دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-5675KG - ارتفاع رقم 0.52 اینچ - سبز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-5675KG یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی چهار رقمی و هفت قسمتی است. عملکرد اصلی آن ارائه اطلاعات عددی و الفبایی محدود با وضوح و دید بالا در دستگاه‌های الکترونیکی و ابزارهای مختلف است. فناوری هسته از تراشه‌های LED مبتنی بر AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs نصب شده‌اند. این فناوری برای تولید نور سبز با بازدهی بالا شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید قسمت‌ها است که تضاد عالی برای بخش‌های سبز روشن شده فراهم می‌کند. این طراحی برای کاربردهایی هدف‌گیری شده است که نیازمند نمایشگرهای عددی حالت جامد قابل اعتماد، با مصرف توان کم و عملکرد بصری برتر هستند؛ مانند پنل‌های کنترل صنعتی، تجهیزات آزمایشگاهی، لوازم خانگی و ابزارهایی که در یک قالب فشرده به چندین رقم نیاز دارند.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• اندازه رقم:ارتفاع کاراکتر 0.52 اینچ (13.2 میلی‌متر)، که خوانایی خوبی فراهم می‌کند.
• طراحی بخش‌ها:بخش‌های یکنواخت و پیوسته برای ظاهر و زیبایی عالی کاراکتر.
• عملکرد نوری:روشنایی بالا و نسبت کنتراست بالا برای وضوح دید در شرایط نوری مختلف.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده، که اطمینان می‌دهد نمایشگر از موقعیت‌های خارج از محور نیز قابل خواندن است.
• بازده توان:نیاز به توان کم، که آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد.
• قابلیت اطمینان:قابلیت اطمینان حالت جامد بدون قطعات متحرک، که منجر به طول عمر عملیاتی طولانی می‌شود.
• کنترل کیفیت:دستگاه‌ها بر اساس شدت نور طبقه‌بندی شده‌اند که امکان تطابق روشنایی یکنواخت در کاربردهای چند رقمی یا چند واحدی را فراهم می‌کند.
• انطباق محیطی:بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

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

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد خارج از این محدودیت‌ها توصیه نمی‌شود.

• اتلاف توان در هر بخش:حداکثر 70 میلی‌وات. این مقدار حداکثر جریان پیوسته را بر اساس ولتاژ مستقیم محدود می‌کند.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:حداکثر 60 میلی‌آمپر، اما تنها تحت شرایط پالسی (1 کیلوهرتز، چرخه کاری 25%). این رتبه‌بندی برای مالتی‌پلکسینگ یا شرایط موج گذرای کوتاه است.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:حداکثر 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در دمای 85 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان پیوسته مجاز تقریباً خواهد بود: 25 میلی‌آمپر - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 میلی‌آمپر.
• ولتاژ معکوس در هر بخش:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوند شود.
• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه برای محدوده دمای صنعتی درجه‌بندی شده است.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• شرایط لحیم‌کاری:260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه، با این شرط که این اندازه‌گیری در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن قطعه انجام شود. این یک راهنمای مشخصه معمول ریفلو است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (Ta=25°C)

اینها پارامترهای عملیاتی معمول تحت شرایط آزمایش مشخص شده هستند.

• شدت نور متوسط (I_V):این پارامتر کلیدی روشنایی است.
  • حداقل: 320 میکروکندلا در I_F= 1 میلی‌آمپر
  • معمول: 1050 میکروکندلا در I_F= 10 میلی‌آمپر
  • حداکثر: 11550 میکروکندلا در I_F= 10 میلی‌آمپر. محدوده گسترده از حداقل تا حداکثر نشان می‌دهد که دستگاه‌ها باینینگ (طبقه‌بندی) شده‌اند. طراحان باید از باین‌های مناسب برای روشنایی یکنواخت انتخاب کنند.
• طول موج تابش پیک (λ_p):571 نانومتر (معمول) در I_F=20 میلی‌آمپر. این در ناحیه سبز طیف مرئی قرار دارد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور سبز ساطع شده است.
• طول موج غالب (λ_d):572 نانومتر (معمول). کمی متفاوت از طول موج پیک، این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان برای تطابق با رنگ منبع درک می‌شود.
• ولتاژ مستقیم در هر بخش (V_F):2.1 ولت (حداقل)، 2.6 ولت (معمول) در I_F=20 میلی‌آمپر. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است. مدار درایور باید ولتاژ کافی برای غلبه بر این V_F.
• جریان معکوس در هر بخش (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R=5 ولت. مقدار کم نشان‌دهنده کیفیت خوب پیوند است.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):حداکثر 2:1 برای بخش‌های درون "ناحیه نور مشابه". این به این معنی است که درخشان‌ترین بخش نباید بیش از دو برابر کم‌نورترین بخش در یک رقم یا گروه مشخص شده باشد، که یکنواختی بصری را تضمین می‌کند.

تذکر درباره اندازه‌گیری:شدت نور با استفاده از ترکیب یک سنسور و فیلتر اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند و اطمینان می‌دهد که مقادیر با درک روشنایی انسان مطابقت دارند.

3. توضیح سیستم باینینگ

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه‌ها "بر اساس شدت نور طبقه‌بندی شده‌اند". این یک فرآیند باینینگ است.

• باینینگ شدت نور:پراکندگی گسترده در مشخصه I_V(320 تا 11550 میکروکندلا در 10 میلی‌آمپر) نشان می‌دهد که چندین باین روشنایی وجود دارد. تولیدکنندگان قطعات را آزمایش و بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده در گروه‌ها (باین‌ها) دسته‌بندی می‌کنند. این به مشتریان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح حداقل روشنایی تضمین شده (مثلاً باینی با I_V> 8000 میکروکندلا) برای کاربردهای با روشنایی بالا، یا باین‌های استاندارد برای طراحی‌های حساس به هزینه خریداری کنند. استفاده از قطعات باینینگ شده برای دستیابی به ظاهر یکنواخت در چندین نمایشگر یا رقم ضروری است.
• یکنواختی طول موج:اگرچه به صراحت به عنوان باینینگ ذکر نشده است، اما مقادیر معمول دقیق برای λ_p(571 نانومتر) و λ_d(572 نانومتر) نشان‌دهنده کنترل فرآیند خوب است که منجر به رنگ سبز یکنواخت در بین دسته‌های تولید می‌شود.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن‌ها را استنباط کنیم.

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):این نمودار رابطه نمایی را نشان می‌دهد. برای تعیین ولتاژ تغذیه لازم برای یک جریان درایو معین و برای محاسبه اتلاف توان (P = V_F* I_F) حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم:این منحنی نشان می‌دهد که روشنایی چگونه با جریان افزایش می‌یابد. معمولاً غیرخطی است، با بازدهی (لومن بر وات) که اغلب در جریان‌های بسیار بالا به دلیل گرمایش کاهش می‌یابد. دیتاشیت نقاط گسسته در 1 میلی‌آمپر و 10 میلی‌آمپر را ارائه می‌دهد.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:برای LEDهای AlInGaP، خروجی نور عموماً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد. این منحنی برای طراحی کاربردهایی که در کل محدوده دمایی (35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد) کار می‌کنند حیاتی است تا روشنایی کافی در دمای بالا تضمین شود.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی در مقابل طول موج را نشان می‌دهد، حول 571-572 نانومتر با نیم‌عرضی حدود 15 نانومتر متمرکز شده است که خروجی رنگ سبز را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

دستگاه از یک بسته‌بندی استاندارد نمایشگر LED استفاده می‌کند. نقشه ابعادی (که در متن به آن اشاره شده اما جزئیات آن ارائه نشده) معمولاً موارد زیر را نشان می‌دهد:

• طول، عرض و ارتفاع کلی ماژول.
• فاصله بین ارقام (پیچ).
• ابعاد و فاصله بخش‌ها.
• فاصله، طول و قطر پایه‌ها (پین). یادداشت بیان می‌کند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 پیکربندی پین و قطبیت

LTC-5675KG یک دستگاهآند مشترکاست. این به این معنی است که آندهای تمام LEDهای هر رقم به صورت داخلی به هم متصل شده و به یک پین واحد برای هر رقم (پین‌های 10-13: آند رقم 1-4) آورده شده‌اند. کاتدهای هر بخش (A-G, DP) بین تمام ارقام مشترک هستند و به پین‌های مربوطه خود متصل شده‌اند (پین‌های 27-30, 35-37 برای بخش‌های A-G؛ پین‌های 31-34 برای نقاط اعشار). این پیکربندی برای مالتی‌پلکسینگ ایده‌آل است.

عملکرد مالتی‌پلکسینگ:برای نمایش یک عدد، یک میکروکنترلر باید:

1. الگوی کاتدهای بخش (A-G) را برای کاراکتر مورد نظر تنظیم کند.
2. پین آند مشترک را برای رقم خاصی که آن کاراکتر باید در آن ظاهر شود، روشن کند (ولتاژ اعمال کند).
3. به صورت متوالی و با فرکانس بالا (مثلاً 100 هرتز+) از آند هر رقم عبور کند، که باعث ایجاد درک روشن بودن همزمان تمام ارقام می‌شود. این امر در مقایسه با درایو استاتیک، پین‌های درایور مورد نیاز و مصرف توان را به شدت کاهش می‌دهد.

نمودار مدار داخلی:نمودار ارجاع داده شده به صورت بصری معماری آند مشترک و مالتی‌پلکس شده را تأیید می‌کند و چهار آند رقم و هفت+1 کاتد بخش را نشان می‌دهد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

• لحیم‌کاری ریفلو:شرایط مشخص شده 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه است که در فاصله 1.6 میلی‌متری زیر بدنه قطعه اندازه‌گیری می‌شود. این با مشخصه‌های ریفلو معمول بدون سرب (دمای پیک 245-260 درجه سانتی‌گراد) همسو است.
• ملاحظات:
  • از اعمال تنش مکانیکی بر روی پایه‌ها در حین جابجایی خودداری کنید.
  • اطمینان حاصل کنید که نمایشگر قبل یا بعد از لحیم‌کاری در معرض دمای بالاتر از حداکثر دمای ذخیره‌سازی قرار نگیرد.
  • در حین جابجایی، ملاحظات استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) را رعایت کنید.
• شرایط ذخیره‌سازی:در محدوده دمای مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک نگهداری شود تا از جذب رطوبت جلوگیری شود، که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

• ابزار دقیق صنعتی:پنل مترها، کنترلرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر.
• تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری:مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌شمارها، منبع تغذیه‌ها.
• لوازم خانگی/تجاری مصرفی:اجاق‌های مایکروویو، تجهیزات صوتی، پایانه‌های فروش.
• بازار جانبی خودرو:گیج‌ها و نمایشگرهایی که برای دید در روز به روشنایی بالا نیاز دارند.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری محدودکننده جریان برای هر کاتد بخش یا آند رقم (بسته به طرح درایو) استفاده کنید. مقدار مقاومت به صورت R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. برای منبع تغذیه 5 ولت، V_F=2.6 ولت، و I_F=10 میلی‌آمپر: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم.
• درایور مالتی‌پلکسینگ:از یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا ICهای درایور LED اختصاصی (مانند MAX7219, TM1637) که مالتی‌پلکسینگ و کنترل جریان را مدیریت می‌کنند، استفاده کنید. ICهای درایور طراحی را ساده می‌کنند و اغلب کنترل روشنایی را فراهم می‌کنند.
• اتلاف توان:توان کل را محاسبه کنید، به ویژه هنگام راه‌اندازی تمام بخش‌های چندین رقم به طور همزمان در حین مالتی‌پلکسینگ. اطمینان حاصل کنید که از رتبه‌بندی‌ها تجاوز نمی‌کند و در صورت کار در دمای محیط بالا، مدیریت حرارتی را در نظر بگیرید.
• تطابق روشنایی:برای بهترین نتایج بصری، یک باین شدت نور را از تأمین‌کننده خود مشخص کنید، به ویژه اگر از چندین نمایشگر استفاده می‌کنید.
• زاویه دید:زاویه دید گسترده امکان نصب انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند، اما خط دید کاربر اصلی را در طراحی مکانیکی در نظر بگیرید.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای سبز استاندارد GaP (گالیم فسفید) یا نمایشگرهای رشته‌ای فیلترشده، فناوری AlInGaP در LTC-5675KG موارد زیر را ارائه می‌دهد:

• بازده و روشنایی بالاتر:AlInGaP بازده نوری برتری ارائه می‌دهد که منجر به نمایشگرهای روشن‌تر در جریان‌های پایین‌تر می‌شود.
• اشباع رنگ بهتر:رنگ سبز معمولاً خالص‌تر و زنده‌تر است.
• قابلیت اطمینان بهبود یافته:LEDهای حالت جامد طول عمر بسیار طولانی‌تری نسبت به نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلأ (VFD) دارند.
• مصرف توان کمتر:برای دستگاه‌های قابل حمل و مبتنی بر باتری ضروری است.
• در مقایسه با برخی LEDهای سفید مدرن مبتنی بر تراشه آبی + فسفر که پشت فیلترها استفاده می‌شوند، AlInGaP سبز اغلب برای کاربردهای تک‌رنگ سبز کارآمدتر است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

1. س: تفاوت بین "طول موج پیک" و "طول موج غالب" چیست؟
   
   ج: طول موج پیک، طول موج واحدی است که در آن طیف تابش حداکثر شدت را دارد. طول موج غالب، طول موج واحد نور تک‌رنگی است که با رنگ درک شده منبع مطابقت دارد. آن‌ها اغلب نزدیک اما یکسان نیستند و طول موج غالب برای درک انسان مرتبط‌تر است.
2. س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی بدون IC درایور راه‌اندازی کنم؟
   
   ج: احتمالاً، اما با دقت. V_Fمعمول 2.6 ولت در 20 میلی‌آمپر است. در 3.3 ولت، حاشیه ولتاژ برای مقاومت محدودکننده جریان تنها 0.7 ولت است. برای جریان 10 میلی‌آمپر، به یک مقاومت 70 اهمی نیاز دارید. این امکان‌پذیر است، اما تغییرات در V_Fو ولتاژ تغذیه می‌تواند باعث تغییر جریان قابل توجهی شود. یک درایور LED اختصاصی یا بافر ترانزیستوری قوی‌تر است.
3. س: چرا جریان پیوسته با دما کاهش می‌یابد؟
   
   ج: با افزایش دمای پیوند LED، بازده داخلی آن کاهش می‌یابد و خطر فرار حرارتی افزایش می‌یابد. کاهش جریان از تولید گرمای بیش از حد جلوگیری می‌کند و قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین کرده و از کاهش روشنایی یا خرابی جلوگیری می‌کند.
4. س: "طبقه‌بندی شده بر اساس شدت نور" برای طراحی من چه معنایی دارد؟
   
   ج: به این معنی است که باید با توزیع‌کننده خود برای انتخاب یک باین روشنایی خاص (مثلاً یک مقدار حداقل I_V) همکاری کنید. اگر این کار را نکنید، ممکن است قطعاتی از باین‌های مختلف دریافت کنید که منجر به تفاوت‌های قابل توجه روشنایی بین ارقام یا بین واحدهای مختلف محصول شما شود.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل متر ولتاژ DC چهار رقمی.

1. انتخاب میکروکنترلر:یک MCU با حداقل 12 پین I/O دیجیتال (4 آند رقم + 7 کاتد بخش + 1 نقطه اعشار) انتخاب کنید یا از یک توسعه‌دهنده I/O استفاده کنید.
2. مدار درایو:مالتی‌پلکسینگ را در فریم‌ور پیاده‌سازی کنید. MCU به سرعت از بین ارقام 1-4 چرخه می‌زند. برای هر رقم، الگوی بخش را روی پین‌های کاتد تنظیم می‌کند و پین آند مربوطه را از طریق یک ترانزیستور NPN کوچک فعال می‌کند (زیرا جریان آند برای یک رقم کاملاً روشن '8' می‌تواند 8 بخش * 10 میلی‌آمپر = 80 میلی‌آمپر باشد که از محدودیت اکثر پین‌های MCU فراتر می‌رود).
3. محدود کردن جریان:هشت مقاومت 220 اهمی قرار دهید (یکی برای هر کاتد بخش A-G و DP). این جریان هر بخش را با منبع تغذیه 5 ولت و V_F.
4. کنترل روشنایی:در صورت نیاز، PWM (مدولاسیون عرض پالس) نرم‌افزاری را روی زمان فعال‌سازی رقم برای کم‌نور کردن کلی نمایشگر پیاده‌سازی کنید.
5. نتیجه:یک نمایشگر فشرده، کارآمد و روشن که قرائت‌های ولتاژ از 0.000 تا 19.99 ولت را نشان می‌دهد، با خوانایی عالی در شرایط نوری داخلی و خارجی به دلیل بخش‌های AlInGaP با کنتراست بالا و روشنایی بالا.

11. معرفی اصل فناوری

LTC-5675KG بر اساس فناوری نیمه‌هادیAlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)است. این سیستم ماده به صورت اپیتاکسیال بر روی یکزیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید)رشد می‌یابد. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n لایه‌های AlInGaP اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص اتم‌های Al، In، Ga و P در لایه فعال، انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را دیکته می‌کند. برای این دستگاه، ترکیب برای تولید نور سبز حول 572 نانومتر تنظیم شده است. زیرلایه غیرشفاف به این معنی است که نور عمدتاً از سطح بالایی تراشه ساطع می‌شود که برای ساختار نمایشگر مبتنی بر بخش مناسب است. تراشه‌های LED منفرد سیم‌باندی شده و در الگوی هفت قسمتی استاندارد درون بسته پلاستیکی مونتاژ شده‌اند.

12. روندها و زمینه فناوری

فناوری AlInGaP یک راه‌حل بالغ و بهینه‌شده برای LEDهای قرمز، نارنجی، کهربایی و سبز با بازده بالا است. در چشم‌انداز نمایشگرها:\p>

• برای نمایشگرهای تک‌رنگ:AlInGaP به دلیل بازده و خلوص رنگ، همچنان یک انتخاب برتر برای سبز خالص، قرمز و کهربایی است و اغلب از LEDهای سفید مبتنی بر تراشه آبی+فسفر که به این رنگ‌ها فیلتر شده‌اند، بهتر عمل می‌کند.
• زمینه بازار:در حالی که OLEDهای ماتریس نقطه‌ای و TFT-LCDها در نمایشگرهای تمام رنگی با محتوای اطلاعاتی بالا غالب هستند، نمایشگرهای LED هفت قسمتی مانند LTC-5675KG موقعیت قوی خود را در کاربردهایی که نیازمند نمایشگرهای عددی ساده، بسیار روشن، کم‌هزینه، قابل اعتماد و کم‌مصرف هستند حفظ می‌کنند.
• توسعه‌های آینده:روندها شامل بهبودهای بیشتر در بازده، باینینگ روشنایی و رنگ حتی دقیق‌تر برای کاربردهای سطح بالا، و ادغام الکترونیک درایور و رابط‌های ارتباطی (مانند I2C) مستقیماً در ماژول نمایشگر برای ساده‌سازی طراحی سیستم است. با این حال، قالب فاکتور اساسی هفت قسمتی و فناوری AlInGaP برای رنگ‌های استاندارد احتمالاً برای سال‌های زیادی در کاربردهای هدف خود مرتبط باقی خواهند ماند.