دیتاشیت نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای LTS-5703AKF - ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-5703AKF یک ماژول نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای تک‌رقمی با عملکرد بالا است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و روشن طراحی شده است. این محصول دارای ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) می‌باشد که آن را برای پنل‌های با اندازه متوسط و ابزار دقیقی که خوانایی از فاصله متوسط در آنها ضروری است، مناسب می‌سازد. این دستگاه از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) بر روی بستر آرسنید گالیم (GaAs) برای تولید نور متمایز زرد-نارنجی استفاده می‌کند. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و روشنایی عالی شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری روشن با قطعات سفید است که کنتراست بالایی برای ظاهر بهینه کاراکتر تحت شرایط نوری مختلف فراهم می‌کند.

مزایای اصلی آن شامل نیاز به توان کم، روشنایی بالا، زاویه دید گسترده و قابلیت اطمینان حالت جامد است. قطعات به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پیوسته و یکنواخت باشند و خروجی بصری ثابت و حرفه‌ای را تضمین کنند. دستگاه بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده و در بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) ارائه می‌شود که آن را برای طراحی‌های الکترونیکی مدرن با ملاحظات زیست‌محیطی مناسب می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی محدودیت‌های عملکرد و شرایط استفاده مطمئن را تعریف می‌کنند. رتبه‌بندی حداکثر مطلق، مرزهایی را مشخص می‌کند که برای جلوگیری از آسیب دائمی نباید از آنها تجاوز کرد. جریان مستقیم پیوسته برای هر قطعه در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، با ضریب کاهش خطی 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط. جریان مستقیم پیک، که تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است، 60 میلی‌آمپر می‌باشد. حداکثر اتلاف توان برای هر قطعه 70 میلی‌وات است. قابلیت تحمل ولتاژ معکوس 5 ولت است. ولتاژ مستقیم (V_F) برای هر قطعه معمولاً در محدوده 2.05 ولت تا 2.6 ولت است وقتی که با جریان آزمایش استاندارد 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال می‌شود، مشخص شده است.

2.2 مشخصات نوری

عملکرد نوری در قلب عملکرد آن قرار دارد. شدت روشنایی متوسط (I_V) یک متریک کلیدی است، با حداقل 800 میکروکاندلا، مقدار معمول 1667 میکروکاندلا و بدون حداکثر مشخص شده تحت شرایط آزمایش I_F= 1 میلی‌آمپر. این روشنایی بالا، دید خوب را تضمین می‌کند. ویژگی‌های رنگ توسط طول موج تعریف می‌شود: طول موج اوج تابش (λ_p) معمولاً 611 نانومتر است و طول موج غالب (λ_d) معمولاً 605 نانومتر است که هر دو در I_F= 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری شده‌اند و خروجی را به طور قطع در طیف زرد-نارنجی قرار می‌دهند. پهنای نیم‌خط طیفی (Δλ) تقریباً 17 نانومتر است که نشان‌دهنده انتشار رنگی نسبتاً خالص است. تطابق شدت روشنایی بین قطعات (برای نواحی روشن مشابه) دارای حداکثر نسبت 2:1 است که یکنواختی در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

2.3 رتبه‌بندی حرارتی و محیطی

دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای نگهداری 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است. این محدوده گسترده، آن را برای استفاده در محیط‌های مختلف، از کنترل‌های صنعتی تا الکترونیک مصرفی مناسب می‌سازد. برای مونتاژ، دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه مشخص شده است که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک مرجع استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه "بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است." این به فرآیندی اشاره دارد که قطعات بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده، مرتب و گروه‌بندی می‌شوند. در تولید LED، دسته‌هایی (بین‌ها) ایجاد می‌شوند تا قطعات با ویژگی‌های عملکردی مشابه، مانند شدت روشنایی، ولتاژ مستقیم و طول موج غالب، در کنار هم قرار گیرند. با خرید از یک دسته خاص، طراحان می‌توانند یکنواختی روشنایی را در بین چندین نمایشگر در یک محصول تضمین کنند و از تفاوت‌های محسوس بین ارقام یا واحدها جلوگیری نمایند. اگرچه کدها یا محدوده‌های دقیق این دسته‌بندی در این سند جزئیات داده نشده، طراحان برای برنامه‌ریزی تولید و تضمین یکنواختی بصری در کاربرد خود، باید مستندات دقیق دسته‌بندی سازنده را مطالعه کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاصی در متن ارائه نشده، اما چنین منحنی‌هایی در مستندات LED استاندارد بوده و برای طراحی حیاتی هستند. این منحنی‌ها معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• شدت روشنایی نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان درایو افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً غیرخطی است و بازده در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی کاهش می‌یابد.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:این نمودار مشخصه IV دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان ضروری است.
• شدت روشنایی نسبی در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد و اهمیت مدیریت حرارت در کاربردهای با روشنایی بالا یا چرخه کاری بالا را برجسته می‌کند.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که شکل و خلوص رنگ ساطع شده را نشان می‌دهد.

طراحان باید از این منحنی‌ها برای انتخاب جریان درایو مناسب، درک کاهش رتبه حرارتی و پیش‌بینی عملکرد در شرایط غیراستاندارد استفاده کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه در یک بسته‌بندی استاندارد نمایشگر LED ارائه می‌شود. نقشه ابعاد بسته‌بندی (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن ارائه نشده) معمولاً طول، عرض و ارتفاع کلی ماژول، ابعاد پنجره قطعات و فاصله و قطر دقیق ده پین را نشان می‌دهد. نکات کلیدی مکانیکی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. یک تلرانس اضافی ±0.4 میلی‌متر برای جابجایی نوک پین مجاز است که برای طراحی ردپای PCB و فرآیندهای نصب خودکار مهم است. نمودار اتصال پین به وضوح ارائه شده است که عملکرد هر یک از ده پین را برای قطعات A تا G، نقطه اعشار (D.P.) و دو پین کاتد مشترک مشخص می‌کند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمای اصلی مونتاژ ارائه شده، مشخصات دمای لحیم‌کاری است: دستگاه می‌تواند دمای 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1.59 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. این یک پارامتر حیاتی برای پروفایل‌های لحیم‌کاری ریفلو است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که پروفایل کوره ریفلو آنها از این ترکیب دما-زمان در پایه‌های قطعه تجاوز نمی‌کند تا از آسیب به باندهای سیم داخلی یا چیپ LED جلوگیری شود. باید احتیاط‌های استاندارد برای دستگاه‌های حساس به الکتریسیته ساکن رعایت شود. محدوده دمای نگهداری گسترده (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) انعطاف‌پذیری در مدیریت موجودی را فراهم می‌کند.

7. مدار داخلی و پیکربندی پین‌ها

نمودار مدار داخلی یک پیکربندی کاتد مشترک را نشان می‌دهد. این بدان معناست که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) قطعات LED به طور داخلی به هم متصل شده‌اند. LTS-5703AKF دارای دو پین کاتد مشترک (پین 3 و پین 8) است که به طور داخلی به هم متصل هستند. این امر انعطاف‌پذیری در چیدمان PCB را فراهم می‌کند. آندهای (ترمینال‌های مثبت) هر قطعه (A, B, C, D, E, F, G) و نقطه اعشار (D.P.) به پین‌های جداگانه آورده شده‌اند. پین‌اوت به شرح زیر است: پین 1: E، پین 2: D، پین 3: کاتد مشترک، پین 4: C، پین 5: D.P.، پین 6: B، پین 7: A، پین 8: کاتد مشترک، پین 9: F، پین 10: G. برای روشن کردن یک قطعه، باید یک ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) به پین آند مربوطه اعمال شود، در حالی که پین(های) کاتد مشترک باید به زمین متصل شوند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر دستگاهی که نیاز به نمایش عددی تک‌رقمی واضح دارد ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری (مولتی‌مترها، فرکانس‌شمارها)، پنل‌های کنترل صنعتی، دستگاه‌های پزشکی، لوازم خانگی مصرفی (مایکروویو، فر، قهوه‌ساز)، نمایشگرهای داشبورد خودرو (برای کامپیوترهای سفر، کنترل آب و هوا) و ترمینال‌های فروش می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری برای هر آند قطعه (یا یک مقاومت روی کاتد مشترک برای مالتی‌پلکسینگ) برای تنظیم جریان مستقیم استفاده کنید. مقدار مقاومت را بر اساس ولتاژ تغذیه (V_CC)، ولتاژ مستقیم LED (V_F~2.6 ولت حداکثر) و جریان مورد نظر (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر برای روشنایی خوب) محاسبه کنید. فرمول: R = (V_CC- V_F) / I_F.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چندرقمی، از یک طرح مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌شود که در آن ارقام به سرعت یکی پس از دیگری روشن می‌شوند. طراحی کاتد مشترک LTS-5703AKF برای این کار بسیار مناسب است. رتبه جریان پیک (60 میلی‌آمپر) اجازه می‌دهد تا جریان‌های پالسی بالاتری در طول مالتی‌پلکسینگ استفاده شود تا روشنایی درک شده قابل مقایسه با یک قطعه با درایو پیوسته حاصل شود.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده، خوانایی از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند که برای تجهیزات نصب شده روی پنل بسیار مهم است.
• مدیریت حرارتی:اگرچه دستگاه دارای محدوده عملیاتی خوبی است، اما در صورت کار در دمای محیط بالا یا جریان‌های پیوسته بالا، اطمینان از تهویه مناسب برای حفظ طول عمر و خروجی نور پایدار ضروری است.

9. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی LTS-5703AKF در فناوری ماده و ویژگی‌های عملکردی خاص آن نهفته است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز یا سبز استاندارد فسفید گالیم (GaP)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای بسیار روشن‌تر با همان جریان درایو می‌شود. در مقایسه با برخی LEDهای سفید یا آبی با روشنایی بالا مبتنی بر InGaN، رنگ زرد-نارنجی کاربردهای زیبایی‌شناختی و عملکردی متمایزی دارد و اغلب برای طرح‌های رنگ پنل خاص یا به دلیل گرمی و وضوح درک شده آن انتخاب می‌شود. اندازه 0.56 اینچی جایگاهی بین نمایشگرهای کوچک‌تر (0.3 اینچی) برای دستگاه‌های فشرده و نمایشگرهای بزرگ‌تر (1 اینچ به بالا) برای مشاهده از راه دور پر می‌کند. مطابقت آن با RoHS یک ویژگی استاندارد اما ضروری برای بازارهای جهانی مدرن است.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف از داشتن دو پین کاتد مشترک چیست؟

ج: دو پین (3 و 8) به طور داخلی به هم متصل هستند. این امر انعطاف‌پذیری در چیدمان روی PCB را فراهم می‌کند و امکان اتصال زمین را از هر دو طرف بسته فراهم می‌سازد که می‌تواند مسیریابی را ساده‌تر کند، به ویژه در طراحی‌های فشرده یا هنگام استفاده از PCBهای یک‌لایه.

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

ج: خیر. شما همیشه باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. یک پین میکروکنترلر معمولاً نمی‌تواند به طور ایمن 20 میلی‌آمپر را تامین کند و حتی اگر بتواند، بدون مقاومت، LED سعی می‌کند جریان بیش از حدی بکشد که ممکن است به هر دو LED و میکروکنترلر آسیب برساند. مقدار مقاومت سری مناسب را محاسبه کنید.

س: "نسبت تطابق شدت روشنایی 2:1" به چه معناست؟

ج: به این معنی است که کم‌نورترین قطعه در یک دستگاه، تحت شرایط آزمایش یکسان، کمتر از نصف روشن‌ترین قطعه نخواهد بود. این امر یکنواختی بصری در سراسر رقم را تضمین می‌کند.

س: آیا این نمایشگر برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

ج: محدوده دمای عملیاتی تا 35- درجه سانتی‌گراد گسترش یافته است که بسیاری از شرایط فضای باز را پوشش می‌دهد. با این حال، دیتاشیت رتبه حفاظت در برابر نفوذ (IP) در برابر گرد و غبار و آب را مشخص نکرده است. برای استفاده در فضای باز، نمایشگر احتمالاً باید پشت یک پنجره مهر و موم شده یا درون یک محفظه محافظت شده قرار گیرد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک نمایشگر تایمر دیجیتال ساده.یک طراح در حال ساخت یک تایمر معکوس‌شونده با نمایشگر تک‌رقمی است. او LTS-5703AKF را به دلیل وضوح و اندازه آن انتخاب می‌کند. او از یک میکروکنترلر با منطق 5 ولتی استفاده می‌کند. برای جریان قطعه هدف 15 میلی‌آمپر، مقاومت محدودکننده جریان را محاسبه می‌کند: R = (5V - 2.4V) / 0.015A ≈ 173 اهم. او یک مقاومت استاندارد 180 اهمی را انتخاب می‌کند. او دو پین کاتد مشترک را از طریق یک ترانزیستور NPN (برای سوئیچینگ/مالتی‌پلکسینگ در صورت افزودن ارقام بیشتر در آینده) به یک پین زمین روی میکروکنترلر متصل می‌کند. هفت پین آند قطعات به پین‌های I/O میکروکنترلر، هر کدام از طریق مقاومت 180 اهمی خودش، متصل می‌شوند. نقطه اعشار در این طراحی استفاده نمی‌شود. نرم‌افزار اعداد 9 تا 0 را به صورت چرخه‌ای نمایش می‌دهد. کنتراست و روشنایی بالا، خوانایی آسان عدد را در یک اتاق با نور مناسب تضمین می‌کند.

12. معرفی اصل عملکرد

LTS-5703AKF بر اساس یک دیود نورافشان نیمه‌هادی حالت جامد (LED) است. ماده فعال، آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) است که بر روی یک بستر آرسنید گالیم (GaAs) رشد یافته است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه دیود (تقریباً 2 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ترتیب از لایه‌های نیمه‌هادی نوع n و نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. این حامل‌های بار بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP، انرژی شکاف نوار نیمه‌هادی را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را مشخص می‌کند - در این مورد، زرد-نارنجی (~605-611 نانومتر). هر قطعه از نمایشگر شامل یک یا چند عدد از این چیپ‌های LED ریز است. پیکربندی کاتد مشترک، تمام طرف‌های منفی این چیپ‌ها را به طور داخلی به هم متصل می‌کند و مدار درایو خارجی را ساده می‌سازد.

13. روندها و بافت فناوری

فناوری LED مبتنی بر AlInGaP یک راه‌حل بالغ و بسیار بهینه‌شده برای انتشار نور قرمز، نارنجی، کهربایی و زرد است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی و قابلیت اطمینان برتر نسبت به فناوری‌های قدیمی، برای دهه‌ها در کاربردهای با روشنایی بالا برای این رنگ‌ها غالب بوده است. روندهای فعلی در فناوری نمایشگر شامل توسعه میکرو-LEDهای حتی کارآمدتر و پذیرش گسترده LEDهای آلی (OLED) برای نمایشگرهای تمام‌رنگ و انعطاف‌پذیر است. با این حال، برای نمایشگرهای عددی قطعه‌ای تک‌رنگ که نیازمند روشنایی بسیار بالا، طول عمر طولانی و پایداری در محدوده دمایی گسترده هستند - به ویژه در زمینه‌های صنعتی، خودرو و ابزار دقیق - LEDهای مبتنی بر AlInGaP مانند نمونه موجود در این دیتاشیت، همچنان یک انتخاب ترجیحی و مقرون‌به‌صرفه باقی می‌مانند. حرکت به سمت بسته‌بندی بدون سرب (RoHS)، همانطور که در اینجا مشاهده می‌شود، یک تکامل استاندارد در سراسر صنعت است که توسط مقررات زیست‌محیطی هدایت می‌شود.