دیتاشیت فنی نمایشگر رقمی LED هایپر رد 0.56 اینچی با ارتفاع 14.22 میلی‌متر و ولتاژ پیشرو 2.6 ولت

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک قطعه نمایشگر LED با عملکرد بالا و ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) را به تفصیل شرح می‌دهد. این دستگاه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند نمایش واضح و روشن اعداد یا حروف-اعداد با قابلیت مشاهده و قابلیت اطمینان عالی هستند. طراحی هسته آن بر ارائه عملکرد نوری برتر از طریق مواد نیمه‌هادی پیشرفته متمرکز است.

نمایشگر از طراحی حالت جامد بهره می‌برد که عمر عملیاتی طولانی و استحکام در برابر لرزش و ضربه را تضمین می‌کند و آن را برای کاربردهای صنعتی، ابزار دقیق و الکترونیک مصرفی که خروجی بصری قابل اطمینان در آنها حیاتی است، مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این رقم نمایشگر از فناوری مواد و طراحی نوری آن نشأت می‌گیرد. استفاده از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) بر روی بستر غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) یک تمایز کلیدی است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا در بخش قرمز تا کهربایی طیف مرئی مشهور است که مستقیماً به روشنایی بالا و خلوص رنگ عالی دستگاه کمک می‌کند.

ترکیب صفحه خاکستری روشن و رنگ سفید سگمنت به طور خاص برای حداکثر کردن نسبت کنتراست انتخاب شده است. این امر خوانایی را تحت شرایط مختلف نور محیطی، از محیط‌های کم نور تا اتاق‌های پرنور، افزایش می‌دهد. زاویه دید گسترده اطمینان می‌دهد که اطلاعات نمایش داده شده حتی هنگام مشاهده از موقعیت‌های خارج از محور نیز قابل خواندن باقی بماند، که برای پنل‌های متر، تجهیزات آزمایشی و نمایشگرهای اطلاعات عمومی حیاتی است.

نیاز به توان پایین مزیت مهم دیگری است که امکان یکپارچه‌سازی در سیستم‌های با باتری یا بهینه از نظر انرژی را بدون به خطر انداختن روشنایی نمایشگر فراهم می‌کند. دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که ثبات و قابلیت پیش‌بینی در سطوح روشنایی در بین دسته‌های تولید را فراهم می‌کند، که برای نمایشگرهای چندرقمی که ظاهر یکنواخت در آنها الزامی است، ضروری می‌باشد.

بازار هدف طیف گسترده‌ای از بخش‌ها شامل اتوماسیون صنعتی (برای نمایشگرهای کنترل فرآیند)، تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری (مولتی‌مترها، اسیلوسکوپ‌ها)، دستگاه‌های پزشکی، داشبورد خودرو (برای نمایشگرهای کمکی) و لوازم خانگی مصرفی را در بر می‌گیرد. قابلیت اطمینان و عملکرد آن، آن را به انتخابی ترجیحی برای طراحانی تبدیل می‌کند که به یک راه‌حل نمایشگر عددی بادوام و واضح نیاز دارند.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

درک کامل پارامترهای الکتریکی و نوری برای طراحی صحیح مدار و دستیابی به عملکرد مطلوب در کاربرد نهایی ضروری است.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتی‌گراد تعریف شده است.شدت نور متوسط (Iv)با حداقل 320 میکروکندلا، مقدار معمول 700 میکروکندلا و بدون حداکثر مشخص شده، هنگامی که با جریان پیشرو (IF) 1 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود، تعیین شده است. این پارامتر که با استفاده از یک فیلتر تقریباً مشابه منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده روشنایی درک شده است. محدوده گسترده نشان می‌دهد که برای کاربردهای منطبق بر شدت نور، دسته‌بندی دقیق مورد نیاز است.

طول موج غالب (λd)639 نانومتر است که خروجی را به عنوان رنگ هایپر رد طبقه‌بندی می‌کند.طول موج اوج تابش (λp)معمولاً 650 نانومتر است. تفاوت کوچک بین طول موج غالب و اوج نشان‌دهنده یک خروجی طیفی خالص است.نیمه‌عرض خط طیفی (Δλ)20 نانومتر است که باریکی طیف نور ساطع شده را توصیف می‌کند؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده یک منبع نور تک‌رنگ‌تر است.نسبت تطبیق شدت نور (Iv-m)

حداکثر 2:1 تعیین شده است هنگامی که سگمنت‌ها با 10 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شوند. این نسبت تغییرات مجاز در روشنایی بین سگمنت‌های مختلف یک رقم یا بین ارقام را تعریف می‌کند و یکنواختی بصری در عدد نمایش داده شده را تضمین می‌نماید.2.2 ویژگی‌های الکتریکی و حرارتیپارامتر الکتریکی کلیدی

ولتاژ پیشرو به ازای هر سگمنت (VF)

است که مقدار معمول آن در جریان راه‌اندازی (IF) 20 میلی‌آمپر، 2.6 ولت است. حداقل آن 2.1 ولت ذکر شده است. این ولتاژ برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.جریان معکوس به ازای هر سگمنت (IR)حداکثر 100 میکروآمپر است هنگامی که یک ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود، که مشخصه نشتی دیود در حالت خاموش را نشان می‌دهد.محدودیت‌های حرارتی و قابلیت اطمینان تحتمقادیر حداکثر مطلق

تعریف شده‌اند.جریان پیشرو پیوسته به ازای هر سگمنتدر دمای 25 درجه سانتی‌گراد، 25 میلی‌آمپر است، با ضریب کاهش 0.28 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد. این بدان معناست که جریان پیوسته مجاز به صورت خطی با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. تجاوز از این مقادیر ممکن است باعث آسیب دائمی شود.جریان پیشرو اوج به ازای هر سگمنتبرای 90 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است اما تنها تحت شرایط پالسی خاص: چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. این امکان دوره‌های کوتاه اوردرایو برای مالتی‌پلکسینگ یا دستیابی به روشنایی اوج بالاتر را فراهم می‌کند.

توان تلف شده به ازای هر سگمنتبه 70 میلی‌وات محدود شده است. دستگاه می‌تواند در محدوده دمایی گسترده 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد کار کرده و ذخیره شود. دمای لحیم‌کاری نباید در طول مونتاژ و در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر صفحه نشست، بیش از 260 درجه سانتی‌گراد و برای بیش از 3 ثانیه باشد.3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندیساختار فیزیکی دستگاه، جای پای آن، الزامات نصب و یکپارچه‌سازی کلی آن در یک محصول را تعیین می‌کند.3.1 ابعاد بسته‌بندی و پین‌اوت

دستگاه مطابق با یک بسته‌بندی استاندارد نمایشگر LED دو رقمی است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر ارائه شده است، مگر اینکه در نقشه ابعادی به طور دیگری مشخص شده باشد. این نقشه برای طراحان چیدمان PCB جهت ایجاد جای پای صحیح، اطمینان از تناسب مکانیکی مناسب و تشکیل اتصال لحیم‌کاری صحیح، ضروری است.

طرح اتصال پین برای رابط‌سازی صحیح حیاتی است. دستگاه دارای یک

پیکربندی آند مشترک

است. دو پین آند مشترک جداگانه وجود دارد: پین 12 برای رقم 1 و پین 9 برای رقم 2. این امر کنترل یا مالتی‌پلکسینگ مستقل دو رقم را ممکن می‌سازد. کاتدهای سگمنت (A تا G و نقطه اعشار) به صورت موازی در هر دو رقم متصل شده‌اند. به عنوان مثال، پین 11 (کاتد A) سگمنت 'A' هر دو رقم 1 و 2 را کنترل می‌کند. پین‌های 6 و 8 به عنوان "بدون اتصال" (N/C) ذکر شده‌اند. یک نمودار مدار داخلی دقیق معمولاً این ساختار آند-مشترک، کاتد-موازی را برای دو رقم نشان می‌دهد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرددر حالی که دیتاشیت داده‌های جدولی ارائه می‌دهد، منحنی‌های مشخصه معمولی بینش عمیق‌تری در مورد رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد ارائه می‌کنند.منحنی ولتاژ پیشرو (VF) در مقابل جریان پیشرو (IF) اساسی است. این منحنی رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که در آن VF با افزایش IF افزایش می‌یابد. طراحان از این برای انتخاب مقدار مقاومت محدودکننده جریان مناسب برای یک ولتاژ تغذیه معین، برای دستیابی به جریان راه‌اندازی هدف (مثلاً 10mA یا 20mA) استفاده می‌کنند.

منحنی شدت نور (Iv) در مقابل جریان پیشرو (IF) نشان می‌دهد که روشنایی چگونه با جریان مقیاس می‌یابد. این منحنی در جریان‌های پایین عموماً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی و بازدهی اشباع شود. این منحنی به طراحان کمک می‌کند تا بین روشنایی، مصرف توان و طول عمر دستگاه تعادل برقرار کنند.

منحنی شدت نور در مقابل دمای محیط برای درک کاهش حرارتی حیاتی است. با افزایش دما، بازدهی چیپ LED کاهش می‌یابد که منجر به افت شدت خروجی برای همان جریان راه‌اندازی می‌شود. این امر باید در کاربردهایی که در معرض دمای عملیاتی بالا قرار دارند، در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که نمایشگر به اندازه کافی روشن باقی می‌ماند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح در طول فرآیند مونتاژ برای جلوگیری از آسیب و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

مقدار حداکثر مطلق برای لحیم‌کاری به صراحت ذکر شده است: دستگاه می‌تواند حداکثر دمای 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت 3 ثانیه تحمل کند، که در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشست بسته اندازه‌گیری می‌شود. این دستورالعمل برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو طراحی شده است. تجاوز از این محدودیت‌های زمان-دما می‌تواند باعث شکست اتصال سیم داخلی، ترک خوردگی بسته یا تخریب چیپ LED شود.

توصیه می‌شود در صورت نگهداری دستگاه‌ها در محیط‌های غیرکنترل‌شده قبل از استفاده، دستورالعمل‌های استاندارد JEDEC یا IPC برای حساسیت رطوبتی و فرآیندهای پخت دنبال شوند، اگرچه سطح خاصی در این دیتاشیت ذکر نشده است. استفاده از اقدامات احتیاطی ESD (تخلیه الکترواستاتیک) در طول مدیریت همیشه برای قطعات نیمه‌هادی توصیه می‌شود.

6. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

یکپارچه‌سازی این نمایشگر نیازمند طراحی الکتریکی و نوری دقیق است.

6.1 طراحی مدار راه‌انداز

برای یک نمایشگر آند مشترک، آندها معمولاً از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به یک منبع ولتاژ مثبت متصل می‌شوند یا از طریق ترانزیستورها سوئیچ می‌شوند. کاتدهای سگمنت به درایور IC (مانند یک درایور نمایشگر اختصاصی یا پین‌های GPIO میکروکنترلر) متصل می‌شوند که جریان را به زمین می‌کشاند تا سگمنت روشن شود. مقدار مقاومت محدودکننده جریان (R) با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vcc - VF - Vdriver_sat) / IF، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، VF ولتاژ پیشرو سگمنت LED (برای قابلیت اطمینان از مقدار معمول یا حداکثر استفاده کنید)، Vdriver_sat ولتاژ اشباع ترانزیستور یا درایور IC، و IF جریان پیشرو مطلوب است.

برای مالتی‌پلکسینگ دو رقم، آندهای مشترک (پین‌های 9 و 12) به طور متناوب در فرکانس بالا (معمولاً >100 هرتز) روشن می‌شوند. هنگامی که آند رقم 1 فعال است، درایورهای کاتد الگوی رقم 1 را ارائه می‌دهند. سپس، آند رقم 2 با الگوی متناظر آن فعال می‌شود. این امر تعداد پین‌های درایور مورد نیاز را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد اما نیازمند زمان‌بندی دقیق برای جلوگیری از سوسو زدن و اثر شبح است.

6.2 یکپارچه‌سازی نوری

صفحه خاکستری روشن یک پس‌زمینه خنثی و غیربازتابنده فراهم می‌کند که کنتراست را افزایش می‌دهد. هنگام طراحی محفظه محصول، استفاده از یک پنجره یا فیلتر را در نظر بگیرید. یک فیلتر چگالی خنثی می‌تواند برای کاهش روشنایی در محیط‌های بسیار تاریک استفاده شود، در حالی که یک فیلتر رنگی (مثلاً قرمز) می‌تواند کنتراست را در شرایط روشن بیشتر افزایش دهد. زاویه دید گسترده باید هنگام قرارگیری نمایشگر نسبت به خطوط دید مورد انتظار کاربر در نظر گرفته شود.

7. مقایسه و تمایز فنی

تمایز کلیدی این دستگاه استفاده از فناوری

AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم)

است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (فسفید آرسنید گالیم)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. این بدان معناست که برای همان مقدار توان الکتریکی (وات)، نور بیشتری (لومن) تولید می‌کند که منجر به روشنایی بالاتر و/یا مصرف توان پایین‌تر می‌شود.

علاوه بر این، LEDهای AlInGaP به طور کلی به دلیل خواص مواد بهتر، پایداری دمایی برتر و عمر طولانی‌تری دارند. خروجی "هایپر رد" (طول موج غالب 639 نانومتر) نیز یک رنگ قرمز متمایز و اشباع‌شده در مقایسه با رنگ قرمز اغلب متمایل به نارنجی فناوری‌های قدیمی است. در مقایسه با جایگزین‌های معاصر، ترکیب خاص ارتفاع رقم 0.56 اینچ، پیکربندی آند مشترک و دسته‌بندی تضمین‌شده شدت نور، ویژگی‌های تعیین‌کننده آن برای طراحانی است که یک نمایشگر را انتخاب می‌کنند.8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)س: عبارت "دسته‌بندی شده بر اساس شدت نور" به چه معناست؟

پ: به این معنی است که LEDها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده آنها در یک جریان آزمایش استاندارد، آزمایش و دسته‌بندی (بینینگ) می‌شوند. این امر ثبات را هنگامی که چندین رقم در کنار هم استفاده می‌شوند تضمین می‌کند و از این که یک رقم به طور محسوسی روشن‌تر یا تاریک‌تر از همسایگان خود به نظر برسد جلوگیری می‌نماید.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پین میکروکنترلر 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر، مستقیماً نه. ولتاژ پیشرو معمول 2.6 ولت است و یک پین GPIO میکروکنترلر نمی‌تواند به اندازه کافی جریان را به طور ایمن تأمین یا دریافت کند (معمولاً حداکثر 20-40 میلی‌آمپر به ازای هر پین، با یک محدودیت کلی برای چیپ). شما باید از مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی و احتمالاً درایورهای ترانزیستوری یا یک درایور IC نمایشگر اختصاصی برای تأمین جریان و ولتاژ صحیح استفاده کنید.

س: چرا دو پین آند مشترک جداگانه برای دو رقم وجود دارد؟

پ: این امر مالتی‌پلکسینگ را ممکن می‌سازد. با روشن کردن آند برای رقم 1 و تنظیم سگمنت‌های آن، سپس خاموش کردن آن و روشن کردن آند برای رقم 2 با سگمنت‌های آن، و تکرار سریع این چرخه، شما می‌توانید دو رقم را تنها با استفاده از 7 پین سگمنت + 2 پین رقم = 9 پین کنترل کنید، به جای 7 x 2 = 14 پین اگر هر سگمنت به طور مستقل سیم‌کشی شده بود.

س: هدف از پین‌های "بدون اتصال" (N/C) چیست؟

پ: آنها پین‌های فیزیکی موجود روی بسته‌بندی هستند که از نظر الکتریکی به مدار داخلی LED متصل نیستند. آنها اغلب برای پایداری مکانیکی بسته‌بندی در طول فرآیند قالب‌گیری یا برای حفظ فاصله و جای پای استاندارد پین‌ها گنجانده می‌شوند. آنها نباید در مدار متصل شوند.

9. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

یک LED (دیود ساطع نور) یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو بیش از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک دیود سیلیکونی استاندارد، این انرژی عمدتاً به صورت گرما آزاد می‌شود. در ماده‌ای مانند AlInGaP، شکاف انرژی به گونه‌ای است که بخش قابل توجهی از این انرژی بازترکیب به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی شکاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. شکاف انرژی AlInGaP برای تولید نور در ناحیه قرمز تا کهربایی طیف با بازدهی بالا طراحی شده است. بستر غیرشفاف GaAs به انعکاس بیشتر نور تولید شده از بالای دستگاه کمک می‌کند و بازده استخراج نور کلی را بهبود می‌بخشد.

10. روندهای توسعه

حوزه فناوری نمایشگر به طور مداوم در حال تکامل است. در حالی که ارقام LED گسسته مانند این یکی به دلیل سادگی، روشنایی و قابلیت اطمینان خود برای کاربردهای خاص حیاتی باقی می‌مانند، چندین روند قابل توجه است. یک حرکت کلی به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر وجود دارد، مانند ماژول‌های چندرقمی با کنترلرهای داخلی (رابط I2C یا SPI) که وظیفه میکروکنترلر میزبان را ساده می‌کنند. تلاش برای بازدهی بالاتر ادامه دارد، که به طور بالقوه از AlInGaP به سیستم‌های مواد حتی پیشرفته‌تر برای تابش قرمز/نارنجی حرکت می‌کند. علاوه بر این، تقاضا برای گاموت رنگ گسترده‌تر و مختصات رنگ سنجی خاص در کاربردهای حرفه‌ای ممکن است منجر به دسته‌بندی دقیق‌تر و مشخصات سخت‌تر روی طول موج غالب و خلوص رنگ شود. با این حال، مزایای اساسی رقم LED گسسته - استحکام، روشنایی بالا، هزینه کم برای نمایش عددی ساده و زاویه دید عالی - ارتباط مستمر آن را در بسیاری از محصولات صنعتی و تجاری تضمین می‌کند.

An LED (Light Emitting Diode) is a semiconductor p-n junction diode. When a forward voltage exceeding the diode's threshold is applied, electrons from the n-type region and holes from the p-type region are injected into the junction region. When these charge carriers (electrons and holes) recombine, they release energy. In a standard silicon diode, this energy is released primarily as heat. In a material like AlInGaP, the energy bandgap is such that a significant portion of this recombination energy is released as photons (light). The specific wavelength (color) of the emitted light is determined by the bandgap energy of the semiconductor material. AlInGaP's bandgap is engineered to produce light in the red to amber region of the spectrum with high efficiency. The non-transparent GaAs substrate helps reflect more of the generated light out through the top of the device, improving overall light extraction efficiency.

. Development Trends

The field of display technology is continuously evolving. While discrete LED digits like this one remain vital for specific applications due to their simplicity, brightness, and reliability, several trends are notable. There is a general movement towards higher integration, such as multi-digit modules with built-in controllers (I2C or SPI interface) that simplify the host microcontroller's task. The pursuit of higher efficiency continues, potentially moving from AlInGaP to even more advanced material systems for red/orange emission. Furthermore, the demand for wider color gamuts and specific chromaticity coordinates in professional applications may drive more precise binning and tighter specifications on dominant wavelength and color purity. However, the fundamental advantages of the discrete LED digit\u2014ruggedness, high brightness, low cost for simple numeric display, and excellent viewing angle\u2014ensure its continued relevance in many industrial and commercial products.