دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-7357JD - ارتفاع 0.678 اینچ (17.22 میلی‌متر) - قرمز AlInGaP - آرایه 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-7357JD یک ماژول نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED تک‌صفحه‌ای با آرایه 5x7 است که برای نمایش کاراکترها و نمادها طراحی شده است. عملکرد اصلی آن ارائه نمایشی واضح و خوانا از حروف و اعداد در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف است. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از چیپ‌های LED قرمز با کارایی بالا و فوق‌روشن AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) نهفته است که در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LED، شدت نور و قابلیت اطمینان برتری ارائه می‌دهند. این نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نقاط سفید است که کنتراست را برای بهبود خوانایی افزایش می‌دهد. این محصول بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان انتخاب بر اساس نیازهای روشنایی را فراهم می‌کند. بازار هدف شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزارهای اندازه‌گیری، پایانه‌های فروش، سیستم‌های توکار و هر کاربرد دیگری است که به رابط نمایش کاراکتری فشرده و قابل اطمینان نیاز دارد.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و مزایای اصلی

این دستگاه چندین ویژگی طراحی را در خود جای داده است که به عملکرد و تطبیق‌پذیری آن کمک می‌کنند. ارتفاع ماتریس 0.678 اینچی (17.22 میلی‌متر) اندازه کاراکتری مناسب برای مشاهده در فاصله متوسط را فراهم می‌کند. نیاز به توان پایین آن، آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. ساختار تک‌صفحه‌ای با زاویه دید گسترده، قابلیت مشاهده از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند. قابلیت اطمینان حالت جامد فناوری LED، طول عمر عملیاتی طولانی بدون قطعات متحرک را تضمین می‌کند. آرایه 5x7 با معماری انتخاب X-Y امکان کنترل مالتی‌پلکسینگ کارآمد را فراهم می‌کند. سازگاری با کدهای کاراکتری استاندارد USASCII و EBCDIC، ادغام با میکروکنترلرها و پردازنده‌ها را ساده می‌سازد. در نهایت، طراحی افقی قابل انباشت، امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری با چیدمان چند واحد در کنار هم را فراهم می‌کند.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

عملکرد LTP-7357JD توسط مجموعه‌ای از پارامترهای الکتریکی، نوری و حرارتی تعریف می‌شود که طراحان باید برای پیاده‌سازی صحیح در نظر بگیرند.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کارکرد مداوم دستگاه در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن توصیه نمی‌شود. حداکثر مقادیر مجاز کلیدی شامل اتلاف توان متوسط هر نقطه 33 میلی‌وات، جریان مستقیم پیک هر نقطه 90 میلی‌آمپر و جریان مستقیم متوسط هر نقطه 13 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد است. این جریان متوسط با نرخ 0.17 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. حداکثر ولتاژ معکوس هر سگمنت 5 ولت است. این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است. حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر مدت 3 ثانیه است که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملیاتی معمول هستند که در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند. شدت نور متوسط (Iv) از حداقل 500 میکروکاندلا تا حداکثر 1200 میکروکاندلا متغیر است، با یک مقدار معمولی که هنگام راه‌اندازی با جریان پیک (Ip) 32 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/16 ارائه می‌شود. این طرح مالتی‌پلکسینگ برای کاهش مصرف انرژی و پیچیدگی درایور رایج است. طول موج پیک تابش (λp) معمولاً 656 نانومتر است که در طیف قرمز قرار می‌گیرد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 22 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی نور ساطع شده است. طول موج غالب (λd) 640 نانومتر است. ولتاژ مستقیم (Vf) برای هر نقطه از 2.1 ولت (حداقل) تا 2.6 ولت (حداکثر) در جریان مستقیم (If) 20 میلی‌آمپر متغیر است. جریان معکوس (Ir) برای هر نقطه حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت است. نسبت تطابق شدت نور (Iv-m) بین نقاط حداکثر 1.8:1 است که تضمین می‌کند روشنایی نسبتاً یکنواختی در سراسر نمایشگر وجود داشته باشد. توجه به این نکته مهم است که شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که LTP-7357JD بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این به معنای فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده است.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

در حالی که کدهای دسته‌بندی خاص در بخش ارائه شده فهرست نشده‌اند، مشخص کردن یک محدوده (1200-500 میکروکاندلا) نشان می‌دهد که دستگاه‌ها بر اساس شدت واقعی اندازه‌گیری شده خود تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ip=32mA, Duty 1/16) آزمایش و گروه‌بندی می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که حداقل نیاز روشنایی برای کاربردشان را برآورده می‌کنند، که ممکن است بر هزینه و در دسترس بودن تأثیر بگذارد. یکنواختی درون یک دسته، ظاهر یکنواخت در یک نمایشگر چند واحدی را تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت شامل بخشی برای منحنی‌های مشخصه الکتریکی و نوری معمول است. این نمودارها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد بسیار مهم هستند.

4.1 اطلاعات منحنی ضمنی

اگرچه منحنی‌های خاص در متن به تفصیل شرح داده نشده‌اند، نمودارهای معمول برای چنین دستگاه‌هایی شامل منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V) خواهد بود که رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد و به طراحی مدار محدودکننده جریان کمک می‌کند. منحنی‌های شدت نور در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهند که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که اغلب در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی به صورت زیرخطی است. منحنی‌های شدت نور در مقابل دمای محیط، کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهند که برای محیط‌های با دمای بالا حیاتی است. نمودارهای توزیع طیفی، تمرکز نور ساطع شده حول طول‌موج‌های پیک و غالب را نشان می‌دهند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ساختار فیزیکی نمایشگر، سازگاری نصب و استحکام کلی آن را تعیین می‌کند.

5.1 ابعاد بسته و تلرانس‌ها

ابعاد بسته دستگاه در یک نقشه دقیق ارائه شده است (ارجاع داده شده اما در متن نشان داده نشده است). تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر مشخص شده‌اند. تلرانس عمومی برای این ابعاد ±0.25 میلی‌متر (معادل ±0.01 اینچ) است مگر اینکه یادداشت ویژگی خاصی خلاف آن را نشان دهد. طراحان باید برای ایجاد جای پای PCB دقیق، به این نقشه برای الگوی سوراخ‌ها، ارتفاع کلی و فاصله پایه‌ها مراجعه کنند.

5.2 اتصال پایه‌ها و پلاریته

LTP-7357JD دارای پیکربندی 12 پایه است. پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1: کاتد ستون 1، پایه 2: آند ردیف 3، پایه 3: کاتد ستون 2، پایه 4: آند ردیف 5، پایه 5: آند ردیف 6، پایه 6: آند ردیف 7، پایه 7: کاتد ستون 4، پایه 8: کاتد ستون 5، پایه 9: آند ردیف 4، پایه 10: کاتد ستون 3، پایه 11: آند ردیف 2، پایه 12: آند ردیف 1. این چیدمان، طرح مالتی‌پلکسینگ X-Y (ردیف-ستون) را تسهیل می‌کند. شناسایی صحیح پایه‌های آند و کاتد برای جلوگیری از بایاس معکوس و اطمینان از عملکرد صحیح حیاتی است.

5.3 نمودار مدار داخلی

نمودار مدار داخلی (ارجاع داده شده) سازمان ماتریسی 35 LED (5 ستون × 7 ردیف) را نشان می‌دهد. آند هر LED به یک خط ردیف و کاتد آن به یک خط ستون متصل است. برای روشن کردن یک نقطه خاص، خط ردیف مربوطه باید High (آند مثبت) و خط ستون مربوطه Low (کاتد زمین شده) شود، با محدودیت جریان مناسب. این معماری کاتد مشترک برای هر ستون، استاندارد نمایشگرهای مالتی‌پلکس شده است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح در حین مونتاژ برای حفظ یکپارچگی و عملکرد دستگاه ضروری است.

6.1 پارامترهای فرآیند لحیم‌کاری

حداکثر مقدار مجاز مطلق، محدودیت دمای لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، که در فاصله 1.6 میلی‌متری (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این دستورالعمل برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو در نظر گرفته شده است. برای لحیم‌کاری ریفلو، پروفایل دمایی کامل (پیش‌گرم، خیساندن، پیک ریفلو، خنک‌سازی) باید کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که بسته و اتصالات سیم داخلی تحت شوک حرارتی یا زمان بیش از حد بالاتر از نقطه ذوب قرار نمی‌گیرند.

6.2 اقدامات احتیاطی در حمل و نگهداری

اگرچه به صراحت شرح داده نشده است، اما هنگام کار با نمایشگر LED باید اقدامات احتیاطی استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود، زیرا پیوندهای نیمه‌هادی می‌توانند حساس باشند. نگهداری باید در محدوده دمای مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در محیطی با رطوبت کم انجام شود تا از جذب رطوبت و احتمال "پاپ کورن" شدن در حین لحیم‌کاری جلوگیری شود.

7. پیشنهادات کاربردی

LTP-7357JD برای انواع کاربردهای نمایشگر توکار مناسب است.

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

موارد استفاده رایج شامل نمایشگرهای وضعیت روی تجهیزات صنعتی (مانند قرائت دما، کدهای خطا)، نمایشگرهای کاراکتری روی دستگاه‌های پزشکی، پیام‌های ساده روی لوازم خانگی و به عنوان بخشی از نمایشگرهای قطعه‌ای بزرگتر در کیوسک‌های خرده‌فروشی یا اطلاعاتی است. سازگاری آن با کدهای کاراکتری استاندارد، آن را برای نمایش پیام‌های متنی از یک میکروکنترلر ایده‌آل می‌سازد.

7.2 ملاحظات طراحی و پیاده‌سازی مدار

طراحان باید یک مدار درایور مالتی‌پلکسینگ پیاده‌سازی کنند. این معمولاً شامل یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا ICهای درایور LED اختصاصی قادر به سینک جریان برای ستون‌ها و سورس جریان برای ردیف‌ها است. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر خط ستون یا ردیف (بسته به توپولوژی درایور) برای تنظیم جریان مستقیم هر سگمنت LED اجباری است. چرخه کاری 1/16 ذکر شده در شرایط آزمایش، نشان‌دهنده مالتی‌پلکسینگ باینری 4 بیتی (16 حالت = 2^4) است که یک رویکرد رایج برای ماتریس 5x7 است، که اغلب 4 ردیف را به طور همزمان اسکن می‌کند یا از ترکیبی از اسکن ردیف و ستون استفاده می‌کند. نرخ تازه‌سازی باید به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً >60 هرتز) تا از لرزش قابل مشاهده جلوگیری شود. اگر دستگاه نزدیک به حداکثر مقادیر مجاز کار می‌کند، به ویژه در دمای محیط بالا، باید اتلاف حرارت در نظر گرفته شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTP-7357JD مزایای خاصی را در دسته محصول خود ارائه می‌دهد.

8.1 تمایزدهنده‌های کلیدی

تمایزدهنده اصلی، استفاده از فناوری LED AlInGaP است. در مقایسه با LEDهای قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP کارایی نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی مشابه در توان پایین‌تر می‌شود. ترکیب صفحه خاکستری/نقطه سفید، ظاهری حرفه‌ای و کنتراست بالا ارائه می‌دهد. زاویه دید گسترده برای کاربردهایی که کاربر ممکن است مستقیماً روبروی نمایشگر نباشد مفید است. دسته‌بندی بر اساس شدت نور، سطحی از کنترل کیفیت و انعطاف‌پذیری انتخاب را فراهم می‌کند که همیشه در نمایشگرهای پایه وجود ندارد.

9. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

در اینجا پاسخ‌هایی به سوالات رایج طراحی استخراج شده از دیتاشیت ارائه شده است.

س: هدف چرخه کاری 1/16 در شرایط آزمایش شدت نور چیست؟

ج: این یک طرح درایو مالتی‌پلکس شده را شبیه‌سازی می‌کند که در آن هر LED فقط برای 1/16 کل زمان اسکن تغذیه می‌شود. شدت نور مشخص شده، مقدار متوسط درک شده توسط چشم تحت این شرایط است. شما باید از مالتی‌پلکسینگ یا چرخه کاری مشابهی استفاده کنید تا بدون تجاوز از مقادیر مجاز جریان متوسط، به این روشنایی دست یابید.

س: آیا می‌توانم LEDها را با جریان DC پیوسته به جای مالتی‌پلکسینگ راه‌اندازی کنم؟

ج: از نظر فنی بله، اما باید اطمینان حاصل کنید که جریان مستقیم پیوسته هر نقطه از مقدار مجاز متوسط 13 میلی‌آمپر در 25 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند (و برای دماهای بالاتر باید کاهش یابد). این امر به 35 کانال مستقل محدود شده جریان نیاز دارد که ناکارآمد است. مالتی‌پلکسینگ، مورد استفاده مورد نظر و کارآمدترین است.

س: ولتاژ مستقیم 2.6-2.1 ولت است. به چه ولتاژ تغذیه‌ای نیاز دارم؟

ج: ولتاژ تغذیه باید بیشتر از حداکثر ولتاژ مستقیم به اضافه افت ولتاژ در مقاومت محدودکننده جریان و مدار درایور شما باشد. یک ولتاژ تغذیه رایج برای چنین نمایشگرهایی 5 ولت است که حاشیه کافی را فراهم می‌کند.

س: "نسبت تطابق شدت نور 1.8:1" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که روشن‌ترین نقطه در ماتریس، حداکثر 1.8 برابر روشن‌تر از کم‌نورترین نقطه تحت شرایط درایو یکسان خواهد بود. این امر یکنواختی منطقی در سراسر کاراکتر نمایش داده شده را تضمین می‌کند.

10. مطالعه موردی پیاده‌سازی عملی

طراحی یک نمایشگر تک کاراکتری ساده برای یک ترموستات مبتنی بر میکروکنترلر را در نظر بگیرید. هدف نمایش دمای تنظیم شده از 0 تا 9 است.

مراحل طراحی:1. میکروکنترلر (مانند ATmega328P) با داده‌های فونت برای ارقام 0 تا 9 در قالب بیت‌مپ 5x7 برنامه‌ریزی می‌شود. 2. پنج پین I/O به عنوان درایورهای ستون پیکربندی می‌شوند (متصل به کاتدها، قادر به سینک جریان). هفت پین I/O به عنوان درایورهای ردیف پیکربندی می‌شوند (متصل به آندها، قادر به سورس جریان). 3. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی خطوط ستون قرار می‌گیرند. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (مثلاً 5 ولت)، ولتاژ مستقیم LED (~2.5 ولت) و جریان پیک مورد نظر (مثلاً 32 میلی‌آمپر برای حداکثر روشنایی) محاسبه می‌شود: R = (5V - 2.5V) / 0.032A ≈ 78 اهم. می‌توان از مقاومت استاندارد 75 یا 82 اهم استفاده کرد. 4. فریم‌ور یک روال اسکن را پیاده‌سازی می‌کند. یک خط ردیف را High قرار می‌دهد (آندهای آن ردیف را فعال می‌کند)، سپس الگوی آن ردیف را روی پنج خط ستون قرار می‌دهد (Low برای روشن کردن یک نقطه، High یا High Impedance برای خاموش کردن). مدت کوتاهی صبر می‌کند (مثلاً 1-2 میلی‌ثانیه)، سپس به ردیف بعدی می‌رود. اسکن تمام 7 ردیف در حدود 14 میلی‌ثانیه، نرخ تازه‌سازی >70 هرتز را به دست می‌آورد و لرزش را از بین می‌برد. 5. نمایشگر یک رقم پایدار و روشن نشان می‌دهد که دما را نشان می‌دهد.

11. معرفی اصل عملکرد

LTP-7357JD بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 2.6-2.1 ولت برای این ماده AlInGaP) در سراسر یک LED اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب ماده خاص (AlInGaP) انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند، در این مورد، قرمز (~656-640 نانومتر). سازمان ماتریس 5x7 یک طرح آدرس‌دهی است که تعداد پین‌های کنترل مورد نیاز را از 35 (یکی برای هر LED) به 12 (7 ردیف + 5 ستون) از طریق مالتی‌پلکسینگ کاهش می‌دهد. با توالی سریع ردیف‌ها و ارائه داده ستون مربوطه برای هر ردیف، ماندگاری دید چشم انسان، الگو را به یک تصویر پایدار و به ظاهر ثابت یکپارچه می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

LTP-7357JD نمایانگر یک فناوری بالغ مبتنی بر AlInGaP است که پیشرفت قابل توجهی نسبت به مواد LED قرمز قبلی بود. روندهای فعلی در فناوری نمایشگر عمدتاً به سمت نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای با چگالی بالاتر، ماژول‌های گرافیکی کامل OLED یا LCD و LEDهای SMD برای ماتریس‌های لحیم شده مستقیم حرکت کرده است. با این حال، بسته‌بندی‌های Through-Hole مانند این، همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، اهداف آموزشی، بازار تعمیر و کاربردهایی که قابلیت اطمینان فوق‌العاده و سادگی بر چگالی پیکسل یا قابلیت رنگ ارجح است، مرتبط باقی می‌مانند. فناوری زیربنایی LED همچنان در حال تکامل است، با تحقیقات مداوم در مورد موادی مانند GaN-on-Si برای کاهش هزینه و بهبود کارایی در سراسر طیف، اما اصول اساسی مالتی‌پلکسینگ برای نمایشگرهای ماتریسی ثابت باقی می‌ماند.