دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTD-6402JS-02 - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - زرد AlInGaP - ولتاژ پیشرو 2.6 ولت - کم مصرف - مستندات فنی

1. مرور کلی محصول

LTD-6402JS-02 یک ماژول نمایشگر هفت قسمتی با عملکرد بالا و کم مصرف است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به نمایش اعداد خوانا دارند. عملکرد اصلی آن ارائه یک راه‌حل نمایشی بسیار خوانا، قابل اعتماد و بهینه از نظر مصرف انرژی است. مزیت اصلی این دستگاه در استفاده از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) برای چیپ‌های LED نهفته است که در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند گالیم فسفید استاندارد (GaP)، روشنایی و بازدهی برتری ارائه می‌دهد. دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که تضمین کننده سطوح روشنایی یکنواخت در بین دسته‌های تولیدی است. بازار هدف آن شامل ابزار دقیق صنعتی، لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری و هر سیستم توکار دیگری است که به یک نمایشگر عددی فشرده، روشن و کم مصرف نیاز دارد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نوری-الکتریکی

عملکرد نوری-الکتریکی در دمای محیط استاندارد (Ta) 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. پارامتر کلیدی، شدت نور متوسط (Iv)، در جریان پیشرو (IF) تنها 1mA برای هر سگمنت، مقدار معمول 700 میکروکندلا دارد که قابلیت فوق‌العاده کم جریان آن را برجسته می‌کند. طول موج اوج تابش (λp) معمولاً 588 نانومتر و طول موج غالب (λd) 587 نانومتر است که نور ساطع شده را به طور قطعی در ناحیه زرد طیف مرئی قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده انتشار رنگ نسبتاً خالص است. یک پارامتر حیاتی برای یکنواختی در نمایشگرهای چند رقمی یا چند سگمنتی، نسبت تطابق شدت نور (IV-m) است که حداکثر 2:1 در زمانی که سگمنت‌ها با جریان 10mA راه‌اندازی می‌شوند، مشخص شده است که یکنواختی بصری قابل قبولی را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

مشخصات الکتریکی محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی را تعریف می‌کنند. ریتینگ‌های حداکثر مطلق، جریان پیشرو پیوسته برای هر سگمنت را 25 mA مشخص می‌کنند که از دمای 25 درجه سلسیوس به صورت خطی کاهش می‌یابد. دستگاه می‌تواند یک جریان پیشرو پیک 100 mA را در شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1ms) تحمل کند. حداکثر ولتاژ معکوس برای هر سگمنت 5V است. در شرایط عملیاتی معمول، ولتاژ پیشرو برای هر سگمنت (VF) در IF=20mA از 2.05V تا 2.6V متغیر است. جریان معکوس (IR) حداکثر 100 µA در VR=5V است. اتلاف توان برای هر سگمنت 75 mW درجه‌بندی شده است.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

محدوده دمای عملیاتی دستگاه 35- درجه سلسیوس تا 105+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده است و محدوده دمای ذخیره‌سازی یکسان است. این محدوده وسیع آن را برای محیط‌های سخت مناسب می‌سازد. برای مونتاژ، حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس برای حداکثر مدت 3 ثانیه است که در فاصله 1.6mm (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن قطعه اندازه‌گیری می‌شود. این یک دستورالعمل استاندارد برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده یک فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده است. اگرچه کدهای دسته‌بندی خاص در این سند ارائه نشده است، این روش تضمین می‌کند که مشتریان نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت دریافت می‌کنند. به طور معمول، چنین دسته‌بندی شامل آزمایش هر واحد در جریان مشخصی (مثلاً 10mA یا 20mA) و گروه‌بندی آن‌ها در دسته‌های مختلف بر اساس محدوده‌های شدت از پیش تعریف شده (مثلاً 400-600 میکروکندلا، 600-800 میکروکندلا) است. این به طراحان اجازه می‌دهد تا دسته‌ای را انتخاب کنند که نیازهای روشنایی خاص آن‌ها را برآورده می‌کند و یکنواختی بصری را در نمایشگرهای چند رقمی تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، اما منحنی‌های عملکرد معمول برای چنین دستگاهی شامل چندین نمودار کلیدی خواهد بود.منحنی جریان در مقابل ولتاژ پیشرو (I-V)رابطه نمایی را نشان می‌دهد و به طراحان کمک می‌کند تا نیازهای ولتاژ در جریان‌های راه‌اندازی مختلف را درک کنند.شدت نور در مقابل جریان پیشرو (منحنی L-I)حیاتی است و نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان، اغلب در یک رابطه تقریباً خطی در محدوده عملیاتی، قبل از اشباع بالقوه، افزایش می‌یابد.شدت نور در مقابل دمای محیطمنحنی‌ها کاهش درجه‌بندی خروجی نور را با افزایش دما نشان می‌دهند که برای کاربردهای با دمای بالا حیاتی است. در نهایت، یکمنحنی توزیع طیفیبه صورت بصری طول موج اوج و پهنای طیفی را نشان می‌دهد و نقطه رنگ زرد را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

دستگاه دارای یک بسته استاندارد نمایشگر هفت قسمتی دو رقمی است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 mm (0.01") ارائه شده است. بعد کلیدی ارتفاع رقم است که 0.56 اینچ (14.22 mm) مشخص شده است. نقشه مکانیکی دقیق شامل طول، عرض و ارتفاع کلی بسته، فاصله بین ارقام، ابعاد سگمنت‌ها و موقعیت و قطر پایه‌های نصب خواهد بود.

5.2 پایه‌ها و شناسایی قطبیت

LTD-6402JS-02 یک دستگاه با پیکربندیآند مشترکاست. این دستگاه دو پایه آند مشترک مستقل دارد: پایه 12 برای رقم 1 و پایه 9 برای رقم 2. این امر امکان مالتی‌پلکسینگ جداگانه هر رقم را فراهم می‌کند. کاتدهای سگمنت (A تا G، به علاوه نقطه اعشار) بین هر دو رقم مشترک هستند. به عنوان مثال، پایه 11 کاتد سگمنت 'A' برای هر دو رقم 1 و 2 است. پایه‌های 6 و 8 به عنوان "بدون اتصال" (NC) ذکر شده‌اند. نقطه اعشار سمت راست (D.P.) گنجانده شده و از طریق پایه 3 کنترل می‌شود. شناسایی صحیح آند مشترک برای طراحی مدار مناسب جهت تأمین منبع جریان به پایه مشترک و سینک جریان از طریق پایه‌های سگمنت مجزا بسیار حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

دستورالعمل اصلی ارائه شده، محدودیت دمای لحیم‌کاری است: حداکثر 260 درجه سلسیوس برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6mm زیر صفحه نشیمن. این یک توصیه استاندارد JEDEC برای قطعات سوراخ‌دار برای جلوگیری از آسیب به چیپ LED، باندهای سیمی یا بسته پلاستیکی است. برای مونتاژ، فرآیندهای لحیم‌کاری موجی استاندارد یا لحیم‌کاری انتخابی قابل اجرا هستند. توصیه می‌شود دستورالعمل‌های استاندارد IPC برای تمیز کردن دنبال شود تا از باقی‌مانده فلاکس روی سطح خاکستری روشن جلوگیری شود، زیرا می‌تواند بر کنتراست و ظاهر تأثیر بگذارد. همچنین توصیه می‌شود برای جلوگیری از تنش مکانیکی روی پایه‌ها، دست‌کاری مناسب انجام شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه LTD-6402JS-02 است. پسوند "JS" اغلب نشان‌دهنده ویژگی‌های خاصی مانند رنگ و سبک بسته است. "02" ممکن است نشان‌دهنده یک نسخه یا دسته‌بندی خاص باشد. دستگاه احتمالاً در لوله‌ها یا سینی‌های ضد استاتیک استاندارد برای مونتاژ خودکار عرضه می‌شود. مرجع دیتاشیت Spec No.: DS30-2000-040 است. طراحان باید همیشه بسته‌بندی دقیق (مثلاً تعداد در هر لوله، لوله در هر جعبه) را در زمان سفارش با تأمین‌کننده یا توزیع‌کننده تأیید کنند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نمایشگر برای هر کاربرد نیازمند یک یا دو رقم روشن و آسان برای خواندن ایده‌آل است. کاربردهای متداول شامل: پنل متر برای ولتاژ، جریان یا دما؛ ساعت‌ها و تایمرهای دیجیتال؛ ماژول‌های تابلو امتیازات؛ پنل‌های کنترل لوازم خانگی (مانند مایکروویو، ماشین لباس‌شویی)؛ نمایش‌دهنده‌های تجهیزات آزمایش؛ و نشانگرهای وضعیت سیستم‌های کنترل صنعتی می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

محدود کردن جریان:به عنوان یک دستگاه آند مشترک، پایه‌های آند باید از طریق یک طرح محدودکننده جریان به منبع ولتاژ مثبت متصل شوند. هر پایه کاتد سگمنت باید به یک سینک جریان، معمولاً یک پایه I/O میکروکنترلر یا یک IC درایور متصل شود. مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجیکاملاً اجباری هستندبرای هر سگمنت یا آند مشترک برای جلوگیری از جریان بیش از حد و تخریب LEDها. مقدار مقاومت را می‌توان با استفاده از R = (Vcc - Vf) / If محاسبه کرد، که در آن Vf ولتاژ پیشرو است (برای قابلیت اطمینان از حداکثر 2.6V استفاده کنید) و If جریان پیشرو مورد نظر است (مثلاً 10-20mA برای روشنایی کامل، 1-5mA برای مصرف کم).

مالتی‌پلکسینگ:برای عملکرد دو رقمی، آندهای مشترک (پایه‌های 9 و 12) به سرعت تغییر وضعیت می‌دهند در حالی که داده سگمنت مربوطه به پایه‌های کاتد مشترک اعمال می‌شود. این تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 15 (7 سگمنت + DP برای هر رقم) به تنها 9 (7 سگمنت + DP + 2 پایه مشترک) کاهش می‌دهد. نرخ رفرش بالای 60Hz برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده توصیه می‌شود.

زاویه دید:دیتاشیت ادعا می‌کند که دارای "زاویه دید گسترده" است که برای نمایشگرهای هفت قسمتی LED معمول است. این باید برای قرارگیری مکانیکی نمایشگر در داخل محفظه محصول نهایی در نظر گرفته شود.

9. مقایسه فنی

مشخصه متمایزکننده اصلی LTD-6402JS-02 استفاده ازAlInGaP بر روی زیرلایه غیر شفاف GaAsبرای انتشار نور زرد است. در مقایسه با فناوری قدیمی GaP:Y (گالیم فسفید دوپ شده با نیتروژن برای زرد)، LEDهای AlInGaP در همان جریان، بازده نوری و روشنایی به مراتب بالاتر، خلوص رنگ بهتر و عملکرد برتر در دماهای مختلف ارائه می‌دهند. در مقایسه با LEDهای قرمز استاندارد GaAsP یا GaP، رنگ زرد کنتراست عالی در برابر زمینه خاکستری روشن ایجاد می‌کند و اغلب در شرایط نور کم، خوشایندتر و کمتر خسته‌کننده برای چشم در نظر گرفته می‌شود. قابلیت کم جریان آن (تا 1mA برای هر سگمنت با روشنایی قابل استفاده) در کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی نسبت به نمایشگرهایی که برای دید کافی به 10-20mA نیاز دارند، به آن مزیت می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین آند مشترک و کاتد مشترک چیست؟
ج: در یک نمایشگر آند مشترک، تمام آندهای LEDها (سگمنت‌ها) به یک منبع تغذیه مثبت متصل شده‌اند. شما یک سگمنت را با اتصال کاتد آن به زمین (منطق پایین) روشن می‌کنید. در یک نمایشگر کاتد مشترک، تمام کاتدها به زمین متصل شده‌اند و شما یک سگمنت را با اعمال ولتاژ مثبت به آند آن روشن می‌کنید. LTD-6402JS-02 یک دستگاه آند مشترک است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟
ج: شما می‌توانید جریان را از کاتدهای سگمنت با استفاده از یک پایه میکروکنترلر که به عنوان خروجی پایین پیکربندی شده است، سینک کنید، مشروط بر اینکه حداکثر ریتینگ سینک جریان پایه (از دیتاشیت MCU بررسی شود) تجاوز نکند. با این حال، معمولاً نمی‌توانید جریان کافی از یک پایه MCU برای راه‌اندازی مستقیم آند مشترک برای مالتی‌پلکسینگ تأمین کنید. معمولاً برای سوئیچ کردن جریان بالاتر آند مشترک برای هر رقم، یک ترانزیستور (مانند یک PNP دو قطبی یا یک MOSFET کانال P) مورد نیاز است.

س: چرا نسبت تطابق شدت نور 2:1 وجود دارد؟
ج: این به این معنی است که کم‌نورترین سگمنت در یک نمایشگر تحت شرایط آزمایش یکسان، کمتر از نصف روشن‌ترین سگمنت نخواهد بود. این نسبت یکنواختی بصری معقول را تضمین می‌کند. برای کاربردهای حیاتی، انتخاب نمایشگرها از یک دسته شدت نور یکسان توصیه می‌شود.

س: "AlInGaP بر روی زیرلایه غیر شفاف GaAs" به چه معناست؟
ج: لایه‌های نورده از ماده نیمه‌هادی آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP) ساخته شده‌اند. این لایه فعال بر روی یک ویفر آرسنید گالیم (GaAs) رشد می‌یابد که نور را عبور نمی‌دهد. بنابراین، نور فقط از سطح بالایی چیپ ساطع می‌شود که یک ساختار استاندارد برای LEDهای با روشنایی بالا است و به کنتراست بالا ذکر شده در ویژگی‌ها کمک می‌کند.

11. مثال کاربردی عملی

مورد طراحی: یک نمایشگر ساده ولت‌متر دو رقمی.
طراحی یک نمایشگر ولت‌متر DC با محدوده 0-99 ولت را در نظر بگیرید. یک میکروکنترلر با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ولتاژ ورودی را می‌خواند. نرم‌افزار مقدار ADC را به عددی بین 0 و 99 مقیاس می‌دهد. برای راه‌اندازی LTD-6402JS-02:
1. دو پایه آند مشترک از طریق ترانزیستورهای PNP کوچک (مثلاً 2N3906) به دو پایه I/O جداگانه MCU متصل می‌شوند. بیس‌ها از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان راه‌اندازی می‌شوند.
2. هشت پایه کاتد سگمنت (A-G و DP) به هشت پایه I/O MCU متصل می‌شوند، هر کدام با یک مقاومت محدودکننده جریان سری (مثلاً 150Ω برای حدود 20mA در منبع تغذیه 5V، با در نظر گرفتن Vf~2.6V).
3. در فریم‌ور، یک وقفه تایمر برای مالتی‌پلکسینگ تنظیم می‌شود. در یک چرخه وقفه، MCU:
- هر دو ترانزیستور رقم را خاموش می‌کند.
- کد هفت قسمتی برای رقم دهگان را محاسبه می‌کند.
- این کد را روی پایه‌های سگمنت خروجی می‌دهد.
- ترانزیستور مربوط به آند مشترک رقم دهگان را روشن می‌کند.
- یک تأخیر کوتاه منتظر می‌ماند (مثلاً 5ms).
- فرآیند را برای رقم یکان تکرار می‌کند.
این یک نمایش دو رقمی پایدار و بدون سوسو ایجاد می‌کند که ولتاژ اندازه‌گیری شده را نشان می‌دهد.

12. معرفی اصول فناوری

چیپ‌های LED در این نمایشگر بر پایه آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید (AlInGaP)، یک نیمه‌هادی ترکیبی III-V هستند. هنگامی که یک ولتاژ پیشرو در سراسر پیوند p-n این ماده اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. بازترکیب آن‌ها انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط انرژی گاف نواری ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که با کنترل دقیق نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر در طول رشد کریستال مهندسی می‌شود. رنگ زرد (~587-588 نانومتر) با یک ترکیب خاص به دست می‌آید. "زیرلایه غیر شفاف GaAs" به عنوان یک تکیه‌گاه مکانیکی عمل می‌کند اما هر نوری را که به سمت پایین ساطع می‌شود جذب می‌کند و تمام نور مفید را از بالای چیپ خارج می‌کند که جهت‌داری و کنتراست نمایشگر را افزایش می‌دهد.

13. روندهای فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت قسمتی برای نمایش اعداد همچنان یک پایه اصلی هستند، روند کلی در فناوری نمایشگر به سمت راه‌حل‌های یکپارچه‌تر و همه‌کاره‌تر در حرکت است. نمایشگرهای OLED و LCD ماتریس نقطه‌ای قابلیت‌های الفبایی-عددی و گرافیکی را در بسته‌هایی با اندازه مشابه ارائه می‌دهند. با این حال، برای کاربردهایی که نیازمند سادگی شدید، قابلیت اطمینان، محدوده دمایی وسیع، روشنایی بالا و هزینه کم برای هر رقم هستند، نمایشگرهای هفت قسمتی LED مانند LTD-6402JS-02 همچنان بسیار مرتبط هستند. تکامل در این بخش خود بر افزایش بازده (نور بیشتر در هر mA)، بهبود زوایای دید، کاهش اندازه بسته (نسخه‌های SMD) و گسترش گزینه‌های رنگ متمرکز است. استفاده از AlInGaP، همانطور که در اینجا مشاهده می‌شود، نشان‌دهنده یک گام مهم در بازده نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر است و برای LEDهای قرمز، نارنجی و زرد با عملکرد بالا یک استاندارد باقی می‌ماند.