دیتاشیت نمایشگر LED دو رقمی هفت قسمتی LTD-3506KR - ارتفاع رقم 7.62 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - توان 75 میلی‌وات - رنگ قرمز سوپر

1. مرور کلی محصول

این دستگاه یک ماژول نمایشگر نورگسیل دیودی (LED) دو رقمی و هفت قسمتی است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی عددی واضح و خوانا در کاربردهای الکترونیکی مختلف است. جزء اصلی از مواد نیمه‌هادی پیشرفته برای دستیابی به عملکرد نوری خود استفاده می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای طیفی از کاربردها مناسب می‌سازد. طراحی سگمنت پیوسته و یکنواخت آن، ظاهر کاراکتر و خوانایی را بهبود می‌بخشد. دستگاه با نیازهای توان پایین کار می‌کند که به بهره‌وری انرژی در محصولات نهایی کمک می‌کند. خروجی روشنایی بالا و کنتراست بالا ارائه می‌دهد که دید را حتی در شرایط نور زیاد تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده امکان خواندن نمایشگر از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌کند. ساختار حالت جامد قابلیت اطمینان ذاتی و عمر عملیاتی طولانی را ارائه می‌دهد. شدت روشنایی دسته‌بندی شده است که امکان یکنواختی در روشنایی در بین دسته‌های تولید را فراهم می‌کند. در نهایت، بسته‌بندی با الزامات بدون سرب مطابقت دارد.

بازار هدف این قطعه شامل الکترونیک مصرفی، ابزار دقیق صنعتی، داشبورد خودرو، تجهیزات تست و اندازه‌گیری و هر دستگاهی است که نیاز به نمایشگر عددی فشرده و قابل اطمینان دارد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی دستگاه را همانطور که در برگه مشخصات آن تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. رنگ اصلی گسیل شده در طیف قرمز است که از طریق مواد نیمه‌هادی خاص به دست می‌آید. طول موج اوج انتشار معمولی تقریباً 639 نانومتر (nm) است هنگامی که با جریان مستقیم 20 میلی‌آمپر (mA) راه‌اندازی می‌شود. طول موج غالب در 631 نانومتر مشخص شده است. نیم‌عرض خط طیفی که نشان‌دهنده خلوص یا وسعت رنگ گسیل شده است، 240 نانومتر است. شدت روشنایی متوسط، که معیاری از روشنایی درک شده است، دسته‌بندی شده است. در جریان مستقیم 1 میلی‌آمپر، شدت از حداقل 350 میکروکاندلا (μcd) تا حداکثر 860 میکروکاندلا متغیر است. در جریان راه‌اندازی بالاتر 10 میلی‌آمپر، مقدار معمولی 11150 میکروکاندلا ذکر شده است. نسبت تطابق شدت روشنایی 2:1 (حداکثر به حداقل) برای سگمنت‌های درون یک ناحیه نوری یکسان در 1 میلی‌آمپر مشخص شده است که یکنواختی بصری را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی شرایط و محدودیت‌های عملیاتی دستگاه را تعریف می‌کنند. ریتینگ‌های حداکثر مطلق مرزهای عملیات ایمن را تعیین می‌کنند. اتلاف توان هر سگمنت نباید از 75 میلی‌وات (mW) تجاوز کند. جریان مستقیم پیک هر سگمنت در شرایط پالسی (1 کیلوهرتز، چرخه کاری 10%) به 90 میلی‌آمپر محدود می‌شود. جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر ریت شده است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر به ازای هر درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد. ولتاژ مستقیم هر سگمنت، اندازه‌گیری شده در 20 میلی‌آمپر، مقدار معمولی 2.6 ولت (V) و حداکثر 2.6 ولت (با حداقل 2.0 ولت) را دارد. جریان معکوس هر سگمنت در ولتاژ معکوس 5 ولت به حداکثر 100 میکروآمپر (μA) محدود می‌شود؛ توجه به این نکته حیاتی است که این یک شرایط تست است و دستگاه برای عملیات بایاس معکوس پیوسته طراحی نشده است.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

دیزاین دستگاه برای کار در محدوده دمای محیطی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد انجام شده است. محدوده دمای ذخیره‌سازی یکسان است. این ریتینگ‌ها عملکرد را هم در محیط‌های سخت و هم استاندارد تضمین می‌کنند. پروفایل‌های دمای لحیم‌کاری خاصی برای جلوگیری از آسیب در حین مونتاژ ارائه شده است: لحیم‌کاری موجی نباید از 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 5 ثانیه اندازه‌گیری شده در 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمنگاه تجاوز کند، در حالی که لحیم‌کاری دستی نباید از 295 درجه سانتی‌گراد ±5 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه در همان نقطه مرجع تجاوز کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها بر اساس شدت روشنایی دسته‌بندی شده‌اند. این یک روش رایج دسته‌بندی (بینینگ) است که در آن LEDهای یک دسته تولید بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده مرتب (بین) می‌شوند. این امر تضمین می‌کند که مشتریان نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت دریافت کنند. مشخصه نسبت تطابق شدت حداکثر به حداقل 2:1 برای سگمنت‌ها، یکنواختی بصری بیشتر را درون یک دستگاه تضمین می‌کند. اگرچه در این سند به طور صریح برای طول موج یا ولتاژ مستقیم جزئیات داده نشده است، اما چنین پارامترهایی اغلب در فرآیند تولید به شدت کنترل می‌شوند تا مقادیر معمولی و حداکثر/حداقل منتشر شده را برآورده کنند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکتریکی و نوری معمولی اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً رابطه بین جریان مستقیم و شدت روشنایی (نشان‌دهنده افزایش خروجی نور با جریان)، رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم، و تغییر شدت روشنایی با دمای محیط را نشان می‌دهند. این منحنی‌ها برای طراحان ضروری هستند تا شرایط راه‌اندازی را برای روشنایی و بازدهی مطلوب بهینه‌سازی کنند، در حالی که در محدوده عملیاتی دستگاه باقی می‌مانند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی و تلرانس‌ها

ارتفاع رقم دستگاه 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است. ابعاد بسته‌بندی در یک نقشه با تمام اندازه‌گیری‌ها بر حسب میلی‌متر ارائه شده است. تلرانس‌های استاندارد ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. یادداشت‌های مکانیکی اضافی شامل تلرانس جابجایی نوک پین ±0.4 میلی‌متر، محدودیت‌هایی بر روی مواد خارجی و آلودگی جوهر روی سطح سگمنت، محدودیتی بر روی خمش رفلکتور، و محدودیتی بر روی حباب‌های درون ماده سگمنت است. قطر سوراخ برد مدار چاپی (PCB) 1.0 میلی‌متر برای بهترین فیت توصیه می‌شود.

5.2 پیکربندی پین‌ها و شناسایی قطبیت

دستگاه دارای 10 پین در پیکربندی بسته دو خطی است. دارای معماری کاتد مشترک است، با یک کاتد مشترک برای هر رقم (رقم 1 و رقم 2). نمودار مدار داخلی اتصال متقابل آندهای سگمنت (A, B, C, D, E, F, G) و نقاط اعشار (DP) برای هر دو رقم به شماره پین‌های خاص را نشان می‌دهد. جدول اتصال پین به وضوح هر شماره پین را به عملکرد آن نگاشت می‌دهد (مثلاً پین 1: آند برای G1,G2؛ پین 4: کاتد مشترک برای رقم 2؛ پین 7: کاتد مشترک برای رقم 1). این اطلاعات برای چیدمان صحیح PCB و رابط سیستم حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

همانطور که در مشخصات حرارتی ذکر شد، رعایت دقیق محدودیت‌های دما و زمان لحیم‌کاری برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED، باندهای سیم یا بسته پلاستیکی بسیار مهم است. اندازه سوراخ PCB توصیه شده (1.0 میلی‌متر) باید استفاده شود تا تراز مکانیکی مناسب و تشکیل اتصال لحیم‌کاری تضمین شود. طراحان باید در حین جابجایی از احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) پیروی کنند. برای ذخیره‌سازی، محدوده دمای مشخص شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد باید در یک محیط خشک حفظ شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر دو رقمی برای کاربردهایی که نیاز به خروجی عددی دو رقمی فشرده دارند ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل: مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌شمارها، نمایشگرهای ساعت (نمایش دقیقه یا ثانیه)، کنترلرهای دما، ترازوهای کوچک، نشانگرهای سطح شارژ باتری، و نمایشگرهای وضعیت پنل کنترل است.

7.2 ملاحظات و نکات طراحی

هنگام یکپارچه‌سازی این نمایشگر، چندین عامل باید در نظر گرفته شود.محدودکننده جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر آند سگمنت یا خط کاتد مشترک اجباری هستند تا روشنایی مطلوب تنظیم شود و اطمینان حاصل شود که جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت از 25 میلی‌آمپر (کاهش‌یافته برای دما) تجاوز نمی‌کند. مقدار را می‌توان با استفاده از ولتاژ تغذیه، ولتاژ مستقیم LED (Vf ~2.6V) و جریان هدف محاسبه کرد.مدار راه‌انداز:یک میکروکنترلر یا آی‌سی درایور نمایشگر اختصاصی برای مالتی‌پلکس کردن دو رقم مورد نیاز است. این شامل فعال کردن متوالی یک کاتد مشترک در یک زمان است در حالی که داده‌های سگمنت برای آن رقم ارائه می‌شود، با فرکانسی به اندازه کافی بالا برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده (معمولاً >60 هرتز).تداخل متقاطع:دیتاشیت مشخصه تداخل متقاطع ≤2.5% را مشخص می‌کند. این به روشنایی ناخواسته یک سگمنت در رقم غیرانتخابی به دلیل نشتی یا کوپلینگ خازنی اشاره دارد. تایمینگ و قدرت راه‌اندازی مالتی‌پلکس مناسب به حداقل رساندن این اثر کمک می‌کند.زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما باید در طراحی محفظه مکانیکی برای هم‌راستایی با خط دید معمولی کاربر در نظر گرفته شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای GaP تک رنگ، استفاده از ماده AlInGaP روشنایی و بازدهی برتری برای گسیل قرمز ارائه می‌دهد. صورت خاکستری با سگمنت‌های سفید یک انتخاب طراحی است که کنتراست را در مقایسه با صورت‌های کاملاً سیاه یا خاکستری، به ویژه در نور محیط، بهبود می‌بخشد. دسته‌بندی برای شدت روشنایی یک تمایزدهنده کلیدی است که سطوح روشنایی قابل پیش‌بینی را فراهم می‌کند، که همیشه با نمایشگرهای بدون دسته‌بندی تضمین نمی‌شود. بسته بدون سرب تضمین می‌کند که با مقررات زیست‌محیطی مدرن (RoHS) مطابقت دارد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای راه‌اندازی یک سگمنت در 10 میلی‌آمپر از منبع تغذیه 5 ولت باید از چه مقدار مقاومت استفاده کنم؟

ج: با استفاده از قانون اهم: R = (ولتاژ تغذیه - Vf) / I. R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 اهم. یک مقاومت استاندارد 240Ω یا 220Ω مناسب خواهد بود.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با ولتاژ ثابت بدون محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. اعمال ولتاژ ثابت نزدیک یا بالاتر از Vf بدون یک مقاومت سری منجر به جریان بیش از حد می‌شود که ممکن است از ریتینگ حداکثر مطلق تجاوز کرده و سگمنت را از بین ببرد.

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

ج: در یک نمایشگر کاتد مشترک، تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) LEDهای یک رقم به طور داخلی به هم متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک رقم، باید پین کاتد مشترک آن را به زمین (منطق پایین) متصل کنید و یک ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان) به آند سگمنتی که می‌خواهید روشن کنید اعمال کنید. این برعکس نمایشگر آند مشترک است.

س: چگونه به نقاط اعشار دست می‌یابم؟

ج: نمودار مدار داخلی آندهای نقطه اعشار (DP) را برای هر رقم نشان می‌دهد. اینها به طور مستقل دقیقاً مانند سگمنت‌های اصلی (A-G) کنترل می‌شوند. برای روشن کردن یک نقطه اعشار، باید پین آند مربوطه آن را درایو کنید در حالی که کاتد مشترک برای رقم آن فعال است.

10. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک شمارنده ساده دو رقمی با استفاده از یک میکروکنترلر را در نظر بگیرید. پین‌های I/O میکروکنترلر از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان به آندهای سگمنت (A1/A2 تا G1/G2 و DP1/DP2) متصل می‌شوند. دو پین I/O دیگر به دو پین کاتد مشترک (کاتد رقم 1 و رقم 2) متصل می‌شوند. فریم‌ور یک روال مالتی‌پلکس را پیاده‌سازی می‌کند: الگوی سگمنت برای رقم 1 را روی خطوط آند تنظیم کنید، پین کاتد رقم 1 را برای چند میلی‌ثانیه فعال (گراند) کنید، سپس آن را غیرفعال کنید. سپس، الگوی سگمنت برای رقم 2 را تنظیم کنید، پین کاتد رقم 2 را فعال کنید و تکرار کنید. چرخه باید به اندازه کافی سریع باشد تا به عنوان یک عدد دو رقمی ثابت برای چشم انسان ظاهر شود. جریان هر سگمنت باید بر اساس مقدار مقاومت و چرخه کاری مالتی‌پلکس محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که اتلاف توان متوسط در محدوده باقی می‌ماند.

11. معرفی اصل عملکرد

این دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود (ولتاژ مستقیم Vf)، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در یک LED AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)، این رویداد بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) در محدوده طول موج قرمز آزاد می‌کند. ترکیب خاص لایه‌های AlInGaP رنگ دقیق (طول موج) نور گسیل شده را تعیین می‌کند. هر سگمنت از نمایشگر شامل یک یا چند عدد از این چیپ‌های LED ریز است. بسته پلاستیکی برای محصور کردن چیپ‌ها، ارائه محافظت مکانیکی و عمل به عنوان یک لنز برای شکل‌دهی خروجی نور برای مشاهده بهینه عمل می‌کند.

12. روندها و تحولات فناوری

در حالی که این دستگاه خاص از فناوری AlInGaP برای گسیل قرمز استفاده می‌کند، بازار گسترده‌تر نمایشگرهای LED همچنان در حال تکامل است. روندها شامل توسعه مواد با بازدهی حتی بالاتر است که منجر به مصرف توان کمتر برای همان روشنایی می‌شود. تلاش به سمت چگالی پیکسل بالاتر و قابلیت تمام رنگی در نمایشگرهای چند قسمتی و ماتریس نقطه‌ای وجود دارد. یکپارچه‌سازی الکترونیک درایور مستقیماً در بسته نمایشگر ("نمایشگرهای هوشمند") طراحی سیستم را ساده می‌کند. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در مواد بسته‌بندی هدف مدیریت حرارتی بهبودیافته را دنبال می‌کنند که امکان جریان‌های راه‌اندازی و روشنایی بالاتر و قابلیت اطمینان بهبودیافته در محدوده دمایی وسیع‌تر را فراهم می‌کند. اصل اساسی گسیل نور حالت جامد باقی می‌ماند، اما سطوح عملکرد و یکپارچه‌سازی همچنان در حال افزایش است.