دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-5723AJF - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - رنگ زرد-نارنجی - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور محصول

LTD-5723AJF یک ماژول نمایشگر LED دو رقمی و 7 بخشی با عملکرد بالا است. عملکرد اصلی آن ارائه اطلاعات عددی و محدود الفبایی-عددی واضح و روشن در دستگاه‌های الکترونیکی است. فناوری هسته آن بر اساس ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیوم (AlInGaP) است که به طور خاص برای گسیل نور در طیف زرد-نارنجی طراحی شده است. این انتخاب مواد کلید روشنایی و بازده بالای دستگاه است. نمایشگر دارای صفحه خاکستری و رنگ بخش‌های سفید است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که سطح روشنایی یکنواخت در بین دسته‌های تولید را تضمین می‌کند. دستگاه به صورت نوع کاتد مشترک طراحی شده است که پیکربندی استانداردی برای ساده‌سازی مدار درایو در نمایشگرهای چند رقمی است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد این نمایشگر قرار دارد. شدت نور متوسط (Iv) در جریان مستقیم (IF) برابر 1mA از حداقل 320 µcd تا مقدار معمول 900 µcd مشخص شده است. این پارامتر میزان نور مرئی گسیل شده را نشان می‌دهد و برای تعیین قابلیت مشاهده نمایشگر بسیار مهم است. طول موج غالب (λd) برابر 605 نانومتر و طول موج اوج گسیل (λp) در IF=20mA برابر 611 نانومتر است که خروجی را به طور قطعی در ناحیه زرد-نارنجی طیف مرئی قرار می‌دهد. پهنای نیم‌ارتفاع خط طیفی (Δλ) برابر 17 نانومتر است که خلوص یا باریکی رنگ گسیل شده را توصیف می‌کند؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده منبع نور تک‌رنگ‌تر است. تطابق شدت نور بین بخش‌ها تضمین شده است که در نسبت 2:1 باشد و ظاهر یکنواخت در تمام بخش‌های روشن یک کاراکتر را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدوده‌های عملیاتی و شرایط برای استفاده مطمئن را تعریف می‌کنند. حداکثر مقادیر مطلق محدودیت‌های سخت را تعیین می‌کنند: جریان مستقیم پیوسته برای هر بخش 25 میلی‌آمپر (با کاهش خطی از دمای 25 درجه سانتی‌گراد به میزان 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد)، جریان مستقیم پیک 60 میلی‌آمپر در شرایط پالسی و حداکثر ولتاژ معکوس 5 ولت برای هر بخش. ولتاژ مستقیم معمول (VF) برای هر بخش در IF=20mA برابر 2.6 ولت با حداقل 2.05 ولت است. این ولتاژ مستقیم یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار محدودکننده جریان است. جریان معکوس (IR) حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V است که سطح نشتی زمانی که LED در بایاس معکوس قرار دارد را نشان می‌دهد. اتلاف توان برای هر بخش به 70 میلی‌وات محدود شده است که بر طراحی حرارتی تأثیر می‌گذارد.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی یکسان درجه‌بندی شده است. این محدوده وسیع آن را برای کاربردها در محیط‌های چالش‌برانگیز، از کنترل‌های صنعتی تا فضای داخلی خودرو مناسب می‌سازد. مشخصات دمای لحیم‌کاری برای مونتاژ حیاتی است: دستگاه می‌تواند دمای 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند. رعایت این پروفایل ریفلو برای جلوگیری از آسیب به تراشه‌های نیمه‌هادی داخلی و اتصالات سیمی در طی فرآیند مونتاژ سطحی ضروری است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده اجرای فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید است. LEDها بر اساس خروجی نوری اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (احتمالاً 1mA یا 20mA مطابق دیتاشیت) آزمایش و گروه‌بندی (بین) می‌شوند. این امر تضمین می‌کند که مشتریان نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت و قابل پیش‌بینی دریافت می‌کنند. اگرچه ساختار کد بین خاص در این گزیده توضیح داده نشده است، اما چنین سیستم‌هایی معمولاً از کدهای الفبایی-عددی برای نشان دادن محدوده‌های از پیش تعریف شده شدت نور، ولتاژ مستقیم و گاهی طول موج استفاده می‌کنند. طراحان باید مستندات کامل دسته‌بندی سازنده را برای انتخاب گرید مناسب با نیازهای یکنواختی روشنایی کاربرد خود، بررسی کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند که برای تحلیل طراحی عمیق ضروری هستند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً غیرخطی است و بازده (لومن بر وات) اغلب در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی کاهش می‌یابد.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:این منحنی مشخصه I-V دیود را نشان می‌دهد که برای انتخاب مقاومت سری صحیح یا طراحی درایورهای جریان ثابت بسیار مهم است.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه روشنایی با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. درک این کاهش ظرفیت برای کاربردهایی که در دمای محیط بالا کار می‌کنند حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج که پیک در 611 نانومتر و پهنای نیم‌ارتفاع 17 نانومتر را نشان می‌دهد و ویژگی‌های رنگ را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها به مهندسان اجازه می‌دهد تا شرایط درایو را برای تعادل بین روشنایی، بازده و طول عمر بهینه‌سازی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه با یک نقشه ابعاد بسته‌بندی دقیق ارائه شده است (که به طور کامل در متن رندر نشده است). ویژگی‌های مکانیکی کلیدی استنباط شده و استاندارد برای چنین بسته‌بندی‌هایی شامل موارد زیر است: ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) که اندازه کاراکتر را تعریف می‌کند. بسته‌بندی به صورت دو رقمی و کنار هم در یک محفظه واحد است. این دستگاه دارای 18 پایه برای اتصال الکتریکی است که در یک پیکربندی استاندارد DIP (بسته دو ردیفه) یا مشابه چیده شده‌اند. یادداشت "Rt. Hand Decimal" در توضیح قطعه نشان‌دهنده وجود یک نقطه اعشار سمت راست برای هر رقم است. صفحه خاکستری و رنگ بخش‌های سفید بخشی از طراحی بسته‌بندی برای افزایش کنتراست هستند. ابعاد دقیق، فاصله پایه‌ها و طرح کلی بسته در نقشه ابعادی موجود است، با تلرانس ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

6. اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

جدول اتصال پایه‌ها ارائه شده است. این جدول یک پیکربندی 18 پایه‌ای را به تفصیل شرح می‌دهد که در آن پایه‌های 1 تا 12 و 15 تا 18 آند برای بخش‌های خاص (A تا G و DP) برای رقم 1 و رقم 2 هستند. پایه‌های 13 و 14 به ترتیب کاتد مشترک برای رقم 2 و رقم 1 هستند. این معماری کاتد مشترک به این معنی است که تمام بخش‌های LED برای یک رقم واحد یک اتصال زمین (کاتد) مشترک دارند. نمودار مدار داخلی، که به آن اشاره شده اما نشان داده نشده است، نحوه اتصال 14 بخش (7 بخش برای هر رقم، به اضافه نقاط اعشار) به این پایه‌های آند و کاتد را نشان می‌دهد. این ساختار اجازه مالتی‌پلکسینگ را می‌دهد، که در آن ارقام به سرعت یکی پس از دیگری با سوئیچ کردن کاتدهای مشترک آن‌ها روشن می‌شوند و تعداد کل پایه‌های درایور مورد نیاز را کاهش می‌دهد.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی مونتاژ ارائه شده، مشخصات دمای لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این یک پروفایل ریفلو استاندارد برای بسیاری از فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب است. ملاحظات کلیدی شامل موارد زیر است:

• پروفایل ریفلو:مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که پروفایل کوره از این دما/زمان در بدنه قطعه فراتر نرود تا از آسیب به بسته‌بندی اپوکسی و تراشه داخلی جلوگیری شود.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه ذکر نشده است، اما LEDهای AlInGaP دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند و باید با احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) مورد استفاده قرار گیرند.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از روش‌های سازگار با مواد اپوکسی نمایشگر استفاده کنید.
• ذخیره‌سازی:در محدوده مشخص شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک و ضد استاتیک ذخیره کنید تا از جذب رطوبت و تخریب جلوگیری شود.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیاز به نمایش عددی با اندازه متوسط و واضح دارند ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری (مولتی‌مترها، اسیلوسکوپ‌ها)، پنل‌های کنترل صنعتی، پایانه‌های فروش، نمایشگرهای داشبورد خودرو (برای اطلاعات غیرحیاتی)، لوازم خانگی مصرفی (مایکروویوها، اجاق‌ها، تجهیزات صوتی) و دستگاه‌های پزشکی است. رنگ زرد-نارنجی اغلب به دلیل قابلیت مشاهده بالا و درخشش کمتر درک شده در مقایسه با قرمز یا سبز خالص، به ویژه در شرایط نوری متغیر، انتخاب می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• مدار درایو:از درایورهای جریان ثابت یا مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب برای هر خط آند استفاده کنید. مقادیر مقاومت را بر اساس ولتاژ تغذیه (Vcc)، ولتاژ مستقیم معمول (Vf ~2.6V) و جریان مستقیم مورد نظر (به عنوان مثال، 10-20 میلی‌آمپر برای روشنایی خوب) محاسبه کنید.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چند رقمی مانند این، یک طرح درایو مالتی‌پلکس کارآمد است. این شامل فعال کردن متوالی کاتد مشترک هر رقم از طریق یک سوئیچ ترانزیستوری در حالی است که داده بخش برای آن رقم روی خطوط آند ارائه می‌شود. نرخ تازه‌سازی باید به اندازه کافی بالا (>60 هرتز) باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعای "زاویه دید وسیع" دارد، اما برای قرارگیری بهینه، خط دید کاربر اصلی نسبت به سطح نمایشگر را در نظر بگیرید.
• کنترل روشنایی:روشنایی را می‌توان با تغییر جریان مستقیم (در محدوده مجاز) یا با استفاده از مدولاسیون عرض پالس (PWM) روی جریان درایو تنظیم کرد.

9. مقایسه و تمایز فنی

مزایای کلیدی LTD-5723AJF ریشه در فناوری AlInGaP آن در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای استاندارد GaAsP (گالیوم آرسنید فسفید) دارد:

• روشنایی و بازده بالاتر:سیستم‌های مواد AlInGaP در تبدیل انرژی الکتریکی به نور در طیف‌های قرمز، نارنجی و زرد به طور قابل توجهی کارآمدتر هستند و منجر به شدت نور بالاتر در جریان درایو یکسان می‌شوند.
• پایداری دمایی بهتر:LEDهای AlInGaP به طور کلی تغییرات کمتری در خروجی نوری و طول موج با تغییرات دما در مقایسه با فناوری‌های قدیمی نشان می‌دهند.
• غلظت رنگ:پهنای نیم‌ارتفاع طیفی 17 نانومتر نشان‌دهنده رنگی نسبتاً خالص است که می‌تواند از نظر بصری جذاب‌تر و متمایزتر از منابع نوری با طیف پهن‌تر باشد.
• کنتراست:ترکیب صفحه خاکستری و بخش‌های سفید برای حداکثر کردن کنتراست زمانی که بخش‌ها خاموش هستند طراحی شده است و خوانایی کلی را در مقایسه با نمایشگرهای دارای صفحه سیاه یا بخش‌های رنگی متفاوت بهبود می‌بخشد.

10. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: هدف از "نسبت تطابق شدت نور" 2:1 چیست؟

ج: این تضمین می‌کند که کم‌نورترین بخش در یک کاراکتر در شرایط یکسان کمتر از نصف روشن‌ترین بخش نخواهد بود. این امر یکنواختی بصری را تضمین می‌کند و از این که برخی بخش‌ها به طور محسوسی کم‌نورتر از بقیه به نظر برسند جلوگیری می‌کند که برای خوانایی حیاتی است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، اما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر آند استفاده کنید. به عنوان مثال، برای دستیابی به IF معمول 20mA با منبع تغذیه 5 ولت و VF برابر 2.6 ولت، مقدار مقاومت R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 اهم خواهد بود. همیشه اتلاف توان در مقاومت را نیز بررسی کنید.

س: "کاتد مشترک" برای طراحی مدار من به چه معناست؟

ج: به این معنی است که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) LEDهای یک رقم به طور داخلی به یک پایه واحد (پایه 14 برای رقم 1، پایه 13 برای رقم 2) متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک رقم، شما یک ولتاژ مثبت به آندهای بخش مورد نظر اعمال می‌کنید در حالی که پایه کاتد مشترک آن رقم را به زمین (0 ولت) متصل می‌کنید. این مالتی‌پلکسینگ را ساده می‌کند.

س: چگونه باید رتبه "جریان مستقیم پیک" 60mA را تفسیر کنم؟

ج: این حداکثر جریان لحظه‌ای است که LED می‌تواند در شرایط پالس بسیار کوتاه (عرض پالس 0.1ms، چرخه وظیفه 1/10) تحمل کند. این برای کارکرد پیوسته نیست. تجاوز از جریان مستقیم پیوسته (25 میلی‌آمپر) می‌تواند باعث تخریب سریع یا خرابی شود.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک شمارنده ساده دو رقمی با استفاده از یک میکروکنترلر را در نظر بگیرید. پایه‌های I/O میکروکنترلر از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به 12 خط آند (بخش‌های A تا G و DP برای دو رقم) متصل می‌شوند. دو پایه میکروکنترلر اضافی ترانزیستورهای NPN را کنترل می‌کنند که کلکتورهای آن‌ها به پایه‌های کاتد مشترک (13 و 14) و امیترها به زمین متصل هستند. نرم‌افزار یک روال مالتی‌پلکسینگ را پیاده‌سازی می‌کند: هر دو ترانزیستور کاتد را خاموش می‌کند، پایه‌های I/O را برای نمایش بخش‌های "رقم 1" تنظیم می‌کند، سپس به طور مختصر ترانزیستور کاتد رقم 1 را روشن می‌کند. سپس این فرآیند را برای رقم 2 تکرار می‌کند. این چرخه به طور مداوم با فرکانس بالا اجرا می‌شود. جریان متوسط هر بخش توسط جریان پیک و چرخه وظیفه تعیین می‌شود (به عنوان مثال، پیک جریان 20mA با چرخه وظیفه 50% برای هر رقم، متوسط 10mA را می‌دهد). این رویکرد تعداد قطعات و مصرف توان را به حداقل می‌رساند.

12. معرفی اصول عملکرد

اصل عملکرد بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی است. ساختار کریستالی AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیوم) ناحیه فعال را تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 2.0-2.2 ولت) اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در AlInGaP، بخش قابل توجهی از این انرژی به صورت فوتون (نور) با طول موج متناسب با انرژی شکاف نواری ماده آزاد می‌شود که برای حدود 605-611 نانومتر (زرد-نارنجی) طراحی شده است. زیرلایه غیرشفاف GaAs به انعکاس نور به سمت بالا کمک می‌کند و بازده استخراج نور خارجی را بهبود می‌بخشد. هر بخش از نمایشگر 7 بخشی شامل یک یا چند تراشه LED کوچک AlInGaP است.

13. روندهای توسعه

در حالی که این دستگاه خاص نمایانگر فناوری بالغ است، زمینه گسترده‌تر نمایشگرهای LED همچنان در حال تکامل است. روندهای مرتبط با چنین نمایشگرهای نشانگر و بخشی شامل موارد زیر است:

• افزایش بازده:تحقیقات مداوم علوم مواد با هدف بهبود بازده کوانتومی داخلی (تولید فوتون بیشتر به ازای هر الکترون) و بازده استخراج نور (خروج فوتون بیشتر از تراشه) است که منجر به نمایشگرهایی می‌شود که در توان پایین‌تر روشن‌تر هستند.
• کوچک‌سازی:تلاش مداومی برای فاصله پیکسل کوچک‌تر و وضوح بالاتر، حتی در نمایشگرهای بخشی وجود دارد که امکان اطلاعات بیشتر در همان فضا را فراهم می‌کند.
• یکپارچه‌سازی:روندها شامل یکپارچه‌سازی ICهای درایور LED مستقیماً در بسته‌بندی یا ماژول نمایشگر است که طراحی مدار کاربر نهایی را ساده می‌کند.
• مواد جدید:در حالی که AlInGaP بر طیف قرمز-نارنجی-زرد تسلط دارد، سیستم‌های مواد دیگر مانند InGaN (برای آبی/سبز/سفید) نیز در حال پیشرفت هستند. روند به سمت قابلیت تمام رنگی در نمایشگرهای با قالب کوچک است.
• زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر:تحقیقات در مورد قرار دادن تراشه‌های LED روی مدارهای انعطاف‌پذیر می‌تواند منجر به قالب‌های جدید نمایشگر شود، اگرچه این موضوع بیشتر به ماتریس نقطه‌ای مرتبط است تا نمایشگرهای بخشی سنتی.

LTD-5723AJF با فناوری اثبات شده AlInGaP خود، یک راه‌حل قابل اعتماد و با عملکرد بالا برای کاربردهایی ارائه می‌دهد که ویژگی‌های خاص رنگ، روشنایی و اندازه آن مورد نیاز است.