دیتاشیت فنی نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED مدل LTP-14088KD-J - ارتفاع ۱.۵ اینچ - قرمز فوق‌اشباع ۶۵۰ نانومتر - ولتاژ مستقیم ۲.۶ ولت - اتلاف توان ۷۰ میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-14088KD-J یک ماژول نمایشگر ماتریس نقطه‌ای LED تک‌صفحه‌ای و حالت‌جامد 8x8 است. عملکرد اصلی آن فراهم‌آوری قابلیت نمایش کاراکترهای الفبایی و نمادین در قالبی فشرده و قابل اطمینان است. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از چیپ‌های پیشرفته LED قرمز فوق‌اشباع AS-AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) نهفته است که بر روی بستر GaAs به روش اپیتاکسی رشد یافته‌اند. این فناوری در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP استاندارد، بازده نوری و خلوص رنگ برتری برای انتشار نور قرمز ارائه می‌دهد. نمایشگر دارای صفحه‌ای سیاه با رنگ نقطه‌ای سفید است که تضاد عالی برای خوانایی فراهم می‌کند. این دستگاه برای مصرف توان کم طراحی شده و زاویه دید گسترده‌ای ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای مختلف نمایش اطلاعات که وضوح دید در آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است، مناسب می‌سازد. دستگاه بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است که ثبات درخشندگی در بین واحدها را تضمین می‌کند و در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS ارائه می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. در شرایط آزمایش استاندارد با جریان مستقیم متوسط 32mA و چرخه کاری 1/16، شدت روشنایی متوسط معمولی هر نقطه 2475 میکروکاندلا (µcd) است، با حداقل مقدار مشخص‌شده 1020 µcd. طول موج اوج انتشار (λp) معمولاً 650 نانومتر (nm) است که در طیف قرمز عمیق قرار می‌گیرد. طول موج غالب (λd) در 639 نانومتر مشخص شده است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 20 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند نسبتاً باریک و انتشار رنگ خالص است. یک پارامتر حیاتی برای یکنواختی نمایش، نسبت تطابق شدت روشنایی است که حداکثر 2:1 برای نقاط درون یک ناحیه نوری مشابه مشخص شده است. این بدان معناست که درخشان‌ترین نقطه در یک گروه نباید بیش از دو برابر کم‌نورترین نقطه روشن باشد، که تضمین‌کننده ثبات بصری قابل قبول در سراسر ماتریس است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی

پارامترهای الکتریکی حدود عملیاتی و نیازهای توان را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم (VF) برای هر نقطه LED منفرد بین 2.1V تا 2.8V است که بسته به جریان راه‌اندازی متغیر است. در جریان آزمایش استاندارد 20mA، محدوده VF از 2.1V (حداقل) تا 2.6V (حداکثر) است. در جریان اوج بالاتر 80mA، این محدوده به 2.3V تا 2.8V تغییر می‌کند. جریان معکوس (IR) برای هر سگمنت حداکثر 100 µA است هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) معادل 5V اعمال شود. این پارامترها برای طراحی مدار راه‌انداز جریان ثابت یا مالتی‌پلکس مناسب حیاتی هستند.

2.3 حداکثر مقادیر مطلق و ملاحظات حرارتی

پایبندی به حداکثر مقادیر مطلق برای قابلیت اطمینان و طول عمر دستگاه ضروری است. اتلاف توان متوسط هر نقطه نباید از 70 میلی‌وات (mW) تجاوز کند. جریان مستقیم اوج هر نقطه در 90 mA درجه‌بندی شده است، اما این مقدار تحت شرایط پالسی با فرکانس 1 کیلوهرتز و چرخه کاری 18% مشخص شده است. جریان مستقیم متوسط هر نقطه دارای یک منحنی کاهش ظرفیت است؛ در دمای 25°C معادل 25 mA است و به ازای هر درجه سانتی‌گراد افزایش دمای محیط، به صورت خطی 0.28 mA کاهش می‌یابد. دستگاه می‌تواند در محدوده دمایی 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد عمل کرده و ذخیره شود. برای مونتاژ، شرایط لحیم‌کاری به عنوان 260°C به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6mm) زیر صفحه نشیمن مشخص شده است.

3. سیستم دسته‌بندی و طبقه‌بندی

LTP-14088KD-J از یک سیستم طبقه‌بندی عمدتاً برای شدت روشنایی استفاده می‌کند. همانطور که در ویژگی‌ها و مشخصات الکتریکی نشان داده شده، واحدها بر اساس خروجی نوری متوسط اندازه‌گیری شده‌شان دسته‌بندی می‌شوند. دیتاشیت یک مقدار حداقل (1020 µcd) و معمولی (2475 µcd) ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد قطعات تولیدی بر اساس شدت واقعی خود آزمایش و گروه‌بندی می‌شوند، احتمالاً به درجات یا دسته‌های خروجی مختلف. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با درخشندگی ثابت برای کاربرد خود انتخاب کنند. در حالی که سند به صراحت دسته‌های مشخصی برای طول موج یا ولتاژ مستقیم تعیین نمی‌کند، محدوده‌های حداقل/حداکثر ارائه‌شده برای این پارامترها (مانند VF، λp) حدود قابل قبول برای تمام واحدهای ارسالی را تعریف می‌کنند و اطمینان می‌دهند که در پنجره‌ای از نظر عملکردی سازگار قرار می‌گیرند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به بخشی برای منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمولی ارجاع می‌دهد. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی که معمولاً در دیتاشیت‌های کامل گنجانده می‌شوند برای طراحی حیاتی هستند. این منحنی‌ها معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• شدت روشنایی نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد و به بهینه‌سازی جریان راه‌اندازی برای دستیابی به درخشندگی و بازده مورد نظر کمک می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:برای محاسبه اتلاف توان و طراحی منابع تغذیه ولتاژ برای مدار راه‌انداز ضروری است.
• شدت روشنایی نسبی در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد، که برای کاربردها در محیط‌های حرارتی متغیر حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نور منتشرشده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد و حول اوج 650nm متمرکز است.

طراحان باید این منحنی‌ها را بررسی کنند تا روابط غیرخطی بین جریان، ولتاژ، دما و خروجی نور را درک کنند و طراحی سیستم مستحکمی را ممکن سازند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی و تلرانس‌ها

دستگاه دارای ارتفاع ماتریس 1.50 اینچ (37.0 mm) است. نقشه بسته‌بندی (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن ارائه نشده) ابعاد حیاتی برای طراحی جایگاه PCB، از جمله طول کلی، عرض، ارتفاع و فاصله پایه‌ها را فراهم می‌کند. تلرانس‌های کلیدی ذکر شده شامل موارد زیر است: ±0.25mm برای اکثر ابعاد، تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4mm، و محدودیت‌هایی برای مواد خارجی، آلودگی جوهر، خمش و حباب درون سگمنت‌های LED (که بر حسب میل مشخص شده است). این موارد قابلیت اطمینان مکانیکی و ظاهر نوری ثابت را تضمین می‌کنند.

5.2 پیکربندی پایه‌ها و مدار داخلی

نمایشگر دارای پیکربندی 16 پایه است. پین‌اوت به وضوح تعریف شده است: پایه‌های 1، 2، 5، 7، 8، 9، 12 و 14 به کاتدهای ردیف‌های خاص (مانند کاتد ردیف 1، 2، 3...8) متصل هستند. پایه‌های 3، 4، 6، 10، 11، 13، 15 و 16 به آندهای ستون‌های خاص (مانند آند ستون 1، 2، 3...8) متصل هستند. نمودار مدار داخلی یک پیکربندی استاندارد کاتد مشترک برای یک ماتریس 8x8 را نشان می‌دهد. هر یک از 64 LED (نقطه) در تقاطع یک خط ستون آند و یک خط ردیف کاتد تشکیل شده است. برای روشن کردن یک نقطه خاص، پایه آند متناظر آن باید در سطح بالا (با یک مقاومت محدودکننده جریان) راه‌اندازی شود و پایه کاتد متناظر آن باید به سطح پایین کشیده شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی مونتاژ ارائه‌شده برای فرآیند لحیم‌کاری است. دستگاه می‌تواند لحیم‌کاری موجی یا ریفلو را تحمل کند به شرطی که دمای لحیم در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (1.6mm) زیر صفحه نشیمن از 260°C برای بیش از 3 ثانیه تجاوز نکند. این یک پروفایل استاندارد مطابق با IPC برای لحیم‌کاری بدون سرب است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ PCB آن‌ها به این پروفایل حرارتی پایبند است تا از آسیب به چیپ‌های LED یا بسته‌بندی پلاستیکی جلوگیری شود. محدوده وسیع دمای ذخیره‌سازی و عملیاتی (35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد) انعطاف‌پذیری برای جابجایی و استفاده در محیط‌های مختلف را فراهم می‌کند، اما احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید همیشه در حین جابجایی رعایت شود.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر ماتریس نقطه‌ای 8x8 برای کاربردهایی که نیاز به نمایشگرهای الفبایی-عددی یا گرافیکی ساده با وضوح کم تا متوسط و فشرده دارند، ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: نشانگرهای وضعیت پنل کنترل صنعتی، تابلوهای پیام ساده، نمایشگرهای تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری، کیت‌های الکترونیکی آموزشی و دستگاه‌های نمونه اولیه می‌شود. سازگاری آن با کدهای کاراکتر استاندارد (ASCII) ارتباط آن با میکروکنترلرها برای نمایش متن را ساده می‌سازد.

7.2 ملاحظات کلیدی طراحی

• مدار راه‌انداز:نمایشگر به دلیل ساختار ماتریسی خود نیاز به راه‌اندازی مالتی‌پلکس دارد. باید از یک میکروکنترلر با پایه‌های I/O کافی یا ICهای راه‌انداز LED اختصاصی (مانند MAX7219 یا HT16K33) برای اسکن متوالی ردیف‌ها و ستون‌ها استفاده شود. درجه‌بندی جریان اوج (90mA پالسی) باید در طراحی راه‌انداز رعایت شود.
• محدودیت جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر ستون آند (یا یکپارچه در IC راه‌انداز) اجباری هستند تا جریان مستقیم LEDها را تنظیم کنند، که معمولاً برای درخشندگی متوسط، بر اساس چرخه کاری، بین 20-32mA است.
• اتلاف توان:محدودیت 70mW برای هر نقطه و کاهش ظرفیت جریان با دما باید برای بدترین حالت عملیاتی محاسبه شود، به ویژه اگر چندین نقطه به طور همزمان برای دوره‌های طولانی روشن باشند.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما باید در طراحی محفظه مکانیکی در نظر گرفته شود تا نمایشگر به درستی برای کاربر نهایی جهت‌دهی شود.
• چیدمان پشت سر هم:ویژگی قابلیت چیدمان افقی پشت سر هم، نشان‌دهنده سازگاری مکانیکی برای ایجاد نمایشگرهای چندکاراکتری عریض‌تر است که نیاز به تراز و اتصال دقیق در طراحی PCB دارد.

8. مقایسه و تمایز فنی

عامل تمایز کلیدی LTP-14088KD-J استفاده از فناوری LED قرمز فوق‌اشباع AlInGaP است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LED قرمز مانند GaAsP یا GaP استاندارد، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که می‌تواند با جریان راه‌اندازی پایین‌تر، خروجی نور یکسان یا بیشتری (اندازه‌گیری شده بر حسب µcd) تولید کند که مستقیماً به ویژگی "نیاز به توان پایین" کمک می‌کند. همچنین عموماً رنگ قرمز اشباع‌شده و خالص‌تری (حدود 650nm) با ثبات بهتر ارائه می‌دهد. در مقایسه با سایر نمایشگرهای 8x8 با اندازه فیزیکی مشابه، شدت روشنایی دسته‌بندی‌شده و مطابقت با RoHS آن، مزایای رقابتی اضافی برای بازارهای با حساسیت به کیفیت و تحت مقررات محیط زیستی هستند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: تفاوت بین طول موج اوج (650nm) و طول موج غالب (639nm) چیست؟

ج: طول موج اوج، طول‌موجی است که در آن توان نوری منتشرشده بیشترین است. طول موج غالب، طول‌موج تک‌رنگ نور است که با رنگ درک‌شده نور منتشرشده مطابقت دارد. تفاوت جزئی طبیعی است و به شکل طیف انتشار LED مربوط می‌شود.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک میکروکنترلر 5V بدون IC راه‌انداز کنترل کنم؟

ج: اتصال مستقیم توصیه نمی‌شود. ولتاژ مستقیم حدود 2.6V است، اما شما باید از مقاومت‌های محدودکننده جریان استفاده کنید. مهم‌تر از آن، راه‌اندازی مستقیم یک ماتریس 8x8 از پایه‌های MCU ناکارآمد است و از قابلیت‌های تامین/جذب جریان MCU فراتر خواهد رفت. تقریباً همیشه به یک راه‌انداز مالتی‌پلکس اختصاصی نیاز است.

س: "چرخه کاری 1/16" در شرایط آزمایش شدت روشنایی به چه معناست؟

ج: به این معنی است که LED برای 1/16 زمان به صورت پالسی روشن و برای 15/16 زمان خاموش است. شدت روشنایی مشخص‌شده یک مقدار متوسط اندازه‌گیری شده تحت این شرایط است. در یک نمایشگر مالتی‌پلکس 8x8، معمولاً هر ردیف برای 1/8 زمان فعال است (چرخه کاری 1/8)، بنابراین ممکن است جریان راه‌اندازی برای دستیابی به درخشندگی متوسط مورد نظر نیاز به تنظیم داشته باشد.

س: چگونه نسبت تطابق شدت روشنایی 2:1 را تفسیر کنم؟

ج: این یک مشخصه یکنواختی است. به این معنی که درون یک گروه از LEDها (مثلاً تمام نقاط ماتریس)، درخشان‌ترین نقطه تحت شرایط یکسان اندازه‌گیری، بیش از دو برابر کم‌نورترین نقطه روشن نخواهد بود. این امر ظاهری نسبتاً یکنواخت را تضمین می‌کند.

10. مثال عملی طراحی و استفاده

طراحی یک نمایشگر تک‌کاراکتری برای یک مانیتور دما را در نظر بگیرید. یک میکروکنترلر یک سنسور را می‌خواند و نیاز به نمایش عددی از 0 تا 99 دارد. دو نمایشگر LTP-14088KD-J می‌توانند به صورت افقی پشت سر هم چیده شوند. میکروکنترلر، از طریق یک IC راه‌انداز LED با رابط SPI یا I2C، نمایشگرها را مالتی‌پلکس می‌کند. IC راه‌انداز، اسکن ردیف‌ها و جابجایی داده ستون‌ها را مدیریت می‌کند، به طور متوالی ردیف‌های کاتد را به سطح پایین می‌کشد و در عین حال الگوی صحیح جریان‌های آند را برای هر ستون بر اساس فونت کاراکتر ذخیره‌شده در حافظه میکروکنترلر فراهم می‌کند. جریان راه‌اندازی از طریق یک مقاومت خارجی، برای مثال، روی 25mA متوسط برای هر نقطه تنظیم می‌شود تا عملکرد در محدوده اتلاف توان 70mW تضمین شود. صفحه سیاه تضاد خوبی در یک پنل داخلی فراهم می‌کند. اگر محفظه ممکن است به دمای محیط بالا برسد، طراحی باید شامل مدیریت حرارتی باشد، زیرا خروجی نور کاهش می‌یابد و ممکن است جریان نیاز به کاهش ظرفیت داشته باشد.

11. معرفی اصل عملکرد

LTP-14088KD-J بر اساس اصل اساسی دیود نورافشان (LED) عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از آستانه دیود (تقریباً 2.1-2.6V) در دو سر یک پیوند LED منفرد (از آند به کاتد) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال چیپ نیمه‌هادی AlInGaP بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کند و نوری با طول‌موج مشخصه شکاف انرژی ماده نیمه‌هادی تولید می‌کند - در این مورد، نور قرمز حدود 650nm. ساختار ماتریس 8x8 با اتصال 64 چیپ LED منفرد در یک الگوی شبکه‌ای تشکیل شده است. الکترونیک خارجی از یک تکنیک مالتی‌پلکس برای کنترل این شبکه استفاده می‌کند. با سوئیچینگ سریع (اسکن) اینکه کدام کاتد ردیف فعال است (متصل به زمین) و کدام آندهای ستون با جریان تغذیه می‌شوند، توهم یک تصویر پایدار از طریق ماندگاری دید ایجاد می‌شود. این روش تعداد پایه‌های کنترل مورد نیاز را به شدت از 64 (یکی برای هر LED) به تنها 16 (8 ردیف + 8 ستون) کاهش می‌دهد.

12. روندها و زمینه فناوری

نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای LED گسسته مانند LTP-14088KD-J نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان هستند. در حالی که فناوری‌های نمایشگر جدیدتر مانند OLED یا LCD با وضوح بالا جزئیات ظریف‌تر و رنگ کامل ارائه می‌دهند، ماتریس‌های نقطه‌ای LED موقعیت قوی خود را در کاربردهایی که نیاز به درخشندگی بالا، زوایای دید گسترده، قابلیت اطمینان فوق‌العاده، طول عمر طولانی، سادگی و عملکرد در محدوده دمایی وسیع دارند - اغلب با هزینه کمتر - حفظ می‌کنند. روند در این بخش به سمت LEDهای با بازده بالاتر (مانند AlInGaP استفاده‌شده در اینجا)، مصرف توان پایین‌تر، بسته‌بندی بدون سرب و سازگار با محیط زیست، و گاهی به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب‌سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار است، اگرچه انواع سوراخ‌دار مانند این مدل برای نمونه‌سازی و کاربردهای صنعتی خاص همچنان محبوب باقی مانده‌اند. اصل راه‌اندازی مالتی‌پلکس هسته‌ای استاندارد باقی می‌ماند، اما تراشه‌های راه‌انداز مجتمع مدرن ویژگی‌های بیشتری مانند فونت‌های کاراکتر داخلی، کنترل درخشندگی و رابط‌های دیجیتال ساده‌تر (SPI/I2C) ارائه می‌دهند.