دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-1457AKA - ارتفاع ماتریس 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) - LED نارنجی-قرمز AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - اتلاف توان 33 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1457AKA یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که با پیکربندی ماتریس نقطه‌ای 5x7 ساخته شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری کاراکترها و نمادها است که با مجموعه کدهای استاندارد USASCII و EBCDIC سازگاری دارد. فناوری هسته آن از چیپ‌های LED نارنجی-قرمز AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs ساخته شده‌اند. این انتخاب زیرلایه به ظاهر خاکستری صفحه و نقاط سفید رنگ دستگاه کمک می‌کند. نمایشگر بر اساس شدت نور آن دسته‌بندی شده است که یکنواختی در روشنایی را برای کاربردهایی که به چندین واحد نیاز دارند تضمین می‌کند.

این دستگاه برای مصرف توان پایین طراحی شده و قابلیت اطمینان حالت جامد را ارائه می‌دهد. یک ویژگی مکانیکی کلیدی، قابلیت انباشت (Stackability) آن است که اجازه می‌دهد چندین واحد به صورت افقی در کنار هم قرار گیرند تا نمایشگرهای چندکاراکتری را بدون فاصله قابل توجهی تشکیل دهند که برای تابلوهای پیام یا نمایشگرهای عددی ساده ایده‌آل است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش خاص در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. شدت نور متوسط (Iv) هر نقطه، در حالت معمول 3800 میکروکاندلا است که با جریان پیک (Ip) 80 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/16 راه‌اندازی می‌شود. حداقل مقدار مشخص شده 2100 میکروکاندلا است. نسبت تطابق شدت نور بین نقاط حداکثر 2:1 مشخص شده است که تغییرات مجاز روشنایی در سراسر ماتریس را تعریف می‌کند.

مشخصات رنگ توسط طول موج تعریف می‌شود. طول موج تابش پیک (λp) به طور معمول 621 نانومتر است. طول موج غالب (λd)، که ارتباط نزدیک‌تری با رنگ درک شده دارد، به طور معمول 615 نانومتر است که آن را به طور قطع در طیف نارنجی-قرمز قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) به طور معمول 18 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ پیشرو (VF) برای هر نقطه LED منفرد، در جریان پیشرو (IF) 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده، از حداقل 2.05 ولت تا حداکثر 2.6 ولت متغیر است و یک مقدار معمول ارائه شده است. جریان معکوس (IR) برای هر نقطه، هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود، حداکثر مقدار مشخص شده 100 میکروآمپر دارد.

2.3 مقادیر حداکثر مطلق و ملاحظات حرارتی

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. اتلاف توان متوسط هر نقطه نباید از 33 میلی‌وات تجاوز کند. جریان پیشرو پیک هر نقطه در 90 میلی‌آمپر ریت شده است، اما تنها تحت شرایط پالسی: چرخه کاری 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. جریان پیشرو متوسط هر نقطه دارای فاکتور کاهش (دریتینگ) است؛ در 25 درجه سلسیوس 13 میلی‌آمپر است و به ازای هر درجه سلسیوس افزایش دمای محیط، به صورت خطی 0.17 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد.

دستگاه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت برای هر نقطه را تحمل کند. محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی از 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس مشخص شده است. برای مونتاژ، دمای لحیم‌کاری نباید بیش از 260 درجه سلسیوس و حداکثر به مدت 3 ثانیه باشد، که در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن قطعه اندازه‌گیری می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده است. واحدها آزمایش شده و در دسته‌های شدت نور خاصی گروه‌بندی می‌شوند (مثلاً یک دسته برای 2100-2800 میکروکاندلا، دسته دیگر برای 2800-3800 میکروکاندلا). این اطمینان می‌دهد که طراحان می‌توانند قطعاتی با روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند، که هنگام استفاده همزمان از چندین نمایشگر برای جلوگیری از تغییرات محسوس روشنایی، حیاتی است. دیتاشیت دسته‌های جداگانه‌ای برای طول موج یا ولتاژ پیشرو مشخص نکرده است، که نشان می‌دهد معیار اصلی مرتب‌سازی، شدت نور است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل بخشی برای "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" است. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، اما چنین منحنی‌هایی معمولاً رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان می‌دهند. منحنی‌های استاندارد برای این نوع دستگاه احتمالاً شامل موارد زیر است:

• جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (منحنی I-V):رابطه غیرخطی بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• شدت نور در مقابل جریان پیشرو:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی به صورت زیرخطی است.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور را با افزایش دمای اتصال LED نشان می‌دهد. LEDهای AlInGaP عموماً خاموشی حرارتی کمتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP نشان می‌دهند، اما خروجی هنوز هم با گرما کاهش می‌یابد.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند، پیک در حدود 621 نانومتر و پهنای نیمه 18 نانومتری را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد (جریان‌ها و دماهای مختلف) و برای بهینه‌سازی مدار درایو از نظر بازده و طول عمر ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه دارای ارتفاع ماتریس 1.2 اینچ است که معادل 30.42 میلی‌متر می‌باشد. این به ارتفاع خود آرایه 5x7 اشاره دارد. ابعاد پکیج در یک نقشه دقیق با تمام اندازه‌ها بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس استاندارد برای این ابعاد، مگر اینکه خلاف آن در نقشه ذکر شده باشد، ±0.25 میلی‌متر (0.01 اینچ) است. نمودار اتصال پایه‌ها برای ارتباط‌دهی حیاتی است. نمایشگر دارای 14 پایه است که 5 ستون (آند) و 7 ردیف (کاتد) را در یک آرایش مالتی‌پلکس کنترل می‌کنند. پین‌اوت خاص به این صورت است: پایه 1: کاتد ردیف 5، پایه 2: کاتد ردیف 7، پایه 3: آند ستون 2، پایه 4: آند ستون 3، پایه 5: کاتد ردیف 4، پایه 6: آند ستون 5، پایه 7: کاتد ردیف 6، پایه 8: کاتد ردیف 3، پایه 9: کاتد ردیف 1، پایه 10: آند ستون 4، پایه 11: آند ستون 3، پایه 12: کاتد ردیف 4، پایه 13: آند ستون 1، پایه 14: کاتد ردیف 2. توجه داشته باشید که ترتیب غیرمتوالی است، که در نمایشگرهای مالتی‌پلکس برای بهینه‌سازی مسیریابی داخلی رایج است.

نمودار مدار داخلی ساختار ماتریس را نشان می‌دهد: پنج ستون آند مشترک و هفت ردیف کاتد مشترک. هر تقاطع نشان‌دهنده یک نقطه LED است. برای روشن کردن یک نقطه خاص، پایه ستون مربوطه آن باید High (آند) و پایه ردیف آن باید Low (کاتد) شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

محدودیت اصلی مونتاژ ارائه شده، پروفیل دمای لحیم‌کاری است. بدنه قطعه در طول فرآیند ریفلو یا لحیم‌کاری موجی نباید بیش از 3 ثانیه در معرض دمای بالای 260 درجه سلسیوس قرار گیرد. این یک ریتینگ استاندارد برای بسیاری از قطعات Through-Hole و برخی قطعات Surface-Mount است. نقطه اندازه‌گیری 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن است که معمولاً نقطه‌ای است که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند. این اطمینان می‌دهد که چیپ LED حساس داخل توسط گرمای بیش از حد منتقل شده از طریق پایه‌ها آسیب نمی‌بیند. برای لحیم‌کاری دستی، باید از هویه کنترل دمای استفاده شود و زمان تماس با هر پایه به حداقل برسد. هنگام کار با دستگاه‌های نیمه‌هادی، همیشه باید روش‌های صحیح رسیدگی به ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیاز به یک کاراکتر الفبایی-عددی منفرد و بسیار خوانا دارند مناسب است. قابلیت انباشت آن، آن را برای نمایشگرهای چندرقمی ایده‌آل می‌سازد. کاربردهای متداول شامل موارد زیر است:

• پنل‌های ابزار دقیق صنعتی (برای نمایش مقادیر تنظیم، قرائت‌ها، کدهای خطا).
• لوازم خانگی مصرفی (مایکروویو، ماشین لباس‌شویی، ترموستات).
• تجهیزات تست و اندازه‌گیری.
• نمایشگرهای اطلاعات ساده در دستگاه‌های فروش خودکار یا کیوسک‌ها.
• کیت‌های آموزشی برای یادگیری درایوینگ LED مالتی‌پلکس و ارتباط با میکروکنترلر.

7.2 ملاحظات طراحی

مدار درایو:نمایشگر نیاز به مدار درایور مالتی‌پلکس خارجی دارد. این می‌تواند با استفاده از ترانزیستورهای گسسته، آی‌سی‌های درایور LED اختصاصی (مانند MAX7219)، یا مستقیماً از یک میکروکنترلر با قابلیت تامین/کشیدن جریان کافی پیاده‌سازی شود. ریتینگ جریان پیک (90 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10) باید رعایت شود. یک طراحی معمول از یک منبع جریان ثابت یا یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر ستون (آند) استفاده می‌کند و جریان را از طریق ردیف‌ها (کاتد) با استفاده از ترانزیستورها یا پایه‌های GPIO می‌کشد.

محاسبه جریان:برای دستیابی به شدت نور معمول 3800 میکروکاندلا، دیتاشیت شرایط Ip=80 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/16 را مشخص می‌کند. بنابراین جریان متوسط هر نقطه 80 میلی‌آمپر / 16 = 5 میلی‌آمپر است. جریان متوسط کل برای یک کاراکتر کاملاً روشن (همه 35 نقطه روشن) 35 * 5 میلی‌آمپر = 175 میلی‌آمپر خواهد بود، اما این جریان در بین ستون‌ها و ردیف‌های مالتی‌پلکس توزیع می‌شود.

زاویه دید:ویژگی "زاویه دید گسترده" برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور مشاهده شود مفید است.

ملاحظات نوری:صفحه خاکستری و نقاط سفید، کنتراست خوبی ارائه می‌دهند. طراحان ممکن است اضافه کردن یک فیلتر رنگی یا دیفیوزر در جلوی نمایشگر را برای افزایش کنتراست یا هماهنگی با زیبایی‌شناسی محصول در نظر بگیرند، اگرچه این امر خروجی نور کلی را کاهش خواهد داد.

8. مقایسه فنی

متمایزکننده کلیدی LTP-1457AKA استفاده از فناوری LED AlInGaP است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که می‌تواند نور بیشتری (شدت نور بالاتر) با همان مقدار جریان الکتریکی تولید کند، یا با مصرف توان پایین‌تر به همان روشنایی دست یابد. AlInGaP همچنین عموماً پایداری دمایی بهتری و طول عمر عملیاتی طولانی‌تری دارد. در مقایسه با LEDهای سفید مدرن یا نمایشگرهای ماتریس SMD با گام کوچک‌تر، این دستگاه یک قطعه Through-Hole بزرگتر است که سادگی، استحکام و قابلیت دید بالا از راه دور برای یک کاراکتر منفرد را ارائه می‌دهد، که اغلب برای کاربردهای تک رقمی هزینه سیستم کمتری دارد.

9. پرسش‌های متداول مبتنی بر پارامترهای فنی

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

پاسخ: از نظر فنی بله، اما بسیار ناکارآمد است و توصیه نمی‌شود. نمایشگر برای کارکرد مالتی‌پلکس طراحی شده است. راه‌اندازی مداوم همه نقاط در صورت تلاش برای دستیابی به روشنایی استاندارد، از ریتینگ اتلاف توان متوسط (33 میلی‌وات برای هر نقطه) فراتر می‌رود که منجر به گرمای بیش از حد و خرابی سریع می‌شود.

سوال: تفاوت بین طول موج تابش پیک و طول موج غالب چیست؟

پاسخ: طول موج تابش پیک، طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی حداکثر است. طول موج غالب، طول موج تک رنگ نور است که با رنگ درک شده LED مطابقت دارد. برای LEDهایی با طیف نسبتاً باریک مانند این مورد، این دو اغلب نزدیک هستند، اما طول موج غالب برای مشخصه رنگ مرتبط‌تر است.

سوال: پین‌اوت به نظر غیرمتوالی می‌رسد. چرا به این صورت چیده شده است؟

پاسخ: آرایش پایه‌ها برای طرح‌بندی داخلی مسیرها روی زیرلایه نمایشگر بهینه شده است تا تداخل (Cross-talk) به حداقل برسد و اتصال ماتریس LED ساده شود. پیروی دقیق از جدول اتصال پایه ارائه شده ضروری است؛ فرض یک توالی منطقی نکنید.

سوال: چگونه مشخصه "کاهش جریان پیشرو متوسط (دریتینگ)" را تفسیر کنم؟

پاسخ: این بدان معناست که حداکثر جریان متوسط ایمن هر نقطه با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. در 25 درجه سلسیوس، می‌توانید تا 13 میلی‌آمپر جریان متوسط استفاده کنید. در 85 درجه سلسیوس (حداکثر دمای کار)، جریان مجاز 13 میلی‌آمپر - [ (85-25) * 0.17 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس ] = 13 میلی‌آمپر - 10.2 میلی‌آمپر = 2.8 میلی‌آمپر است. این کاهش (دریتینگ) برای عملکرد قابل اطمینان در محیط‌های با دمای بالا حیاتی است.

10. مورد کاربردی عملی

مورد: طراحی یک نمایشگر دمای تک رقمی برای یک فر صنعتی.

یک مهندس نیاز دارد تا دمای تنظیم شده (0-9) را روی فرهایی که تا دمای محیط 80 درجه سلسیوس داخل پنل کنترل کار می‌کنند نمایش دهد. او LTP-1457AKA را به دلیل قابلیت دید و محدوده دمایی آن انتخاب می‌کند. به دلیل دمای محیط بالا، او باید جریان درایو را کاهش دهد (دریت کند). هدف‌گیری یک روشنایی پایین‌تر در این محیط کنترل شده قابل قبول است. او یک مدار مالتی‌پلکس با استفاده از یک میکروکنترلر طراحی می‌کند، که ستون‌ها را از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان و ردیف‌ها را از طریق ترانزیستورهای NPN راه‌اندازی می‌کند. فریم‌ور ردیف‌ها را با فرکانس بالا (>100 هرتز) اسکن می‌کند. آنها جریان متوسط هر نقطه را برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت، زیر مقدار کاهش یافته (دریت شده) حدود 3 میلی‌آمپر در 80 درجه سلسیوس محاسبه می‌کنند. ظاهر خاکستری/سفید، کنتراست خوبی در برابر پنل تیره فر ارائه می‌دهد.

11. معرفی اصل عملکرد

LTP-1457AKA بر اساس اصل ماتریس LED مالتی‌پلکس عمل می‌کند. این دستگاه شامل 35 اتصال LED AlInGaP منفرد است که در یک شبکه 5 ستون و 7 ردیف چیده شده‌اند. هر LED بین یک خط ستون (آند) و یک خط ردیف (کاتد) متصل شده است. برای روشن کردن یک الگوی خاص (مانند یک عدد یا حرف)، کنترلر همه نقاط را به طور همزمان تغذیه نمی‌کند. در عوض، از تکنیکی به نام مالتی‌پلکسینگ یا اسکن استفاده می‌کند. در هر زمان یک ردیف (کاتد) را با اتصال آن به زمین (سطح منطقی Low) فعال می‌کند. همزمان، تنها به خطوط ستون (آند) که برای آن ردیف خاص نیاز به روشن شدن دارند، تغذیه (سطح منطقی High) اعمال می‌کند. این چرخه به سرعت در بین همه هفت ردیف تکرار می‌شود. به دلیل ماندگاری دید (Persistence of Vision)، چشم انسان یک کاراکتر پایدار و کاملاً شکل‌گرفته را درک می‌کند. این روش تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز (14 به جای 35) را به شدت کاهش می‌دهد و مصرف توان کل را پایین می‌آورد.

12. روندهای فناوری

نمایشگرهایی مانند LTP-1457AKA نمایانگر یک فناوری بالغ هستند. روندهای فعلی در نمایشگرهای نشانگر و الفبایی-عددی به سمت موارد زیر حرکت می‌کنند:

• پکیج‌های Surface-Mount Device (SMD):Footprint کوچک‌تر برای طراحی PCB با چگالی بالاتر و مونتاژ خودکار.
• یکپارچه‌سازی بالاتر:نمایشگرهایی با کنترلر داخلی، حافظه (برای فونت‌ها) و رابط‌های سریال (I2C، SPI) که وظیفه میکروکنترلر میزبان را ساده می‌کنند.
• مواد LED پیشرفته:در حالی که AlInGaP برای رنگ قرمز/نارنجی کارآمد است، مواد جدیدتر مانند InGaN امکان LEDهای سبز، آبی و سفید روشن‌تر و کارآمدتر را فراهم می‌کنند که منجر به نمایشگرهای ماتریس تمام رنگی می‌شود.
• فناوری‌های جایگزین:برای نمایشگرهای بزرگتر و پیچیده‌تر، فناوری‌های OLED (LED آلی) و میکرو-LED کنتراست، زوایای دید و انعطاف‌پذیری برتر ارائه می‌دهند.

با این حال، نمایشگرهای تک رقمی Through-Hole مانند این مورد، به دلیل سادگی، دوام، قابلیت دید بالا برای یک کاراکتر منفرد و مقرون‌به‌صرفه بودن در کاربردهایی که تنها به یک یا چند رقم نیاز است، به ویژه در زمینه‌های صنعتی یا آماتوری که ممکن است مونتاژ Through-Hole ترجیح داده شود، همچنان مرتبط باقی می‌مانند.