دیتاشیت فنی LTP-4823JD - نمایشگر دو رقمی آلفانومریک LED با ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10 میلی‌متر) - رنگ قرمز فوق‌قرمز (650 نانومتر) - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات

1. مرور کلی محصول

LTP-4823JD یک ماژول نمایشگر دو رقمی آلفانومریک فشرده و با کارایی بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش واضح کاراکترها و نمادها هستند. عملکرد اصلی آن فراهم کردن یک رابط خروجی بصری برای داده‌های عددی، حروف و نمادهای خاص است که آن را برای طیف گسترده‌ای از ابزارهای اندازه‌گیری، پنل‌های کنترل و الکترونیک مصرفی مناسب می‌سازد.

مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای چیپ‌های LED نهفته است. این سیستم ماده به خاطر تولید LEDهای قرمز و کهربایی با بازدهی بالا مشهور است. چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs ساخته شده‌اند که با به حداقل رساندن پراکندگی و بازتاب داخلی نور، به بهبود کنتراست کمک می‌کند. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با سگمنت‌های سفید است که ترکیبی است که خوانایی و جذابیت ظاهری را زمانی که LEDها خاموش هستند، افزایش می‌دهد. دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده و در یک پکیج بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) ارائه می‌شود.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و بازار هدف

این نمایشگر دارای چندین ویژگی است که آن را برای مهندسان طراحی جذاب می‌سازد:

• ارتفاع رقم:0.4 اینچ (10 میلی‌متر)، که تعادل خوبی بین اندازه و قابلیت مشاهده ارائه می‌دهد.
• کیفیت سگمنت:سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته، روشنایی یکنواخت و ظاهری حرفه‌ای را تضمین می‌کنند.
• بازدهی توان:نیاز به توان پایین، که به طراحی سیستم با مصرف انرژی بهینه کمک می‌کند.
• عملکرد نوری:روشنایی بالا و نسبت کنتراست بالا، قابلیت مشاهده عالی حتی در محیط‌های پرنور را تضمین می‌کند.
• زاویه دید:یک زاویه دید گسترده، امکان خواندن از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌کند.
• قابلیت اطمینان:ساختار حالت جامد، عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را ارائه می‌دهد.

بازار هدف شامل سیستم‌های کنترل صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، دستگاه‌های پزشکی، داشبورد خودرو (نمایشگرهای ثانویه)، ترمینال‌های فروش و لوازم خانگی می‌شود که در آن‌ها بازخورد آلفانومریک واضح و قابل اطمینان مورد نیاز است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

عملکرد LTP-4823JD تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور متوسط (I_V):از حداقل 320 میکروکاندلا تا حداکثر 975 میکروکاندلا در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر متغیر است. مقدار معمول در این محدوده قرار دارد. این پارامتر روشنایی هر سگمنت روشن شده را تعریف می‌کند.
• طول موج اوج تابش (λ_p):650 نانومتر (nm). این طول موجی است که LED بیشترین توان نوری را در آن ساطع می‌کند و رنگ "قرمز فوق‌قرمز" آن را تعریف می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):639 نانومتر. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و ممکن است کمی با طول موج اوج متفاوت باشد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا گسترش نور ساطع شده حول طول موج اوج است.
• ولتاژ مستقیم هر سگمنت (V_F):معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت در I_F=20mA. حداقل آن 2.1 ولت است. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.
• جریان معکوس هر سگمنت (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت.
• نسبت تطابق شدت نور:حداکثر 2:1 برای سگمنت‌های درون یک ناحیه نوری مشابه در I_F=1mA. این حداکثر تغییرات مجاز روشنایی بین سگمنت‌ها را برای اطمینان از ظاهر یکنواخت مشخص می‌کند.

اندازه‌گیری‌های شدت نور با استفاده از یک سنسور و فیلتر کالیبره شده برای تقریب منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقادیر با درک بصری انسان همبستگی دارند.

2.2 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. عملکرد خارج از این محدودیت‌ها تضمین نشده است.

• اتلاف توان متوسط هر سگمنت:70 میلی‌وات.
• جریان مستقیم پیک هر سگمنت:90 میلی‌آمپر (احتمالاً برای عملکرد پالسی).
• جریان مستقیم متوسط هر سگمنت:25 میلی‌آمپر در 25 درجه سلسیوس. این ریتینگ به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سلسیوس کاهش می‌یابد.
• ولتاژ معکوس هر سگمنت:5 ولت.
• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:35- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس.

3. اطلاعات مکانیکی و پکیج

3.1 ابعاد فیزیکی و تلرانس‌ها

ابعاد پکیج بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌های کلیدی شامل ±0.25 میلی‌متر برای بیشتر ابعاد و ±0.4 میلی‌متر برای جابجایی نوک پایه‌ها می‌شود. نقشه‌های ابعادی دقیق برای طراحی جای پایه PCB (برد مدار چاپی) جهت اطمینان از تناسب و تراز مناسب ضروری هستند. نمایشگر یک دستگاه سوراخ‌دار با پایه‌هایی است که برای لحیم کاری طراحی شده‌اند.

3.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

LTP-4823JD یک دستگاه 20 پایه است که به صورت یکنمایشگر دوگانه با آند مشترکپیکربندی شده است. این بدان معناست که دارای دو رقم مستقل (کاراکتر 1 و کاراکتر 2) است که هر کدام یک اتصال آند مشترک دارند. کاتدهای سگمنت‌های جداگانه به پایه‌های مجزا آورده شده‌اند.

خلاصه پایه‌ها:پایه‌های 4 و 10 به ترتیب آندهای مشترک برای رقم 1 و رقم 2 هستند. پایه‌های باقی‌مانده (1-3, 5-9, 11-13, 15-20) کاتدهای سگمنت‌های مختلف (A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U, D.P.) هستند. پایه 14 به عنوان "بدون اتصال" (N/C) ذکر شده است. نمودار مدار داخلی چیدمان این LEDها را با اتصالات آند مشترک آن‌ها نشان می‌دهد.

این پیکربندی آند مشترک نیازمند آن است که مدار درایور جریان را به پایه آند مشترک سورس کرده و جریان را از طریق پایه‌های کاتد جداگانه سینک کند تا یک سگمنت خاص روشن شود.

4. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

دیتاشیت شرایط لحیم کاری را برای جلوگیری از آسیب حرارتی در حین مونتاژ مشخص می‌کند. شرایط توصیه شده لحیم کاری در دمای 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 3 ثانیه است که در نقطه‌ای 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. بسیار مهم است که در هیچ بخشی از فرآیند مونتاژ از ریتینگ‌های حداکثر دمای دستگاه تجاوز نشود. همیشه باید روش‌های صحیح رسیدگی ESD (تخلیه الکترواستاتیک) برای قطعات LED رعایت شود.

5. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

5.1 مدارهای کاربردی معمول

برای درایو کردن LTP-4823JD، معمولاً به دلیل پیکربندی آند مشترک آن، از یک طرح مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود. از یک میکروکنترلر یا IC درایور نمایشگر اختصاصی استفاده می‌شود. آندهای مشترک (پایه‌های 4 و 10) به خروجی‌های سورس جریان یا توان سوئیچ شده از طریق ترانزیستورها متصل می‌شوند. پایه‌های کاتد سگمنت‌ها به درایورهای سینک جریان (مانند آرایه ترانزیستور یا IC درایور با خروجی‌های کلکتور-باز/درین-باز) متصل می‌شوند.

نمایشگر با سوئیچینگ سریع (استروب کردن) توان به آند مشترک هر رقم در حالی که داده سگمنت مربوطه روی خطوط کاتد ارائه می‌شود، مالتی‌پلکس می‌شود. یک نرخ رفرش به اندازه کافی بالا برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده (معمولاً >60 هرتز برای هر رقم) باید حفظ شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان برای هر کاتد سگمنت (یا احتمالاً برای هر آند مشترک، بسته به طراحی درایور) برای تنظیم جریان مستقیم مورد نظر، معمولاً بین 1 میلی‌آمپر و 20 میلی‌آمپر مطابق با نیاز روشنایی کاربرد، اجباری هستند.

5.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری برای کنترل جریان سگمنت استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_Fمحاسبه کنید، جایی که V_Fولتاژ مستقیم از دیتاشیت است (برای طراحی ایمن از مقدار حداکثر استفاده کنید).
• اتلاف توان:اطمینان حاصل کنید که جریان متوسط هر سگمنت از ریتینگ 25 میلی‌آمپر تجاوز نکند، با در نظر گرفتن کاهش ریتینگ با دما. توان کل برای تمام سگمنت‌های روشن باید مدیریت شود.
• شرایط مشاهده:کنتراست بالا و زاویه دید گسترده، آن را برای کاربردهایی مناسب می‌سازد که نمایشگر ممکن است از یک زاویه مشاهده شود. صفحه خاکستری بازتاب نور محیط را کاهش می‌دهد.
• تاریک کردن:روشنایی را می‌توان از طریق مدولاسیون عرض پالس (PWM) جریان درایو کنترل کرد، که مؤثرتر و از نظر رنگ پایدارتر از کاهش جریان آنالوگ است.

6. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی و نوری معمول اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، چنین منحنی‌هایی عموماً شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (I_Vدر مقابل I_F):نشان می‌دهد که روشنایی چگونه با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً به صورت زیرخطی، که نقطه بازده نزولی را برجسته می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (V_Fدر مقابل I_F):ویژگی نمایی I-V دیود را نشان می‌دهد.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط (I_Vدر مقابل T_a):نشان می‌دهد که چگونه خروجی LED با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد و اهمیت مدیریت حرارتی در کاربردهای با روشنایی بالا یا دمای بالا را تأکید می‌کند.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نور ساطع شده را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد، حول 650 نانومتر با نیم‌عرضی حدود 20 نانومتر متمرکز شده است.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و برای بهینه‌سازی مدار درایو برای بازدهی و طول عمر حیاتی هستند.

7. مقایسه فنی و تمایز

LTP-4823JD از طریق فناوری AlInGaP خود متمایز می‌شود. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو یا مصرف توان کمتر برای همان روشنایی می‌شود. رنگ "قرمز فوق‌قرمز" (650 نانومتر) اغلب از نظر بصری چشمگیرتر است و می‌تواند عملکرد بهتری در برخی سیستم‌های سنسور نوری داشته باشد. فرمت 16 سگمنت، قابلیت آلفانومریک فراتر از نمایشگرهای عددی ساده 7 سگمنت را فراهم می‌کند، در حالی که ساختار دو رقمی و تک ماژولی در مقایسه با دو واحد تک رقمی جداگانه، فضای برد را ذخیره می‌کند.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

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

ج: طول موج اوج، قله فیزیکی طیف تابش است. طول موج غالب، نقطه رنگ درک شده است. تفاوت جزئی به دلیل شکل طیف تابش و منحنی حساسیت چشم انسان (CIE) است. طول موج غالب برای مشخص‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک میکروکنترلر 5 ولتی بدون قطعات دیگر درایو کنم؟

ج: خیر. شما باید از مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر کاتد سگمنت استفاده کنید. اتصال مستقیم یک LED به پایه میکروکنترلر می‌تواند هم به LED (به دلیل جریان بیش از حد) و هم به پایه میکروکنترلر (به دلیل تجاوز از قابلیت سینک/سورس جریان آن) آسیب برساند.

س: "دسته‌بندی شده برای شدت نور" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که نمایشگرها بر اساس روشنایی اندازه‌گیری شده آن‌ها در یک جریان آزمایش استاندارد، آزمایش و دسته‌بندی می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند و اطمینان حاصل کنند که ظاهر یکنواختی در چندین واحد در یک محصول وجود دارد.

س: چگونه کنترل نقطه اعشار را انجام دهم؟

ج: نقطه اعشار (D.P.) یک سگمنت جداگانه با اتصال کاتد مخصوص به خود (پایه 5) است. این سگمنت به طور مستقل دقیقاً مانند هر سگمنت دیگر (A, B, C و غیره) کنترل می‌شود.

9. اصل عملکرد و روندهای فناوری

9.1 اصل عملکرد پایه

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ گپ انرژی آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. رنگ نور توسط گپ انرژی ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP دارای یک گپ انرژی متناظر با نور قرمز/نارنجی/کهربایی است. زیرلایه غیرشفاف به هدایت بیشتر نور تولید شده به سمت بالای دستگاه کمک می‌کند و بازدهی را بهبود می‌بخشد.

9.2 روندهای صنعت

روند در نمایشگرهای آلفانومریک به سمت یکپارچگی بالاتر، پکیج‌های فناوری نصب سطحی (SMT) برای مونتاژ خودکار، و گاهی اوقات شامل کردن IC درایور درون خود ماژول نمایشگر است. در حالی که نمایشگرهای سوراخ‌دار مانند LTP-4823JD برای نمونه‌سازی اولیه، طراحی‌های قابل تعمیر و برخی کاربردهای صنعتی محبوب باقی مانده‌اند، نسخه‌های SMT در الکترونیک مصرفی با حجم بالا رایج‌تر می‌شوند. علاوه بر این، همواره تلاشی مداوم برای دستیابی به بازدهی بالاتر (نور بیشتر در هر وات) و بهبود قابلیت اطمینان در محدوده‌های دمایی گسترده‌تر وجود دارد.