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

1. مرور کلی محصول

LTP-1557AJD یک ماژول نمایشگر تک کاراکتری الفبایی-عددی است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی کاراکتری واضح و قابل اعتماد هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری کاراکترهای کدگذاری شده ASCII یا EBCDIC از طریق یک شبکه از دیودهای نورافشان (LED) قابل آدرس‌دهی جداگانه است. بازارهای هدف اصلی شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، پایانه‌های فروش، تجهیزات ارتباطی و هر سیستم توکار دیگری است که نیازمند یک رابط کاربری ساده و مقاوم برای نمایش وضعیت یا داده باشد. ساختار حالت جامد آن مزایای قابل توجهی در قابلیت اطمینان و طول عمر در مقایسه با فناوری‌های نمایشگر قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای فلورسنت خلاء یا رشته‌ای ارائه می‌دهد.

مزیت اصلی این ماژول در استفاده از فناوری LED نوع AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) نهفته است. این سیستم ماده نیمه‌هادی به دلیل تولید نور قرمز و کهربایی با بازدهی بالا شناخته شده است. در مقایسه با LEDهای قدیمی‌تر GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، LEDهای AlInGaP بازده نوری برتری ارائه می‌دهند، به این معنی که خروجی روشن‌تری برای همان توان ورودی الکتریکی دارند و عملکرد بهتری در دماهای بالا از خود نشان می‌دهند. این دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. پارامتر کلیدیشدت نور متوسط (Iv)است که مقدار معمول آن 2500 میکروکاندلا (µcd) و حداقل آن 1020 µcd می‌باشد. این اندازه‌گیری با جریان درایو پالسی (Ip) برابر با 32mA در چرخه کاری 1/16 انجام می‌شود. استفاده از درایو پالسی در نمایشگرهای مالتی‌پلکس رایج است تا روشنایی پیک بالاتری حاصل شود در حالی که اتلاف توان متوسط ایمن برای هر نقطه LED حفظ می‌شود.

مشخصات رنگ توسط طول موج تعریف می‌شود. این دستگاه دارایطول موج تابش پیک (λp)برابر با 656 نانومتر است که آن را در ناحیه قرمز طیف مرئی قرار می‌دهد.طول موج غالب (λd)به مقدار 640 نانومتر مشخص شده است. توجه به تفاوت این دو مهم است: طول موج پیک نقطه حداکثر توان طیفی است، در حالی که طول موج غالب، درک تک طول‌موجی رنگ توسط چشم انسان است.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)برابر با 22 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است؛ نیم‌عرض باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ اشباع‌شده‌تر و خالص‌تر است.نسبت تطابق شدت نور (IV-m)حداکثر 2:1 مشخص شده است، به این معنی که تغییرات روشنایی بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین نقطه در آرایه نباید از این نسبت تجاوز کند، که ظاهری یکنواخت را تضمین می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملکرد دستگاه را تعریف می‌کنند.ولتاژ مستقیم (VF)برای هر نقطه LED منفرد بین 2.1 ولت (حداقل) و 2.6 ولت (حداکثر) در جریان آزمایش (IF) برابر با 20mA است. این ولتاژ مستقیم مشخصه فناوری AlInGaP است و برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی می‌باشد.جریان معکوس (IR)حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که یک ولتاژ بایاس معکوس (VR) برابر با 5 ولت اعمال می‌شود، مشخص شده است که نشان‌دهنده مشخصات نشتی دیود در حالت خاموش است.

3. حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. این مقادیر برای کارکرد مداوم نیستند. محدودیت‌های کلیدی شامل:اتلاف توان متوسط هر نقطه(33 میلی‌وات)،جریان مستقیم پیک هر نقطه(90 میلی‌آمپر)، وجریان مستقیم متوسط هر نقطه(13 میلی‌آمپر در 25 درجه سلسیوس، با کاهش خطی 0.17 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس بالاتر از 25 درجه سلسیوس) می‌باشد.ولتاژ معکوس هر نقطه5 ولت است. این دستگاه برای یکمحدوده دمای عملیاتیبین 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس و همین محدوده برای انبارش درجه‌بندی شده است. دمای لحیم‌کاری نباید بیش از 260 درجه سلسیوس برای مدت بیش از 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن پکیج باشد.

4. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاهبر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این بدان معناست که واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان آزمایش و مرتب (بین) می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد قطعات را از یک دسته شدت نور خاص انتخاب کنند تا روشنایی یکنواخت در چندین نمایشگر در یک محصول تضمین شود و از تغییرات محسوس جلوگیری شود. اگرچه در این سند به صراحت جزئیات آن ذکر نشده است، پارامترهای رایج بینینگ برای چنین LEDهایی می‌تواند شامل ولتاژ مستقیم (Vf) و طول موج غالب (λd) نیز باشد تا یکنواختی الکتریکی و رنگی تضمین شود.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول اشاره می‌کند. اگرچه در متن ارائه شده نمایش داده نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V): این منحنی رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد که برای طراحی مدارهای درایور ضروری است.شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-L): این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد، معمولاً در یک ناحیه تقریباً خطی قبل از کاهش بازده در جریان‌های بسیار بالا.شدت نور در مقابل دمای محیط: این منحنی کاهش حرارتی خروجی نور را نشان می‌دهد که برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند حیاتی است. LEDهای AlInGaP عموماً عملکرد بهتری را در دماهای بالا نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر حفظ می‌کنند.

6. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این دستگاه یک نمایشگر ماتریسی با ارتفاع 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) است. ابعاد پکیج در یک نقشه با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌ها ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه مکانیکی برای طراحی جایگاه PCB و اطمینان از قرارگیری مناسب درون محفظه ضروری است. پکیج دارای یک پین‌اوت خاص برای ماتریس 5x7 است، با اتصالات برای 7 آند ردیف و 5 کاتد ستون (یا برعکس، بسته به پیکربندی مدار داخلی).

6.1 اتصال پین‌ها و مدار داخلی

جدول اتصال پین‌ها 14 پین را فهرست می‌کند. نمودار مدار داخلی یک پیکربندی کاتد مشترک یا آند مشترک را برای ماتریس 5x7 نشان می‌دهد. انتساب پین خاص (مثلاً پین 1: آند ردیف 5، پین 3: کاتد ستون 2) ارائه شده است. این پیکربندی به نمایشگر اجازه می‌دهد تا مالتی‌پلکس شود. با فعال‌سازی متوالی یک ردیف (یا ستون) در هر زمان و ارائه داده‌های ستون (یا ردیف) مناسب، می‌توان تمام 35 نقطه را تنها با 12 خط I/O (7+5) کنترل کرد که به طور قابل توجهی تعداد پین‌های میکروکنترلر مورد نیاز در مقایسه با درایو مستقیم هر LED کاهش می‌یابد.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مشخصه کلیدی مونتاژ، پروفیل لحیم‌کاری است. حداکثر مقدار مجاز مطلق بیان می‌کند که پکیج می‌تواندحداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس را برای حداکثر 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک مشخصه معمول برای لحیم‌کاری موجی یا دستی است. برای لحیم‌کاری ریفلو، باید از یک پروفیل استاندارد بدون سرب با دمای پیک حداکثر 260 درجه سلسیوس استفاده شود. اجتناب از تنش حرارتی بیش از حد برای جلوگیری از آسیب به چیپ‌های LED، اتصالات سیمی یا پکیج پلاستیکی بسیار مهم است. در طول مونتاژ همیشه باید روش‌های صحیح رسیدگی به ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیازمند یک کاراکتر یا رقم منفرد هستند ایده‌آل است، یا چند واحد می‌توانند به صورت افقی کنار هم قرار گیرند تا نمایشگرهای چندکاراکتری تشکیل دهند. کاربردهای رایج شامل: پنل‌مترهای دیجیتال (ولتاژ، جریان، دما)، نشانگرهای وضعیت ساده روی ماشین‌آلات صنعتی (نمایش کدهای خطا، شماره حالت‌ها)، نمایشگرهای پایه روی لوازم خانگی، و کیت‌های نمونه‌سازی یا آموزشی برای یادگیری در مورد درایو مالتی‌پلکس LED می‌باشد.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحی مدار درایور: یک مدار درایور مالتی‌پلکس مورد نیاز است. این معمولاً شامل یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا یک IC درایور LED اختصاصی (مانند MAX7219 یا مشابه) می‌شود. مدار باید شامل مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط ستون یا ردیف باشد تا جریان مستقیم را بر اساس روشنایی مورد نظر و محدودیت‌های اتلاف توان، معمولاً بین 10 تا 20 میلی‌آمپر برای هر سگمنت، روی یک مقدار ایمن تنظیم کند.منبع تغذیه: ولتاژ مستقیم حدود 2.4 ولت باید در نظر گرفته شود. منبع تغذیه 3.3 ولت یا 5 ولت رایج است، با افت ولتاژ مناسب در مقاومت محدودکننده جریان.نرخ رفرش: نرخ اسکن مالتی‌پلکس باید به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >60 هرتز) تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود.زاویه دید: دیتاشیت به یک زاویه دید گسترده اشاره می‌کند که برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور دیده شود مفید است.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی LTP-1557AJD استفاده ازفناوری LED نوع AlInGaPاست. در مقایسه با نمایشگرهایی که از LEDهای قدیمی GaAsP یا قرمز استاندارد GaP استفاده می‌کنند، AlInGaP موارد زیر را ارائه می‌دهد:بازده نوری بالاتر: خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی، که منجر به مصرف توان کمتر برای همان روشنایی یا روشنایی بالاتر برای همان توان می‌شود.عملکرد بهتر در دمای بالا: LEDهای AlInGaP افت بازده کمتری در دماهای اتصال بالا تجربه می‌کنند، که آن‌ها را برای محیط‌های صنعتی مناسب‌تر می‌سازد.اشباع رنگ برتر: مشخصات طیفی اغلب منجر به رنگ قرمز عمیق‌تر و متمایزتر از نظر بصری می‌شود.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چرا شدت نور با جریان پالسی (چرخه کاری 1/16) به جای DC آزمایش می‌شود؟

ج: این امر منعکس‌کننده عملکرد مالتی‌پلکس مورد نظر است. آزمایش تحت شرایط پالسی، استفاده واقعی را شبیه‌سازی می‌کند و اجازه می‌دهد یک روشنایی پیک بالاتر و مرتبط‌تر که کاربر درک خواهد کرد، مشخص شود.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت روی هر نقطه راه‌اندازی کنم؟

ج: از نظر فنی بله، اما بسیار ناکارآمد است. این کار به 35 درایور محدودکننده جریان جداگانه نیاز دارد. مالتی‌پلکس کردن روش استاندارد و مورد نظر است که به طور چشمگیری تعداد قطعات و مصرف توان در مدار درایور را کاهش می‌دهد.

س: هدف از نسبت تطابق شدت (2:1) چیست؟

ج: این نسبت یکنواختی بصری را تضمین می‌کند. بدون دسته‌بندی، برخی نقاط ممکن است به طور محسوسی روشن‌تر یا کم‌نورتر از دیگران باشند و ظاهری ناهموار و غیرحرفه‌ای در کاراکترهای تشکیل شده ایجاد کنند.

س: چگونه باید ضریب کاهش برای جریان مستقیم متوسط (0.17 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس) را تفسیر کنم؟

ج: این بدان معناست که به ازای هر درجه سلسیوس افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس، حداکثر جریان پیوسته ایمن هر نقطه باید 0.17 میلی‌آمپر کاهش یابد. به عنوان مثال، در دمای 50 درجه سلسیوس (25 درجه بالاتر)، حداکثر جریان 13 میلی‌آمپر - (25 * 0.17 میلی‌آمپر) = 8.75 میلی‌آمپر برای هر نقطه خواهد بود.

11. مطالعه موردی طراحی عملی

طراحی یک نمایشگر دمای تک رقمی برای یک انکوباتور با استفاده از LTP-1557AJD را در نظر بگیرید. یک میکروکنترلر (مثلاً ATmega328P) یک سنسور دما را می‌خواند. هفت پین I/O آن به عنوان خروجی پیکربندی شده‌اند تا آندهای ردیف را (از طریق ترانزیستورهای کوچک NPN یا یک آرایه دارلینگتون ULN2003 برای قابلیت جریان بالاتر) راه‌اندازی کنند. پنج پین I/O دیگر کاتدهای ستون را مستقیماً یا از طریق ترانزیستورها راه‌اندازی می‌کنند. فریم‌ور به سرعت از بین هفت ردیف اسکن می‌کند. برای هر ردیف، یک الگوی 5 بیتی روی پین‌های ستون خروجی می‌دهد که مربوط به سگمنت‌های رقم (0-9) است که باید در آن ردیف خاص روشن شوند تا عدد مورد نظر تشکیل شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی خطوط ستون قرار می‌گیرند. روال اسکن در یک وقفه تایمر اجرا می‌شود تا یک نرخ رفرش ثابت و بدون سوسو زدن حدود 100 هرتز تضمین شود. فناوری AlInGaP اطمینان می‌دهد که نمایشگر حتی اگر دمای محیط داخلی انکوباتور افزایش یابد، همچنان به وضوح قابل خواندن باقی بماند.

12. معرفی اصل عملکرد

LTP-1557AJD بر اساس اصلماتریس نقطه‌ای مالتی‌پلکس 5x7عمل می‌کند. به طور داخلی، 35 LED در یک شبکه چیده شده‌اند که آندهای آن‌ها توسط ردیف‌ها و کاتدهای آن‌ها توسط ستون‌ها به هم متصل شده‌اند (یا برعکس در پیکربندی آند مشترک). برای روشن کردن یک نقطه خاص، یک ولتاژ به خط ردیف مربوطه اعمال می‌شود (برای نوع کاتد مشترک، آن را High می‌کند)، در حالی که خط ستون مربوطه Low کشیده می‌شود (جریان را می‌کشد). برای نمایش یک الگو یا کاراکتر، کنترلر به سرعت از هر ردیف چرخه می‌زند (اسکن می‌کند). هنگامی که یک ردیف خاص فعال می‌شود، کنترلر خطوط ستون مناسب را تنظیم می‌کند تا الگوی آن ردیف ایجاد شود. پایداری دید چشم انسان این تصاویر ردیفی به سرعت در حال تغییر را در یک کاراکتر پایدار و کامل ترکیب می‌کند. این روش تعداد خطوط کنترل مورد نیاز را از 35 (یکی برای هر LED) به تنها 12 (ردیف‌ها + ستون‌ها) کاهش می‌دهد.

13. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای گسسته 5x7 مانند LTP-1557AJD برای کاربردهای خاص، حساس به هزینه یا ساده همچنان مرتبط هستند، روندهای گسترده‌تر فناوری نمایشگر به سمت راه‌حل‌های یکپارچه حرکت کرده‌اند.نمایشگرهای با کنترلر یکپارچه: ماژول‌های LCD (نمایشگر کریستال مایع) و OLED (دیود نورافشان آلی) مدرن اغلب شامل یک چیپ کنترلر داخلی هستند که تولید کاراکتر و رفرش را مدیریت می‌کند و از طریق رابط‌های سریال ساده (I2C، SPI) یا موازی ارتباط برقرار می‌کند که توسعه نرم‌افزار را به شدت ساده می‌سازد.رزولوشن بالاتر و گرافیک: برای اطلاعات پیچیده‌تر، ماژول‌های گرافیکی کوچک OLED یا TFT-LCD اکنون رایج هستند که گرافیک قابل آدرس‌دهی پیکسلی ارائه می‌دهند.فناوری نصب سطحی (SMT): نشانگرها و نمایشگرهای LED جدیدتر عمدتاً از پکیج‌های SMT (مانند LEDهای 0805، 0603 چیده شده در یک ماتریس) برای مونتاژ خودکار استفاده می‌کنند، در حالی که پکیج‌های ترو-هول مانند این مورد بیشتر برای نمونه‌سازی یا مونتاژ دستی معمول هستند. فناوری چیپ LED زیربنایی AlInGaP و InGaN (برای آبی/سبز/سفید) همچنان در حال پیشرفت است و بازده و قابلیت اطمینان هر چه بالاتری ارائه می‌دهد.