دیتاشیت نمایشگر 7-سگمنت LED 0.56 اینچی - ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - AlInGaP زرد نارنجی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-5703AJF یک ماژول نمایشگر LED تک رقمی 7-سگمنت است که برای کاربردهای نیازمند نمایش عددی واضح و با قابلیت دید بالا طراحی شده است. عملکرد اصلی آن تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به یک کاراکتر عددی قابل مشاهده است. فناوری هسته از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) رسوب داده شده بر روی بستر آرسنید گالیم (GaAs) برای تولید نور در طیف زرد-نارنجی استفاده می‌کند. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و روشنایی عالی در محدوده رنگ کهربایی/نارنجی در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند فسفید گالیم استاندارد (GaP) انتخاب شده است. این دستگاه دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری روشن و سگمنت‌های سفید است که کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد.

این نمایشگر در دسته نوع کاتد مشترک طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) سگمنت‌های LED منفرد به صورت داخلی به پایه‌های مشترک متصل شده‌اند. این پیکربندی در نمایشگرهای دیجیتال رایج است و طراحی مدار هنگام استفاده از میکروکنترلر یا ICهای درایور که جریان را می‌کشند را ساده می‌کند. بازار هدف این قطعه شامل پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، لوازم خانگی، داشبورد خودرو (برای نشانگرهای غیرحساس) و هر سیستم توکار نیازمند نمایشگر عددی قابل اعتماد و کم‌مصرف است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نوری

عملکرد نوری توسط چندین پارامتر کلیدی اندازه‌گیری شده تحت شرایط تست استاندارد (Ta=25°C) تعریف می‌شود.شدت نور متوسط (Iv)با حداقل 800 μcd، معمولاً 1667 μcd و بدون حد حداکثر مشخص شده، هنگامی که با جریان مستقیم (IF) 1mA راه‌اندازی می‌شود. این پارامتر نشان‌دهنده روشنایی درک شده سگمنت‌های روشن است. شدت نور با استفاده از یک سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم انسان فوتوپیک (سازگار با نور روز) تعریف شده توسط CIE (کمیسیون بین‌المللی روشنایی) را تقریب می‌زند، اندازه‌گیری می‌شود.

مشخصات رنگ توسط طول موج تعریف می‌شود.طول موج تابش اوج (λp)معمولاً 611 نانومتر (nm) در IF=20mA است. این طول موجی است که در آن خروجی توان نوری حداکثر است.طول موج غالب (λd)معمولاً 605 نانومتر است. این طول موج منفردی است که بهترین تطابق را با رنگ درک شده نور ساطع شده دارد و برای مشخصه‌سازی رنگ مرتبط‌تر است.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)معمولاً 17 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی یا گسترش طول‌موج‌های ساطع شده حول اوج است؛ نیم‌عرض باریک‌تر نشان‌دهنده رنگ تک‌فام (خالص)‌تر است.

2.2 مشخصات الکتریکی

پارامتر الکتریکی اصلیولتاژ مستقیم هر سگمنت (VF)است که مقدار معمول آن 2.6V و حداکثر آن 2.6V در جریان مستقیم 20mA است. این افت ولتاژ در طول سگمنت LED هنگام هدایت است. حداقل مقدار به عنوان 2.05V فهرست شده است.جریان معکوس هر سگمنت (IR)با حداکثر 100 μA هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5V اعمال می‌شود، مشخص شده است که نشان‌دهنده مشخصات نشتی دستگاه در حالت خاموش است.

نسبت تطابق شدت نوربه عنوان حداکثر 2:1 برای سگمنت‌های درون یک ناحیه نوری مشابه مشخص شده است. این بدان معنی است که روشنایی یک سگمنت نباید بیش از دو برابر روشنایی سگمنت دیگر تحت شرایط راه‌اندازی یکسان باشد، که ظاهر یکنواخت رقم را تضمین می‌کند.

2.3 ریتینگ‌های حداکثر مطلق و ملاحظات حرارتی

این ریتینگ‌ها محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.جریان مستقیم پیوسته هر سگمنتدر حداکثر 25 mA ریت شده است. یک فاکتور کاهش ریت 0.33 mA/°C بالاتر از دمای محیط 25°C (Ta) مشخص شده است. این برای مدیریت حرارتی حیاتی است؛ با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان مجاز باید به صورت خطی کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود. به عنوان مثال، در 85°C، حداکثر جریان 25 mA - (0.33 mA/°C * (85-25)°C) = 5.2 mA خواهد بود.

Theجریان مستقیم اوج هر سگمنت60 mA است، اما تنها تحت شرایط پالسی (سیکل وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms). این امکان طرح‌های مالتی‌پلکس یا اوردرایو کوتاه برای افزایش روشنایی را فراهم می‌کند.اتلاف توان هر سگمنت70 mW است.ولتاژ معکوس هر سگمنتنباید از 5V تجاوز کند. محدوده دمای کار و ذخیره‌سازی -35°C تا +105°C است. ریتینگ دمای لحیم‌کاری برای لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو است: 260°C به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای 1/16 اینچ (تقریباً 1.6mm) زیر صفحه نشیمن پکیج.

3. توضیح سیستم بنینگ

دیتاشیت نشان می‌دهد دستگاهبرای شدت نور دسته‌بندی شده است. این دلالت بر وجود یک سیستم بنینگ دارد. بنینگ یک روش استاندارد صنعتی است که در آن LEDهای تولید شده بر اساس پارامترهای کلیدی مانند شدت نور، ولتاژ مستقیم و طول موج غالب پس از تولید مرتب (بن) می‌شوند. این امر ثبات را درون یک بچ تولید یا سفارش واحد تضمین می‌کند. در حالی که کدهای بن خاص در این گزیده ارائه نشده‌اند، طراحان باید آگاه باشند که بن‌های معمولی دستگاه‌های با Iv مشابه (مثلاً 800-1200 μcd، 1200-1667 μcd) و احتمالاً محدوده‌های VF مشابه را گروه‌بندی می‌کنند. برای کاربردهای حساس نیازمند یکنواختی رنگ یا روشنایی در چندین نمایشگر، مشخص کردن یک بن تنگ یا درخواست دستگاه‌ها از یک بن واحد ضروری است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل نیامده‌اند، منحنی‌های مشخصه معمولی برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:

• منحنی جریان مستقیم (IF) در مقابل ولتاژ مستقیم (VF):این رابطه نمایی را نشان می‌دهد. منحنی یک ولتاژ زانو حدود 1.8-2.0V خواهد داشت، پس از آن جریان با افزایش کوچکی در ولتاژ به سرعت افزایش می‌یابد. VF معمولی 2.6V از این منحنی در IF=20mA خوانده می‌شود.
• منحنی شدت نور (Iv) در مقابل جریان مستقیم (IF):این منحنی عموماً در جریان‌های پایین خطی است اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی اشباع یا کاهش بازده را نشان دهد.
• منحنی شدت نور (Iv) در مقابل دمای محیط (Ta):این نشان می‌دهد که روشنایی با افزایش دمای اتصال LED چگونه کاهش می‌یابد. LEDهای AlInGaP معمولاً دارای ضریب دمایی منفی برای خروجی نور هستند.
• منحنی توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که یک اوج حدود 611 نانومتر و نیم‌عرض تقریباً 17 نانومتر را نشان می‌دهد و تابش زرد-نارنجی را تأیید می‌کند.

این منحنی‌ها برای طراحان جهت درک رفتار غیرخطی LEDها، برنامه‌ریزی برای مدیریت حرارتی و طراحی مدارهای محدودکننده جریان مناسب حیاتی هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه دارایارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر)است. ابعاد پکیج در یک نقشه (که به طور کامل اینجا جزئی نشده) با تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌های کلیدی ذکر شده‌اند: تلرانس‌های ابعادی عمومی ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، و تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است. این تلرانس جابجایی برای انحراف جزئی پایه‌های خارج شده از بدنه پلاستیکی پکیج در نظر گرفته شده است که برای طراحی جای پای PCB و تجهیزات درج خودکار مهم است.

Theنمودار اتصال پایهبه وضوح با 10 پایه در پیکربندی دو ردیفه (DIP) تعریف شده است. پایه‌ها عبارتند از: 1(E)، 2(D)، 3(کاتد مشترک)، 4(C)، 5(DP)، 6(B)، 7(A)، 8(کاتد مشترک)، 9(F)، 10(G). وجود دو پایه کاتد مشترک (3 و 8) به توزیع جریان و کاهش چگالی جریان در یک پایه کمک می‌کند که برای قابلیت اطمینان خوب است. آند نقطه اعشار (DP) روی پایه 5 است. نمودار مدار داخلی هر سگمنت (A-G، DP) را به عنوان یک LED منفرد نشان می‌دهد که آند آن به پایه مربوطه متصل شده و تمام کاتدها به هم به پایه‌های کاتد مشترک متصل شده‌اند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

ریتینگ‌های حداکثر مطلق مشخصات لحیم‌کاری را تعیین می‌کنند: دمای بدنه قطعه نباید در طول مونتاژ از ریتینگ حداکثر تجاوز کند. به طور خاص، بیان می‌کند دمای لحیم باید 260°C به مدت 3 ثانیه باشد، اندازه‌گیری شده در 1/16 اینچ (1.6mm) زیر صفحه نشیمن. این یک مرجع استاندارد برای لحیم‌کاری موجی است. برای لحیم‌کاری ری‌فلو، یک پروفایل استاندارد بدون سرب با دمای اوج 260°C مناسب خواهد بود، که زمان بالای مایع (TAL) و مدت دمای اوج در پایه‌های قطعه کنترل شوند تا از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی یا اتصالات سیم داخلی جلوگیری شود.

شرایط نگهداریباید به محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده -35°C تا +105°C پایبند باشد. توصیه می‌شود قطعات در یک محیط خشک و ضد استاتیک نگهداری شوند تا از جذب رطوبت (که می‌تواند باعث "پاپ کورن" شدن در طول ری‌فلو شود) و آسیب تخلیه الکترواستاتیک جلوگیری شود، اگرچه خطر برای LEDها کمتر از برخی ICها است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTS-5703AJF است. پسوند "AJF" احتمالاً ویژگی‌های خاصی مانند رنگ (زرد نارنجی)، نوع پکیج و احتمالاً یک بن روشنایی را کدگذاری می‌کند. نسخه دیتاشیت نشان داده شده است و سند به عنوان مالکیت سازنده علامت‌گذاری شده است. بسته‌بندی استاندارد برای چنین قطعات سوراخ‌دار معمولاً در لوله‌های ضد استاتیک یا نوارهای فشنگ روی قرقره برای درج خودکار است. مقدار دقیق در هر لوله/قرقره و ماده بسته‌بندی در این گزیده مشخص نشده اما در مشخصات بسته‌بندی جداگانه موجود خواهد بود.

8. توصیه‌های کاربردی

مدارهای کاربردی معمول:به عنوان یک نمایشگر کاتد مشترک، معمولاً توسط یک میکروکنترلر یا یک IC درایور نمایش اختصاصی (مانند یک شیفت رجیستر 74HC595 با مقاومت‌های محدودکننده جریان یا یک MAX7219) راه‌اندازی می‌شود. هر آند سگمنت نیاز به یک مقاومت محدودکننده جریان دارد. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از R = (Vcc - VF) / IF محاسبه کرد. برای منبع تغذیه 5V (Vcc)، VF=2.6V و IF=20mA، R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 اهم. اغلب از مقدار کمی بالاتر (مثلاً 150-220 اهم) برای افزایش طول عمر و کاهش مصرف توان در حالی که روشنایی خوب حفظ می‌شود، استفاده می‌شود.

ملاحظات طراحی:

• راه‌اندازی جریان:از حداکثر جریان پیوسته مطلق 25 میلی‌آمپر برای هر سگمنت تجاوز نکنید. از فاکتور کاهش ریت برای محیط‌های با دمای بالا استفاده کنید.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چند رقمی، مالتی‌پلکسینگ رایج است. ریتینگ جریان اوج (60 میلی‌آمپر در سیکل وظیفه 1/10) اجازه جریان لحظه‌ای بالاتر در طول زمان روشن مالتی‌پلکس شده برای دستیابی به روشنایی درک شده بالاتر را می‌دهد. اطمینان حاصل کنید که جریان متوسط در طول زمان از ریتینگ پیوسته تجاوز نمی‌کند.
• زاویه دید:دیتاشیت به یک زاویه دید وسیع اشاره می‌کند که مشخصه نمایشگرهای LED با لنز پخش شده است. هنگام نصب نمایشگر، موقعیت دید مورد نظر را در نظر بگیرید.
• چیدمان PCB:جای پای توصیه شده از نقشه ابعادی را دنبال کنید. اطمینان حاصل کنید که سوراخ‌ها برای قطر پایه به درستی اندازه‌گیری شده‌اند و فاصله کافی را فراهم می‌کنند.

9. مقایسه فنی و مزایا

در مقایسه با LEDهای قرمز قدیمی GaAsP یا LEDهای زرد/سبز استاندارد GaP، فناوری AlInGaP در LTS-5703AJF مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• روشنایی و بازدهی بالاتر:AlInGaP بازده نوری برتری فراهم می‌کند که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در جریان راه‌اندازی یکسان یا روشنایی مشابه در توان کمتر می‌شود.
• اشباع رنگ بهتر:مشخصات طیفی رنگ زرد-نارنجی زنده‌تر و یکنواخت‌تری ایجاد می‌کند.
• قابلیت اطمینان حالت جامد:LEDها فیلامنت یا شیشه‌ای برای شکستن ندارند، مقاومت بالایی در برابر ضربه و لرزش ارائه می‌دهند و طول عمر عملیاتی بسیار طولانی‌ای دارند (معمولاً ده‌ها هزار ساعت).
• نیاز توان کم:در ولتاژ و جریان کم کار می‌کند، که آن را برای دستگاه‌های با باتری مناسب می‌سازد.
• پکیج بدون سرب:مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) است، که آن را برای بازارهای جهانی با مقررات زیست‌محیطی مناسب می‌سازد.

در مقایسه با نمایشگرهای 7-سگمنت سطح‌نصب (SMD) مدرن، این نسخه سوراخ‌دار برای نمونه‌سازی اولیه، مونتاژ دستی و کاربردهایی که ممکن است نیاز به تعویض نمایشگر باشد، آسان‌تر است.

10. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

سوال 1: هدف دو پایه کاتد مشترک (3 و 8) چیست؟

پاسخ 1: آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند. داشتن دو پایه به توزیع جریان کاتد کل (که مجموع جریان‌های تمام سگمنت‌های روشن است) در دو لید فیزیکی کمک می‌کند، چگالی جریان و تنش حرارتی روی هر اتصال لحیم و فریم لید را کاهش می‌دهد و در نتیجه قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد.

سوال 2: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 3.3 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پاسخ 2: احتمالاً، اما باید ولتاژ مستقیم را بررسی کنید. VF معمولی 2.6 ولت است، بنابراین یک منبع تغذیه 3.3 ولتی تنها 0.7 ولت برای مقاومت محدودکننده جریان باقی می‌گذارد. با استفاده از قانون اهم، برای جریان مورد نظر 10 میلی‌آمپر، R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 اهم. این امکان‌پذیر است، اما روشنایی ممکن است کمی کمتر از مقدار ریت شده در 20 میلی‌آمپر باشد. اطمینان حاصل کنید که پایه میکروکنترلر می‌تواند جریان مورد نیاز را تأمین کند.

سوال 3: "نسبت تطابق شدت نور 2:1" برای طراحی من چه معنایی دارد؟

پاسخ 3: این تضمین می‌کند که درون یک دستگاه واحد، هیچ سگمنتی بیش از دو برابر هر سگمنت دیگر هنگامی که به طور یکسان راه‌اندازی می‌شود، روشن نخواهد بود. این از ظاهر ناهموار رقم (مثلاً یک سگمنت A بسیار کم نور و یک سگمنت G بسیار روشن) جلوگیری می‌کند. برای طراحی‌های چند رقمی، دستگاه‌ها را از یک بن شدت یکسان مشخص کنید تا ثبات در بین ارقام تضمین شود.

سوال 4: چگونه اتلاف توان برای کل نمایشگر را محاسبه کنم؟

پاسخ 4: برای بدترین حالت با تمام 8 سگمنت (7 سگمنت + DP) که به طور پیوسته در حداکثر جریان پیوسته 25 میلی‌آمپر هر کدام روشن هستند، با VF معمولی 2.6 ولت. توان هر سگمنت = VF * IF = 2.6V * 0.025A = 65 میلی‌وات. توان کل = 8 * 65 میلی‌وات = 520 میلی‌وات. این توانی است که به صورت گرما توسط پکیج LED خودش اتلاف می‌شود، که باید برای مدیریت حرارتی در فضاهای بسته در نظر گرفته شود.

11. مثال‌های عملی طراحی و استفاده

مثال 1: نمایشگر دیجیتال ولت‌متر.در یک نمونه اولیه ساده مولتی‌متر دیجیتال میز کار، LTS-5703AJF می‌تواند برای نمایش قرائت‌های ولتاژ استفاده شود. مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک میکروکنترلر ولتاژ را می‌خواند، پردازش می‌کند و نمایشگر را از طریق یک شیفت رجیستر مانند 74HC595 راه‌اندازی می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان به صورت سری با هر آند سگمنت قرار می‌گیرند. کاتدهای مشترک توسط یک ترانزیستور کنترل شده توسط میکروکنترلر برای مالتی‌پلکسینگ در صورت استفاده از چند رقم سوئیچ می‌شوند. کنتراست و روشنایی بالا خوانایی را در محیط‌های آزمایشگاهی با نور خوب تضمین می‌کند.

مثال 2: نمایشگر شمارنده صنعتی.برای یک شمارنده قطعات خط تولید، نمایشگر نیازمند قابلیت اطمینان و دید از فاصله است. LTS-5703AJF با ارتفاع رقم 0.56 اینچی، مناسب است. می‌تواند توسط یک ماژول خروجی کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) طراحی شده برای نمایشگرهای LED یا از طریق یک IC شمارنده ساده راه‌اندازی شود. محدوده دمای کاری وسیع (-35°C تا +105°C) آن را برای شرایط کارخانه که دما ممکن است نوسان کند، مقاوم می‌سازد.

12. معرفی اصل فناوری

LTS-5703AJF بر اساس یکهتروساختار نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP)رشد یافته به صورت اپیتاکسیال بر روی یکبستر آرسنید گالیم (GaAs)است. انتشار نور از طریق الکترولومینسانس حاصل می‌شود. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از ولتاژ گپ باند دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال (چاه کوانتومی) تزریق می‌شوند. در آنجا، آن‌ها به صورت تابشی بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب آلیاژ خاص AlInGaP انرژی گپ باند را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد. برای نور زرد-نارنجی، انرژی گپ باند تقریباً 2.0-2.1 الکترون ولت (eV) است. بستر GaAs برای نور ساطع شده کدر است، بنابراین تراشه برای انتشار نور از سطح بالایی طراحی شده است. پکیج پلاستیکی شامل یک لنز قالب‌گیری شده است که خروجی نور را شکل می‌دهد، حفاظت محیطی فراهم می‌کند و شکل متمایز سگمنت را ایجاد می‌کند.

13. روندهای توسعه فناوری

در حالی که این یک قطعه سوراخ‌دار بالغ است، روندهای فناوری نمایش بر زمینه آن تأثیر می‌گذارند. صنعت گسترده LED همچنان بر موارد زیر تمرکز دارد:

• افزایش بازدهی (lm/W):تحقیقات مداوم علم مواد با هدف کاهش بازترکیب غیرتابشی و بهبود استخراج نور از تراشه نیمه‌هادی است که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در توان کمتر می‌شود.
• مینیاتوری‌سازی و تسلط SMD:بازار عمدتاً به سمت پکیج‌های دستگاه سطح‌نصب (SMD) برای مونتاژ خودکار، کاهش فضای برد و پروفایل پایین‌تر تغییر کرده است. نمایشگرهای سوراخ‌دار مانند این همچنان برای حوزه‌های خاص نیازمند استحکام، سهولت لحیم‌کاری دستی یا تعویض مرتبط باقی می‌مانند.
• راه‌حل‌های یکپارچه:روندی به سمت نمایشگرهای با IC درایور یکپارچه ("نمایشگرهای هوشمند") وجود دارد که با مدیریت مالتی‌پلکسینگ، دیکدینگ و کنترل جریان به صورت داخلی، رابط میکروکنترلر میزبان را ساده می‌کنند.
• گاموت رنگ گسترش یافته و RGB:برای نمایشگرهای قادر به رنگ کامل، توسعه LEDهای قرمز، سبز و آبی کارآمد، از جمله میکرو-LEDها، یک روند اصلی است. در حالی که این یک دستگاه تک‌رنگ است، بهبودهای مواد زیربنایی به تمام رنگ‌های LED سود می‌رساند.
• بسترهای انعطاف‌پذیر و شفاف:تحقیقات در مورد نمایشگرها بر روی بسترهای انعطاف‌پذیر یا شفاف فعال است، اگرچه این بیشتر برای نمایشگرهای پنل پیشرفته مرتبط است تا واحدهای عددی سگمنت‌بندی شده سنتی.

LTS-5703AJF یک راه‌حل قابل اعتماد و مقرون‌به‌صرفه درون این پیشرفت‌های فناوری مداوم را نشان می‌دهد.