دیتاشیت نمایشگر ماتریکس نقطه‌ای LED مدل LTP-2157AKS - ارتفاع 2.0 اینچ - زرد AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTP-2157AKS یک ماژول نمایشگر تک‌رنگ ماتریکس نقطه‌ای است که برای نمایش کاراکترهای الفبایی-عددی طراحی شده است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی بصری واضح و روشن برای کاربردهایی است که نیاز به نمایش اطلاعات دارند، مانند نمایشگرهای ساده، نشانگرها یا سیستم‌های پیام‌رسانی پایه. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای چیپ‌های LED است که به دلیل تولید نور با بازدهی بالا در طیف کهربایی/زرد/قرمز شناخته می‌شود. نمایشگر دارای پیکربندی آرایه 5x7 است که استاندارد نمایش کاراکترها و نمادهای ASCII می‌باشد. طراحی فیزیکی آن شامل صفحه سیاه با رنگ نقطه سفید است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. این محصول برای طراحان سیستم‌های نهفته، سازندگان پنل‌های کنترل صنعتی و توسعه‌دهندگان لوازم الکترونیکی مصرفی که نیاز به یک راه‌حل نمایش قابل اعتماد و کم‌پیچیدگی دارند، هدف‌گیری شده است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

پارامتر نورسنجی کلیدی، شدت نور متوسط (Iv) است که با مقدار معمول 3600 میکروکاندلا (μcd) تحت شرایط تست جریان پالسی 32mA و چرخه کاری 1/16 مشخص شده است. این نشان‌دهنده خروجی با روشنایی بالا مناسب برای کاربردهای داخلی و بسیاری از کاربردهای فضای باز است. طول موج اوج انتشار (λp) 588 نانومتر و طول موج غالب (λd) 587 نانومتر است که نور منتشر شده را به طور محکمی در ناحیه زرد طیف مرئی قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) برابر 15 نانومتر، نشان‌دهنده رنگی نسبتاً خالص با حداقل گسترش طیفی است. نسبت تطابق شدت نور بین سگمنت‌ها حداکثر 2:1 مشخص شده است که ظاهری یکنواخت در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی الکتریکی اصلی، ولتاژ پیشرو (Vf) به ازای هر سگمنت است که مقدار معمول آن 2.6V و حداکثر آن 2.6V در جریان تست (If) برابر 20mA است. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار درایور است. ریتینگ‌های حداکثر مطلق محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند: جریان پیشرو متوسط به ازای هر نقطه 25 میلی‌آمپر (با کاهش خطی 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد بالای 25 درجه سانتی‌گراد)، جریان پیشرو پیک به ازای هر نقطه 60 میلی‌آمپر و ولتاژ معکوس به ازای هر نقطه 5 ولت. تجاوز از این ریتینگ‌ها می‌تواند باعث آسیب دائمی شود. جریان معکوس (Ir) حداکثر 100 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت مشخص شده است.

2.3 ویژگی‌های حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی یکسان ریتینگ شده است. این محدوده وسیع، قابلیت اطمینان در محیط‌های خشن را تضمین می‌کند. حد تلفات توان به طور متوسط 70 میلی‌وات به ازای هر نقطه است. فاکتور کاهش جریان پیشرو (0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد) برای محاسبه جریان‌های عملیاتی ایمن در دمای محیط بالا به منظور جلوگیری از گرمای بیش از حد و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است.

3. توضیح سیستم باینینگ

دیتاشیت ارائه شده به طور صریح جزئیات یک سیستم باینینگ رسمی برای طول موج، شار نوری یا ولتاژ را شرح نمی‌دهد. با این حال، مشخصات، مقادیر حداقل، معمول و حداکثر را برای پارامترهای کلیدی مانند شدت نور (حداقل 2100 μcd، معمول 3600 μcd) و ولتاژ پیشرو (حداقل 2.05V، معمول/حداکثر 2.6V) ارائه می‌دهد. در عمل، تولیدکنندگان اغلب محصولات را بر اساس عملکرد اندازه‌گیری شده در باین‌ها گروه‌بندی می‌کنند تا یکنواختی درون یک دسته تولیدی را تضمین کنند. طراحان در صورت نیاز به تطابق دقیق پارامترها برای کاربرد خود، باید برای اطلاعات باینینگ خاص با تولیدکننده مشورت کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" در صفحه آخر اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن جزئیات داده نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• جریان پیشرو در مقابل ولتاژ پیشرو (منحنی I-V):این نمودار رابطه غیرخطی بین جریان و ولتاژ برای LED را نشان می‌دهد. برای طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است، زیرا یک تغییر کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث تغییر بزرگی در جریان شود.
• شدت نور در مقابل جریان پیشرو:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده عملیاتی یک رابطه تقریباً خطی است، قبل از اینکه بازده در جریان‌های بسیار بالا کاهش یابد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:این نمودار کاهش خروجی نور را با افزایش دمای اتصال نشان می‌دهد. برای LEDهای AlInGaP، شدت نور معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که اوج را در حدود 588 نانومتر و پهنای نیمه 15 نانومتری را نشان می‌دهد و خلوص رنگ را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و برای بهینه‌سازی طراحی برای عملکرد و طول عمر حیاتی هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

LTP-2157AKS در قالب استاندارد بسته دو ردیفه (DIP) ارائه شده است که برای نصب روی PCB از نوع سوراخ‌دار مناسب است. ابعاد بسته بر حسب میلی‌متر ارائه شده است با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر. یک ویژگی مکانیکی کلیدی، تلرانس جابجایی نوک پایه به میزان ±0.4 میلی‌متر است که برای تراز سوراخ‌های PCB در حین مونتاژ مهم است. دستگاه از بسته بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) استفاده می‌کند. ظاهر فیزیکی آن با صفحه سیاه و نقاط سفید مشخص می‌شود که برای جذب نور محیط و بهبود کنتراست با تیره‌تر نشان دادن نواحی روشن نشده عمل می‌کند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

بخش ریتینگ‌های حداکثر مطلق، شرایط لحیم‌کاری خاصی را ارائه می‌دهد: دستگاه می‌تواند در معرض دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه قرار گیرد، که در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن بسته اندازه‌گیری می‌شود. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی است تا از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED یا اتصالات سیمی داخلی جلوگیری شود. ضروری است که در طول فرآیند مونتاژ از ریتینگ حداکثر دما تجاوز نشود. هنگام کار با دستگاه باید احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) رعایت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه به وضوح به عنوان LTP-2157AKS شناسایی شده است. دیتاشیت جزئیات بسته‌بندی فله مانند تعداد در رول، تعداد در تیوب یا پیکربندی سینی را مشخص نمی‌کند. برای تولید انبوه، مهندسان باید برای به دست آوردن جزئیات در مورد حداقل مقادیر سفارش، نوع بسته‌بندی (مثلاً تیوب‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک) و قراردادهای برچسب‌گذاری با تأمین‌کننده تماس بگیرند. "شماره مشخصات" و "تاریخ مؤثر" قابلیت ردیابی را به نسخه خاصی از مستندات فنی ارائه می‌دهند.

8. پیشنهادات کاربرد

8.1 سناریوهای کاربرد معمول

این نمایشگر ماتریکس نقطه‌ای 5x7 برای کاربردهایی که نیاز به خروجی کاراکتری ساده و خوانا دارند ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: پنل‌های ابزار صنعتی (برای نمایش مقادیر تنظیم، کدهای وضعیت یا پیام‌های خطا)، لوازم خانگی مصرفی (مایکروویو، ماشین لباس‌شویی)، نمایشگرهای اطلاعات پایه در دستگاه‌های فروش خودکار یا پایانه‌های فروش، و کیت‌های الکترونیکی آموزشی است. رنگ زرد آن اغلب برای نشانگرهای احتیاط یا جاهایی که دید بالا مورد نیاز است انتخاب می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

طراحی با این نمایشگر به دلیل معماری انتخاب X-Y (ماتریکس) آن، همانطور که در نمودار مدار داخلی نشان داده شده است، نیاز به یک مدار درایور مالتی‌پلکس دارد. جدول اتصال پایه‌ها برای اتصال صحیح میکروکنترلر یا IC درایور ضروری است. پایه‌های 4 و 11 و پایه‌های 5 و 12 به طور داخلی به هم متصل هستند که باید در چیدمان PCB و روال اسکن نرم‌افزار در نظر گرفته شوند. استفاده از یک درایور جریان ثابت برای حفظ روشنایی یکنواخت و محافظت از LEDها توصیه می‌شود. طراحی باید ریتینگ‌های حداکثر مطلق برای جریان و تلفات توان را رعایت کند، به ویژه با در نظر گرفتن فاکتور کاهش در دمای بالا. برای این دستگاه کم‌توان تحت شرایط عادی، معمولاً نیاز به هیت‌سینک نیست.

9. مقایسه فنی

در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایش، این ماتریکس LED مبتنی بر AlInGaP مزایای متمایزی ارائه می‌دهد. در مقابل LEDهای قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده نوری و روشنایی به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد. در مقایسه با نمایشگرهای ساده 7 سگمنت، یک ماتریکس نقطه‌ای 5x7 انعطاف‌پذیری بسیار بیشتری در نمایش کاراکترهای الفبایی-عددی و گرافیک‌های ساده ارائه می‌دهد. در مقایسه با LCDها یا OLEDهای مدرن، این ماتریکس LED از نظر زاویه دید، روشنایی و استحکام برتر است، اگرچه برای یک ناحیه نمایش قابل مقایسه توان بیشتری مصرف می‌کند و به یک رنگ محدود است. تمایز اصلی آن سادگی، قابلیت اطمینان و دید بالا در شرایط نوری مختلف بدون نیاز به نور پس‌زمینه است.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چرا جریان پیشرو با چرخه کاری (1/16) مشخص شده است؟

ج: نمایشگر از یک طرح درایو مالتی‌پلکس استفاده می‌کند. برای دستیابی به جریان متوسط به ازای هر نقطه، مثلاً 5 میلی‌آمپر، درایور یک جریان پیک بالاتر (مثلاً 80 میلی‌آمپر) را برای مدت کوتاهی (1/16 چرخه اسکن) اعمال می‌کند. این امر اجازه می‌دهد تمام نقاط به ترتیب آدرس‌دهی شوند در حالی که روشنایی درک شده حفظ شده و در محدوده‌های تلفات توان متوسط باقی بماند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک منبع ولتاژ ثابت راه‌اندازی کنم؟

ج: توصیه نمی‌شود. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. ولتاژ پیشرو آن‌ها دارای تلرانس بوده و با دما تغییر می‌کند. راه‌اندازی با ولتاژ ثابت در صورتی که Vf در انتهای پایین مشخصات باشد، خطر جریان بیش از حد را دارد که منجر به کاهش طول عمر یا خرابی می‌شود. همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان یا ترجیحاً یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

س: هدف از پایه‌های متصل داخلی (4/11 و 5/12) چیست؟

ج: این اتصالات داخلی، باندینگ داخلی دی نیمه‌هادی به لیدهای بسته را ساده می‌کنند و احتمالاً به متعادل‌سازی توزیع جریان درون ماتریکس کمک می‌کنند. از دیدگاه کاربر، آن‌ها نقاط اتصال متعددی برای همان نود الکتریکی فراهم می‌کنند که می‌تواند انعطاف‌پذیری چیدمان روی PCB را ارائه دهد.

11. مورد استفاده عملی

طراحی یک کنترلر دمای ساده با نمایش مقدار تنظیم و دمای واقعی را در نظر بگیرید. LTP-2157AKS می‌تواند مقادیری مانند "SET 75" و "ACT 72" را نمایش دهد. یک میکروکنترلر 7 ردیف و 5 ستون را اسکن می‌کند. فرم‌ور شامل یک نقشه فونت خواهد بود که هر کاراکتر (مثلاً 'S'، 'E'، 'T') را به الگوی خاصی از 35 نقطه (5x7) برای روشن کردن ترجمه می‌کند. مدار درایور، که ممکن است از ترانزیستورهای گسسته یا یک IC درایور LED اختصاصی تشکیل شده باشد، جریان را از طریق کاتدهای ستون انتخاب شده می‌کشد و جریان را به آندهای ردیف انتخاب شده بر اساس پایه‌های GPIO میکروکنترلر تزریق می‌کند. روشنایی بالا اطمینان می‌دهد که نمایشگر از فاصله روی پنل کنترل قابل خواندن است.

12. معرفی اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. سیستم ماده AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم) یک نیمه‌هادی با گاف نواری مستقیم است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول این بازترکیب به صورت فوتون (نور) منتشر می‌شود. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری و در نتیجه طول موج (رنگ) نور منتشر شده را تعیین می‌کند - در این مورد، زرد (حدود 587-588 نانومتر). ماتریکس 5x7 با چیدمان 35 چیپ LED مجزا (نقطه) در یک شبکه تشکیل شده است که آندهای آن‌ها به صورت ردیفی و کاتدهای آن‌ها به صورت ستونی به هم متصل شده‌اند. این ساختار ماتریکس آند مشترک/کاتد مشترک، کنترل 35 نقطه را تنها با 12 پایه (7 ردیف + 5 ستون) ممکن می‌سازد که به طور قابل توجهی تعداد خطوط درایور مورد نیاز را در مقایسه با LEDهای آدرس‌دهی شده به صورت مجزا کاهش می‌دهد.

13. روندهای توسعه

در حالی که نمایشگرهای ماتریکس نقطه‌ای LED گسسته مانند LTP-2157AKS برای کاربردهای خاص همچنان مرتبط هستند، روند کلی در فناوری نمایش به سمت یکپارچگی و عملکرد بالاتر در حرکت است. بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار رایج‌تر می‌شوند. تراشه‌های درایور و کنترلر یکپارچه اغلب با آرایه LED در یک ماژول واحد ترکیب می‌شوند که رابط را برای طراح سیستم ساده می‌کند (مثلاً ارتباط SPI یا I2C به جای اسکن مستقیم ماتریکس). علاوه بر این، ماتریکس‌های LED تمام‌رنگ RGB برای تابلوهای دینامیک و گرافیک‌های پیچیده‌تر محبوبیت فزاینده‌ای دارند. با این حال، برای نیازهای نمایش کاراکتری ساده، مستحکم و تک‌رنگ، طراحی اساسی ارائه شده توسط این محصول همچنان یک راه‌حل قابل اعتماد و مقرون‌به‌صرفه باقی می‌ماند. پیشرفت در مواد ممکن است منجر به بازده و روشنایی حتی بالاتر از LEDهای آینده AlInGaP یا مبتنی بر نیترید مرتبط (InGaN) در طیف کهربایی/زرد شود.