دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTP-4323JD - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - رنگ قرمز فوق روشن - ولتاژ پیشروی 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTP-4323JD یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی دو کاراکتری با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش اعداد و حروف محدود واضح، روشن و قابل اطمینان هستند. فناوری هسته آن بر پایه ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است که به طور خاص برای تابش نور در طیف قرمز فوق روشن مهندسی شده است. این انتخاب ماده، که بر روی زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) رشد یافته، در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، بازدهی و روشنایی برتر را برای تابش‌های قرمز فراهم می‌کند. این قطعه دارای صفحه‌ای خاکستری با سگمنت‌های سفید است که تضاد بالایی برای خوانایی عالی تحت شرایط نوری مختلف ارائه می‌دهد. این قطعه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که عملکرد یکنواخت در بین دسته‌های تولید را تضمین می‌کند و در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS موجود است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• فشرده و خوانا:دارای ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر) است که آن را برای پنل‌های با محدودیت فضا مناسب می‌سازد در حالی که تعریف عالی کاراکتر را حفظ می‌کند.
• عملکرد نوری برتر:به دلیل چیپ‌های LED از جنس AlInGaP و طراحی سگمنت یکنواخت و پیوسته، روشنایی بالا، تضاد بالا و زاویه دید گسترده ارائه می‌دهد.
• بهره‌وری انرژی:نیازمندی توان پایینی دارد که به کاهش مصرف کلی توان سیستم کمک می‌کند.
• انعطاف‌پذیری طراحی:در پیکربندی کاتد مشترک (مطابق این دیتاشیت) موجود است که طراحی مدار درایور را برای بسیاری از سیستم‌های مبتنی بر میکروکنترلر ساده می‌کند.
• ساختار مستحکم:قابلیت اطمینان حالت جامد با ظاهر عالی کاراکتر ارائه می‌دهد و نصب آن بر روی بردهای مدار چاپی استاندارد (PCB) آسان است.
• انطباق محیطی:به عنوان یک قطعه بدون سرب بسته‌بندی شده است که از استانداردهای محیطی مدرن پیروی می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف و بازار

این نمایشگر برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی در بخش‌های مختلف در نظر گرفته شده است. کاربردهای متداول شامل پنل‌های ابزار دقیق، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، سیستم‌های فروش نقطه‌ای، رابط‌های کنترل صنعتی، لوازم خانگی مصرفی و دستگاه‌های ارتباطی می‌شود. این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نشانگر الفبایی-عددی قابل اطمینان، واضح و روشن است. دیتاشیت به صراحت هشدار می‌دهد که از این قطعه درجه تجاری استاندارد در سیستم‌های حیاتی ایمنی (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، کنترل حمل و نقل) بدون مشورت قبلی استفاده نشود که بازار اصلی آن را در الکترونیک صنعتی و مصرفی عمومی برجسته می‌کند.

2. مشخصات فنی و تفسیر عینی

بخش زیر یک تحلیل عینی و دقیق از ویژگی‌های الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه را همانطور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در یا زیر این محدودیت‌ها تضمین نشده است.

• اتلاف توان هر سگمنت:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به طور ایمن توسط یک سگمنت LED منفرد بدون خطر گرمای بیش از حد تلف شود.
• جریان پیشروی پیک هر سگمنت:90 میلی‌آمپر. این جریان فقط تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای دوره‌های کوتاه مجاز است، نه برای عملکرد پیوسته.
• جریان پیشروی پیوسته هر سگمنت:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 میلی‌آمپر.
• محدوده دمایی:محدوده دمای عملکرد و ذخیره‌سازی از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است.
• شرایط لحیم‌کاری:دستگاه می‌تواند لحیم‌کاری در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه را تحمل کند، که در فاصله 1/16 اینچ (≈1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری شده است.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمولی و حداکثر/حداقل هستند که تحت شرایط تست مشخص شده (Ta=25°C) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نور متوسط (Iv):از 200 میکروکاندلا (حداقل) تا 650 میکروکاندلا (حداکثر) متغیر است، با یک مقدار معمولی که در IF=1mA تست شده است. این نشان‌دهنده خروجی روشنایی است.
• ولتاژ پیشروی هر سگمنت (VF):معمولاً 2.6 ولت، با یک مقدار حداکثر مشخص شده، در IF=20mA. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایور می‌تواند ولتاژ کافی برای دستیابی به جریان مطلوب در تمام واحدها، با در نظر گرفتن این محدوده VF، فراهم کند.
• طول موج تابش پیک (λp):650 نانومتر. این طول موجی است که در آن شدت نور تابشی در بالاترین حد است و رنگ \"قرمز فوق روشن\" را تعریف می‌کند.
• طول موج غالب (λd):639 نانومتر. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان برای مطابقت با رنگ نور درک می‌شود و برای مشخص‌سازی رنگ حیاتی است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر به معنای نور تک‌رنگ‌تر است.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V. دیتاشیت به شدت اشاره می‌کند که این شرایط ولتاژ معکوس فقط برای اهداف تست است و دستگاه نمی‌تواند به طور پیوسته تحت بایاس معکوس عمل کند.
• نسبت تطبیق شدت نور:حداکثر 2:1 برای سگمنت‌های داخل یک \"ناحیه نوری مشابه\". این تغییرات مجاز روشنایی بین سگمنت‌ها در یک کاراکتر را مشخص می‌کند.
• تداخل نوری (Cross Talk):به صورت ≤ 2.5% مشخص شده است که به تداخل نوری ناخواسته بین سگمنت‌های مجاور اشاره دارد.

3. سیستم دسته‌بندی و کدینگ

LTP-4323JD از یک سیستم دسته‌بندی برای شدت نور استفاده می‌کند. این بدان معناست که واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده‌شان تست و در سطوح عملکردی مختلف (بین) دسته‌بندی می‌شوند. نشانه‌گذاری ماژول شامل یک شناسه \"Z: BIN CODE\" است. این به طراحان اجازه می‌دهد نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت برای ظاهر یکسان در کاربردهای چند واحدی انتخاب کنند. دیتاشیت جزئیات مقادیر کد بین خاص یا محدوده‌های شدت مرتبط با هر کد را شرح نمی‌دهد، که معمولاً در یک سند دسته‌بندی جداگانه تعریف شده یا در هنگام خرید توافق می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

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

• جریان پیشروی در مقابل ولتاژ پیشروی (منحنی I-V):رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که برای طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان پیشروی (منحنی I-L):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که اغلب در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات گرمایی زیرخطی می‌شود.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهد که برای کاربردها در محیط‌های غیرکنترل‌شده از نظر آب و هوا حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که پیک در 650 نانومتر و نیم‌عرض 20 نانومتری را نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد (جریان‌ها و دماهای مختلف) و برای بهینه‌سازی طراحی برای کارایی و طول عمر ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

نمایشگر دارای یک فوت‌پرینت استاندارد دو ردیفه (DIP) است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• تلرانس جابجایی نوک پایه 0.4 میلی‌متر است.
• محدودیت‌های کیفیت خاصی برای مواد خارجی روی سگمنت‌ها (≤10 میل)، آلودگی جوهر (≤20 میل)، خمش رفلکتور (≤1/100 طول آن) و حباب در سگمنت (≤10 میل) تعیین شده است.
• قطر سوراخ PCB توصیه شده برای پایه‌ها Ø1.30mm است.

5.2 پین‌اوت و شناسایی قطبیت

دستگاه دارای 20 پایه است. نمودار مدار داخلی و جدول اتصال پایه نشان می‌دهد که برای این شماره قطعه خاص (LTP-4323JD) از نوعکاتد مشترکاست. هر سگمنت (A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U, DP) پایه آند مخصوص به خود را دارد. دو کاراکتر پایه‌های کاتد مشترک را به اشتراک می‌گذارند (پایه 4 برای کاراکتر 1، پایه 10 برای کاراکتر 2). پایه 14 به عنوان \"بدون اتصال\" فهرست شده است. شناسایی صحیح پایه‌های کاتد مشترک برای طراحی صحیح مدار به منظور سینک کردن جریان به طور صحیح بسیار مهم است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری خودکار

برای لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو، شرایط به صورت 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه مشخص شده است، که در فاصله 1.59 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن قطعه اندازه‌گیری می‌شود. دمای بدنه قطعه در حین مونتاژ نباید از ریتینگ حداکثر دما تجاوز کند.

6.2 دستورالعمل لحیم‌کاری دستی

برای لحیم‌کاری دستی، نوک هویه باید در فاصله 1.59 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن اعمال شود. زمان لحیم‌کاری باید در دمای 350 درجه سانتی‌گراد ±30 درجه سانتی‌گراد در عرض 5 ثانیه باشد. تجاوز از این محدودیت‌های زمان یا دما می‌تواند به باندهای سیم داخلی یا چیپ‌های LED آسیب برساند.

7. تست قابلیت اطمینان

دستگاه تحت مجموعه جامعی از تست‌های قابلیت اطمینان بر اساس استانداردهای نظامی (MIL-STD)، صنعتی ژاپن (JIS) و استانداردهای داخلی قرار می‌گیرد. این تست‌ها استحکام و طول عمر آن را تأیید می‌کنند:

• تست عمر عملیاتی (RTOL):1000 ساعت عملکرد پیوسته در حداکثر جریان نامی برای تست تخریب نوری بلندمدت و خرابی.
• تست‌های تنش محیطی:شامل ذخیره‌سازی دمای بالا/رطوبت بالا (500 ساعت در 65°C/90-95% RH)، ذخیره‌سازی دمای بالا (1000 ساعت در 105°C) و ذخیره‌سازی دمای پایین (1000 ساعت در 35-°C).
• چرخه حرارتی و شوک حرارتی:چرخه دمایی (30 چرخه بین 35-°C و 105°C) و شوک حرارتی (30 چرخه بین 35-°C و 105°C با انتقال سریع) برای تست خرابی‌های مکانیکی ناشی از عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی (CTE).
• تست‌های قابلیت لحیم‌کاری:مقاومت لحیم‌کاری (10 ثانیه در 260°C) و قابلیت لحیم‌کاری (5 ثانیه در 245°C) اطمینان حاصل می‌کنند که پایه‌ها می‌توانند فرآیندهای مونتاژ را تحمل کنند.

8. نکات حیاتی کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 هشدارهای طراحی و پیاده‌سازی

• جریان درایو و مدیریت حرارتی:تجاوز از جریان پیشروی پیوسته توصیه شده یا دمای عملیاتی، تخریب خروجی نور (افت لومن) را تسریع می‌کند و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار زودرس شود. منحنی کاهش خطی جریان باید رعایت شود.
• محافظت مدار:مدار درایو باید شامل محافظت در برابر ولتاژهای معکوس و نوسانات ولتاژ در حین توالی‌های روشن یا خاموش شدن باشد، زیرا LEDها دارای ولتاژ شکست معکوس پایینی هستند.
• درایو جریان ثابت:این روش توصیه شده برای درایو کردن LEDها است. این روش روشنایی یکنواخت در بین واحدها و در تغییرات دما را تضمین می‌کند، زیرا ضریب دمایی منفی ولتاژ پیشروی LED را جبران می‌کند.
• ملاحظه ولتاژ پیشروی:منبع تغذیه یا مدار درایور باید طراحی شود تا محدوده کامل ولتاژ پیشروی (VF، معمولاً 2.6V، حداکثر مطابق مشخصات) را در بر گیرد تا تضمین کند که جریان درایو هدف به تمام سگمنت‌ها تحت تمام شرایط تحویل داده می‌شود.

8.2 مفاهیم مدار کاربردی معمول

برای یک نمایشگر کاتد مشترک مانند LTP-4323JD، اغلب از یک طرح مالتی‌پلکسینگ معمول برای کنترل 16 سگمنت در دو کاراکتر استفاده می‌شود. پایه‌های کاتد مشترک (4 و 10) به صورت متوالی به زمین سوئیچ می‌شوند (مثلاً توسط یک ترانزیستور)، در حالی که پایه‌های آند سگمنت مناسب با جریان بالا (با مقاومت‌های محدودکننده جریان یا یک IC درایور جریان ثابت) درایو می‌شوند تا سگمنت‌های مورد نظر برای آن کاراکتر روشن شوند. این تعداد پایه‌های I/O میکروکنترلر مورد نیاز را کاهش می‌دهد. طراحی باید اطمینان حاصل کند که جریان پیک هر سگمنت در حین پالس مالتی‌پلکس از ریتینگ حداکثر مطلق تجاوز نکند و جریان متوسط در طول زمان به سطح روشنایی مطلوب برسد.

9. مزایای مقایسه‌ای و زمینه فناوری

استفاده از فناوری AlInGaP برای LEDهای قرمز نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند فسفید آرسنید گالیم (GaAsP) است. AlInGaP بازده کوانتومی خارجی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر برای همان جریان ورودی می‌شود. تابش \"قرمز فوق روشن\" (پیک 650 نانومتر) نیز از نظر بصری متمایزتر است و می‌تواند عملکرد بهتری در کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از طریق فیلترها یا در نور خورشید محیط دیده شود، ارائه دهد. طراحی صفحه خاکستری/سگمنت سفید حداکثر تضاد را ایجاد می‌کند. در مقایسه با نمایشگرهای ساده 7 سگمنت، فرمت 16 سگمنت امکان نمایش کامل‌تری از الفبا (اگرچه محدود) را فراهم می‌کند که کارایی دستگاه را در کاربردهایی که نیازمند پیام‌های متنی کوتاه همراه با اعداد هستند، افزایش می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً با یک پایه میکروکنترلر 5 ولت درایو کنم؟

ج: خیر. ولتاژ پیشروی معمولی 2.6 ولت است، اما همیشه یک مقاومت سری محدودکننده جریان برای تنظیم جریان صحیح (مثلاً 20mA) مورد نیاز است. استفاده صرف از یک پایه 5 ولت باعث جریان بیش از حد و تخریب سگمنت LED می‌شود. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (Vcc - Vf) / If محاسبه کنید.

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

ج: طول موج پیک (650nm) قله فیزیکی طیف نور تابشی است. طول موج غالب (639nm) نقطه رنگی درک شده توسط چشم انسان است که می‌تواند به دلیل شکل طیف تابشی متفاوت باشد. هر دو برای مشخص‌سازی مهم هستند.

س: چرا درایو جریان ثابت نسبت به ولتاژ ثابت توصیه می‌شود؟

ج: ولتاژ پیشروی (Vf) یک LED با افزایش دما کاهش می‌یابد. با یک منبع تغذیه ولتاژ ثابت، این امر باعث افزایش جریان می‌شود که منجر به گرمایش بیشتر و فرار حرارتی می‌گردد. یک منبع جریان ثابت بدون توجه به تغییرات Vf، جریان پایدار را حفظ می‌کند و روشنایی پایدار را تضمین کرده و از LED محافظت می‌کند.

س: چگونه باید \"نسبت تطبیق شدت نور\" 2:1 را تفسیر کنم؟

ج: این بدان معناست که درخشان‌ترین سگمنت در یک \"ناحیه نوری مشابه\" تعریف شده (احتمالاً در یک کاراکتر) حداکثر دو برابر کمنورترین سگمنت در همان ناحیه خواهد بود. این معیاری برای یکنواختی است.

11. مثال عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده دو رقمی برای خوانش ولت‌متر.LTP-4323JD ایده‌آل خواهد بود. ADC میکروکنترلر یک ولتاژ را می‌خواند، آن را به یک عدد اعشاری تبدیل می‌کند و نمایشگر را درایو می‌کند. فریم‌ور مالتی‌پلکسینگ را مدیریت می‌کند: الگوی سگمنت برای رقم دهگان را روی خطوط آند تنظیم می‌کند، پایه کاتد مشترک 4 را برای مدت کوتاهی (مثلاً 5ms) به زمین متصل می‌کند، سپس الگوی سگمنت برای رقم یکان را تنظیم کرده و پایه کاتد مشترک 10 را برای همان مدت به زمین متصل می‌کند و این کار را به سرعت تکرار می‌کند. ماندگاری دید، توهم روشن بودن مداوم هر دو رقم را ایجاد می‌کند. محاسبه دقیق مقاومت‌های محدودکننده جریان بر اساس ولتاژ تغذیه و جریان متوسط سگمنت مورد نظر (با در نظر گرفتن چرخه وظیفه مالتی‌پلکسینگ) لازم است. طراحی باید شامل دیودهای محافظ باشد اگر مدار درایو بتواند LEDها را در معرض ولتاژ معکوس قرار دهد.

12. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی بیش از آستانه روشن شدن دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از لایه n-type AlInGaP با حفره‌های لایه p-type بازترکیب می‌شوند. این رویداد بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب آلیاژ خاص شبکه کریستالی AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور تابشی را تعریف می‌کند - در این مورد، در ناحیه قرمز حدود 650 نانومتر. زیرلایه غیرشفاف GaAs هر نور تابیده شده به سمت پایین را جذب می‌کند و با انعکاس آن به سمت بالا، بازده کلی را بهبود می‌بخشد. هر سگمنت در نمایشگر شامل یک یا چند عدد از این چیپ‌های LED میکروسکوپی است.

13. روندها و زمینه فناوری

LEDهای مبتنی بر AlInGaP نمایانگر یک فناوری بالغ و به شدت بهینه‌شده برای تابش‌های کهربایی، قرمز و قرمز فوق روشن هستند. در حالی که مواد جدیدتر مانند نیترید گالیم (GaN) بر بازار LEDهای آبی، سبز و سفید تسلط دارند، AlInGaP همچنان رهبر بازده برای طول‌موج‌های بلندتر است. روندهای فعلی در فناوری نمایشگر بر کوچک‌سازی (ارقام کوچکتر از 0.4 اینچ)، چگالی پیکسل بالاتر (حرکت به سمت ماتریس نقطه‌ای یا OLED برای گرافیک کامل) و بهبود بازده (جریان درایو پایین‌تر برای همان روشنایی) متمرکز است. با این حال، برای نشانگرهای الفبایی-عددی اختصاصی، با قابلیت اطمینان بالا و روشنایی بالا در محیط‌های خشن (محدوده دمایی گسترده)، نمایشگرهای سگمنت LED مانند LTP-4323JD همچنان یک راه‌حل مستحکم و مقرون‌به‌صرفه هستند. توسعه‌های آینده ممکن است شامل ادغام الکترونیک درایور مستقیماً در بسته‌بندی یا اصلاح بیشتر بسته‌بندی برای مدیریت حرارتی حتی بهتر باشد.