دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-1557AKD - ارتفاع ۱.۲ اینچ (۳۰.۴۲ میلی‌متر) - قرمز فرابَر (۶۵۰ نانومتر) - ۴۰ میلی‌وات به ازای هر نقطه - سند فنی فارسی

۱. مرور محصول

LTP-1557AKD یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که با استفاده از یک ماتریس نقطه‌ای ۵x7 از دیودهای نوری ساطع‌کننده نور (LED) قرمز فرابَر از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) ساخته شده است. این پیکربندی برای نمایش مجموعه کاراکترهای ASCII و EBCDIC استاندارد است و آن را برای کاربردهایی که نیاز به خوانش واضح و تک کاراکتری دارند، مناسب می‌سازد. این دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که کنتراست را برای بهبود خوانایی افزایش می‌دهد. اصل طراحی هسته‌ای آن بر اساس معماری ماتریسی با کاتد مشترک برای ستون‌ها و آند مشترک برای سطرها است که امکان مالتی‌پلکسینگ کارآمد برای کنترل LEDهای منفرد با تعداد پایانه‌های ورودی/خروجی کمتر را فراهم می‌کند.

۱.۱ مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این نمایشگر شامل قابلیت اطمینان حالت جامد، زاویه دید گسترده به دلیل طراحی تک صفحه‌ای و نیاز به توان کم است. ارتفاع کاراکتر ۱.۲ اینچی (۳۰.۴۲ میلی‌متر) دید خوبی فراهم می‌کند. این دستگاه برای شدت روشنایی دسته‌بندی شده است که امکان انتخاب دسته‌های روشنایی را فراهم می‌کند. دستگاه به صورت افقی قابل چیدمان پشت سر هم است که امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری را فراهم می‌کند. بازارهای هدف اصلی آن شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات آزمایشی، پایانه‌های فروش و سایر سیستم‌های نهفته‌ای است که به یک نمایشگر کاراکتری ساده، قابل اطمینان و کم‌مصرف نیاز دارند.

۲. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

۲.۱ مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند.

• توان تلف شده متوسط به ازای هر نقطه:۴۰ میلی‌وات. این مقدار بار حرارتی پیوسته روی هر تراشه LED منفرد را محدود می‌کند.
• جریان مستقیم پیک به ازای هر نقطه:۹۰ میلی‌آمپر. این مقدار تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری ۱/۱۰ و عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه مجاز است و برای دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر در طرح‌های مالتی‌پلکس استفاده می‌شود.
• جریان مستقیم متوسط به ازای هر نقطه:مقدار پایه در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد، ۱۵ میلی‌آمپر است. این مقدار با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از ۲۵ درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با نرخ ۰.۲ میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد که ملاحظه‌ای حیاتی برای مدیریت حرارتی است.
• ولتاژ معکوس به ازای هر نقطه:۵ ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست اتصال PN LED شود.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:۳۵- درجه سانتی‌گراد تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد برای حداکثر ۳ ثانیه، که در فاصله ۱.۶ میلی‌متر (۱/۱۶ اینچ) زیر صفحه نشیمن بسته اندازه‌گیری می‌شود.

۲.۲ ویژگی‌های الکتریکی و نوری

این پارامترها در دمای محیط (Ta) ۲۵ درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

• شدت روشنایی متوسط (I_V):از ۸۰۰ میکروکندلا (حداقل) تا ۲۶۰۰ میکروکندلا (معمول) متغیر است. تحت شرایط پالسی I_p=۳۲mA و چرخه کاری ۱/۱۶ اندازه‌گیری می‌شود. محدوده وسیع نشان‌دهنده اثر دسته‌بندی شدت روشنایی (بینینگ) است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):۶۵۰ نانومتر (معمول). این طول موج، رنگ اصلی نور ساطع شده را به عنوان قرمز فرابَر تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):۲۰ نانومتر (معمول). این مقدار نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور قرمز ساطع شده است.
• طول موج غالب (λ_d):۶۳۹ نانومتر (معمول). این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و کمی با طول موج پیک متفاوت است.
• ولتاژ مستقیم (V_F) هر نقطه:
  • ۲.۱ ولت تا ۲.۶ ولت (محدوده معمول) در I_F=۲۰mA.
  • ۲.۳ ولت تا ۲.۸ ولت (محدوده معمول) در I_F=۸۰mA (پالسی). نشان‌دهنده ضریب دمایی مثبت و مقاومت دینامیکی LED است.
• جریان معکوس (I_R) هر نقطه:حداکثر ۱۰۰ میکروآمپر در V_R=۵V.
• نسبت تطابق شدت روشنایی (I_V-m):حداکثر ۲:۱. این مشخصه حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین LED در آرایه تحت شرایط درایو یکسان را تعیین می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌نماید.

نکته اندازه‌گیری:شدت روشنایی با ترکیبی از سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند، اندازه‌گیری می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقادیر با درک بصری انسان همبستگی دارند.

۳. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "برای شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این یک پارامتر حیاتی دسته‌بندی است.

• دسته‌بندی شدت روشنایی:محدوده معمول I_V از ۸۰۰ تا ۲۶۰۰ میکروکندلا نشان‌دهنده چندین دسته (بین) شدت است. طراحان باید بر اساس نیازهای روشنایی کاربرد، دسته مناسب را انتخاب کنند و هنگام استفاده از چندین نمایشگر، یکنواختی را تضمین نمایند.
• یکنواختی طول موج:اگرچه به صراحت برای طول موج دسته‌بندی نشده است، اما مشخصات معمول دقیق برای λ_p(۶۵۰ نانومتر) و λ_d(۶۳۹ نانومتر) نشان‌دهنده کنترل خوب فرآیند تولید است که منجر به رنگ قرمز یکنواخت در بین دستگاه‌ها می‌شود.
• ولتاژ مستقیم:محدوده مشخص شده V_F(مثلاً ۲.۱ تا ۲.۶ ولت) نشان‌دهنده پراکندگی است. برای طراحی‌هایی با تعداد زیادی نمایشگر یا نیازمندی‌های سخت‌گیرانه توان، مشورت با سازنده برای گزینه‌های دسته‌بندی ولتاژ ممکن است ضروری باشد.

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدارهای محدودکننده جریان حیاتی است. این منحنی با دما جابجا می‌شود.
• شدت روشنایی نسبی در مقابل جریان مستقیم:نشان می‌دهد که خروجی نور در محدوده کارکرد نرمال نسبت به جریان نسبتاً خطی است، قبل از آنکه در جریان‌های بسیار بالا افت راندمان رخ دهد.
• شدت روشنایی نسبی در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند، به ویژه هنگامی که با جریان متوسط بالاتر راه‌اندازی می‌شود.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، حول ۶۵۰ نانومتر با نیم‌عرض حدود ۲۰ نانومتر متمرکز شده است که رنگ قرمز فرابَر را تأیید می‌کند.

۵. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

۵.۱ ابعاد بسته‌بندی

دستگاه دارای ابعاد فیزیکی خاصی است که در یک نقشه ارائه شده است (در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن ذکر نشده). تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±۰.۲۵ میلی‌متر است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این شامل ارتفاع کلی، عرض، عمق، فاصله پایه‌ها و موقعیت ماتریس نقطه‌ای در داخل صفحه خاکستری می‌شود.

۵.۲ اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

دستگاه از پیکربندی ۱۴ پایه استفاده می‌کند. نمودار مدار داخلی یک ماتریس استاندارد ۵x7 را نشان می‌دهد که در آن:
- ستون‌ها (۱ تا ۵) گروه‌های کاتد مشترک هستند.
- سطرها (۱ تا ۷) گروه‌های آند مشترک هستند.
برای روشن کردن یک نقطه خاص (مثلاً سطر ۳، ستون ۲)، آند سطر مربوطه باید در حالت High (با محدودیت جریان) قرار گیرد در حالی که کاتد ستون مربوطه در حالت Low کشیده می‌شود. جدول پایه‌ها برای طراحی صحیح چیدمان PCB و مدار درایور ضروری است.

۶. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

مشخصه کلیدی مونتاژ، پروفیل لحیم‌کاری است.

• لحیم‌کاری رفلو:حداکثر دمای مجاز در بدنه بسته (۱.۶ میلی‌متر زیر صفحه نشیمن) ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد است و این دمای پیک نباید بیش از ۳ ثانیه حفظ شود. پروفیل‌های رفلو استاندارد بدون سرب (SnAgCu) باید به دقت کنترل شوند تا در این محدوده باقی بمانند تا از آسیب به تراشه‌های LED، اتصالات سیمی داخلی یا بسته پلاستیکی جلوگیری شود.
• لحیم‌کاری دستی:در صورت لزوم، باید به سرعت با هویه کنترل دمایی انجام شود و حرارت به پد PCB اعمال شود و نه مستقیماً به پایه قطعه برای مدت طولانی.
• تمیزکاری:فقط از مواد شوینده سازگار با مواد بسته LED استفاده کنید.
• شرایط نگهداری:در یک محیط خشک و ضد الکتریسیته ساکن در محدوده دمایی مشخص شده ۳۵- تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود تا از جذب رطوبت و آسیب تخلیه الکترواستاتیک جلوگیری شود.

۷. پیشنهادات کاربردی

۷.۱ سناریوهای کاربردی معمول

• خوانش‌های صنعتی:شاخص‌های وضعیت، کدهای خطا یا نمایش مقادیر منفرد روی ماشین‌آلات.
• تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری:نمایش واحدها (V, A, Hz)، شماره کانال‌ها یا کدهای ساده.
• الکترونیک مصرفی:نمایشگرهای ساعت، شاخص‌های وضعیت لوازم خانگی (اگرچه امروزه کمتر رایج است).
• نمونه‌سازی اولیه و آموزش:برای یادگیری واسط میکروکنترلر و تکنیک‌های مالتی‌پلکسینگ عالی است.

۷.۲ ملاحظات طراحی

• مدار درایور:نیاز به یک میکروکنترلر یا IC درایور اختصاصی دارد که قادر به مالتی‌پلکس کردن ۱۲ خط (۵ ستون + ۷ سطر) باشد. از ترانزیستورها یا درایورهای سینک/سورس مجتمع برای مدیریت جریان مورد نیاز استفاده کنید.
• محدودیت جریان:برای هر خط سطر یا ستون ضروری است. مقادیر مقاومت را بر اساس جریان متوسط مورد نظر (مثلاً ۱۰ تا ۱۵ میلی‌آمپر به ازای هر نقطه)، ولتاژ تغذیه و ولتاژ مستقیم LED محاسبه کنید. به یاد داشته باشید که جریان در یک فریم مالتی‌پلکس شده بین چندین LED به اشتراک گذاشته می‌شود.
• نرخ تازه‌سازی:نرخ اسکن مالتی‌پلکسینگ باید به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >۱۰۰ هرتز) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود. چرخه کاری ۱/۱۶ ذکر شده در مشخصات نشان می‌دهد که یک طرح مالتی‌پلکسینگ ۱۶ مرحله‌ای مناسب است.
• مدیریت حرارتی:هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان متوسط یا در دمای محیط بالا، اطمینان از تهویه مناسب ضروری است. کاهش ۰.۲ میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد برای I_Fبرای قابلیت اطمینان حیاتی است.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما جهت نصب نسبت به کاربر را در نظر بگیرید.

۸. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با ماتریس‌های قدیمی LED قرمز GaAsP یا GaP، فناوری AlInGaP در LTP-1557AKD راندمان نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای درخشان‌تر در جریان یکسان یا مصرف توان کمتر برای روشنایی یکسان می‌شود. طول موج قرمز فرابَر (۶۵۰ نانومتر) نسبت به قرمز استاندارد زنده‌تر و متمایزتر است. در مقایسه با OLEDهای گرافیکی یا LCDهای مدرن، این دستگاه بسیار ساده‌تر، مستحکم‌تر، کم‌هزینه‌تر است و در محدوده دمایی وسیع‌تری کار می‌کند، اما به کاراکترهای از پیش تعریف شده ۵x7 محدود است. جایگاه آن در کاربردهایی است که نیازمند قابلیت اطمینان بسیار بالا، سادگی و هزینه کم برای نمایش کاراکتر هستند.

۹. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

• س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت روی هر نقطه راه‌اندازی کنم؟
  ج: از نظر فنی بله، اما به ۳۵ درایور مستقل نیاز دارد که ناکارآمد است. مالتی‌پلکسینگ روش استاندارد و مورد نظر است که از معماری انتخاب X-Y استفاده می‌کند.
• س: چرا جریان پیک (۹۰ میلی‌آمپر) بسیار بیشتر از جریان متوسط (۱۵ میلی‌آمپر) است؟
  ج: در مالتی‌پلکسینگ، هر LED تنها برای کسری از زمان (چرخه کاری) تغذیه می‌شود. برای دستیابی به روشنایی متوسط درک شده معادل ۱۵ میلی‌آمپر DC، از جریان پالسی بالاتر در طول بازه زمانی فعال آن استفاده می‌شود. رتبه ۹۰ میلی‌آمپر اطمینان می‌دهد که LED می‌تواند این پالس‌های کوتاه را تحمل کند.
• س: "نسبت تطابق شدت روشنایی ۲:۱" برای طراحی من چه معنایی دارد؟
  ج: به این معنی است که کم‌نورترین نقطه در آرایه می‌تواند تحت شرایط درایو یکسان، نصف درخشان‌ترین نقطه باشد. برای کاراکترهایی با ظاهر یکنواخت، ممکن است نیاز به انتخاب دستگاه‌ها از یک دسته محدودتر یا پیاده‌سازی جبران روشنایی نرم‌افزاری داشته باشید، اگر درایور شما امکان کنترل نقطه‌ای منفرد را فراهم کند.
• س: چگونه این دستگاه ۱۴ پایه را به یک میکروکنترلر با پایه‌های ورودی/خروجی کمتر متصل کنم؟
  ج: باید از رجیسترهای شیفت خارجی (مانند ۷۴HC595)، توسعه‌دهنده‌های I/O یا یک IC درایور LED اختصاصی با پشتیبانی مالتی‌پلکسینگ استفاده کنید. شما نمی‌توانید تعداد خطوط کنترلی مورد نیاز برای کنترل کامل ماتریس ۵x7 را کمتر از ۱۲ خط کاهش دهید.

۱۰. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو:طراحی یک خوانش دمای تک رقمی برای کنترل‌کننده یک فر صنعتی که در دمای محیطی تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد کار می‌کند.

• روشنایی:یک دسته شدت روشنایی از انتهای بالاتر محدوده انتخاب کنید (مثلاً ۲۰۰۰+ میکروکندلا) تا دید در یک محیط بالقوه روشن تضمین شود.
• جریان درایو:جریان متوسط کاهش یافته را تعیین کنید. در Ta=۷۰ درجه سانتی‌گراد، کاهش (۷۰-۲۵)°C * ۰.۲ mA/°C = ۹ میلی‌آمپر است. بنابراین، حداکثر جریان متوسط پیوسته ایمن به ازای هر نقطه ۱۵ میلی‌آمپر - ۹ میلی‌آمپر = ۶ میلی‌آمپر است. طراحی باید از جریان پالسی در چرخه کاری ۱/۱۶ استفاده کند تا روشنایی مورد نیاز را حاصل کند در حالی که جریانمتوسطبه ازای هر نقطه در ۶ میلی‌آمپر یا کمتر نگه داشته شود.
• مدار:از یک میکروکنترلر برای تولید سیگنال‌های مالتی‌پلکسینگ استفاده کنید. از MOSFETهای کانال N سمت پایین برای سینک کردن جریان ستون‌ها و از MOSFETهای کانال P سمت بالا یا یک IC درایور برای سورس کردن جریان سطرها استفاده کنید. مقاومت‌های محدودکننده جریان را بر اساس ولتاژ تغذیه (مثلاً ۵ ولت)، ولتاژ مستقیم LED در جریان پالسی و مقدار جریان پالسی مورد نیاز برای تولید روشنایی متوسط مؤثر محاسبه کنید._Fat the pulsed current, and the desired pulsed current value needed to yield an effective average brightness.
• چیدمان:نمایشگر را روی PCB دور از سایر قطعات تولیدکننده حرارت قرار دهید. اطمینان حاصل کنید که پروفیل رفلو لحیم‌کاری در حین مونتاژ به شدت به محدودیت ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳ ثانیه پایبند باشد.

۱۱. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال PN نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از ولتاژ روشن شدن دیود (~۲.۱ ولت) به یک سلول LED منفرد اعمال می‌شود (آند سطر در حالت High، کاتد ستون در حالت Low)، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال AlInGaP بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون‌هایی با طول موج متمرکز بر ۶۵۰ نانومتر (نور قرمز) آزاد می‌کنند. آرایش ماتریس ۵x7 و معماری آند/کاتد مشترک اجازه می‌دهد هر یک از ۳۵ نقطه با انتخاب خطوط سطر و ستون مناسب به صورت جداگانه آدرس‌دهی شوند و امکان تشکیل کاراکترها از طریق مالتی‌پلکسینگ را فراهم می‌کنند.

۱۲. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED گسسته مانند LTP-1557AKD برای کاربردهای خاص سخت‌افزاری و حساس به هزینه همچنان مرتبط هستند، روند کلی به سمت یکپارچه‌سازی و فناوری‌های پیشرفته است. ماژول‌های کاراکتری LCD و OLED یکپارچه با کنترلر داخلی برای نمایشگرهای پیچیده‌تر به استاندارد تبدیل شده‌اند. برای کاربردهایی که هنوز به LED نیاز دارند، آرایه‌های LED نصب سطحی (SMD) و ماتریس‌های LED RGB آدرس‌پذیر با چگالی بالا و چند رنگ (مانند LEDهای نوع WS2812B) به دلیل انعطاف‌پذیری و سهولت استفاده، محبوبیت فزاینده‌ای پیدا کرده‌اند. با این حال، سادگی، قابلیت اطمینان بالا، محدوده دمایی وسیع و خروجی تک رنگ متمایز و درخشان LEDهای ماتریس نقطه‌ای سنتی از طریق سوراخ، استفاده مداوم از آنها را در کاربردهای صنعتی، خودرویی و محیط‌های خشن تضمین می‌کند، جایی که فناوری‌های جدیدتر ممکن است تمام الزامات را برآورده نکنند.