائه می‌دهد.

11. معرفی اصل عملکرد

LTP-1557AKA یکنمایشگر LED ماتریس غیرفعالاست. این نمایشگر شامل 35 چیپ LED مستقل AlInGaP است که در یک شبکه 5 ستون و 7 ردیف چیده شده‌اند. هر LED بین یک آند ردیف و یک کاتد ستون متصل شده است. برای روشن کردن یک نقطه خاص، یک ولتاژ مثبت به پایه آند ردیف مربوطه اعمال می‌شود، در حالی که پایه کاتد ستون مربوطه به زمین (یا یک ولتاژ پایین‌تر) متصل می‌شود. ساختار نیمه‌هادی داخلی هر چیپ LED از لایه‌های AlInGaP نوع P و نوع N تشکیل شده است که یک پیوند PN را تشکیل می‌دهند. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها و حفره‌ها در پیوند بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) در طول موجی که توسط انرژی گپ باند ماده AlInGaP تعیین می‌شود آزاد می‌کنند. نمایشگرمالتی‌پلکسشده است: به جای روشن کردن همه نقاط مورد نظر به طور همزمان، کنترلر به سرعت بین ردیف‌ها (یا ستون‌ها) چرخه می‌زند و فقط نقاطی را در ردیف فعال که بخشی از کاراکتر هستند روشن می‌کند. این اتفاق سریع‌تر از آن رخ می‌دهد که چشم انسان بتواند درک کند و توهم یک کاراکتر پایدار و کاملاً روشن را ایجاد می‌کند در حالی که تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را به شدت از 35 به 12 (7 ردیف + 5 ستون) کاهش می‌دهد.

12. روندها و بافتار فناوری

نمایشگرهایی مانند LTP-1557AKA نمایانگر یک فناوری بالغ و جاافتاده هستند. روند در نمایش اطلاعات عمدتاً به سمت راه‌حل‌های با چگالی بالاتر، چند رنگ و گرافیکی مانند OLEDها، LCDهای TFT و ماتریس‌های LED با گام ریزتر حرکت کرده است. با این حال، نمایشگرهای تک کاراکتری یا رقم کوچک مانند این به دلیلسادگی، استحکام، روشنایی بالا، محدوده دمای عملیاتی گسترده و هزینه کمبرای کاربردهایی که نیاز به گرافیک پیچیده ندارند، در جایگاه‌های خاص همچنان بسیار مرتبط باقی می‌مانند. فناوری ماده زیربنایی AlInGaP خود یک پیشرفت قابل توجه نسبت به GaAsP قدیمی بود که بازدهی بهبود یافته و خلوص رنگ بهتری برای LEDهای قرمز، نارنجی و کهربایی ارائه می‌داد. توسعه‌های آینده در این بخش بر افزایش بیشتر بازدهی (لومن بر وات)، بهبود یکنواختی و احتمالاً ادغام نزدیک‌تر الکترونیک درایور با پکیج نمایشگر برای ساده‌سازی طراحی کاربر نهایی متمرکز است. برای کاربردهای فوق کم‌مصرف یا قابل خواندن در نور خورشید، این نوع آرایه‌های LED مجزا همچنان یک انتخاب ترجیحی نسبت به فناوری‌های نمایشگر پیچیده‌تر هستند.