دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-3361JF - ارتفاع رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) - رنگ زرد نارنجی - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-3361JF یک ماژول نمایشگر LED تک رقمی، 7 قطعه‌ای به همراه نقطه اعشاری است. عملکرد اصلی آن ارائه نمایش عددی و محدود حروف-عددی واضح و روشن در دستگاه‌های الکترونیکی است. فناوری هسته مبتنی بر ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) است که به طور خاص برای تابش نور در طیف زرد-نارنجی طراحی شده است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و قابلیت دید خوب شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری قطعات سفید است که ظاهری با کنتراست بالا را هنگام روشن شدن قطعات ارائه می‌دهد. این نمایشگر بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است که امکان انتخاب بر اساس نیازهای روشنایی را فراهم می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این دستگاه چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای متنوعی مناسب می‌سازد. دارای ارتفاع رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است که تعادل خوبی بین خوانایی و اندازه فشرده ایجاد می‌کند. قطعات به صورت پیوسته و یکنواخت طراحی شده‌اند که ظاهری یکنواخت و حرفه‌ای را تضمین می‌کنند. با نیازهای توان پایین کار می‌کند که به بهره‌وری انرژی در محصول نهایی کمک می‌نماید. نمایشگر روشنایی بالا و کنتراست بالا را همراه با زاویه دید گسترده ارائه می‌دهد که خواندن آن را از دیدگاه‌های مختلف آسان می‌سازد. ساختار حالت جامد آن قابلیت اطمینان بالا و عمر عملیاتی طولانی را تضمین می‌کند. این ویژگی‌ها LTS-3361JF را برای الکترونیک مصرفی، ابزار دقیق صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، داشبورد خودرو (نمایشگرهای ثانویه) و هر کاربرد دیگری که نیازمند یک نشانگر عددی قابل اطمینان و روشن است، ایده‌آل می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای الکتریکی و نوری مشخص شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

پارامترهای نوری اولیه در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده‌اند.شدت روشنایی متوسط (Iv)با حداقل 200 میکروکاندلا، یک مقدار معمول و حداکثر 600 میکروکاندلا در هنگام راه‌اندازی با جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر مشخص شده است. این پارامتر که با استفاده از یک فیلتر تقریباً مشابه منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده روشنایی درک شده است.طول موج تابش اوج (λp)611 نانومتر است، در حالی کهطول موج غالب (λd)در IF=20mA برابر با 605 نانومتر است. تفاوت جزئی بین طول موج اوج و غالب معمولی بوده و مربوط به شکل طیف تابش است.نیم‌عرض خط طیفی (Δλ)17 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص رنگ است؛ عرض باریک‌تر نشان‌دهنده نور تک‌رنگ‌تر است.نسبت تطابق شدت روشناییحداکثر 2:1 مشخص شده است، به این معنی که تفاوت روشنایی بین کم‌نورترین و پرنورترین قطعه در یک دستگاه نباید از این نسبت تجاوز کند که یکنواختی را تضمین می‌نماید.

2.2 پارامترهای الکتریکی

پارامتر الکتریکی کلیدیولتاژ مستقیم هر قطعه (VF)است که مقدار معمول آن در IF=20mA برابر با 2.6 ولت و حداقل آن 2.05 ولت است. این مقدار برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است.جریان معکوس هر قطعه (IR)در ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت حداکثر 100 میکروآمپر است که نشان‌دهنده جریان نشتی در حالت خاموش است.جریان مستقیم پیوسته هر قطعهدر 25 درجه سلسیوس 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس. این بدان معناست که حداکثر جریان پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط بالای 25 درجه سلسیوس کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود.جریان مستقیم اوج90 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است که می‌تواند برای مالتی‌پلکس کردن یا دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر استفاده شود.

2.3 حداکثر مقادیر مجاز و ملاحظات حرارتی

این درجه‌بندی‌ها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.اتلاف توان هر قطعه70 میلی‌وات است. تجاوز از این مقدار، به ویژه در ترکیب با دمای محیط بالا، می‌تواند منجر به تخریب سریع‌تر یا خرابی شود.محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازیاز 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس است که شرایط محیطی برای کارکرد قابل اطمینان و ذخیره‌سازی غیرعملیاتی را تعریف می‌کند.دمای لحیم‌کاریبرای مونتاژ حیاتی است: دستگاه می‌تواند حداکثر 260 درجه سلسیوس را تا 3 ثانیه تحمل کند، که در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این امر تنظیمات پروفیل ریفلو لحیم‌کاری را راهنمایی می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاهبر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده است. این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید اشاره دارد. به دلیل تغییرات ذاتی در رشد اپیتاکسیال نیمه‌هادی و پردازش تراشه، LEDهای یک دسته تولید می‌توانند خروجی روشنایی کمی متفاوتی داشته باشند. سازندگان شدت روشنایی هر واحد را اندازه‌گیری کرده و آن‌ها را بر اساس محدوده‌های از پیش تعریف شده شدت (مثلاً 200-300 میکروکاندلا، 300-400 میکروکاندلا و غیره) در "بین" یا دسته‌های مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعاتی را انتخاب کنند که الزامات یکنواختی روشنایی خاص برای کاربردشان را برآورده می‌کنند و ظاهر یکنواختی را در چندین نمایشگر در یک محصول تضمین می‌نماید. دیتاشیت محدوده کلی حداقل/معمول/حداکثر (600-200 میکروکاندلا) را ارائه می‌دهد، اما قطعات سفارش داده شده معمولاً در یک زیرمحدوده تنگ‌تر قرار می‌گیرند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که منحنی‌های خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، منحنی‌های معمول برای چنین دستگاهی شامل موارد زیر خواهد بود:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این منحنی غیرخطی رابطه بین جریان عبوری از LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. "زانو" این منحنی در اطراف ولتاژ مستقیم معمول (2.6 ولت) است. طراحان از این برای تعیین ولتاژ تغذیه لازم و مقدار مقاومت سری برای تنظیم جریان مناسب استفاده می‌کنند.
• شدت روشنایی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-L):این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد. این منحنی به طور کلی در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا به دلیل افت حرارتی و بازدهی اشباع خواهد شد.
• شدت روشنایی در مقابل دمای محیط:این منحنی اثر خاموشی حرارتی را نشان می‌دهد. با افزایش دمای اتصال LED، خروجی نور آن معمولاً کاهش می‌یابد. ضریب کاهش برای جریان پیوسته (0.33 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس) مستقیماً با مدیریت این اثر مرتبط است.
• توزیع طیفی:یک نمودار که شدت نسبی نور تابیده شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد، حول 611 نانومتر (اوج) با نیم‌عرض 17 نانومتر متمرکز شده است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

دستگاه در یک پکیج استاندارد نمایشگر LED ارائه می‌شود.ارتفاع رقم0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است. پکیج شامل یکصفحه خاکستریوقطعات سفیدبرای کنتراست بهینه هنگام خاموشی و روشنایی است. یک نقشه ابعادی دقیق در دیتاشیت (صفحه 2 از 5) ارجاع داده شده است که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر و تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر ارائه شده است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. این نقشه برای طراحی جای پای PCB و اطمینان از تناسب مناسب در محفظه محصول ضروری است.

5.1 پین‌اوت و شناسایی قطبیت

LTS-3361JF یک دستگاهکاتد مشترکاست. این بدان معناست که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) قطعات LED منفرد به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند. جدول اتصال پین به شرح زیر است: پین 1 و پین 6 هر دو اتصال کاتد مشترک هستند. آندهای (ترمینال‌های مثبت) قطعات A، B، C، D، E، F، G و نقطه اعشاری (DP) به ترتیب به پین‌های 10، 9، 8، 5، 4، 2، 3 و 7 متصل شده‌اند. استفاده از پیکربندی کاتد مشترک مالتی‌پلکس کردن هنگام راه‌اندازی چند رقم را ساده می‌کند، زیرا کاتدها می‌توانند به صورت متوالی به زمین سوئیچ شوند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده برای دمای لحیم‌کاری است: بدنه قطعه نباید در طول فرآیند ریفلو در معرض دمای بیش از260 درجه سلسیوس برای بیش از 3 ثانیهقرار گیرد، همانطور که در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این یک درجه‌بندی استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که پروفیل فر ریفلو آن‌ها با این محدودیت مطابقت دارد تا از آسیب به باندهای سیم داخلی یا پکیج اپوکسی جلوگیری شود. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی رعایت شود. برای ذخیره‌سازی، محدوده مشخص شده 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس در یک محیط خشک است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

متداول‌ترین روش راه‌اندازی استفاده از یکمقاومت محدودکننده جریان سریبرای هر آند قطعه است. مقدار مقاومت (R) با استفاده از فرمول محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf) / If، که در آن Vcc ولتاژ تغذیه، Vf ولتاژ مستقیم قطعه LED (استفاده از مقدار معمول 2.6 ولت) و If جریان مستقیم مورد نظر (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر برای روشنایی خوب) است. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 15 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160 اهم. یک مقاومت 150 یا 180 اهم مناسب خواهد بود. برای کاربردهای چند رقمی، یکتکنیک مالتی‌پلکسبه کار گرفته می‌شود. یک میکروکنترلر به طور متوالی کاتد مشترک هر رقم را فعال می‌کند در حالی که الگوی قطعه برای آن رقم را روی خطوط آند مشترک خروجی می‌دهد. این امر تعداد پین‌های I/O مورد نیاز را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت جریان:از حداکثر جریان پیوسته مجاز مطلق (25 میلی‌آمپر در 25 درجه سلسیوس) تجاوز نکنید. از ضریب کاهش در محیط‌های با دمای بالا استفاده کنید. برای طراحی‌های مالتی‌پلکس، اطمینان حاصل کنید که جریان پالسی اوج (حداکثر 90 میلی‌آمپر) هنگام محاسبه جریان لحظه‌ای در طول زمان کوتاه ON تجاوز نمی‌کند.
• تخلیه حرارت:در حالی که اتلاف توان هر قطعه کم است، در یک طراحی مالتی‌پلکس با چندین قطعه روشن همزمان یا در دمای محیط بالا، توان کل را در نظر گرفته و از تهویه کافی اطمینان حاصل کنید.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است، اما برای خوانایی بهینه، نمایشگر باید عمود بر خط دید اصلی کاربر جهت‌گیری شود.
• یکنواختی روشنایی:اگر یکنواختی روشنایی در چندین واحد حیاتی است، قطعات را از یک بین شدت روشنایی یکسان از سازنده مشخص کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده اصلی LTS-3361JF استفاده آن از فناوریAlInGaP (فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم)برای تابش زرد-نارنجی است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP (فسفید آرسنید گالیم)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی یکسان در توان پایین‌تر می‌شود. همچنین به طور کلی پایداری دمایی بهتر و عمر طولانی‌تری ارائه می‌دهد. در مقایسه با نمایشگرهایی که از فسفرهای تبدیل طول موج استفاده می‌کنند (مانند برخی LEDهای سفید)، AlInGaP رنگ خالص‌تر و اشباع‌تری را مستقیماً از اتصال نیمه‌هادی ارائه می‌دهد. پیکربندی کاتد مشترک استاندارد است اما در سادگی برای مالتی‌پلکس مبتنی بر میکروکنترلر در مقایسه با آند مشترک در برخی معماری‌های سیستم مزیت ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از داشتن دو پین کاتد مشترک (پین 1 و پین 6) چیست؟

ج: این امر عمدتاً برای تقارن مکانیکی و چیدمان روی PCB است. از نظر الکتریکی، آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند. استفاده از هر دو پین در صورت روشن بودن همزمان بسیاری از قطعات به توزیع جریان کمک کرده و پایداری مکانیکی بهتری هنگام لحیم‌کاری فراهم می‌کند.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پین میکروکنترلر 3.3 ولتی راه‌اندازی کنم؟

ج: احتمالاً، اما با محدودیت. Vf معمول 2.6 ولت است که فقط 0.7 ولت برای مقاومت محدودکننده جریان در 3.3 ولت باقی می‌گذارد. این امر نیازمند مقدار مقاومت بسیار کوچکی است (مثلاً ~47 اهم برای 15mA)، که ممکن است جریان بیشتری نسبت به آنچه پین MCU می‌تواند تأمین کند (اغلب حداکثر 20-25 میلی‌آمپر در هر پین) بکشد. استفاده از ترانزیستور یا درایور IC ایمن‌تر است.

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

ج: به این معنی است که در داخل یک واحد نمایشگر، کم‌نورترین قطعه کمتر از نصف روشنایی پرنورترین قطعه نخواهد بود. این امر یکنواختی بصری را هنگام روشن بودن تمام قطعات تضمین می‌کند.

س: چگونه درجه‌بندی جریان مستقیم اوج را برای مالتی‌پلکس تفسیر کنم؟

ج: اگر 4 رقم را با چرخه وظیفه 1/4 مالتی‌پلکس کنید، ممکن است هر رقم را با 4 برابر جریان متوسط مورد نظر برای 1/4 زمان راه‌اندازی کنید. اگر روشنایی متوسط معادل 10mA را می‌خواهید، می‌توانید با 40mA پالس بدهید. این در محدوده درجه‌بندی اوج 90mA است، اما باید اطمینان حاصل کنید که عرض پالس (زمان ON در هر چرخه) مطابق با شرایط درجه‌بندی 0.1 میلی‌ثانیه یا کمتر است، یا دمای اتصال حاصل را محاسبه کنید.

10. مثال طراحی و مورد استفاده

مورد: طراحی نمایشگر ساده 4 رقمی ولت‌متر.

یک طراح در حال ایجاد یک واحد منبع تغذیه میز کار است که نیاز به نمایشگر ولتاژ 4 رقمی (0.000 تا 19.99 ولت) دارد. آن‌ها چهار نمایشگر LTS-3361JF را انتخاب می‌کنند. برای به حداقل رساندن پین‌های I/O میکروکنترلر، از یک طرح مالتی‌پلکس استفاده می‌کنند. چهار پین کاتد مشترک (دو عدد برای هر رقم) به چهار ترانزیستور NPN متصل شده‌اند که توسط چهار پین MCU کنترل می‌شوند. هشت خط آند قطعه (A-G، DP) از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان 180 اهمی (برای یک سیستم 5 ولتی) به هشت پین MCU متصل شده‌اند. MCU هر 5 میلی‌ثانیه یک وقفه تایمر را اجرا می‌کند. در هر وقفه، ترانزیستور رقم قبلی را خاموش می‌کند، الگوی قطعه برای رقم بعدی را بر اساس ولتاژ اندازه‌گیری شده محاسبه می‌کند، آن الگو را به پین‌های آند خروجی می‌دهد و سپس ترانزیستور مربوط به آن رقم را روشن می‌کند. این چرخه به طور مداوم ادامه می‌یابد و یک نمایش پایدار و بدون لرزش ایجاد می‌کند. رنگ زرد-نارنجی برای قابلیت دید خوب تحت شرایط نوری مختلف انتخاب شده است. طراح اطمینان حاصل می‌کند که کل زمان ON هر رقم و جریان لحظه‌ای هر قطعه در حداکثر مقادیر مجاز مطلق باقی می‌ماند.

11. معرفی اصل فناوری

LTS-3361JF مبتنی بر فناوریدیود نورافشان (LED)است. یک LED یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌کنند. در یک دیود سیلیکونی استاندارد، این انرژی عمدتاً به صورت گرما آزاد می‌شود. در یک نیمه‌هادی با گاف مستقیم مانند AlInGaP، بخش قابل توجهی از این انرژی به صورت فوتون (نور) آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور تابیده شده توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. آلیاژهای AlInGaP به مهندسان اجازه می‌دهند تا گاف را "تنظیم" کنند تا نور را در قسمت‌های قرمز، نارنجی، کهربایی و زرد-سبز طیف تولید کنند. دستگاه از یک زیرلایه GaAs غیرشفاف استفاده می‌کند که بخشی از نور تابیده شده را جذب می‌کند، اما طراحی و بازده ماده همچنان روشنایی بالایی را به دست می‌دهد. هر قطعه از نمایشگر یک تراشه LED جداگانه یا مجموعه‌ای از تراشه‌ها است که به صورت داخلی به پین‌های مربوطه سیم‌کشی شده‌اند.

12. روندهای فناوری

در حالی که AlInGaP همچنان یک فناوری با عملکرد بالا برای رنگ‌های قرمز تا زرد باقی مانده است، بازار گسترده‌تر نمایشگر LED چندین روند را نشان می‌دهد. یک تلاش مستمر به سمتبازدهی بالاتر(لومن بیشتر در هر وات) وجود دارد که مصرف انرژی در دستگاه‌های باتری‌خور را کاهش می‌دهد.میکروسازیروند دیگری است، با ارتفاع رقم و گام پیکسل کوچکتر که برای نمایش اطلاعات متراکم‌تر در دسترس قرار می‌گیرد. توسعهمیکروال‌ای‌دی‌های دید مستقیمروشنایی، کنتراست و قابلیت اطمینان حتی بالاتری را برای نمایشگرهای فوق‌با وضوح آینده نوید می‌دهد، اگرچه این فناوری در حال حاضر بر روی پیکسل‌های کوچکتر از ارقام 7 قطعه‌ای متمرکز است. برای نمایشگرهای حروف-عددی، همچنین روندی به سمت یکپارچه‌سازی وجود دارد، با درایور ICها، میکروکنترلرها و گاهی حتی سنسورها که با ماژول نمایشگر در یک جزء هوشمند واحد ترکیب می‌شوند تا طراحی محصول نهایی را ساده کنند. با این حال، برای نشانگرهای عددی تک رقمی استاندارد و مقرون‌به‌صرفه مانند LTS-3361JF، فناوری تثبیت شده AlInGaP تعادل عالی از عملکرد، قابلیت اطمینان و هزینه را ارائه می‌دهد.