دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-1557AKR - ارتفاع ماتریس 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) - فناوری AlInGaP سوپر رد - آرایه نقطه‌ای 5x7 - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-1557AKR یک ماژول نمایشگر تک رقمی و الفبایی-عددی است که برای کاربردهای نیازمند خروجی کاراکتری واضح و قابل اعتماد طراحی شده است. جزء اصلی آن یک آرایه 5 ستون در 7 ردیف (5x7) از دیودهای نورافشان (LED) است که رزولوشن استاندارد برای نمایش کاراکترهای ASCII و EBCDIC را فراهم می‌کند. ناحیه فیزیکی نمایش دارای ارتفاع ماتریس 1.2 اینچ (30.42 میلی‌متر) است که خوانایی خوبی ارائه می‌دهد. دستگاه با طرح رنگی صفحه خاکستری و نقاط سفید ساخته شده است که کنتراست و وضوح را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

فناوری اصلی پشت نورافشانی، چیپ‌های LED سوپر رد AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) است. این چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف گالیم آرسناید (GaAs) ساخته شده‌اند. فناوری AlInGaP به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی در طیف قرمز-نارنجی-زرد شناخته شده است و این نمایشگر را برای کاربردهایی که خروجی قرمز پررنگ مورد نظر است، مناسب می‌سازد.

یک ویژگی عملیاتی کلیدی، معماری انتخاب X-Y آن است. به جای آدرس‌دهی جداگانه هر یک از 35 نقطه، نمایشگر از پیکربندی ماتریسی استفاده می‌کند که در آن آندها به صورت ردیفی و کاتدها به صورت ستونی (یا برعکس) به هم متصل شده‌اند. این امر به طور قابل توجهی تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 35 به 12 (5 ردیف + 7 ستون) کاهش می‌دهد و مدار رابط و نیازمندی‌های کنترلر را ساده می‌کند. دستگاه همچنین به گونه‌ای طراحی شده است که به صورت افقی قابل چیدمان است و امکان ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری را با قرار دادن چند واحد در کنار هم فراهم می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر چندین مزیت متمایز برای طراحان سیستم ارائه می‌دهد. نیازمندیتوان پایینآن، آن را برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. قابلیت اطمینانحالت جامدLEDها، بدون قطعات متحرک و مقاومت بالا در برابر ضربه و لرزش، عمر عملیاتی طولانی را تضمین می‌کند. طراحیزاویه دید گستردهوتک صفحه‌ایآن، دید یکنواخت از زوایای مختلف را فراهم می‌کند. علاوه بر این، دستگاهبر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که واحدها بر اساس محدوده‌های روشنایی خاص دسته‌بندی و فروخته می‌شوند که امکان یکنواختی در کاربردهای چند نمایشگری یا زمانی که تطابق روشنایی حیاتی است را فراهم می‌کند.

بازارهای هدف اصلی این نمایشگر شامل ابزار دقیق صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، ترمینال‌های فروش، رابط‌های کامپیوتری قدیمی و هر سیستم توکار نیازمند یک خوانش کاراکتری ساده، بادوام و روشن است. سازگاری آن با کدهای کاراکتری استاندارد، امکان یکپارچه‌سازی آسان با میکروکنترلرها و سیستم‌های دیجیتال را فراهم می‌کند.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط تست خاص در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است. پارامتر کلیدیشدت نور متوسط (I_V)است که مقدار معمول آن 3800 میکروکاندلا و حداقل آن 2100 میکروکاندلا است، زمانی که با جریان پیک (I_p) 80 میلی‌آمپر و سیکل وظیفه 1/16 درایو می‌شود. این اندازه‌گیری منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE را تقریب می‌زند و اطمینان می‌دهد که مقدار با روشنایی درک شده مرتبط است.

ویژگی‌های رنگی توسط طول موج تعریف می‌شوند.طول موج تابش پیک (λ_p)معمولاً 639 نانومتر است که آن را در بخش قرمز روشن طیف قرار می‌دهد.طول موج غالب (λ_d)معمولاً 631 نانومتر است. تفاوت بین طول موج پیک و غالب برای LEDها طبیعی است و به شکل طیف تابش مربوط می‌شود.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)معمولاً 20 نانومتر است که خلوص طیفی یا محدوده طول‌موج‌های تابش شده حول پیک را نشان می‌دهد.

یک مشخصه حیاتی برای اطمینان از ظاهر یکنواخت،نسبت تطابق شدت نور (I_V-m)است که حداکثر 2:1 است. این بدان معناست که روشن‌ترین نقطه در آرایه حداکثر دو برابر کم‌نورترین نقطه تحت شرایط درایو یکسان خواهد بود که برای خوانایی کاراکتر قابل قبول است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی

ولتاژ مستقیم (V_F) برای هر نقطه LED منفرد، اندازه‌گیری شده در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر، از حداقل 2.0 ولت تا حداکثر 2.6 ولت متغیر است و مقدار معمول در این محدوده نهفته است. این افت ولتاژ در سراسر LED هنگام روشن شدن است. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر مشخص شده است، زمانی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال می‌شود که نشان‌دهنده ویژگی‌های نشتی دستگاه در حالت خاموش است.

2.3 ریتینگ‌های حداکثر مطلق و ملاحظات حرارتی

این ریتینگ‌ها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.اتلاف توان متوسط هر نقطهنباید از 33 میلی‌وات تجاوز کند.جریان مستقیم پیک هر نقطهدر 90 میلی‌آمپر ریت شده است، اما تنها تحت شرایط پالسی خاص: سیکل وظیفه 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه.جریان مستقیم متوسط هر نقطهدارای ریت پایه 13 میلی‌آمپر در 25 درجه سانتی‌گراد است و با نرخ 0.17 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد به صورت خطی با افزایش دما بالای 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این کاهش ریت برای مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

حداکثرولتاژ معکوس هر نقطه5 ولت است. دستگاه برای یکمحدوده دمای عملیاتیاز 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و یکمحدوده دمای ذخیره‌سازیمشابه ریت شده است. برای مونتاژ، دمای لحیم کاری نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد برای بیش از 3 ثانیه باشد، که در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشستن قطعه اندازه‌گیری می‌شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاهبر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است. این یک فرآیند دسته‌بندی است که در آن واحدهای تولید شده تحت شرایط استاندارد تست و بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان به گروه‌هایی تقسیم می‌شوند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعاتی با حداقل روشنایی تضمین شده را انتخاب کنند یا از یکنواختی در تمام نمایشگرهای یک محصول اطمینان حاصل کنند و از کم‌نورتر بودن قابل توجه یک کاراکتر نسبت به دیگری در یک پیکربندی چند واحدی جلوگیری می‌کند. در حالی که دیتاشیت محدوده کامل (حداقل/معمول 2100-3800 میکروکاندلا) را ارائه می‌دهد، قطعات سفارش داده شده معمولاً در یک دسته باریک‌تر و مشخص قرار می‌گیرند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت بهمنحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولارجاع می‌دهد. در حالی که منحنی‌های خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی در دیتاشیت‌های LED معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I_F-V_F): رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I_V-I_F): نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً در یک ناحیه خطی قبل از افت بازدهی در جریان‌های بسیار بالا.
• شدت نور در مقابل دمای محیط (منحنی I_V-T_a): کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد که اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند.
• منحنی توزیع طیفی: نموداری که شدت نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند و به صورت بصری پیک (λ_p) و نیم‌عرض (Δλ) را تعریف می‌کند.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و بهینه‌سازی پارامترهای درایو برای نیازهای کاربرد خاص حیاتی هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه در یک پکیج استاندارد نمایشگر LED عرضه می‌شود.ابعاد پکیجتمام خطوط‌کلی مکانیکی حیاتی را ارائه می‌دهد، اگرچه ابعاد دقیق در متن فهرست نشده است. تلرانس‌ها معمولاً ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. نقشه شامل طول، عرض و ارتفاع کلی، فاصله پایه‌ها و موقعیت پنجره نمایش خواهد بود.

5.1 اتصال پایه و مدار داخلی

نمایشگر دارای یک رابط 14 پایه است. پایه‌ها به شرح زیر است: پایه 1: آند ردیف 5؛ پایه 2: آند ردیف 7؛ پایه 3: کاتد ستون 2؛ پایه 4: کاتد ستون 3؛ پایه 5: آند ردیف 4؛ پایه 6: کاتد ستون 5؛ پایه 7: آند ردیف 6؛ پایه 8: آند ردیف 3؛ پایه 9: آند ردیف 1؛ پایه 10: کاتد ستون 4؛ پایه 11: کاتد ستون 3 (توجه: ستون 3 روی دو پایه 4 و 11 ظاهر می‌شود که ممکن است داخلی متصل باشند یا یک خطای مستندسازی نیازمند تأیید باشد)؛ پایه 12: آند ردیف 4 (توجه: ردیف 4 روی پایه‌های 5 و 12 ظاهر می‌شود)؛ پایه 13: کاتد ستون 1؛ پایه 14: آند ردیف 2.

نمودارمدار داخلیبه صورت بصری ماتریس 5x7 را نشان می‌دهد و نحوه اتصال 5 آند ردیفی و 7 کاتد ستونی به 35 نقطه LED منفرد را نمایش می‌دهد. این نمودار برای درک توالی درایو مالتی‌پلکس ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

مشخصه کلیدی مونتاژ، پروفایل لحیم کاری است. دستگاه می‌تواندحداکثر دمای لحیم کاری 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر 3 ثانیه تحمل کند. این اندازه‌گیری در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشستن بدنه پکیج انجام می‌شود. این دستورالعمل برای فرآیندهای لحیم کاری موجی یا ریفلو برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED یا اتصالات داخلی حیاتی است. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی رعایت شود. برای ذخیره‌سازی، محدوده مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک باید حفظ شود.

7. پیشنهادات کاربرد

7.1 سناریوهای کاربرد معمول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند یک خوانش الفبایی-عددی تک، روشن ایده‌آل است. مثال‌ها شامل: پنل مترهای دیجیتال برای ولتاژ، جریان یا دما؛ نمایشگرهای تنظیم روی کنترلرهای صنعتی؛ نشانگرهای وضعیت روی تجهیزات شبکه یا مخابراتی؛ تابلوهای امتیاز یا تایمرها؛ و نمایشگرهای تشخیصی روی تجهیزات پزشکی یا تست.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو: یک میکروکنترلر با پایه‌های I/O کافی یا یک IC درایور نمایشگر LED اختصاصی (مانند MAX7219 یا مشابه) برای انجام مالتی‌پلکسینگ مورد نیاز است. درایور باید جریان پیک لازم (تا 80 میلی‌آمپر برای هر نقطه پالسی) را سینک/سورس کند، اما جریان متوسط به دلیل سیکل وظیفه بسیار پایین‌تر است.
• محدودکننده جریان: مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر ردیف آند یا ستون کاتد (بسته به پیکربندی درایو) اجباری هستند تا جریان مستقیم را تنظیم و از LEDها محافظت کنند.
• تایمینگ مالتی‌پلکسینگ: نرخ رفرش و سیکل وظیفه باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود. یک سیکل وظیفه 1/16، همانطور که در شرایط تست استفاده شده، رایج است. جریان پیک باید طوری تنظیم شود که جریان متوسط و اتلاف توان هر نقطه در محدوده مجاز باقی بماند.
• مدیریت حرارتی: اطمینان حاصل کنید که جریان متوسط به طور مناسب کاهش ریت یافته است اگر انتظار می‌رود دمای محیط عملیاتی به طور قابل توجهی از 25 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند. ممکن است مس کافی PCB یا جریان هوا لازم باشد.
• رابط نوری: نیاز به فیلترها، پخش‌کننده‌های نور یا پنجره‌های محافظ در طراحی محصول نهایی را در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ (VFD)، این نمایشگر LED مقاومت برتر در برابر ضربه/لرزش، ولتاژ عملیاتی پایین‌تر، زمان پاسخ سریع‌تر و عمر بالقوه طولانی‌تر را ارائه می‌دهد. در مقایسه با نمایشگرهای گرافیکی مدرن OLED یا LCD، ساده‌تر، در محیط‌های خشن قوی‌تر، روشنایی و زاویه دید برتر ارائه می‌دهد و نیاز به الکترونیک کنترل پیچیده کمتری دارد، اگرچه به شکل‌های کاراکتری از پیش تعریف شده محدود است.

در خانواده نمایشگرهای LED، استفاده از فناوریAlInGaP سوپر ردآن را از LEDهای قرمز استاندارد GaAsP یا GaP با ارائه بازدهی بالاتر و اشباع رنگ بهتر متمایز می‌کند. ارتفاع خاص 1.2 اینچی و فرمت 5x7 آن را به یک قطعه جایگزین استاندارد برای بسیاری از سیستم‌های قدیمی تبدیل می‌کند.

9. سوالات متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با جریان DC ثابت روی هر نقطه درایو کنم؟

ج: از نظر فنی بله، اما به 35 درایور مستقل نیاز دارد که غیرعملی است. طراحی ماتریس برای درایو مالتی‌پلکس (X-Y) به منظور حداقل کردن تعداد پایه در نظر گرفته شده است.

س: چرا جریان پیک (90 میلی‌آمپر) بسیار بالاتر از ریت جریان متوسط (13 میلی‌آمپر) است؟

ج: زیرا نمایشگر مالتی‌پلکس شده است، هر نقطه تنها برای کسری از زمان (سیکل وظیفه) تغذیه می‌شود. جریان پیک در طول زمان کوتاه "روشن" آن می‌تواند برای دستیابی به روشنایی مورد نظر بالاتر باشد، به شرطی که جریانمتوسطدر طول زمان در محدوده 13 میلی‌آمپر باقی بماند تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.

س: نسبت تطابق شدت 2:1 برای کاربرد من چه معنایی دارد؟

ج: به این معنی است که برخی تغییرات در روشنایی نقطه طبیعی است. برای نمایشگرهای کاراکتری، این تغییر جزئی معمولاً برای چشم قابل درک نیست و بر خوانایی تأثیر نمی‌گذارد. برای کاربردهای نیازمند یکنواختی کامل، ممکن است انتخاب قطعات از یک دسته باریک‌تر یا استفاده از پخش‌کننده‌های نوری ضروری باشد.

س: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز را محاسبه کنم؟

ج: شما به ولتاژ تغذیه (V_CC)، جریان مستقیم مورد نظر (I_F) و ولتاژ مستقیم LED (V_F) نیاز دارید. از قانون اهم استفاده کنید: R = (V_CC - V_F) / I_F. به یاد داشته باشید I_Fدر اینجاجریان پیکدر طول زمان فعال نقطه در سیکل مالتی‌پلکس است.

10. مثال مورد استفاده عملی

طراحی یک دماسنج دیجیتال ساده را در نظر بگیرید. یک میکروکنترلر یک سنسور دما را می‌خواند، یک محاسبه انجام می‌دهد و نیاز به نمایش یک مقدار 3 رقمی (مثلاً "23.5") دارد. سه نمایشگر LTP-1557AKR می‌توانند به صورت افقی چیده شوند. میکروکنترلر، با استفاده از یک IC درایور نمایشگر، سه نمایشگر را مالتی‌پلکس می‌کند. مقدار عددی را به الگوهای فونت 5x7 مربوطه برای ارقام، نقطه اعشار و نماد درجه تبدیل می‌کند. IC درایور به طور متوالی ردیف‌ها و ستون‌های صحیح را برای هر نمایشگر با سرعت بالا فعال می‌کند و توهم یک خوانش پایدار و روشن مداوم را ایجاد می‌کند. LEDهای قرمز AlInGaP اطمینان می‌دهند که خوانش حتی در محیط‌های با نور روشن نیز به وضوح قابل مشاهده است.

11. معرفی اصل عملکرد

نمایشگر بر اساس اصلمالتی‌پلکسینگ ماتریس LEDعمل می‌کند. داخلی، 35 LED مجزا در یک شبکه چیده شده‌اند. تمام آندهای LED در یک ردیف مشخص به هم متصل شده‌اند و تمام کاتدها در یک ستون مشخص به هم متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک نقطه خاص در تقاطع ردیف X و ستون Y، یک ولتاژ مثبت به ردیف X اعمال می‌شود در حالی که ستون Y به زمین متصل می‌شود (برای پیکربندی کاتد مشترک، که به نظر می‌رسد بر اساس پایه‌ها اینگونه است). با اسکن سریع هر ردیف و فعال کردن ستون‌های مناسب برای الگوی آن ردیف، تمام نقاط در شکل کاراکتری مورد نظر می‌توانند در یک توالی روشن شوند که چشم انسان آن را به عنوان یک تصویر ثابت درک می‌کند. این روش تعداد خطوط کنترل را از 35 به 12 کاهش می‌دهد.

12. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهایی مانند LTP-1557AKR نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اعتماد هستند. در حالی که نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای با رزولوشن بالا و گرافیکی OLED/LCD بر رابط‌های کاربری مدرن تسلط دارند، نمایشگرهای کاراکتری LED مجزا در حوزه‌های خاص همچنان مرتبط هستند. مزایای آنها تغییرناپذیر است: دوام فوق‌العاده، محدوده دمای عملیاتی گسترده، روشنایی بالا، هزینه کم برای کارهای ساده و سادگی رابط. روند در این حوزه به سمت LEDهای با بازدهی بالاتر (مانند AlInGaP استفاده شده در اینجا)، پکیج‌های نصب سطحی برای مونتاژ خودکار و یکپارچه‌سازی با رابط‌های کنترلر ساده‌تر (مانند I2C یا SPI) است. بعید است که در کاربردهایی که استحکام محیطی و قابلیت اطمینان بلندمدت تحت شرایط سخت اولویت اصلی نسبت به انعطاف‌پذیری گرافیکی است، جایگزین شوند.