دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-5753JD-01 - ارتفاع رقم 0.56 اینچ - قرمز فوق‌اشباع (650 نانومتر) - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-5753JD-01 یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی چهار رقمی و هفت قسمتی با عملکرد بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به خوانش واضح و روشن اعداد دارند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری داده‌های عددی در چهار رقم مجزا است که هر کدام از هفت بخش LED قابل آدرس‌دهی جداگانه به علاوه یک نقطه اعشار تشکیل شده‌اند. این دستگاه برای ادغام در پنل‌های ابزار دقیق، سیستم‌های کنترل صنعتی، تجهیزات آزمایشگاهی، الکترونیک مصرفی و هر رابطی که نمایش عددی چند رقمی قابل اعتماد در آن ضروری است، طراحی شده است.

مزیت اصلی این نمایشگر در استفاده از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تراشه‌های LED قرمز فوق‌اشباع است. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و شدت نور عالی در طیف قرمز-نارنجی شناخته شده است. نمایشگر دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری روشن با بخش‌های سفید است که به طور قابل توجهی کنتراست و خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد و به "ظاهر عالی کاراکتر" آن کمک می‌کند. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که تضمین می‌کند سطوح روشنایی در بین دسته‌های تولیدی یکنواخت باشد تا عملکرد بصری یکسانی در نصب‌های چند واحدی حاصل شود.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی کلیدی تعریف شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد و اهمیت آن‌ها را برای طراحی و کاربرد توضیح می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز قابلیت نمایشگر قرار دارد. پارامترهای کلیدی تحت شرایط آزمایش استاندارد (معمولاً Ta=25°C) اندازه‌گیری می‌شوند.

• شدت نور متوسط (I_V):از حداقل 200 میکروکاندلا تا مقدار معمول 650 میکروکاندلا در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر متغیر است. این پارامتر روشنایی درک شده بخش روشن شده توسط چشم انسان را با استفاده از یک فیلتر که تقریباً منحنی پاسخ فوتوپیک CIE را شبیه‌سازی می‌کند، کمّی می‌سازد. مقدار معمول بالا دید خوب را تضمین می‌کند.
• طول موج اوج تابش (λ_p):650 نانومتر (nm). این طول موجی است که در آن توان خروجی نوری LED در حداکثر خود قرار دارد. این مشخصه رنگ "قرمز فوق‌اشباع" را تعریف می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):639 نانومتر. این طول موج واحدی است که بهترین تطابق را با رنگ درک شده نور LED توسط چشم انسان دارد. تفاوت بین طول موج اوج و غالب به دلیل شکل طیف تابش برای LED‌ها معمول است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر. این پهنای باند نور ساطع شده را مشخص می‌کند که به عنوان عرض کامل در نصف بیشینه (FWHM) توزیع توان طیفی اندازه‌گیری می‌شود. مقدار 20 نانومتر نشان‌دهنده یک رنگ قرمز نسبتاً خالص و اشباع شده است.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):حداکثر 2:1. این یک پارامتر حیاتی برای یکنواختی نمایش است. مشخص می‌کند که شدت نور هر یک بخش نباید بیش از دو برابر شدت نور هر بخش دیگر درون همان دستگاه باشد، هنگامی که تحت شرایط یکسان (I_F=1mA) راه‌اندازی می‌شود. این امر روشنایی متعادل در تمام بخش‌های یک رقم را تضمین می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و حرارتی

این پارامترها محدودیت‌ها و شرایط عملیاتی الکتریکی را برای استفاده مطمئن و ایمن تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم هر بخش (V_F):معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت در I_F=20mA. این افت ولتاژ در دو سر یک بخش LED هنگامی است که جریان را هدایت می‌کند. برای طراحی مدار محدودکننده جریان در مرحله درایور بسیار مهم است.
• جریان مستقیم پیوسته هر بخش (I_F):حداکثر 25 میلی‌آمپر در 25°C. این حداکثر جریان DC است که می‌توان به طور پیوسته به یک بخش واحد اعمال کرد بدون خطر تخریب. دیتاشیت یک ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/°C را بالای 25°C مشخص می‌کند، به این معنی که حداکثر جریان مجاز با افزایش دمای محیط برای مدیریت دمای اتصال کاهش می‌یابد.
• جریان مستقیم اوج هر بخش:حداکثر 90 میلی‌آمپر. این تنها تحت شرایط پالسی با چرخه کاری 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. این امر طرح‌های مالتی‌پلکس را ممکن می‌سازد که در آن از جریان لحظه‌ای بالاتر برای دستیابی به روشنایی درک شده استفاده می‌شود در حالی که اتلاف توان متوسط در محدوده مجاز نگه داشته می‌شود.
• ولتاژ معکوس هر بخش (V_R):حداکثر 5 ولت. اعمال یک ولتاژ بایاس معکوس بالاتر از این می‌تواند باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار اتصال LED شود.
• جریان معکوس هر بخش (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در V_R=5V. این جریان نشتی کوچکی است که هنگامی که LED در محدوده حداکثر ریتینگ خود تحت بایاس معکوس قرار دارد، جاری می‌شود.
• اتلاف توان هر بخش (P_D):حداکثر 70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به صورت گرما در یک بخش واحد تلف شود. تجاوز از این حد، که عمدتاً توسط I_F* V_Fتعیین می‌شود، می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد و کاهش طول عمر شود.

2.3 محدودیت‌های مطلق و محیطی

این‌ها محدودیت‌های تنشی هستند که تحت هیچ شرایطی، حتی به طور لحظه‌ای، نباید از آن‌ها تجاوز کرد. عملکرد فراتر از این ریتینگ‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.

• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. عملکرد دستگاه در این محدوده دمای محیط تضمین شده است، اگرچه پارامترهای الکتریکی مانند جریان مستقیم ممکن است در دماهای بالا نیاز به کاهش ریتینگ داشته باشند.
• محدوده دمای نگهداری:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند بدون عملکرد در این محدوده نگهداری شود.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن. این برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو برای جلوگیری از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED یا پکیج بسیار مهم است.

3. سیستم دسته‌بندی و درجه‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده یک فرآیند درجه‌بندی تولید است. در حالی که کدهای دسته‌بندی خاص در این گزیده ارائه نشده‌اند، دسته‌بندی معمول برای چنین نمایشگرهایی شامل گروه‌بندی واحدها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در یک جریان آزمایش استاندارد (مثلاً I_F=1mA) است. این تضمین می‌کند که طراحانی که چندین نمایشگر را برای یک محصول واحد تهیه می‌کنند می‌توانند به روشنایی یکنواخت در تمام واحدها دست یابند، که برای محصولات نهایی با ظاهری حرفه‌ای حیاتی است. ضمنی است که سایر پارامترهای کلیدی مانند ولتاژ مستقیم و طول موج غالب نیز در تلرانس‌های مشخص شده کنترل می‌شوند تا عملکرد یکنواخت تضمین شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (I_Vدر مقابل I_F):نشان می‌دهد که روشنایی چگونه با جریان افزایش می‌یابد، معمولاً به صورت زیرخطی در جریان‌های بالاتر به دلیل گرمایش و افت بازدهی.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (V_Fدر مقابل I_F):مشخصه نمایی I-V دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی درایورهای جریان ثابت بسیار مهم است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط (I_Vدر مقابل T_a):نشان می‌دهد که خروجی LED چگونه با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد و اهمیت مدیریت حرارتی را برجسته می‌کند.
• توزیع توان طیفی:نموداری که شدت نور ساطع شده در سراسر طیف طول موج را نشان می‌دهد، حول محور اوج 650 نانومتر متمرکز شده است.

این منحنی‌ها به طراحان اجازه می‌دهد تا عملکرد تحت شرایط عملیاتی غیراستاندارد را پیش‌بینی کنند و مدارهای درایور خود را برای بازدهی و طول عمر بهینه کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد فیزیکی و طرح کلی

به نقشه پکیج ارجاع داده شده است. ویژگی‌های کلیدی یک نمایشگر استاندارد 4 رقمی 0.56 اینچی شامل اندازه کلی ماژولی است که چهار رقم کنار هم را در خود جای داده است، فاصله پایه‌ها سازگار با سوکت‌های استاندارد DIP (بسته دو ردیفه) یا جای پای PCB، و ارتفاع بخش 14.2 میلی‌متر است. ویژگی "بخش‌های یکنواخت پیوسته" نشان‌دهنده ظاهر بی‌درز بین ارقام است که اغلب با یک صفحه جلوی قالب‌گیری شده واحد به دست می‌آید. تلرانس‌های ابعاد معمولاً ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

5.2 اتصال پایه‌ها و دیاگرام مدار

دستگاه دارای پیکربندی 12 پایه است. از یک معماری مالتی‌پلکسکاتد مشترکاستفاده می‌کند. این بدان معناست که کاتد (طرف منفی) تمام LED‌های مربوط به یک رقم خاص به طور داخلی به هم متصل شده‌اند، در حالی که آندها (طرف مثبت) برای هر نوع بخش (A-G, DP) در بین تمام ارقام مشترک هستند.

• پایه‌های 6، 8، 9، 12:این‌ها به ترتیب پایه‌های کاتد مشترک برای رقم 4، رقم 3، رقم 2 و رقم 1 هستند.
• پایه‌های 1، 2، 3، 4، 5، 7، 10، 11:این‌ها به ترتیب پایه‌های آند برای بخش‌های E، D، DP، C، G، B، F و A هستند.

دیاگرام مدار داخلی چهار مجموعه از هفت LED (به علاوه DP) را نشان می‌دهد که با آندهای متصل به خطوط بخش و کاتدهای متصل به خطوط رقم مربوطه چیده شده‌اند. این ساختار برای تکنیک درایو مالتی‌پلکس اساسی است.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

پایبندی به پروفایل لحیم‌کاری مشخص شده برای قابلیت اطمینان غیرقابل مذاکره است. حداکثر ریتینگ مطلق برای دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه است. در عمل، یک پروفایل ریفلو بدون سرب با دمای اوج کمی کمتر از این حداکثر (مثلاً 250°C) برای ایجاد حاشیه ایمنی توصیه می‌شود. نقطه اندازه‌گیری (1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن) حیاتی است زیرا نشان‌دهنده دما در پایه‌های پکیج است، نه لزوماً دمای هوای گرم در فر ریفلو. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند به اتصالات سیمی داخلی آسیب برساند، اپوکسی LED را تخریب کند یا باعث لایه‌لایه شدن شود. لحیم‌کاری دستی با هویه باید به سرعت و با رعایت تخلیه حرارتی کافی روی پد PCB انجام شود. رویه‌های صحیح رسیدگی به ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید همیشه در طول مونتاژ رعایت شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

LTC-5753JD-01 برایعملکرد مالتی‌پلکس شده (چندتایی)طراحی شده است. یک مدار درایور معمول شامل یک میکروکنترلر یا IC درایور نمایشگر اختصاصی (مانند MAX7219، TM1637) است. درایور به طور متوالی یک کاتد رقم را در یک زمان فعال می‌کند (جریان را به زمین می‌کشد) در حالی که الگوی صحیح ولتاژهای آند بخش (از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان) را برای آن رقم اعمال می‌کند. این چرخه با فرکانس بالا (معمولاً >100 هرتز) تکرار می‌شود و از پایداری دید استفاده می‌کند تا هر چهار رقم به طور پیوسته روشن به نظر برسند. این روش تعداد پایه‌های درایور مورد نیاز را از 36 (4 رقم * 9 بخش) به تنها 12 (8 بخش + 4 رقم) به شدت کاهش می‌دهد.

7.2 ملاحظات طراحی و بهترین روش‌ها

• مقاومت‌های محدودکننده جریان:برای هر خط آند بخش ضروری است. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (V_CC)، ولتاژ مستقیم LED (V_F) و جریان بخش مورد نظر (I_F) محاسبه می‌شود. فرمول: R = (V_CC- V_F) / I_F. برای مالتی‌پلکسینگ، I_Fجریاناوجاست، نه متوسط.
• فرکانس و چرخه کاری مالتی‌پلکسینگ:فرکانسی به اندازه کافی بالا برای جلوگیری از سوسو زدن قابل مشاهده (معمولاً >100-60 هرتز) مورد نیاز است. چرخه کاری برای هر رقم در یک مالتی‌پلکس 4 رقمی 1/4 (25%) است. برای دستیابی به همان روشنایی درک شده یک LED با درایو استاتیک در جریان I، جریان اوج در طول بازه زمانی فعال آن باید تقریباً 4I باشد. این باید با ریتینگ جریان اوج (90mA) بررسی شود.
• دکاپلینگ منبع تغذیه:یک خازن سرامیکی 0.1µF نزدیک به پایه‌های تغذیه ماژول نمایشگر قرار دهید تا تقاضای جریان پالسی مالتی‌پلکسینگ را هموار کند.
• زاویه دید:ویژگی "زاویه دید گسترده" برای کاربردهایی مفید است که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور مشاهده شود. نصب PCB باید خطوط دید کاربر مورد نظر را در نظر بگیرد.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LED‌های قرمز استاندارد GaAsP یا GaP، LED قرمز فوق‌اشباع AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو یا مصرف توان کمتر برای همان روشنایی می‌شود. طول موج 650 نانومتر یک رنگ قرمز زنده و عمیق ارائه می‌دهد. در مقایسه با پیکربندی‌های آند مشترک، پیکربندی کاتد مشترک اغلب برای ارتباط با میکروکنترلرهای مدرن راحت‌تر است، که در کشیدن جریان (به زمین) بهتر از تأمین آن هستند. ارتفاع رقم 0.56 اینچی آن را در دسته‌ای قرار می‌دهد که برای مشاهده از فاصله متوسط مناسب است، بزرگتر از نمایشگرهای مینیاتوری SMD اما کوچکتر از واحدهای بزرگ نصب شده روی پنل.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک ولتاژ DC ثابت و بدون مالتی‌پلکسینگ راه‌اندازی کنم؟

ج: از نظر فنی بله، اما بسیار ناکارآمد است و به تعداد زیادی پین I/O (یک پین برای هر بخش از هر رقم) نیاز دارد. مالتی‌پلکسینگ روش مورد نظر و بهینه برای عملکرد است.

س: چرا ریتینگ جریان اوج بسیار بالاتر از ریتینگ جریان پیوسته است؟

ج: این به دلیل محدودیت‌های حرارتی است. در طول یک پالس کوتاه، اتصال LED زمان کافی برای گرم شدن قابل توجه ندارد و اجازه می‌دهد یک جریان لحظه‌ای بالاتر بدون تجاوز از حداکثر دمای اتصال اعمال شود. این خاصیت در مالتی‌پلکسینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

س: هدف از نسبت تطابق شدت نور چیست؟

ج: این یکنواختی بصری را تضمین می‌کند. بدون این مشخصه، یک بخش (مثلاً بخش A) ممکن است به طور محسوسی روشن‌تر یا کمنورتر از بخش دیگر (مثلاً بخش D) در همان رقم باشد و ظاهری ناهموار و غیرحرفه‌ای ایجاد کند.

س: چگونه میانگین مصرف توان را محاسبه کنم؟

ج: برای یک نمایشگر مالتی‌پلکس شده، توان یک بخش را هنگامی که روشن است (I_{F_peak}* V_F) محاسبه کنید، در تعداد بخش‌های روشن در یک رقم معمولی (مثلاً 7 برای "8") ضرب کنید، سپس در چرخه کاری (1/4 برای مالتی‌پلکس 4 رقمی) ضرب کنید. این میانگین توان برای یک رقم را می‌دهد. برای توان کل ماژول در 4 ضرب کنید. مصرف خود IC درایور را نیز به خاطر بسپارید.

10. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از ولتاژ روشن شدن دیود (تقریباً 2.6-2.1 ولت) در دو سر یک بخش LED AlInGaP اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب انرژی را به صورت فوتون (نور) با طول موج مشخصه شکاف باند ماده AlInGaP، که در ناحیه قرمز فوق‌اشباع (~650 نانومتر) است، آزاد می‌کند. مدار داخلی به صورت یک ماتریس (کاتد مشترک برای هر رقم، آند مشترک برای هر نوع بخش) چیده شده است تا مالتی‌پلکسینگ تقسیم زمانی را ممکن سازد، جایی که در هر لحظه فقط یک رقم از نظر الکتریکی فعال است، اما همه به دلیل اسکن سریع متوالی روشن به نظر می‌رسند.

11. زمینه و روندهای صنعت

نمایشگرهایی مانند LTC-5753JD-01 نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اعتماد هستند. در حالی که فناوری‌های نمایشگر جدیدتر مانند OLED و LCD ماتریس نقطه‌ای با وضوح بالا انعطاف‌پذیری بیشتری برای گرافیک و فونت‌های سفارشی ارائه می‌دهند، نمایشگرهای هفت قسمتی LED همچنان در کاربردهایی که اولویت با قابلیت اطمینان فوق‌العاده، روشنایی بالا، زوایای دید گسترده، هزینه کم و سادگی است - به ویژه در محیط‌های صنعتی، خودرو و فضای باز - غالب هستند. روند در این بخش به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) است که اجازه مصرف توان کمتر و تولید گرمای کاهش یافته را می‌دهد، و به سمت بسته‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار است، اگرچه بسته‌های سوراخ‌دار مانند این مورد همچنان برای نمونه‌سازی اولیه، تعمیر و برخی کاربردهای مقاوم محبوب هستند. استفاده از مواد نیمه‌هادی پیشرفته مانند AlInGaP به جای GaAsP قدیمی نتیجه مستقیم این روند محرک بازدهی است.