دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-322JR - ارتفاع رقم 0.3 اینچ - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - رنگ قرمز سوپر - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTD-322JR یک ماژول نمایشگر LED هفت قسمتی تک‌رقمی است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و روشن طراحی شده است. عملکرد اصلی آن نمایش بصری کاراکترهای عددی (9-0) و برخی نمادهای محدود الفبایی-عددی از طریق روشن کردن انتخابی سگمنت‌های LED منفرد آن است. این دستگاه با استفاده از ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) ساخته شده است که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسناید) رشد داده می‌شود. این فناوری مواد به طور خاص برای بازدهی آن در تولید نور قرمز با روشنایی بالا انتخاب شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای سیاه رنگ است که با جذب نور محیط، کنتراست را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و سگمنت‌های سفید رنگ که هنگام تغذیه به رنگ قرمز سوپر زنده روشن می‌شوند. ارتفاع فیزیکی رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است که آن را برای پنل‌های با اندازه متوسط که خوانایی از فاصله متوسط مهم است، مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این نمایشگر از فناوری و طراحی LED مبتنی بر AlInGaP آن ناشی می‌شود. این نمایشگر شدت روشنایی بالا، ظاهر عالی کاراکتر با سگمنت‌های یکنواخت پیوسته و زاویه دید گسترده ارائه می‌دهد که خوانایی از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند. با نیازهای توان کم کار می‌کند که به بهره‌وری انرژی در کاربرد نهایی کمک می‌کند. ساختار حالت جامد، قابلیت اطمینان ذاتی و عمر عملیاتی طولانی بدون قطعات متحرک را فراهم می‌کند. این ترکیب از ویژگی‌ها، LTD-322JR را برای بازارهای هدف شامل ابزار دقیق صنعتی (مانند پنل مترها، کنترلرهای فرآیند)، لوازم خانگی مصرفی (مانند مایکروویو، تایمِر ماشین لباسشویی)، تجهیزات تست و اندازه‌گیری و هر سیستم نهفته‌ای که نیازمند یک رابط نمایش عددی بادوام، روشن و واضح است، ایده‌آل می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل عینی و دقیق از مشخصات دستگاه همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

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. عملکرد در زیر یا در این محدودیت‌ها تضمین نشده است.

• اتلاف توان هر سگمنت:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به صورت حرارت توسط یک سگمنت روشن تحت عملکرد DC پیوسته به طور ایمن تلف شود.
• جریان مستقیم پیک هر سگمنت:90 میلی‌آمپر. این جریان فقط تحت شرایط پالسی با چرخه وظیفه 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. این امکان دوره‌های کوتاه اوردرایو را برای دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر، مانند در نمایشگرهای مالتی‌پلکس، فراهم می‌کند.
• جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این حداکثر جریان توصیه شده برای عملکرد حالت پایدار (DC) یک سگمنت منفرد در دمای اتاق است. این مقدار به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد، به این معنی که جریان پیوسته مجاز برای جلوگیری از گرمای بیش از حد کاهش می‌یابد.
• ولتاژ معکوس هر سگمنت:5 ولت. اعمال یک ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این می‌تواند پیوند PN LED را بشکند.
• محدوده دمای عملکرد و نگهداری:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای عملکرد و نگهداری در این محدوده دمای محیط درجه‌بندی شده است.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن (معمولاً سطح PCB). این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موج یا ريفلو برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED یا پکیج است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی متداول هستند که در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت روشنایی متوسط (I_V):200 میکروکندلا (حداقل)، 600 میکروکندلا (متداول) در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر. این مقدار، روشنایی درک شده خروجی نور را کمّی می‌کند. محدوده وسیع نشان‌دهنده یک سیستم دسته‌بندی برای شدت است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):639 نانومتر (متداول) در I_F=20mA. این طول موجی است که در آن توان خروجی طیفی حداکثر است و آن را در منطقه "قرمز سوپر" یا "نارنجی-قرمز" طیف مرئی قرار می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر (متداول). این پهنای باند نور ساطع شده را اندازه‌گیری می‌کند و نشان‌دهنده یک رنگ قرمز نسبتاً خالص و تک‌فام است.
• طول موج غالب (λ_d):631 نانومتر (متداول). این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و به نقطه رنگ نزدیک است.
• ولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F):2.0 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (متداول) در I_F=20mA. این افت ولتاژ در یک سگمنت LED هنگام هدایت جریان مشخص شده است. برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس هر سگمنت (I_R):100 میکروآمپر (حداکثر) در ولتاژ معکوس (V_R) 5V. این جریان نشتی کوچک زمانی است که LED در بایاس معکوس قرار دارد.
• نسبت تطابق شدت روشنایی (I_V-m):2:1 (حداکثر). این حداکثر نسبت مجاز بین درخشان‌ترین و کم‌نورترین سگمنت در داخل یک رقم را مشخص می‌کند و ظاهر یکنواخت را تضمین می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه "بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید اشاره دارد.

3.1 دسته‌بندی شدت روشنایی

به دلیل تغییرات ذاتی در فرآیند ساخت نیمه‌هادی، تراشه‌های LED منفرد تفاوت‌های جزئی در بازده خروجی نور نشان می‌دهند. برای اطمینان از یکنواختی برای کاربر نهایی، LEDها بر اساس شدت روشنایی اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (مثلاً 1mA) آزمایش و در دسته‌های شدت مختلف مرتب می‌شوند. محدوده مشخص شده 200 تا 600 میکروکندلا نشان‌دهنده وجود چندین دسته است. طراحان می‌توانند دسته‌های مناسب برای نیازهای یکنواختی روشنایی برنامه خود را انتخاب کنند. نسبت تطابق شدت روشنایی 2:1 برای سگمنت‌های داخل یک دستگاه، یک تلرانس سخت‌تر است که پس از دسته‌بندی اعمال می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که بخش ارائه شده از دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری متداول" اشاره می‌کند، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. بر اساس رفتار استاندارد LED، این منحنی‌ها به طور معمول روابط زیر را نشان می‌دهند که برای طراحی مدار حیاتی هستند:

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این نمودار رابطه نمایی بین جریان جاری از یک LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. ولتاژ "زانو"، حدود 2.6 ولت متداول، جایی است که جریان به طور قابل توجهی شروع به افزایش می‌کند. درایورها باید برای عملکرد پایدار، جریان را تنظیم کنند، نه ولتاژ.

4.2 شدت روشنایی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان مستقیم افزایش می‌یابد. این رابطه به طور کلی در یک محدوده وسیع خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی و افت بازده اشباع می‌شود.

4.3 شدت روشنایی در مقابل دمای محیط

خروجی نور LED با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این منحنی برای کاربردهایی که در محدوده دمایی وسیعی عمل می‌کنند، برای درک نیازهای جبران روشنایی ضروری است.

4.4 توزیع طیفی

نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در حدود 639 نانومتر و پهنای طیفی حدود 20 نانومتر را نشان می‌دهد و خلوص رنگ را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

دستگاه دارای یک پکیج استاندارد 10 پایه تک‌ردیفی (SIL) است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر ارائه شده‌اند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. ابعاد کلیدی شامل ارتفاع کلی، عرض، عمق، اندازه پنجره رقم و فاصله بین پایه‌ها (پیچ) است که برای چیدمان PCB حیاتی است.

5.2 اتصال پایه‌ها و شناسایی قطبیت

LTD-322JR یک نمایشگردوگانه با کاتد مشترکاست. این بدان معناست که شامل دو رقم مستقل (رقم 1 و رقم 2) در یک پکیج است که هر کدام پایه کاتد مشترک خود را دارند. پایه‌ها به شرح زیر است:

• پایه 1: آند G (سگمنت G)
• پایه 2: بدون اتصال
• پایه 3: آند A (سگمنت A)
• پایه 4: آند F (سگمنت F)
• پایه 5: کاتد مشترک (رقم 2)
• پایه 6: آند D (سگمنت D)
• پایه 7: آند E (سگمنت E)
• پایه 8: آند C (سگمنت C)
• پایه 9: آند B (سگمنت B)
• پایه 10: کاتد مشترک (رقم 1)

پیکربندی "کاتد مشترک" به این معنی است که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) LEDهای یک رقم مشخص به طور داخلی به هم متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک سگمنت، پایه آند مربوطه آن باید High شود (یا از طریق یک مقاومت به منبع جریان متصل شود)، در حالی که کاتد مشترک آن رقم باید به زمین (Low) متصل شود. این پیکربندی بسیار رایج است و مالتی‌پلکسینگ را ساده می‌کند.

5.3 دیاگرام مدار داخلی

دیاگرام داخلی به صورت بصری اتصالات الکتریکی شرح داده شده در بالا را نشان می‌دهد. این دیاگرام دو مجموعه از هفت LED (سگمنت‌های A-G) را نشان می‌دهد که هر مجموعه به ترتیب یک اتصال کاتد مشترک برای رقم 1 و رقم 2 را به اشتراک می‌گذارند. آند هر سگمنت متناظر (مثلاً سگمنت A رقم 1 و سگمنت A رقم 2) پایه‌های جداگانه‌ای هستند که امکان کنترل مستقل را فراهم می‌کنند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

رعایت پروفایل لحیم‌کاری مشخص شده برای جلوگیری از آسیب حیاتی است.

6.1 پارامترهای لحیم‌کاری ريفلو

حداکثر مقدار مجاز مطلق، دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن (معمولاً سطح PCB) مشخص می‌کند. این با پروفایل‌های استاندارد ريفلو بدون سرب (مانند IPC/JEDEC J-STD-020) همسو است. نرخ‌های پیش‌گرم، خیساندن، ريفلو و خنک‌سازی باید مطابق با مشخصات مونتاژ PCB کنترل شوند. باید از شوک حرارتی اجتناب شود.

6.2 جابجایی و نگهداری

دستگاه‌ها باید در کیسه‌های اصلی ضد رطوبت خود با ماده خشک‌کن در یک محیط کنترل شده (در محدوده نگهداری 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) نگهداری شوند. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی برای محافظت از پیوندهای حساس LED رعایت شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

متداول‌ترین روش درایومالتی‌پلکسینگاست. از آنجایی که نمایشگر دو رقم با کاتدهای مشترک جداگانه دارد، یک میکروکنترلر می‌تواند به سرعت بین روشن کردن رقم 1 و رقم 2 جابجا شود. برای هر چرخه رقم، کاتد مشترک مناسب را Low می‌کند و الگوی صحیح سیگنال‌های High را به پایه‌های آند سگمنت (از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان) اعمال می‌کند. پایداری دید چشم انسان این پالس‌های سریع را در یک عدد دو رقمی پایدار ترکیب می‌کند. این روش به شدت تعداد پایه‌های I/O میکروکنترلر مورد نیاز را در مقایسه با درایوینگ استاتیک (DC) کاهش می‌دهد.

7.2 ملاحظات طراحی

• مقاومت‌های محدودکننده جریان:برای هر خط آند ضروری است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (V_منبع- V_F) / I_F. با استفاده از V_Fمتداول 2.6 ولت در 20mA و منبع تغذیه 5 ولت، R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 اهم. اغلب از مقدار کمی بالاتر (مثلاً 150 اهم) برای افزایش طول عمر و در نظر گرفتن تغییرات V_منبع variations.
• فرکانس مالتی‌پلکسینگ:باید به اندازه کافی بالا باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود، معمولاً بالاتر از 100-60 هرتز. چرخه وظیفه برای هر رقم در مالتی‌پلکس 2 رقمی 1/2 است، بنابراین جریان پیک می‌تواند بالاتر از مقدار DC باشد تا روشنایی متوسط حفظ شود (همانطور که توسط مقدار پیک 90mA مجاز است).
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما جهت دید اصلی را در طول طراحی محفظه مکانیکی در نظر بگیرید.
• بهبود کنتراست:صفحه سیاه رنگ کنتراست ذاتی را فراهم می‌کند. اطمینان حاصل کنید که پنجره نمایشگر یا روکش، بازتاب‌ها یا درخششی که می‌تواند خوانایی را کاهش دهد، ایجاد نمی‌کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر LED مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسناید فسفید)، فناوری AlInGaP مورد استفاده در LTD-322JR بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو می‌شود. همچنین خلوص رنگ و پایداری بهتری در دما و طول عمر ارائه می‌دهد. در مقایسه با جایگزین‌های معاصر، تمایزهای کلیدی آن ارتفاع رقم خاص 0.3 اینچ در پیکربندی دوگانه با کاتد مشترک، نقطه رنگ قرمز سوپر (~639 نانومتر) و دسته‌بندی برای شدت روشنایی است که در دستیابی به نمایشگرهای یکنواخت هنگام استفاده از چندین واحد کمک می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 آیا می‌توانم این نمایشگر را با میکروکنترلر 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

بله، اما محاسبه دقیق مورد نیاز است. با V_F2.6 ولت، حاشیه ولتاژ (3.3V - 2.6V = 0.7V) کم است. با استفاده از فرمول R = 0.7V / I_F، برای جریان 10mA به یک مقاومت 70 اهمی نیاز دارید. در 20mA، مقاومت 35 اهمی مورد نیاز تقریباً هیچ حاشیه‌ای برای تغییرات V_منبعیا V_Fباقی نمی‌گذارد و به طور بالقوه نمایشگر را کم‌نور می‌کند. استفاده از منبع تغذیه 5 ولت برای سگمنت‌های LED، کنترل شده از طریق ترانزیستورها یا یک IC درایور از میکروکنترلر 3.3 ولت، قابل اطمینان‌تر است.

9.2 تفاوت بین طول موج "پیک" و "غالب" چیست؟

طول موج پیک (λ_p):طول موج منفردی که در آن توان خروجی نوری از نظر فیزیکی بالاترین است.طول موج غالب (λ_d):طول موج نور تک‌فامی که برای یک ناظر انسانی استاندارد، همان رنگ خروجی LED را به نظر می‌رسد. این از طیف کامل LED و توابع تطابق رنگ CIE محاسبه می‌شود. برای یک LED با طیف باریک مانند این، اغلب از نظر مقدار نزدیک هستند.

9.3 در مالتی‌پلکسینگ چگونه به روشنایی یکنواخت برسم؟

اطمینان حاصل کنید که روال مالتی‌پلکسینگ زمان روشن بودن یکسانی برای هر رقم دارد. از آنجایی که روشنایی متناسب با جریان متوسط است، می‌توانید جریان سگمنت (از طریق مقادیر مقاومت یا تنظیمات درایور) را برای جبران چرخه وظیفه تنظیم کنید. برای مالتی‌پلکس 2 رقمی با چرخه وظیفه 1/2، ممکن است هر سگمنت را در پیک 40mA (در محدوده مقدار 90mA) درایو کنید تا متوسط 20mA حاصل شود که با شرایط آزمایش DC برای روشنایی مطابقت دارد.

10. مطالعه موردی طراحی

سناریو:طراحی یک نمایشگر دمای ساده دو رقمی برای یک کنترلر فر صنعتی. میکروکنترلر دارای پایه‌های I/O محدودی است.
پیاده‌سازی:LTD-322JR ایده‌آل است. طراحی دوگانه با کاتد مشترک آن فقط به 8 پایه I/O برای کنترل نیاز دارد (7 آند سگمنت + 1 پایه برای تغییر وضعیت دو کاتد مشترک، در صورت نیاز با استفاده از یک ترانزیستور). روشنایی بالا و زاویه دید گسترده، خوانایی دما در کف کارخانه را تضمین می‌کند. فناوری AlInGaP عملکرد پایدار در دمای محیط بالا نزدیک فر را تضمین می‌کند. طراح LEDهایی را از همان دسته شدت روشنایی انتخاب می‌کند تا اطمینان حاصل کند که هر دو رقم به یک اندازه روشن به نظر می‌رسند. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان پیک مالتی‌پلکس 30mA برای هر سگمنت محاسبه می‌شوند و یک نمایشگر روشن و بدون سوسو ارائه می‌دهند.

11. معرفی اصل فناوری

AlInGaP یک نیمه‌هادی مرکب III-V است. هنگامی که در بایاس مستقیم قرار می‌گیرد، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند و انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد می‌کنند. انرژی گاف نواری خاص آلیاژ AlInGaP طول موج نور ساطع شده را تعیین می‌کند که در این مورد در منطقه قرمز (~639 نانومتر) است. استفاده از یک زیرلایه GaAs غیرشفاف به محبوس کردن نور در داخل ساختار کمک می‌کند و مقدار بیشتری از آن را از بالای تراشه به سمت بالا هدایت می‌کند تا بازده استخراج بالاتری در مقایسه با طراحی‌های قدیمی با زیرلایه شفاف داشته باشد. پکیج اپوکسی سیاه نور پراکنده را جذب می‌کند و کنتراست را بهبود می‌بخشد.

12. روندهای فناوری

در حالی که AlInGaP همچنان یک فناوری غالب برای LEDهای قرمز، نارنجی و زرد با بازده بالا باقی مانده است، تحقیقات جاری بر بهبود بازده در جریان‌های درایو بالاتر (کاهش "افت بازده") و افزایش قابلیت اطمینان متمرکز است. برای نمایشگرها، روند به سمت چگالی پیکسل بالاتر (ارقام/ال‌ای‌دی‌های گسسته کوچکتر) و ادغام الکترونیک درایور مستقیماً در پکیج ("نمایشگرهای هوشمند") است. با این حال، برای نمایشگرهای عددی بخش‌بندی شده استاندارد مانند LTD-322JR، فناوری بالغ است و تأکید بر کاهش هزینه، دسته‌بندی سخت‌تر برای یکنواختی و مدیریت حرارتی بهبود یافته برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا است.