دیتاشیت نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-2557KD - ارتفاع 2.0 اینچ (50.8 میلی‌متر) - فناوری AlInGaP هایپر رد - آرایه 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-2557KD یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند خروجی کاراکتر واضح و پرنور هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری داده‌ها، معمولاً کاراکترهای کدگذاری شده ASCII یا EBCDIC، از طریق یک شبکه از دیودهای نورافشان (LED) قابل آدرس‌دهی جداگانه است.

این دستگاه حول یک پیکربندی ماتریس نقطه‌ای 5x7 ساخته شده است که استاندارد نمایش کاراکترهای الفبایی-عددی با وضوح کافی برای خوانایی است. پایه تکنولوژیکی اصلی این نمایشگر، استفاده از ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) برای تراشه‌های LED، به طور خاص در فرمولاسیون رنگ هایپر رد است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی و روشنایی بالا در ناحیه طیفی نارنجی-قرمز تا قرمز شناخته شده است. تراشه‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) ساخته می‌شوند. از نظر ظاهری، ماژول دارای صفحه جلوی خاکستری با نقاط سفید رنگ است که هنگام خاموش بودن LEDها کنتراست را افزایش داده و هنگام روشن شدن، نور ساطع شده را پخش می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر چندین مزیت کلیدی ناشی از طراحی و فناوری خود ارائه می‌دهد. دارای ارتفاع کاراکتر نسبتاً بزرگ 2.0 اینچ (50.80 میلی‌متر) است که دید عالی از فاصله را فراهم می‌کند. ساختار حالت جامد LED، قابلیت اطمینان بالا، عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را در مقایسه با فناوری‌های قدیمی مانند نمایشگرهای رشته‌ای تضمین می‌کند. طراحی آن برای کارکرد به توان کم نیاز دارد و آن را برای کاربردهای باتری‌خور یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. زاویه دید گسترده ارائه شده توسط طراحی تک صفحه‌ای، خوانایی نمایشگر را از موقعیت‌های مختلف تضمین می‌کند. علاوه بر این، ماژول‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به صورت افقی قابل چیدمان هستند و امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری یا تابلوهای پیام را فراهم می‌کنند.

بازار هدف اصلی این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، سیستم‌های فروش نقطه‌ای و سایر دستگاه‌های الکترونیکی توکار است که در آن‌ها به یک نمایشگر عددی یا الفبایی-عددی ساده، قابل اطمینان و پرنور نیاز است. سازگاری آن با کدهای کاراکتر استاندارد، اتصال آن به میکروکنترلرها و سایر سیستم‌های دیجیتال را آسان می‌سازد.

2. پارامترهای فنی و تفسیر عینی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی، نوری و محیطی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و تضمین عملکرد قابل اطمینان حیاتی است.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نشده و در طراحی قابل اطمینان باید از آن اجتناب کرد.

• اتلاف توان متوسط هر نقطه:33 میلی‌وات. این حداکثر توان پیوسته‌ای است که هر بخش (نقطه) LED به صورت جداگانه می‌تواند بدون خطر گرمای بیش از حد تحمل کند.
• جریان پیشروی پیک هر نقطه:90 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان لحظه‌ای مجاز است که معمولاً مربوط به طرح‌های عملیاتی پالسی رایج در نمایشگرهای مالتی‌پلکس شده است.
• جریان پیشروی متوسط هر نقطه:15 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان به صورت خطی با نرخ 0.2 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد، با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان متوسط مجاز تقریباً خواهد بود: 15 میلی‌آمپر - [0.2 میلی‌آمپر/°C * (85°C - 25°C)] = 3 میلی‌آمپر.
• ولتاژ معکوس هر نقطه:5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث شکست اتصال LED شود.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای عملکرد و ذخیره‌سازی در این محدوده دمایی گسترده ریت شده است.
• دمای لحیم‌کاری:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1/16 اینچ (≈1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این مشخصات پروفیل لحیم‌کاری ریفلو را تعریف می‌کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد)

اینها پارامترهای عملکرد معمول تحت شرایط تست مشخص شده هستند که رفتار مورد انتظار دستگاه را نشان می‌دهند.

• شدت نور متوسط (I_V):2100 (حداقل)، 4600 (معمول) میکروکاندلا. شرط تست: جریان پیک (I_p) = 32 میلی‌آمپر با سیکل وظیفه 1/16. این طرح مالتی‌پلکسینگ برای راه‌اندازی نمایشگرهای ماتریسی استاندارد است. شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که دستگاه‌ها بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده در دسته‌های مختلف قرار می‌گیرند.
• طول موج تابش پیک (λ_p):650 نانومتر (معمول). این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری بیشترین است. اندازه‌گیری شده در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است. مقدار 20 نانومتر مشخصه LEDهای AlInGaP است. اندازه‌گیری شده در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• طول موج غالب (λ_d):639 نانومتر (معمول). این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و ممکن است کمی با طول موج پیک متفاوت باشد. اندازه‌گیری شده در I_F= 20 میلی‌آمپر.
• ولتاژ پیشروی هر نقطه (V_F):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول). افت ولتاژ روی یک LED هنگام عبور جریان 20 میلی‌آمپر. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان بسیار مهم است.
• جریان معکوس هر نقطه (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر). جریان نشتی کوچک هنگامی که 5 ولت در بایاس معکوس اعمال می‌شود.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):2:1 (حداکثر). این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین نقطه در یک واحد را مشخص می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

نکته در مورد اندازه‌گیری:مقادیر شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شوند که تابع درخشندگی فوتوپیک CIE را تقریب می‌زنند. این تابع حساسیت طیفی چشم انسان تحت شرایط نور معمولی را مدل می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها \"برای شدت نور دسته‌بندی شده‌اند.\" این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی اشاره دارد.

• دسته‌بندی شدت نور:پس از ساخت، هر واحد نمایشگر تست شده و شدت نور متوسط آن اندازه‌گیری می‌شود. سپس واحدها بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده (به عنوان مثال، دسته \"روشنایی استاندارد\" و دسته \"روشنایی بالا\") در دسته‌های مختلف مرتب می‌شوند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاصی را برآورده می‌کنند و یکنواختی را در یک سری تولید تضمین می‌کند. مقدار معمول 4600 میکروکاندلا مرکز توزیع را نشان می‌دهد، در حالی که حداقل 2100 میکروکاندلا احتمالاً حد پایین دسته استاندارد را تعریف می‌کند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

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

• جریان پیشروی در مقابل ولتاژ پیشروی (منحنی I_F-V_F):رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای تعیین ولتاژ راه‌اندازی 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 عملیاتی یک رابطه تقریباً خطی است قبل از اینکه افت بازده در جریان‌های بسیار بالا رخ دهد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که یک ملاحظه کلیدی برای محیط‌های با دمای بالا است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 650 نانومتر و نیم‌عرض حدود 20 نانومتر را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

به نقشه کلی فیزیکی ارجاع داده شده است. جزئیات کلیدی ذکر شده این است که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند و تلرانس‌های استاندارد ±0.25 میلی‌متر (±0.01 اینچ) است مگر اینکه یادداشت ویژگی خاصی خلاف آن را بیان کند. بعد 2.0 اینچ (50.80 میلی‌متر) به ارتفاع خود ماتریس کاراکتر اشاره دارد.

5.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

این دستگاه دارای پیکربندی 14 پایه است. جدول پایه‌ها عملکرد هر پایه را به تفصیل شرح می‌دهد که ترکیبی از ردیف‌های آند و ستون‌های کاتد هستند. 7 پایه آند (ردیف‌های 1-7) و 5 پایه کاتد (ستون‌های 1-5) وجود دارد که مربوط به ماتریس 5x7 است. نمودار مدار داخلی آرایش ماتریسی را نشان می‌دهد: هر نقطه LED در تقاطع یک خط ردیف (آند) و یک خط ستون (کاتد) قرار دارد. برای روشن کردن یک نقطه خاص، پایه ردیف مربوطه آن باید High (یا با منبع جریان) راه‌اندازی شود و پایه ستون مربوطه آن باید Low (به زمین متصل) شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمایی اولیه ارائه شده، ریتینگ حداکثر مطلق برای دمای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن بسته. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو تعریف می‌کند. تجاوز از این دما یا زمان می‌تواند به دی داخلی، اتصالات سیمی یا بسته پلاستیکی آسیب برساند. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در حین جابجایی رعایت شود. محدوده دمای ذخیره‌سازی گسترده (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نشان می‌دهد که نیازی به الزامات خاص ذخیره‌سازی در دمای پایین نیست.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

این نمایشگر به یک مدار درایور خارجی نیاز دارد. یک طراحی رایج از یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا همراه با رجیسترهای شیفت و ICهای درایور خارجی استفاده می‌کند. طرح راه‌اندازی مالتی‌پلکسینگ است: کنترلر به سرعت چرخه‌ای را طی می‌کند که در هر زمان یک ردیف (آند) را فعال می‌کند در حالی که داده‌های الگو را برای ستون‌ها (کاتدها) برای آن ردیف فراهم می‌کند. سیکل وظیفه 1/16 ذکر شده در شرط تست، یک طرح مالتی‌پلکسینگ احتمالی را نشان می‌دهد (به عنوان مثال، سیکل وظیفه 1/7 برای ردیف‌ها به علاوه احتمالاً یک زیر-سیکل وظیفه). مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب روی خطوط آند یا کاتد برای تنظیم جریان پیشروی هر LED مورد نیاز است که با استفاده از V_Fمعمول (2.6 ولت)، ولتاژ تغذیه و جریان مورد نظر (به عنوان مثال، 10-15 میلی‌آمپر برای روشنایی متوسط) محاسبه می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:برای جلوگیری از تجاوز از ریتینگ‌های جریان متوسط و پیک ضروری است.
• فرکانس مالتی‌پلکسینگ:باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود (معمولاً نرخ تازه‌سازی >60 هرتز).
• تخلیه حرارتی:در دماهای محیطی بالا یا کاربردهای با روشنایی بالا، کاهش ریت جریان پیشروی متوسط را در نظر بگیرید.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما اطمینان حاصل کنید که نمایشگر به سمت بیننده مورد نظر نصب شده است.
• رابط:پایه‌ها باید به درستی به مدار درایور نگاشت شوند. ویژگی قابل چیدمان نیازمند طراحی مکانیکی برای تراز و طراحی الکتریکی برای اتصال چندین واحد به صورت سری (به عنوان مثال، اشتراک خطوط ستون در حالی که فعال‌سازی ردیف‌ها جداگانه است) است.

8. مقایسه فنی و زمینه

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای فلورسنت خلاء (VFD) یا ماژول‌های LED کوچکتر، استفاده LTP-2557KD از فناوری AlInGaP هایپر رد، مزایایی در بازدهی، قابلیت اطمینان (بدون رشته برای سوختن) و ولتاژ راه‌اندازی بالقوه پایین‌تر نسبت به برخی VFDهای با ولتاژ بالا ارائه می‌دهد. اندازه 2.0 اینچی آن بزرگتر از ماژول‌های رایج 0.56 اینچ یا 1 اینچ است و به کاربردهایی می‌پردازد که نیازمند فاصله دید طولانی‌تری هستند. در مقایسه با OLED یا TFTهای گرافیکی مدرن، این یک راه‌حل بسیار ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه برای نمایش کاراکتر با فرمت ثابت است که در آن گرافیک کامل مورد نیاز نیست.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترها)

• س: از چه جریان درایوری باید استفاده کنم؟ج: برای عملیات طولانی مدت قابل اطمینان، برای جریان پیشروی متوسط 15 میلی‌آمپر یا کمتر برای هر نقطه در حداکثر دمای محیط مورد انتظار خود طراحی کنید و در صورت لزوم فاکتور کاهش ریت را اعمال کنید. شرط تست 32 میلی‌آمپر از جریان پالسی با سیکل وظیفه پایین استفاده می‌کند.
• س: آیا می‌توانم چندین نقطه را مستقیماً به صورت موازی وصل کنم؟ج: به دلیل تغییرات V_Fبین LEDها توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند باعث تقسیم نابرابر جریان و روشنایی شود. هر نقطه/بخش در یک درایور ماتریسی مالتی‌پلکس شده، ایده‌آل باید مقاومت محدودکننده جریان خود را داشته باشد.
• س: چگونه یک نمایشگر چند رقمی ایجاد کنم؟ج: از ویژگی چیدمان افقی استفاده کنید. ماژول‌ها را از نظر مکانیکی تراز کنید. از نظر الکتریکی، می‌توانید خطوط ستون (کاتد) متناظر همه ماژول‌ها را به هم وصل کرده و سپس خطوط ردیف (آند) هر ماژول را به طور مستقل برای مالتی‌پلکس کردن در تمام ارقام راه‌اندازی کنید.
• س: تفاوت بین طول موج پیک و غالب چیست؟ج: طول موج پیک جایی است که بیشترین توان نوری ساطع می‌شود. طول موج غالب، طول موج تک رنگ نوری است که به نظر چشم انسان همان رنگ را دارد. برای این LED قرمز، آن‌ها نزدیک هستند (650 نانومتر در مقابل 639 نانومتر).

10. اصل عملکرد

اصل اساسی، الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی بیش از آستانه روشن شدن دیود (تقریباً V_F) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال نیمه‌هادی AlInGaP تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP، انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعیین می‌کند، که در این مورد، هایپر رد است. ماتریس 5x7 با قرار دادن 35 عدد از این تراشه‌های LED جداگانه در یک الگوی شبکه‌ای و اتصال آن‌ها از طریق یک طرح سیم‌کشی مشترک-آند-ردیف و مشترک-کاتد-ستون تشکیل می‌شود که امکان کنترل جداگانه از طریق آدرس‌دهی ماتریسی را فراهم می‌کند.