دیتاشیت فنی LTC-4798SW - نمایشگر چهار رقمی سفید LED با ارتفاع رقم 0.39 اینچ (9.9 میلی‌متر) - ولتاژ مستقیم 2.7-3.2 ولت - توان 35 میلی‌وات در هر سگمنت

1. مرور کلی محصول

LTC-4798SW یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی چهار رقمی با هفت سگمنت است. عملکرد اصلی آن نمایش اطلاعات عددی و الفبایی محدود در دستگاه‌های الکترونیکی است. فناوری هسته آن بر پایه چیپ‌های LED سفید InGaN (ایندیوم گالیم نیترید) نصب شده بر روی یک زیرلایه شفاف است. این دستگاه دارای صفحه‌ای سفید و سگمنت‌های سفید است که ظاهری تمیز و با کنتراست بالا ارائه می‌دهد. این نمایشگر در دسته نمایشگرهای با کاتد مشترک مالتی‌پلکس طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که کاتدهای LEDهای مربوط به هر رقم به یکدیگر متصل شده‌اند که امکان کنترل کارآمد چندین رقم با تعداد پایه‌های درایور کمتر را فراهم می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر چندین مزیت کلیدی ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای متنوعی مناسب می‌سازد. روشنایی بالا و کنتراست عالی آن، خوانایی ممتازی حتی در محیط‌های پرنور تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده 130 درجه‌ای امکان مشاهده واضح نمایشگر از موقعیت‌های مختلف را فراهم می‌آورد. نیاز به توان پایین آن، به بهره‌وری انرژی در محصول نهایی کمک می‌کند. قابلیت اطمینان حالت جامد فناوری LED، عمر عملیاتی طولانی و مقاومت در برابر ضربه و لرزش را تضمین می‌نماید. این دستگاه از بسته‌بندی بدون سرب استفاده می‌کند که با دستورالعمل RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد و آن را برای بازارهای جهانی با مقررات سخت زیست‌محیطی مناسب می‌سازد. بازارهای هدف اصلی شامل ابزار دقیق صنعتی، لوازم خانگی مصرفی، پایانه‌های فروش، دستگاه‌های پزشکی و نمایشگرهای داشبورد خودرو می‌شود که در آن‌ها به نمایش عددی واضح و قابل اطمینان نیاز است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی، نوری و حرارتی ذکر شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

شدت نور متوسط (Iv) در جریان آزمایش استاندارد 5 میلی‌آمپر بین 71 تا 146 میلی‌کاندلا (mcd) مشخص شده است. این پارامتر روشنایی هر سگمنت روشن را تعریف می‌کند. دیتاشیت خاطرنشان می‌کند که شدت نور دسته‌بندی شده است، به این معنی که دستگاه‌ها بر اساس خروجی اندازه‌گیری شده‌شان دسته‌بندی و علامت‌گذاری می‌شوند که به طراحان امکان انتخاب نمایشگرهایی با سطوح روشنایی یکنواخت را می‌دهد. زاویه دید (2θ1/2) 130 درجه است که زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور به نصف مقدار حداکثر اندازه‌گیری شده در محور می‌رسد. این زاویه گسترده یک مزیت قابل توجه برای کاربردهایی است که کاربر ممکن است مستقیماً روبروی نمایشگر نباشد. مختصات رنگی (x, y) به عنوان مقادیر معمول (x=0.304, y=0.3) تحت نمودار رنگی CIE 1931 ارائه شده‌اند که نقطه سفید نور ساطع شده را تعریف می‌کنند. یک تلرانس ±0.01 در سیستم دسته‌بندی به این مختصات اعمال می‌شود.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ مستقیم (Vf) هر سگمنت در جریان مستقیم (If) 5 میلی‌آمپر از 2.7 ولت تا 3.2 ولت متغیر است. این یک پارامتر حیاتی برای طراحی مدار محدودکننده جریان برای LEDها است. ریتینگ‌های حداکثر مطلق محدودیت‌های عملیاتی را تعریف می‌کنند: جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت نباید از 10 میلی‌آمپر تجاوز کند و جریان مستقیم پیک (تحت شرایط پالسی 1 کیلوهرتز، چرخه وظیفه 10%) نباید از 50 میلی‌آمپر فراتر رود. اتلاف توان هر سگمنت به 35 میلی‌وات محدود شده است. تجاوز از این ریتینگ‌ها می‌تواند منجر به تخریب دائمی یا خرابی شود. جریان معکوس (Ir) حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت مشخص شده است. دیتاشیت صراحتاً هشدار می‌دهد که این شرایط ولتاژ معکوس تنها برای اهداف آزمایشی است و دستگاه نباید به طور مداوم تحت بایاس معکوس کار کند، زیرا LEDها برای تحمل ولتاژ معکوس قابل توجه طراحی نشده‌اند.

2.3 مشخصات حرارتی

محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی دستگاه از 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است. این محدوده گسترده آن را برای استفاده در محیط‌های مستعد تغییرات دمایی قابل توجه مناسب می‌سازد. یک فاکتور کاهش جریان مستقیم مشخص شده است: برای هر درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد، حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز باید 0.28 میلی‌آمپر کاهش یابد. این یک ملاحظه طراحی حیاتی برای جلوگیری از فرار حرارتی و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت، به ویژه در کاربردهای با دمای محیط بالا است. شرایط لحیم‌کاری به عنوان 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن مشخص شده است که یک پروفیل استاندارد ریفلو بدون سرب است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

این محصول از یک سیستم دسته‌بندی جامع برای اطمینان از یکنواختی در پارامترهای کلیدی استفاده می‌کند. این امر به تولیدکنندگان امکان می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که با نیازهای خاص آن‌ها برای یکنواختی در تنظیمات چند نمایشگری مطابقت دارد.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (Vf)

دستگاه‌ها بر اساس ولتاژ مستقیم آن‌ها در 5 میلی‌آمپر در دسته‌ها مرتب می‌شوند. دسته‌ها با برچسب 3 تا 7 مشخص شده‌اند، با محدوده Vf از 2.7-2.8 ولت (دسته 3) تا 3.1-3.2 ولت (دسته 7). یک تلرانس ±0.1 ولت به هر دسته اعمال می‌شود. انتخاب نمایشگرها از یک دسته Vf یکسان به اطمینان از روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی توسط یک منبع ولتاژ ثابت با مقاومت‌های سری کمک می‌کند، زیرا جریان عبوری از هر سگمنت سازگارتر خواهد بود.

3.2 دسته‌بندی شدت نور (Iv)

این یک پارامتر دسته‌بندی حیاتی برای یکنواختی بصری است. دسته‌ها با کدهای الفبایی-عددی (Q11, Q12, Q21, Q22, R11, R12) برچسب‌گذاری شده‌اند. شدت نور از حداقل 71.0 mcd (حداقل Q11) تا حداکثر 146.0 mcd (حداکثر R12) متغیر است. یک تلرانس ±15% به هر دسته اعمال می‌شود. کد طبقه‌بندی Iv روی هر بسته بندی علامت‌گذاری شده است که ردیابی و انتخاب را تسهیل می‌کند.

3.3 دسته‌بندی رنگ (رنگ‌مایه)

نقطه سفید از طریق دسته‌بندی رنگ‌مایه کنترل می‌شود. دیتاشیت چندین دسته (S3-1, S3-2, S4-1, S4-2) را با مرزهای خاصی روی مختصات رنگی CIE 1931 (x, y) تعریف می‌کند. این مرزها روی نمودار رنگ، چهارضلعی‌هایی را تشکیل می‌دهند. یک تلرانس ±0.01 به مختصات (x, y) درون هر دسته اعمال می‌شود. این دسته‌بندی اطمینان می‌دهد که تمام سگمنت‌ها و ارقام درون یک نمایشگر و در میان چندین نمایشگر، نور سفید یکنواختی ساطع می‌کنند و از تغییر رنگ محسوس جلوگیری می‌شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که گزیده PDF ارائه شده به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. بر اساس رفتار استاندارد LED، این منحنی‌ها به طور معمول رابطه بین جریان مستقیم و شدت نور (نشان‌دهنده افزایش تقریباً خطی در محدوده عملیاتی)، رابطه بین ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم (منحنی I-V دیود) و تغییر شدت نور با دمای محیط (نشان‌دهنده کاهش با افزایش دما) را نشان می‌دهند. درک این روابط برای طراحی مدارهای درایور قوی که روشنایی ثابتی را در شرایط عملیاتی مورد نظر حفظ می‌کنند، ضروری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و تلرانس‌ها

این دستگاه دارای ارتفاع رقم 0.39 اینچ (9.9 میلی‌متر) است. تمام ابعاد بسته‌بندی بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند. تلرانس‌های عمومی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. نکات مکانیکی کلیدی شامل موارد زیر است: تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است؛ مواد خارجی روی یک سگمنت باید ≤10 میل باشد؛ آلودگی جوهر سطحی باید ≤20 میل باشد؛ خمش باید ≤1% طول رفلکتور باشد؛ و حباب‌های درون یک سگمنت باید ≤10 میل باشد. قطر سوراخ PCB توصیه شده برای پایه‌ها 1.0 میلی‌متر است.

5.2 پین‌اوت و شناسایی قطبیت

نمایشگر دارای 12 پایه است. نمودار مدار داخلی و جدول اتصال پایه نشان می‌دهد که از نوع کاتد مشترک مالتی‌پلکس است. آندهای مربوط به سگمنت‌های جداگانه (A تا G و DP) و کاتدهای مشترک برای چهار رقم به شماره پایه‌های خاصی اختصاص داده شده‌اند. به عنوان مثال، پایه 12 کاتد مشترک رقم 1، پایه 9 برای رقم 2، پایه 8 برای رقم 3 و پایه 6 برای رقم 4 است. شناسایی صحیح پایه‌های کاتد مشترک برای طرح درایو مالتی‌پلکس ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

بخش ریتینگ حداکثر مطلق شرایط لحیم‌کاری را مشخص می‌کند: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن. این با یک پروفیل استاندارد ریفلو بدون سرب مطابقت دارد. رعایت این امر برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED یا بسته پلاستیکی بسیار مهم است. دیتاشیت شامل یک هشدار قوی در مورد تخلیه الکترواستاتیک (ESD) است. LEDها به ESD حساس هستند و باید روش‌های صحیح دست‌زنی رعایت شود: استفاده از مچ‌بند یا دستکش ضد استاتیک و اطمینان از زمین‌شدن صحیح تمام تجهیزات و ایستگاه‌های کاری. برای ذخیره‌سازی، محدوده دمای مشخص شده 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد است و دستگاه‌ها باید تا زمان استفاده در بسته‌های اصلی ضد رطوبت خود نگهداری شوند.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیاز به نمایش عددی واضح و چند رقمی دارند ایده‌آل است. کاربردهای رایج شامل مولتی‌مترهای دیجیتال، فرکانس‌شمارها، نمایشگرهای ساعت و تایمر، نمایشگرهای کنترل فرآیند صنعتی، تجهیزات پایش پزشکی (مانند فشارسنج‌ها)، لوازم خانگی (فر، مایکروویو) و پنل‌های ابزار دقیق می‌شود.

7.2 ملاحظات طراحی

مدار درایور:یک مدار درایور مالتی‌پلکس مورد نیاز است. این شامل فعال‌سازی متوالی کاتد مشترک هر رقم در حین تأمین داده آند سگمنت مناسب برای آن رقم است. سوئیچینگ باید به اندازه کافی سریع باشد تا از سوسو زدن قابل مشاهده جلوگیری شود (معمولاً نرخ نوسازی >60 هرتز).
محدودیت جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر آند سگمنت اجباری است (یا می‌توان از یک IC درایور جریان ثابت استفاده کرد). مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه، ولتاژ مستقیم LED (برای طراحی ایمن از حداکثر Vf استفاده کنید) و جریان مستقیم مورد نظر (نباید از 10 میلی‌آمپر پیوسته تجاوز کند) محاسبه می‌شود.
مدیریت حرارتی:در کاربردهای با دمای محیط بالا، باید کاهش جریان مستقیم (0.28 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد) اعمال شود. این ممکن است نیاز به کاهش جریان عملیاتی برای باقی ماندن در محدوده مجاز اتلاف توان داشته باشد.
ادغام نوری:هنگام طراحی محفظه و پنجره محصول، زاویه دید گسترده 130 درجه‌ای را در نظر بگیرید. ممکن است از فیلترها یا دیفیوزرها برای افزایش کنتراست در نور محیط روشن استفاده شود.

8. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف از کدهای دسته‌بندی روی بسته بندی چیست؟
پ: کدهای دسته‌بندی (برای Vf، Iv و رنگ‌مایه) به شما امکان می‌دهند نمایشگرهایی با مشخصات الکتریکی و نوری بسیار نزدیک به هم انتخاب کنید. این برای دستیابی به روشنایی و رنگ یکنواخت در تمام ارقام در کاربرد شما، به ویژه اگر از چندین نمایشگر در کنار هم استفاده می‌کنید، حیاتی است.
س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منبع تغذیه 5 ولت راه‌اندازی کنم؟
پ: بله، اما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر سگمنت استفاده کنید. به عنوان مثال، با منبع تغذیه 5 ولت و با فرض حداکثر Vf برابر 3.2 ولت و If مورد نظر 5 میلی‌آمپر، مقدار مقاومت R = (5V - 3.2V) / 0.005A = 360 اهم خواهد بود. یک مقاومت استاندارد 360Ω یا 390Ω مناسب خواهد بود.
س: چرا ریتینگ جریان مستقیم پیک (50 میلی‌آمپر) بسیار بالاتر از ریتینگ پیوسته (10 میلی‌آمپر) است؟
پ: ریتینگ پیک امکان کار پالسی را فراهم می‌کند که اساس مالتی‌پلکسینگ است. در یک تنظیم مالتی‌پلکس، هر رقم تنها برای کسری از زمان (چرخه وظیفه) تغذیه می‌شود. برای دستیابی به همان روشنایی ظاهری یک سگمنت با درایو پیوسته، جریان پالسی می‌تواند بالاتر باشد، به شرطی که اتلاف توان متوسط در محدوده مجاز باقی بماند.
س: اگر از محدوده دمای ذخیره‌سازی فراتر بروم چه اتفاقی می‌افتد؟
پ: فراتر رفتن از محدودیت‌ها، به ویژه در سمت بالا، می‌تواند پیری چیپ‌های LED و بسته پلاستیکی را تسریع کند و به طور بالقوه منجر به تیره‌شدن زودرس اپوکسی (کاهش لومن) یا خرابی مکانیکی شود. در سمت پایین، تنش حرارتی می‌تواند باعث ترک خوردگی شود.

9. اصل عملکرد

LTC-4798SW بر اساس اصل الکترولومینسانس در مواد نیمه‌هادی عمل می‌کند. چیپ LED InGaN هنگامی که یک جریان مستقیم در سراسر پیوند p-n آن اعمال می‌شود، نور آبی ساطع می‌کند. این دستگاه از یک پوشش فسفری (که به صراحت ذکر نشده اما با عبارت "LED سفید" اشاره شده است) استفاده می‌کند که بخشی از نور آبی را جذب کرده و آن را به عنوان نور زرد بازتاب می‌دهد. ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تبدیل شده توسط چشم انسان به عنوان نور سفید درک می‌شود. قالب هفت سگمنت، چیدمان استانداردی از هفت LED مستطیلی (سگمنت) است که می‌توانند به صورت جداگانه کنترل شوند تا ارقام عددی (0-9) و برخی حروف را تشکیل دهند. معماری کاتد مشترک مالتی‌پلکس یک تکنیک سیم‌کشی است که تعداد پایه‌های کنترلی مورد نیاز را از (7 سگمنت + 1 نقطه اعشار) * 4 رقم = 32 پایه به 7 آند سگمنت + 4 کاتد رقم + 1 آند مشترک DP = 12 پایه کاهش می‌دهد. این امر با چرخه‌ای سریع برق به هر رقم به ترتیب در حالی که سگمنت‌های صحیح برای آن رقم روشن می‌شوند، حاصل می‌شود.