دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-2157AKA - ارتفاع 2.0 اینچ (50.8 میلی‌متر) - رنگ نارنجی سوپر - آرایه 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-2157AKA یک ماژول نمایشگر LED ماتریس نقطه‌ای تک صفحه‌ای با آرایه 5x7 است که برای نمایش کاراکترهای الفبایی-عددی طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش کاراکترها از مجموعه کدهای استاندارد مانند USASCII و EBCDIC می‌باشد. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای چیپ‌های LED است که تابش نارنجی سوپر را فراهم می‌کند. نمایشگر دارای صفحه خاکستری و رنگ نقطه سفید است که کنتراست را برای بهبود خوانایی افزایش می‌دهد. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که یکنواختی روشنایی بین واحدها را تضمین می‌کند. ساختار حالت جامد آن قابلیت اطمینان بالایی ارائه می‌دهد و نیاز به توان کم آن را برای کاربردهای الکترونیکی متنوع مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌های اصلی و کاربردهای هدف

ویژگی‌های کلیدی تعریف‌کننده این محصول شامل ارتفاع کاراکتر ماتریسی 2.0 اینچی (50.8 میلی‌متر) است که دید خوبی از فاصله ارائه می‌دهد. این محصول با یک صفحه کار می‌کند و زاویه دید گسترده‌ای فراهم می‌کند که دسترسی به اطلاعات نمایش داده شده را از موقعیت‌های مختلف ممکن می‌سازد. آرایه 5x7 با معماری انتخاب X-Y امکان کنترل مالتی‌پلکسینگ کارآمد را فراهم می‌کند. یک ویژگی مهم، قابلیت انباشت افقی آن است که امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری را با تراز کردن چندین واحد در کنار هم فراهم می‌کند. دستگاه مستقیماً با کدهای کاراکتری استاندارد سازگار است. این ویژگی‌ها LTP-2157AKA را برای کاربردهایی مانند پنل‌های ابزار دقیق صنعتی، ترمینال‌های فروش، نمایشگرهای اطلاعات پایه، خوانش تجهیزات آزمایشگاهی و سایر سیستم‌های نهفته که نیاز به خروجی الفبایی-عددی قابل اطمینان با پیچیدگی کم تا متوسط دارند، ایده‌آل می‌سازد.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای الکتریکی، نوری و فیزیکی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

حداکثر مقادیر مجاز مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط کارکرد عادی نیستند.

• توان تلفاتی متوسط هر نقطه:33 میلی‌وات. این حداکثر توان پیوسته‌ای است که می‌تواند به طور ایمن توسط یک نقطه LED تلف شود.
• جریان پیشروی پیک هر نقطه:90 میلی‌آمپر. این حداکثر پالس جریان لحظه‌ای است که یک نقطه می‌تواند تحمل کند، که معمولاً مربوط به طرح‌های درایو مالتی‌پلکس است.
• جریان پیشروی متوسط هر نقطه:13 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد، با کاهش خطی 0.17 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد. این پارامتر کلیدی برای کارکرد DC پیوسته است. فاکتور کاهش برای مدیریت حرارتی حیاتی است؛ با افزایش دمای محیط (Ta)، حداکثر جریان پیوسته مجاز باید کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.
• ولتاژ معکوس هر نقطه:5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.
• محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این دستگاه برای محدوده دمایی صنعتی ریت شده است.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن. این محدودیت‌های پروفیل لحیم‌کاری ریفلو را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها تحت شرایط آزمایش مشخص (معمولاً Ta=25°C) اندازه‌گیری شده و نمایانگر عملکرد معمول هستند.

• شدت نور متوسط (I_V):2100 میکروکاندلا (حداقل)، 4600 میکروکاندلا (معمول) تحت شرایط آزمایش I_p=32mA در سیکل وظیفه 1/16. این نشان‌دهنده روشنایی هر نقطه LED هنگام درایو در پیکربندی مالتی‌پلکس است. محدوده وسیع نشان‌دهنده فرآیند دسته‌بندی (بینینگ) برای شدت است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):621 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است و رنگ \"نارنجی سوپر\" را تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):18 نانومتر (معمول). این خلوص طیفی را اندازه‌گیری می‌کند؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده نور تک‌رنگ‌تر است.
• طول موج غالب (λ_d):615 نانومتر (معمول). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و ارتباط نزدیکی با نقطه رنگ دارد.
• ولتاژ پیشروی (V_F) هر نقطه:2.05 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20mA؛ 2.3 ولت (حداقل)، 2.8 ولت (معمول) در I_F=80mA. این برای طراحی مدار درایو حیاتی است و افت ولتاژ روی یک LED هنگام روشن بودن را مشخص می‌کند.
• جریان معکوس (I_R) هر نقطه:100 میکروآمپر (حداکثر) در V_R=5V. این جریان نشتی هنگامی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):2:1 (معمول). این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین نقاط در آرایه را مشخص می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به معنای یک فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید است. در حالی که کدهای دسته خاصی فهرست نشده‌اند، دسته‌بندی معمول برای چنین نمایشگرهایی شامل گروه‌بندی واحدها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده تحت شرایط آزمایش استاندارد است. این اطمینان می‌دهد که وقتی چندین نمایشگر با هم استفاده می‌شوند، تغییرات روشنایی بین آنها به حداقل می‌رسد و خروجی بصری یکنواختی ارائه می‌دهد. طراحان باید دسته‌های شدت نور موجود از تامین‌کننده را برای کاربردهای حیاتی که نیاز به تطابق روشنایی دارند، تأیید کنند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

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

• جریان پیشروی در مقابل ولتاژ پیشروی (منحنی I_F-V_F):رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای تعیین ولتاژ درایو مورد نیاز برای یک جریان معین حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان پیشروی (منحنی I_V-I_F):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کارکرد یک رابطه تقریباً خطی است.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهد که برای طراحی حرارتی حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 621 نانومتر و عرض طیفی را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا عملکرد تحت شرایط غیراستاندارد را پیش‌بینی کرده و مدار درایو خود را بهینه کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

ابعاد پکیج دستگاه بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر ارائه شده است. نقشه خاص ارجاع داده شده اما در متن جزئیات آن نیامده است. جنبه‌های مکانیکی کلیدی شامل ابعاد کلی، ارتفاع و فاصله 14 پایه است. چیدمان پایه‌ها برای نصب سوراخ‌دار روی برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده است. صفحه خاکستری و رنگ نقطه سفید بخشی از طراحی پکیج برای بهبود کنتراست هستند.

5.1 اتصال پایه و مدار داخلی

نمایشگر دارای 14 پایه است. نمودار مدار داخلی یک پیکربندی ماتریسی را نشان می‌دهد که در آن آندهای LEDها توسط ردیف‌ها و کاتدها توسط ستون‌ها به هم متصل شده‌اند (یا برعکس، مطابق جدول پایه‌ها). این یک معماری ماتریسی آند مشترک یا کاتد مشترک رایج است که تعداد پایه‌های کنترل مورد نیاز را به حداقل می‌رساند (5 ردیف + 7 ستون = 12 خط کنترل به جای 5*7=35). جدول پایه‌ها عملکرد هر پایه را مشخص می‌کند:

• پایه‌ها به آند ردیف 1-7 و کاتد ستون 1-5 متصل می‌شوند.
• نکات مهم:پایه‌های 4 و 11 به طور داخلی به هم متصل هستند. پایه‌های 5 و 12 به طور داخلی به هم متصل هستند. این اتصال داخلی پل باید در هنگام طراحی PCB و درایو در نظر گرفته شود تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اولیه ارائه شده برای فرآیند لحیم‌کاری است: دستگاه می‌تواند حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را حداکثر به مدت 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متری (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک محدودیت استاندارد پروفیل ریفلو است. برای لحیم‌کاری موجی، باید روش‌های استاندارد برای قطعات سوراخ‌دار دنبال شود. احتیاط‌های کلی برای دستگاه‌های حساس به الکتریسیته ساکن (ESD) باید رعایت شود، اگرچه به صراحت برای این محصول LED ذکر نشده است. ذخیره‌سازی باید در محدوده دمایی مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک انجام شود.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

LTP-2157AKA نیاز به یک مدار درایو خارجی دارد. به دلیل ساختار ماتریسی آن، مالتی‌پلکسینگ روش درایو استاندارد است. این شامل فعال‌سازی متوالی یک ردیف (یا ستون) در یک زمان در حالی که سیگنال‌های داده مناسب به ستون‌ها (یا ردیف‌ها) ارائه می‌شود، می‌باشد. معمولاً از یک میکروکنترلر با پایه‌های I/O کافی یا یک IC درایور اختصاصی نمایشگر LED (مانند MAX7219 یا مشابه) استفاده می‌شود. درایو باید جریان صحیح را با رعایت ریتینگ‌های جریان پیک و متوسط تأمین کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط ستون یا ردیف برای تنظیم جریان پیشروی (I_F) اجباری هستند. مقدار با استفاده از فرمول محاسبه می‌شود: R = (V_supply- V_F- V_{driver_sat}) / I_F.

7.2 ملاحظات طراحی

• فرکانس مالتی‌پلکسینگ:باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود (معمولاً >60 هرتز).
• محاسبه جریان:از ریتینگ جریان متوسط (حداکثر 13mA در 25°C) برای محاسبات DC استفاده کنید. در حالت مالتی‌پلکس با N ردیف، جریان پیک هر نقطه می‌تواند تا N * I_avgباشد، اما نباید از ریتینگ پیک 90mA تجاوز کند.
• مدیریت حرارتی:اگر در دمای محیط بالا کار می‌کند، جریان پیشروی باید مطابق فاکتور 0.17 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش یابد.
• منبع ولتاژ:باید بالاترین V_Fتحت شرایط کارکرد و هرگونه افت در مدار درایو را در نظر گرفت.
• چیدمان PCB:مطمئن شوید که نقشه‌برداری پایه‌ها مطابق جدول اتصال به درستی انجام شده است. به پایه‌های متصل داخلی (4-11 و 5-12) توجه کنید تا از خطاهای چیدمان جلوگیری شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP یا GaP، فناوری AlInGaP در LTP-2157AKA بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر برای همان جریان و خلوص رنگ بهتر می‌شود. در مقایسه با نمایشگرهای ساده 7-بخشی، فرمت ماتریس نقطه‌ای 5x7 قابلیت الفبایی-عددی واقعی را فراهم می‌کند و امکان نمایش حروف، اعداد و نمادهای ساده را می‌دهد. ارتفاع 2.0 اینچی بزرگتر از بسیاری از نمایشگرهای کاراکتری رایج است و دید برتری ارائه می‌دهد. قابلیت انباشت افقی یک تمایزدهنده کلیدی از نمایشگرهای با ماژول‌های چندکاراکتری ثابت است که انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت روی تمام نقاط به طور همزمان درایو کنم؟
پاسخ: از نظر تئوری ممکن اما غیرعملی است. این امر به 35 کانال مستقل محدودکننده جریان نیاز دارد. مالتی‌پلکسینگ روش استاندارد و کارآمد است.

سوال 2: تفاوت بین طول موج تابش پیک و طول موج غالب چیست؟
پاسخ: طول موج پیک جایی است که بیشترین توان نوری تابش می‌شود. طول موج غالب معادل طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود. آنها اغلب نزدیک اما یکسان نیستند، به ویژه برای طیف‌های گسترده‌تر.

سوال 3: چگونه سیکل وظیفه 1/16 در شرایط آزمایش شدت نور را تفسیر کنم؟
پاسخ: شدت نور هنگامی اندازه‌گیری می‌شود که LED با جریان 32mA در یک شکل موج با سیکل وظیفه 1/16 پالس شود. این یک طرح درایو مالتی‌پلکس را شبیه‌سازی می‌کند که در آن هر ردیف برای 1/16 از کل زمان سیکل فعال است. مقدار شدت نور گزارش شده، میانگین در طول زمان است.

سوال 4: چرا پایه‌های 4 و 11 و 5 و 12 به طور داخلی به هم متصل هستند؟
پاسخ: این احتمالاً به دلیل چیدمان داخلی ماتریس برای ساده‌سازی باندینگ چیپ یا مسیریابی سابستریت است. از نظر الکتریکی، به این معنی است که این جفت پایه‌ها به هم اتصال کوتاه شده‌اند. در مدار خود، باید آنها را به یک نود مشابه متصل کنید.

10. مثال مورد استفاده عملی

سناریو: طراحی یک خوانش دمای 4 رقمی ساده برای یک فر صنعتی.
سیستم از یک میکروکنترلر با سنسور دما استفاده می‌کند. چهار نمایشگر LTP-2157AKA به صورت افقی روی هم چیده شده‌اند. فرم‌ور میکروکنترلر شامل یک نقشه فونت برای ارقام 0-9، نماد درجه و 'C' است. با استفاده از یک روال مالتی‌پلکسینگ، بین چهار نمایشگر (که به عنوان چهار مجموعه ردیف/ستون عمل می‌کنند) چرخه می‌زند و داده ستون مناسب برای هر ردیف را بر اساس رقم فعلی که باید نمایش داده شود محاسبه می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی خطوط ستون قرار داده شده‌اند. نرخ رفرش روی 100 هرتز تنظیم شده است تا سوسو زدن حذف شود. روشنایی بالا و زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که دما از موقعیت‌های مختلف در کف کارخانه قابل خواندن است. ریتینگ دمای صنعتی نمایشگر، عملکرد قابل اطمینان در محیط گرم نزدیک فر را تضمین می‌کند.

11. معرفی اصل کارکرد

LTP-2157AKA بر اساس الکترولومینسانس نیمه‌هادی است. ساختار چیپ AlInGaP یک پیوند p-n تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی بیش از آستانه پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب آلیاژ خاص AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج نور نارنجی تابش شده (~621 نانومتر) مطابقت دارد. ماتریس 5x7 توسط تاس‌های LED قابل آدرس‌دهی جداگانه‌ای تشکیل شده است که در تقاطع هادی‌های ردیف و ستون روی یک سابستریت قرار گرفته‌اند. با اعمال انتخابی ولتاژ به یک ردیف و ستون خاص، تنها LED موجود در آن تقاطع در بایاس پیشروی قرار گرفته و روشن می‌شود.

12. روندها و زمینه فناوری

فناوری AlInGaP نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در بازده LED مرئی برای رنگ‌های قرمز، نارنجی و زرد است. این فناوری تا حد زیادی جایگزین فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP شده است. روندهای فعلی در فناوری نمایشگر به سمت ماتریس‌های با چگالی بالاتر (مانند 8x8، 16x16) و ماتریس‌های تمام‌رنگ RGB در حرکت است. با این حال، نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای تک‌رنگ و با وضوح پایین مانند 5x7 برای کاربردهای حساس به هزینه و بحرانی از نظر قابلیت اطمینان که اطلاعات الفبایی-عددی ساده کافی است، همچنان بسیار مرتبط هستند. مزایای آنها شامل سادگی، استحکام، مصرف توان کم و طول عمر عالی است. اصل آدرس‌دهی ماتریسی برای فناوری‌های نمایشگر بزرگتر و پیچیده‌تر، از جمله نمایشگرهای OLED و microLED، اساسی باقی می‌ماند.