دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-1457AKY - ارتفاع ماتریکس 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) - رنگ کهربایی زرد AlInGaP - آرایه نقطه‌ای 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1457AKY یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که برای کاربردهای نیازمند خروجی کاراکتر خوانا و واضح طراحی شده است. جزء اصلی آن پیکربندی ماتریکس نقطه‌ای 5x7 است که رزولوشن لازم برای مجموعه کاراکترهای استاندارد ASCII و EBCDIC را فراهم می‌کند. ویژگی بصری تعیین‌کننده آن، انتشار نور به رنگ کهربایی زرد است که با استفاده از تراشه‌های LED از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) حاصل می‌شود. این ماده نیمه‌هادی به دلیل بازدهی بالا و قابلیت دید خوب شناخته شده است. نمای فیزیکی آن شامل صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که پس‌زمینه‌ای با کنتراست بالا برای المان‌های روشن شده فراهم می‌کند و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

این دستگاه برای مصرف توان پایین و قابلیت اطمینان حالت جامد طراحی شده است و آن را برای ادغام در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی مناسب می‌سازد. ساختار تک صفحه‌ای و زاویه دید گسترده آن اطمینان می‌دهد که اطلاعات نمایش داده شده از چندین زاویه دید قابل مشاهده باشد. یک ویژگی مکانیکی کلیدی، قابلیت چیدمان افقی آن است که اجازه می‌دهد چندین واحد در کنار هم قرار گیرند تا نمایشگرهای چند کاراکتری را بدون فاصله قابل توجهی تشکیل دهند، که برای ایجاد پیام‌ها یا نمایش‌های عددی ضروری است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 ویژگی‌های نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. منبع اصلی، تراشه‌های LED از جنس AlInGaP هستند که بر روی زیرلایه غیرشفاف GaAs رشد داده شده‌اند. طول موج اوج انتشار معمولی (λp) 595 نانومتر و طول موج غالب (λd) 592 نانومتر است که خروجی را به طور محکمی در طیف کهربایی زرد قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده انتشار رنگی نسبتاً خالص است. شدت نور متوسط (Iv) هر نقطه با حداقل 2100 μcd و مقدار معمول 3800 μcd تحت شرایط تست جریان پیک 80 میلی‌آمپر و چرخه کاری 1/16 مشخص شده است. نسبت تطابق شدت نور بین نقاط حداکثر 2:1 است که یکنواختی روشنایی در سراسر ماتریکس کاراکتر را تضمین می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی

پارامترهای الکتریکی، مرزها و شرایط عملیاتی نمایشگر را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم (Vf) برای هر نقطه LED منفرد معمولاً در جریان مستقیم (If) 20 میلی‌آمپر از 2.05 ولت تا 2.6 ولت متغیر است. جریان معکوس (Ir) زمانی که ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت اعمال شود، حداکثر به 100 μA محدود می‌شود. این پارامترها برای طراحی مدار درایوینگ صحیح به منظور اطمینان از طول عمر و عملکرد حیاتی هستند.

2.3 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌هایی را مشخص می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. اتلاف توان متوسط هر نقطه نباید از 25 میلی‌وات تجاوز کند. جریان مستقیم پیک هر نقطه در 60 میلی‌آمپر ریت شده است، اما تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). جریان مستقیم متوسط هر نقطه دارای فاکتور کاهش 0.17 میلی‌آمپر/°C است که از دمای 25°C شروع می‌شود. حداکثر ولتاژ معکوس هر نقطه 5 ولت است. دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد ریت شده است. دمای لحیم‌کاری در طول مونتاژ نباید در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن، بیش از 260 درجه سانتی‌گراد و برای مدت بیش از 3 ثانیه باشد.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد فیزیکی

نمایشگر دارای ارتفاع ماتریکس 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) است. ابعاد کلی پکیج در یک نقشه دقیق درون دیتاشیت ارائه شده است که تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر می‌باشد. تلرانس استاندارد برای این ابعاد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. پکیج به گونه‌ای طراحی شده است که ویژگی چیدمان افقی ذکر شده در مرور کلی را تسهیل کند.

3.2 پیکربندی پین‌ها و مدار داخلی

اینترفیس دستگاه شامل 14 پین است. پین‌اوت به شرح زیر است: پین 1: کاتد ردیف 5؛ پین 2: کاتد ردیف 7؛ پین 3: آند ستون 2؛ پین 4: آند ستون 3؛ پین 5: کاتد ردیف 4؛ پین 6: آند ستون 5؛ پین 7: کاتد ردیف 6؛ پین 8: کاتد ردیف 3؛ پین 9: کاتد ردیف 1؛ پین 10: آند ستون 4؛ پین 11: آند ستون 3 (توجه: عملکرد تکراری با پین 4، احتمالاً یک خطا در دیتاشیت یا اتصال داخلی خاص)؛ پین 12: کاتد ردیف 4 (تکراری پین 5)؛ پین 13: آند ستون 1؛ پین 14: کاتد ردیف 2.

نمودار مدار داخلی، پیکربندی استاندارد کاتد مشترک را برای ماتریکس 5x7 نشان می‌دهد. هفت خط ردیف (کاتد) و پنج خط ستون (آند) در 35 نقطه LED تقاطع می‌کنند. برای روشن کردن یک نقطه خاص، کاتد ردیف مربوطه باید در حالت Low (گراند) درایو شود در حالی که آند ستون آن در حالت High (تامین جریان از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) درایو می‌شود. این آرایش ماتریکس تعداد پین‌های درایور مورد نیاز را به حداقل می‌رساند (12 پین برای ماتریکس 5x7 به جای 35 پین برای نقاط منفرد).

4. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

4.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نمایشگر برای کاربردهای نیازمند یک کاراکتر الفبایی-عددی منفرد و بسیار قابل مشاهده ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل نشانگرهای وضعیت روی پنل‌های کنترل صنعتی، نمایش‌های دیجیتال روی تجهیزات تست و اندازه‌گیری، نمایشگرهای تک کاراکتری در سیستم‌های امبدد برای دیباگ یا نشان دادن حالت، و به عنوان بلوک‌های سازنده برای پنل‌های چند رقمی در ابزارهایی مانند ساعت‌ها، شمارنده‌ها یا تابلوهای پیام ساده می‌باشد.

4.2 ملاحظات طراحی و درایوینگ

درایوینگ یک ماتریکس 5x7 نیازمند یک طرح مالتی‌پلکسینگ است. از آنجایی که تنها یک ردیف باید در هر لحظه فعال باشد تا از پدیده Ghosting و کشش جریان بیش از حد جلوگیری شود، یک میکروکنترلر یا آی‌سی درایور نمایشگر اختصاصی برای چرخش سریع در بین هفت ردیف (معمولاً با نرخ >60 هرتز برای جلوگیری از لرزش) ضروری است. داده‌های ستون برای ردیف فعال به طور همزمان ارسال می‌شود. جریان مستقیم متوسط هر نقطه باید بر اساس جریان پیک و چرخه کاری (1/7 برای مالتی‌پلکس استاندارد ردیف-به-ردیف) محاسبه شود. به عنوان مثال، برای دستیابی به جریان متوسط نقطه مطلوب 10 میلی‌آمپر، جریان پیک در طول زمان ردیف فعال آن باید 70 میلی‌آمپر (10 میلی‌آمپر * 7 ردیف) باشد. این باید در برابر ریتینگ حداکثر مطلق برای جریان پیک (60 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10) بررسی شود. بنابراین، محاسبه دقیق طرح مالتی‌پلکسینگ و مقاومت‌های محدودکننده جریان ضروری است. محدوده دمای عملیاتی گسترده، امکان استفاده در محیط‌های فاقد کنترل آب و هوا را فراهم می‌کند.

5. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولی اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی عموماً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این منحنی رابطه بین جریان عبوری از یک LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است، با یک ولتاژ روشن‌شدن (حدود 2 ولت برای AlInGaP) که پس از آن جریان با افزایش‌های کوچک ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. این منحنی برای انتخاب مقدار مقاومت محدودکننده جریان مناسب در یک مدار درایو با ولتاژ ثابت حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد. این منحنی عموماً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا اشباع می‌شود. کار در ناحیه خطی برای کنترل روشنایی از طریق مدولاسیون عرض پالس (PWM) مهم است.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی کاهش ریتینگ خروجی نور را با افزایش دمای اتصال LED نشان می‌دهد. برای AlInGaP، بازدهی معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد، به این معنی که نمایشگر ممکن است در محیط‌های با دمای بالا کمنورتر به نظر برسد اگر توسط جریان درایو جبران نشود.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که تمرکز خروجی نور را در اطراف طول موج غالب (592 نانومتر) و پهنای طیف (پهنای نیمه 15 نانومتر) نشان می‌دهد.

طراحان باید این منحنی‌ها را برای بهینه‌سازی شرایط درایو از نظر روشنایی، بازدهی و طول عمر در محدوده دمای عملیاتی مورد نظر مشورت کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

پارامتر حیاتی برای مونتاژ، تحمل حرارت لحیم‌کاری است. پایه‌ها می‌توانند حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت 3 ثانیه تحمل کنند، که در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این یک ریتینگ استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است. رعایت این محدودیت برای جلوگیری از آسیب به باندهای سیم داخلی یا خود تراشه‌های LED بسیار مهم است. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی و مونتاژ رعایت شود، زیرا LED‌ها به الکتریسیته ساکن حساس هستند. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمای مشخص شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و در محیطی با رطوبت کم انجام شود.

7. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های اصلی LTP-1457AKY، استفاده از فناوری AlInGaP و فرم فاکتور مکانیکی خاص آن است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LED مانند GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده نوری بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر برای همان ورودی الکتریکی و خلوص رنگ بهتر می‌شود. رنگ کهربایی زرد اغلب به دلیل تاثیر بصری بالا و روشنایی درک شده توسط چشم انسان انتخاب می‌شود. ارتفاع کاراکتر 1.2 اینچی، اندازه خاصی است که ممکن است از نمایشگرهای متداول 0.56 اینچی یا 0.8 اینچی بزرگ‌تر باشد و آن را برای کاربردهایی که فاصله دید بیشتر است یا قابلیت مشاهده از اهمیت بالایی برخوردار است، مناسب می‌سازد. قابلیت چیدمان افقی، یک ویژگی عملی است که همیشه در نمایشگرهای مشابه وجود ندارد و طراحی آرایه‌های چند کاراکتری را ساده می‌کند.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چگونه این نمایشگر را با یک میکروکنترلر درایو کنم؟

ج: شما حداقل به 12 پین GPIO (7 پین برای ردیف‌ها، 5 پین برای ستون‌ها) نیاز دارید. یک روال اسکن پیاده‌سازی کنید که در هر لحظه یک ردیف را فعال کند (کاتد Low) در حالی که الگوی آن ردیف را از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به 5 پین ستون (آند) اعمال می‌کند. اسکن باید به اندازه کافی سریع باشد تا از لرزش جلوگیری کند (نرخ فریم >60 هرتز).

س: از چه مقدار مقاومت محدودکننده جریان باید استفاده کنم؟

ج: این بستگی به ولتاژ تغذیه شما (Vcc) و جریان عملیاتی مورد نظر دارد. از فرمول استفاده کنید: R = (Vcc - Vf) / If. برای تغذیه 5 ولت و Vf معمولی 2.3 ولت در 20 میلی‌آمپر، R = (5 - 2.3) / 0.02 = 135 اهم. از نزدیک‌ترین مقدار استاندارد استفاده کنید (مثلاً 130 اهم یا 150 اهم). به یاد داشته باشید این برای عملیات روشنایی ثابت است؛ برای عملیات مالتی‌پلکس، جریان پیک بالاتر خواهد بود.

س: آیا می‌توانم از این نمایشگر در فضای باز استفاده کنم؟

ج: محدوده دمای عملیاتی (35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد) بسیار گسترده است که نشان‌دهنده استحکام است. با این حال، دیتاشیت ریتینگ IP (حفاظت در برابر نفوذ) برای مقاومت در برابر آب یا گرد و غبار را مشخص نکرده است. برای استفاده در فضای باز، نمایشگر احتمالاً باید پشت یک پنجره محافظ یا درون یک محفظه مهر و موم شده قرار گیرد تا از نفوذ رطوبت و کثیفی که می‌تواند به الکترونیک آسیب برساند یا صفحه را مبهم کند، جلوگیری شود.

س: چرا عملکردهای تکراری پین وجود دارد (مثلاً پین 4 و 11، پین 5 و 12)؟

ج: این احتمالاً یک خطا در بخش جدول اتصال پین ارائه شده است. در یک ماتریکس استاندارد 5x7، تنها به 12 سیگنال منحصر به فرد (5 ستون + 7 ردیف) نیاز است. موارد تکراری ممکن است داخلی به یک نود مشابه متصل شده باشند تا گزینه‌های مسیریابی PCB جایگزین را فراهم کنند یا ممکن است یک اشتباه در مستندات باشد. نمودار مدار داخلی منبع معتبر برای اتصالات است.

9. معرفی اصل عملکرد

اصل اساسی بر پایه الکترولومینسانس نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ روشن‌شدن دیود در دو سر پیوند p-n از جنس AlInGaP اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص لایه‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور منتشر شده مرتبط است - در این مورد، کهربایی زرد. ماتریکس 5x7 یک تکنیک آدرس‌دهی است که تعداد خطوط کنترل مورد نیاز را از 35 (یک خط برای هر نقطه) به 12 (ردیف‌ها + ستون‌ها) با چیدمان LED‌ها در یک شبکه کاهش می‌دهد. روشنایی با فعال کردن انتخابی نقاط تقاطع ردیف‌ها و ستون‌های تغذیه شده کنترل می‌شود.

10. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهایی مانند LTP-1457AKY نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان برای خروجی الفبایی-عددی تک و کم رقمی هستند. در حالی که نمایشگرهای گرافیکی بزرگتر و OLED برای اطلاعات پیچیده رایج شده‌اند، ماژول‌های ماتریکس نقطه‌ای LED گسسته به دلیل سادگی، استحکام، روشنایی بالا، زوایای دید گسترده و طول عمر عالی، همچنان در کاربردهای صنعتی، ابزار دقیق و امبدد بسیار مرتبط هستند. تغییر از مواد قدیمی LED به AlInGaP، همانطور که در این دستگاه مشاهده می‌شود، یک روند مهم بود که بازدهی و محدوده رنگ را بهبود بخشید. روندهای فعلی در بخش‌های نمایشگر مشابه ممکن است شامل ادغام مدار درایور بر روی خود ماژول (نیاز تنها به ورودی‌های داده سریال و تغذیه)، استفاده از مواد حتی کارآمدتر مانند InGaN برای رنگ‌های مختلف، و طراحی‌های بهینه‌شده برای فرآیندهای مونتاژ خودکار باشد. مزایای اصلی قابلیت اطمینان حالت جامد، مصرف توان پایین و قابلیت مشاهده بالا، استفاده مستمر این فناوری را در نیچ‌های خاص تضمین می‌کند.