دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-5825CKG-PST1 - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - تراشه سبز AlInGaP - ولتاژ آستانه 2.6 ولت - جریان پیوسته 25 میلی‌آمپر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-5825CKG-PST1 یک نمایشگر LED تک‌رقمی با نصب سطحی (SMD) با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش اعداد واضح و پرنور هستند. فناوری هسته آن بر پایه ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است که بر روی زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) رشد داده شده است. این سیستم ماده به دلیل تولید نور سبز با بازدهی بالا شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه مشکی برای افزایش کنتراست و سگمنت‌های سفید برای پخش نور و دید بهینه است. با ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر)، ظاهر کاراکتری عالی ارائه می‌دهد و برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی و صنعتی که فضا محدود است اما خوانایی حیاتی است، مناسب می‌باشد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر برای قابلیت اطمینان و عملکرد مهندسی شده است. مزایای کلیدی شامل مصرف برق پایین، خروجی روشنایی بالا و زاویه دید گسترده است که خوانایی از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند. ساختار حالت جامد، قابلیت اطمینان ذاتی و عمر عملیاتی طولانی را فراهم می‌کند. این نمایشگر بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان تطابق روشنایی یکنواخت در کاربردهای چندرقمی را فراهم می‌کند. بازارهای هدف اصلی شامل پنل‌های ابزار دقیق، تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری، پایانه‌های فروش، سیستم‌های کنترل صنعتی و نمایشگرهای داشبورد خودرو است که در آن‌ها یک رقم واحد با دید بالا مورد نیاز است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. حداکثر اتلاف توان هر سگمنت 70 میلی‌وات است. حداکثر جریان مستقیم پیک هر سگمنت 60 میلی‌آمپر در نظر گرفته شده است، اما این فقط تحت شرایط پالسی (فرکانس 1 کیلوهرتز، چرخه کاری 10%) برای مدیریت حرارت مجاز است. جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت، که حد مجاز برای کار حالت پایدار است، در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد، 25 میلی‌آمپر است. این مقدار با افزایش هر درجه سانتی‌گراد دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد، به صورت خطی 0.28 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. دستگاه می‌تواند در محدوده دمایی 40- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد کار کرده و ذخیره شود. شرایط لحیم‌کاری مشخص می‌کند که بدنه دستگاه باید حداقل 1/16 اینچ بالاتر از سطح نشیمن در طول 3 ثانیه ریفلو در دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد باشد.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد Ta = 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد مورد انتظار را ارائه می‌دهند. شدت نور (Iv) در جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر از حداقل 501 میکروکندلا تا مقدار معمول 1700 میکروکندلا متغیر است. طول موج پیک تابش (λp) 571 نانومتر و طول موج غالب (λd) در IF=20mA برابر با 572 نانومتر است که آن را به طور قطع در طیف سبز قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگ نسبتاً خالص است. حداکثر ولتاژ مستقیم هر سگمنت (VF) در IF=20mA برابر با 2.6 ولت است که مقدار معمول آن 2.05 ولت می‌باشد. حداکثر جریان معکوس (IR) در ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت، 100 میکروآمپر است، اگرچه کار پیوسته تحت بایاس معکوس ممنوع است. نسبت تطابق شدت نور بین سگمنت‌ها حداکثر 2:1 مشخص شده است که روشنایی یکنواخت در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد و ساختار بسته

دستگاه در بسته‌بندی نصب سطحی ارائه می‌شود. تلرانس‌های ابعادی بحرانی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. جزئیات ساخت شامل مشخصات برای برجستگی پلاستیکی (حداکثر 0.14 میلی‌متر) و تاب برداشتن PCB (حداکثر 0.06 میلی‌متر) است. پرداخت پایه لحیم برای اتصال لحیم قابل اطمینان حیاتی است و از یک ساختار لایه‌ای تشکیل شده است: حداقل 1200 میکرواینچ مس، حداقل 150 میکرواینچ نیکل و 4 میکرواینچ آبکاری طلا. یک لایه رنگ اضافی به ضخامت 400 میکرواینچ نیز اعمال شده است.

3.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

نمایشگر دارای پیکربندی 10 پایه است و از طراحی مدار آند مشترک استفاده می‌کند. نمودار مدار داخلی نشان می‌دهد که تمام آندهای سگمنت به صورت داخلی به دو پایه آند مشترک (پایه 3 و پایه 8) متصل شده‌اند. هر کاتد سگمنت (A, B, C, D, E, F, G و نقطه اعشار DP) پایه اختصاصی خود را دارد. این پیکربندی برای کاربردهای مالتی‌پلکسینگ که در آن چندین رقم خطوط درایور را به اشتراک می‌گذارند، رایج است.

4. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

4.1 دستورالعمل‌های لحیم‌کاری SMT

برای لحیم‌کاری ریفلو، باید یک پروفایل خاص دنبال شود. مرحله پیش‌گرم باید بین 120 تا 150 درجه سانتی‌گراد و حداکثر به مدت 120 ثانیه باشد. دمای پیک در طول ریفلو نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان بالاتر از این دمای بحرانی باید حداکثر به 5 ثانیه محدود شود. نکته مهم این است که تعداد چرخه‌های فرآیند ریفلو باید کمتر از دو باشد. اگر ریفلو دوم ضروری است (مثلاً برای مونتاژ دوطرفه)، برد باید بین فرآیند اول و دوم کاملاً تا دمای محیط عادی خنک شود. برای لحیم‌کاری دستی با هویه، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند و زمان تماس باید حداکثر 3 ثانیه برای هر اتصال محدود شود.

4.2 الگوی لحیم‌کاری توصیه شده

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) توصیه شده با ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. رعایت این الگو برای دستیابی به تشکیل مناسب اتصال لحیم، پایداری مکانیکی و تخلیه حرارتی در حین کار ضروری است.

5. بسته‌بندی و حمل و نقل

5.1 مشخصات بسته‌بندی

دستگاه‌ها روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شوند. نوار حامل از آلیاژ پلی‌استایرن رسانای مشکی با ضخامت 0.30±0.05 میلی‌متر ساخته شده است. انحنای (تاب) نوار حامل در طول 250 میلی‌متر در محدوده 1 میلی‌متر کنترل می‌شود. هر قرقره 13 اینچی حاوی 700 قطعه است و طول کل نوار روی قرقره 22 اینچی 44.5 متر می‌باشد. بسته‌بندی شامل بخش‌های نوار راهنما و دنباله (به ترتیب حداقل 400 میلی‌متر و 40 میلی‌متر) برای تسهیل تغذیه ماشین است. حداقل مقدار بسته‌بندی برای دسته‌های باقی‌مانده 200 قطعه مشخص شده است. جهت کشیدن نوار از قرقره به وضوح نشان داده شده است.

5.2 حساسیت به رطوبت و پخت

به عنوان یک دستگاه نصب سطحی، نمایشگر به جذب رطوبت حساس است که می‌تواند در طول فرآیند ریفلو با دمای بالا باعث "پاپ کورن شدن" یا لایه‌لایه شدن شود. دستگاه‌ها در بسته‌بندی ضد رطوبت مهر و موم شده ارسال می‌شوند و باید در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% ذخیره شوند. پس از باز شدن بسته مهر و موم شده، دستگاه‌ها عمر محدودی در محیط کار دارند. اگر بسته برای بیش از یک هفته تحت شرایطی که با مشخصات ذخیره‌سازی مطابقت ندارد (کمتر از 30°C و کمتر از 60% RH) باز بوده باشد، قبل از ریفلو نیاز به پخت (بیکینگ) است. شرایط پخت بستگی به حالت بسته‌بندی دارد: 60°C به مدت ≥48 ساعت برای قطعات روی قرقره، یا 100°C به مدت ≥4 ساعت / 125°C به مدت ≥2 ساعت برای قطعات فله. پخت باید فقط یک بار انجام شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

6.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند یک رقم عددی واحد با خوانایی بالا ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل ساعت‌های دیجیتال (نمایش ثانیه یا دقیقه)، نشانگرهای سطح باتری، شمارنده‌های تک‌رقمی، نمایشگرهای تنظیم پارامتر روی لوازم خانگی و نمایشگرهای کد وضعیت روی تجهیزات الکترونیکی است. فرمت SMD آن را برای طراحی‌های PCB فشرده و مدرن مناسب می‌سازد.

6.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های محدودکننده جریان سری برای هر کاتد سگمنت استفاده کنید. مقدار مقاومت باید بر اساس ولتاژ تغذیه، ولتاژ مستقیم (VF) LED و جریان مستقیم مورد نظر (IF) محاسبه شود که نباید از 25 میلی‌آمپر پیوسته تجاوز کند.
• مدار درایور:پیکربندی آند مشترک، درایو کردن با سوئیچ‌های سمت پایین (ترانزیستورها یا ICها) که جریان را از کاتدها می‌کشند را ساده می‌کند.
• مدیریت حرارتی:اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس روی PCB یا وایاهای حرارتی وجود دارد، به ویژه اگر نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا کار می‌کند، تا از گرمای بیش از حد و کاهش روشنایی جلوگیری شود.
• محافظت در برابر ESD:مانند تمام دستگاه‌های نیمه‌هادی، در طول جابجایی و مونتاژ، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD را اجرا کنید.

7. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند که برای طراحی دقیق ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، مهندسان معمولاً انتظار دارند منحنی‌هایی برای جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV)، شدت نور در مقابل جریان مستقیم، شدت نور در مقابل دمای محیط و احتمالاً توزیع طیفی را ببینند. این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا رفتارهای غیرخطی، مانند چگونگی تغییر بازده با جریان یا چگونگی کاهش روشنایی با افزایش دما را درک کنند و بهینه‌سازی شرایط درایو را برای محیط‌های کاربردی خاص ممکن می‌سازند.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده کلیدی LTS-5825CKG-PST1 استفاده از فناوری AlInGaP برای تابش سبز است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaP سنتی، AlInGaP بازده نوری و روشنایی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. طراحی صفحه مشکی/سگمنت سفید نسبت کنتراست برتری ارائه می‌دهد، به ویژه در شرایط نور زیاد، در مقایسه با نمایشگرهای دارای صفحه روشن. ارتفاع رقم 0.56 اینچ یک جایگاه خاص بین نشانگرهای کوچکتر و نمایشگرهای پنلی بزرگتر را پر می‌کند. دسته‌بندی آن بر اساس شدت نور یک ویژگی تضمین کیفیت است که یکنواختی در کاربردهای چندرقمی را تضمین می‌کند، عاملی حیاتی که در قطعات LED پایه همیشه تضمین شده نیست.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج پیک (λp) طول موجی است که در آن توان نوری تابشی حداکثر است. طول موج غالب (λd) طول موج تک‌رنگ نور تک‌فام است که با رنگ درک شده نور تابش شده مطابقت دارد. برای یک LED با طیف باریک مانند این، آن‌ها بسیار نزدیک هستند (571 نانومتر در مقابل 572 نانومتر).

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با 20mA به طور پیوسته راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، 20mA کمتر از حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز 25mA است. با این حال، باید اطمینان حاصل کنید که دمای محیط در نظر گرفته شده است، زیرا مقدار جریان مجاز در بالای 25°C کاهش می‌یابد.

س: چرا مشخصه جریان معکوس مهم است اگر نتوانم آن را در جهت معکوس به کار ببرم؟

ج: مشخصه IR یک پارامتر آزمایش کیفیت و نشتی است. جریان معکوس بالا می‌تواند نشان‌دهنده یک نقص ساخت در پیوند نیمه‌هادی باشد.

س: "دسته‌بندی بر اساس شدت نور" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که دستگاه‌ها بر اساس خروجی نوری اندازه‌گیری شده در یک جریان آزمایش استاندارد آزمایش و دسته‌بندی (بینینگ) می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد نمایشگرهایی از یک بین شدت نور یکسان انتخاب کنند تا روشنایی یکنواخت در یک آرایه تضمین شود و از کمنورتر به نظر رسیدن یک رقم نسبت به دیگری جلوگیری شود.

10. مثال مورد استفاده عملی

طراحی یک تایمر دیجیتال ساده با وضوح 1 ثانیه را در نظر بگیرید. رقم ثانیه واحد می‌تواند با استفاده از LTS-5825CKG-PST1 پیاده‌سازی شود. از یک میکروکنترلر برای کنترل نمایشگر استفاده می‌شود. پایه‌های آند مشترک از طریق یک طرح محدودکننده جریان مناسب (در صورت مالتی‌پلکس کردن سایر ارقام) به ولتاژ تغذیه مثبت (مثلاً 5V) متصل می‌شوند. هشت پایه کاتد (سگمنت‌های A-G و DP) هر کدام از طریق مقاومت محدودکننده جریان خود (مثلاً ~150Ω برای 20mA در تغذیه 5V، با فرض Vf حدود 2.1V) به پایه‌های GPIO میکروکنترلر متصل می‌شوند. نرم‌افزار اعداد 0 تا 9 را به صورت چرخه‌ای طی کرده و هر ثانیه ترکیب مناسب پایه‌های کاتد را روشن می‌کند. روشنایی بالا و کنتراست تضمین می‌کند که رقم از فاصله به راحتی خوانده شود، در حالی که مصرف برق پایین به کارایی کلی سیستم کمک می‌کند.

11. معرفی اصل کار

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی کار می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود (آند نسبت به کاتد مثبت)، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. در LEDهای AlInGaP، این بازترکیب عمدتاً انرژی را به شکل فوتون (نور) در محدوده طول موج سبز آزاد می‌کند. ترکیب آلیاژ خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید، انرژی گاف نواری و در نتیجه رنگ نور تابش شده را تعیین می‌کند. زیرلایه غیرشفاف GaAs هر نور تابیده شده به سمت پایین را جذب می‌کند و بازده کلی استخراج نور از بالای دستگاه را بهبود می‌بخشد.

12. روندهای فناوری

روند فناوری نمایشگر LED به سمت بازدهی بالاتر، مینیاتوری‌سازی بیشتر و بهبود قابلیت اطمینان ادامه دارد. در حالی که AlInGaP یک فناوری بالغ و کارآمد برای LEDهای قرمز، نارنجی، کهربایی و سبز است، مواد جدیدتر مانند نیترید گالیم ایندیم (InGaN) اکنون قادر به پوشش کل طیف مرئی با بازده بسیار بالا، از جمله سبز و آبی هستند. برای نمایشگرهای تک‌رقمی، حرکت به سمت بسته‌بندی‌های نازک‌تر، چگالی پیکسل بالاتر (برای نمایشگرهای الفبایی-عددی ماتریس نقطه‌ای) و ادغام با درایور ICها یا قابلیت‌های هوشمند است. با این حال، برای کاربردهای خاص نیازمند یک رقم ساده، مستحکم و پرنور، نمایشگرهای سگمنت گسسته مانند LTS-5825CKG-PST1 همچنان یک راه‌حل مقرون به صرفه و قابل اطمینان باقی می‌مانند. ملاحظات زیست‌محیطی نیز حذف مواد خطرناک و بهبود قابلیت بازیافت مواد بسته‌بندی را پیش می‌برند.