مشخصات فنی نمایشگر LED مدل LTA-1000KR - نوار نور مستطیلی - رنگ قرمز سوپر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTA-1000KR یک ماژول نمایشگر دیود نورافشان (LED) حالت جامد است که به‌صورت یک نوار نور مستطیلی ده‌بخشی طراحی شده است. عملکرد اصلی آن، تأمین یک ناحیه بزرگ، روشن و یکنواخت از نور برای کاربردهایی است که نیازمند یک نشانگر بصری پیوسته یا منبع نور هستند. این دستگاه برای قابلیت اطمینان و بازدهی مهندسی شده و با استفاده از مواد نیمه‌هادی پیشرفته، عملکردی پایدار ارائه می‌دهد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای کلیدی این محصول شامل سطح نوردهی بزرگ و یکنواخت آن است که برای نشانگرهای وضعیت، نورپردازی پنل‌ها یا نور پس‌زمینه‌ای که در آن الگوی مستطیلی متمایزی مورد نیاز است، ایده‌آل می‌باشد. این دستگاه با نیاز توان کم کار می‌کند که به طراحی سیستم با بازده انرژی کمک می‌کند. روشنایی بالا و نسبت کنتراست، دید عالی را حتی در محیط‌های پرنور تضمین می‌کند. ساختار حالت جامد آن، قابلیت اطمینان و طول عمر برتری را در مقایسه با نشانگرهای رشته‌ای یا فلورسنت سنتی ارائه می‌دهد، بدون رشته‌ای برای شکستن یا گازی برای تخریب. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان تطبیق روشنایی یکنواخت در تولید را فراهم می‌کند. علاوه بر این، با الزامات بسته‌بندی بدون سرب مطابقت دارد که با مقررات زیست‌محیطی مدرن (RoHS) همسو است. این ترکیب از ویژگی‌ها، آن را برای پنل‌های کنترل صنعتی، ابزار دقیق، الکترونیک مصرفی و کاربردهای داشبورد خودرو مناسب می‌سازد که در آن سیگنال‌دهی بصری قابل اطمینان و واضح حیاتی است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

این بخش یک تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای الکتریکی، نوری و فیزیکی دستگاه را همان‌طور که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد دستگاه قرار دارد. تراشه‌های LED مورد استفاده بر پایه فناوری AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs هستند که به دلیل بازدهی بالا در طیف طول موج قرمز/نارنجی شناخته شده است. طول موج اوج انتشار معمولی (λp) در جریان مستقیم (IF) 20 میلی‌آمپر، 639 نانومتر است که آن را در محدوده رنگ "قرمز سوپر" قرار می‌دهد. طول موج غالب (λd) در 631 نانومتر مشخص شده است. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 20 نانومتر است که نشان‌دهنده باند نسبتاً باریکی از نور منتشر شده است و به خلوص رنگ کمک می‌کند.

شدت نور متوسط (Iv) در هر بخش یک پارامتر کلیدی است. تحت شرایط آزمایش IF=1 میلی‌آمپر، شدت نور از حداقل 200 میکروکاندلا تا مقدار معمول 675 میکروکاندلا متغیر است. نسبت تطبیق شدت نور بین نواحی نور مشابه حداکثر 2:1 مشخص شده است که برای اطمینان از ظاهر یکنواخت در تمام ده بخش هنگام روشن شدن همزمان آن‌ها مهم است.

2.2 پارامترهای الکتریکی و ریتینگ‌های حداکثر مطلق

درک محدودیت‌های الکتریکی برای طراحی مدار قابل اطمینان حیاتی است. ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد.

• اتلاف توان در هر بخش:حداکثر 70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به‌صورت ایمن به‌عنوان گرما توسط یک بخش LED منفرد تلف شود.
• جریان مستقیم پیوسته در هر بخش:حداکثر 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این ریتینگ به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. طراحان باید حداکثر جریان کاهش یافته در بالاترین دمای عملیاتی کاربرد خود را محاسبه کنند.
• جریان مستقیم پیک در هر بخش:حداکثر 90 میلی‌آمپر، اما تنها تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه). این امکان رانش بیش از حد کوتاه‌مدت برای دستیابی به روشنایی لحظه‌ای بالاتر را فراهم می‌کند.
• ولتاژ مستقیم در هر بخش (VF):معمولاً 2.6 ولت در IF=20 میلی‌آمپر، با حداکثر 2.6 ولت. حداقل آن 2.0 ولت است. این افت ولتاژ برای محاسبه مقادیر مقاومت محدودکننده جریان سری مهم است.
• ولتاژ معکوس در هر بخش:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.
• جریان معکوس در هر بخش (IR):حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت اعمال می‌شود.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد ریتینگ شده است. محدوده دمای نگهداری یکسان است. این محدوده وسیع، عملکرد در محیط‌های سخت را تضمین می‌کند. کاهش جریان مستقیم با دما (0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد) نتیجه مستقیم ویژگی‌های حرارتی LED است؛ دمای بالاتر، بازدهی و حداکثر جریان عملیاتی ایمن را کاهش می‌دهد. شرایط لحیم‌کاری مشخص شده، یک فرآیند موجی یا ری‌فلو است که در آن دمای بدنه بسته از 260 درجه سانتی‌گراد برای 3 ثانیه تجاوز نمی‌کند، که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این راهنما برای مونتاژ جهت جلوگیری از آسیب حرارتی به بسته پلاستیکی یا اتصالات سیم داخلی حیاتی است.

3. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

3.1 ابعاد فیزیکی و ساختار

این دستگاه به‌عنوان یک نوار نور مستطیلی توصیف شده است. بسته دارای رویه خاکستری و بخش‌های سفید است که احتمالاً با فراهم کردن یک پس‌زمینه تیره برای بخش‌های روشن، کنتراست را افزایش می‌دهد. ابعاد دقیق در یک نقشه ارائه شده است (در دیتاشیت ارجاع داده شده اما در متن جزئیات آن نیامده است). تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک تلرانس خاص برای جابجایی نوک پایه ±0.4 میلی‌متر است که برای طراحی جای پایه PCB و مونتاژ خودکار مهم است.

3.2 اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

LTA-1000KR دارای پیکربندی 20 پایه است. پایه‌ها به وضوح تعریف شده‌اند: پایه‌های 1 تا 10 آندهای بخش‌های A تا K هستند (توجه: 'I' حذف شده، از J و K استفاده می‌شود). پایه‌های 11 تا 20 کاتدهای متناظر به ترتیب معکوس هستند (کاتد K تا کاتد A). این آرایش نشان‌دهنده یک اتصال سبک کاتد مشترک برای هر بخش است، اما با دسترسی جداگانه به هر دو آند و کاتد هر LED. این حداکثر انعطاف‌پذیری را برای مالتی‌پلکسینگ یا کنترل بخش‌های جداگانه فراهم می‌کند. یک نمودار مدار داخلی ارجاع داده شده است که معمولاً ده المان LED مستقل را نشان می‌دهد.

4. راهنمای کاربرد و ملاحظات طراحی

4.1 سناریوهای کاربردی متداول

این نوار نور برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند آرایه‌ای خطی از نشانگرهای روشن هستند. کاربردهای بالقوه شامل موارد زیر است:

• نشانگرهای سطح:برای اندازه‌گیری قدرت سیگنال، صدا، فشار یا دما که در آن طول روشن شده با یک مقدار مطابقت دارد.
• نوارهای پیشرفت:در ابزار دقیق یا دستگاه‌های مصرفی برای نشان دادن وضعیت تکمیل.
• نور پس‌زمینه:برای پنل‌های نور لبه‌ای یا تابلوها که در آن نورپردازی مستطیلی یکنواخت مورد نیاز است.
• نمایشگرهای وضعیت صنعتی:روی پنل‌های کنترل برای نشان دادن وضعیت ماشین یا شرایط هشدار در چندین کانال.

4.2 طراحی مدار و ملاحظات درایو

برای کارکرد ایمن و مؤثر LTA-1000KR، چندین قاعده طراحی باید رعایت شود:

1. محدود کردن جریان:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. یک مقاومت سری باید با هر بخش (یا یک مدار درایور تنظیم‌شده جریان) استفاده شود تا جریان مستقیم را به یک مقدار ایمن محدود کند، معمولاً در یا زیر ریتینگ پیوسته 25 میلی‌آمپر. مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود: R = (Vsupply - VF) / IF، که در آن VF ولتاژ مستقیم LED است (از مقدار حداکثر برای محاسبه جریان بدترین حالت استفاده کنید).
2. مدیریت حرارتی:در حالی که اتلاف توان در هر بخش کم است (حداکثر 70 میلی‌وات)، مجموع برای ده بخش می‌تواند 700 میلی‌وات باشد. مساحت کافی مس PCB یا دیگر سینک‌های حرارتی ممکن است در صورتی که تمام بخش‌ها به طور پیوسته با جریان بالا راه‌اندازی شوند، ضروری باشد، به ویژه در دمای محیط بالا.
3. مالتی‌پلکسینگ:دسترسی جداگانه آند و کاتد، دستگاه را برای طرح‌های درایو مالتی‌پلکس شده بسیار مناسب می‌سازد. این تعداد پایه‌های I/O میکروکنترلر مورد نیاز را کاهش می‌دهد. باید دقت شود که جریان پیک در طول پالس مالتی‌پلکسینگ از ریتینگ 90 میلی‌آمپر تجاوز نکند و جریان متوسط در طول زمان، ریتینگ پیوسته را رعایت کند.
4. محافظت در برابر ولتاژ معکوس:در مدارهایی که نوسانات ولتاژ معکوس ممکن است رخ دهد، دیودهای محافظ خارجی ممکن است ضروری باشند، زیرا ریتینگ ولتاژ معکوس خود LED تنها 5 ولت است.

4.3 مونتاژ و جابجایی

رعایت پروفیل لحیم‌کاری (حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه) اجباری است تا از ترک خوردن یا لایه‌لایه شدن بسته جلوگیری شود. احتیاط‌های استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) باید در طول جابجایی و مونتاژ رعایت شود، زیرا تراشه‌های LED به الکتریسیته ساکن حساس هستند. نگهداری باید در محدوده‌های دمایی و رطوبتی مشخص شده باشد تا از جذب رطوبت جلوگیری شود که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در طول لحیم‌کاری ری‌فلو شود.

5. تحلیل عملکرد و مقایسه فنی

5.1 تحلیل پارامترهای کلیدی

استفاده از فناوری AlInGaP یک عامل مهم است. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز استاندارد GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو می‌شود. زیرلایه غیرشفاف GaAs به هدایت نور به سمت بالا کمک می‌کند و خروجی نور مفید از سطح بالایی را بهبود می‌بخشد. نسبت تطبیق شدت نور مشخص شده 2:1 یک درجه استاندارد برای چنین نمایشگرهایی است که یکنواختی بصری قابل قبول را تضمین می‌کند. طراحانی که نیاز به یکنواختی دقیق‌تری دارند، باید کالیبراسیون الکتریکی را پیاده‌سازی کنند یا در صورت موجود بودن، قطعات دسته‌بندی شده را انتخاب کنند.

5.2 مقایسه با راه‌حل‌های جایگزین

در مقایسه با خوشه‌ای از LEDهای گسسته، این نوار نور یکپارچه، راه‌حلی یکنواخت‌تر و از نظر مکانیکی مستحکم‌تر ارائه می‌دهد، با مونتاژ ساده‌شده (یک قطعه در مقابل ده قطعه). در مقایسه با نمایشگرهای فلورسنت خلاء یا الکترولومینسانس، LEDها طول عمر بسیار بیشتری، ولتاژ عملیاتی پایین‌تر و بدون خطر نشت گاز یا تخریب فسفر ارائه می‌دهند. معاوضه اصلی ممکن است زاویه دید و نقطه رنگ خاص باشد که در این مدل در طیف قرمز تیره ثابت است.

6. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم هر ده بخش را همزمان با 25 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

ج: بله، از نظر الکتریکی می‌توانید، زیرا هر بخش مستقل است. با این حال، باید اتلاف توان کل (تا 700 میلی‌وات) را در نظر بگیرید و اطمینان حاصل کنید که PCB و محیط اطراف می‌توانند گرمای حاصل را برای حفظ قابلیت اطمینان تحمل کنند، به ویژه نزدیک حد بالای دما.

س: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج اوج (λp=639nm) طول موجی است که در آن طیف انتشار حداکثر شدت را دارد. طول موج غالب (λd=631nm) طول موج تک‌رنگ نوری است که به نظر چشم انسان همان رنگ را دارد. این تفاوت به دلیل شکل طیف انتشار LED است.

س: چگونه یادداشت "شدت نور با ... منحنی پاسخ چشم CIE اندازه‌گیری شده است" را تفسیر کنم؟

ج: این یادداشت تأیید می‌کند که مقادیر شدت (بر حسب میکروکاندلا، μcd) واحدهای نورسنجی هستند که توسط منحنی استاندارد حساسیت بینایی فوتوپیک انسان (سازگار با نور روز) وزن‌دهی شده‌اند. این امر اعداد را برای پیش‌بینی روشنایی درک شده معنادار می‌سازد، در مقابل واحدهای تابش‌سنجی (وات) که کل توان نور را بدون توجه به رنگ اندازه‌گیری می‌کنند.

س: پایه‌ها آندها و کاتدهای جداگانه را نشان می‌دهند. آیا می‌توانم آن را به‌عنوان یک نمایشگر آند مشترک یا کاتد مشترک سیم‌کشی کنم؟

ج: پایه‌های فیزیکی ثابت هستند. برای شبیه‌سازی یک نمایشگر کاتد مشترک، باید تمام پایه‌های کاتد (11-20) را روی PCB خود به هم متصل کنید. برای شبیه‌سازی یک نمایشگر آند مشترک، باید تمام پایه‌های آند (1-10) را به هم متصل کنید. پیکربندی ارائه شده، انعطاف‌پذیری پیاده‌سازی هر یک را در سخت‌افزار فراهم می‌کند.

7. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک نشانگر سطح شارژ باتری

یک طراح در حال ساخت شارژر برای باتری یک ابزار است. آن‌ها می‌خواهند یک نمودار میله‌ای ده‌بخشی برای نشان دادن سطح شارژ از 0% تا 100% داشته باشند. LTA-1000KR به دلیل رنگ قرمز روشن و شکل بخش مستطیلی آن که خواندن آن آسان است، انتخاب شده است.

پیاده‌سازی:میکروکنترلر سیستم دارای پایه‌های I/O محدودی است. طراح از یک طرح مالتی‌پلکسینگ استفاده می‌کند. آن‌ها ده آند (پایه‌های 1-10) را به ده پایه میکروکنترلر جداگانه که به‌عنوان خروجی پیکربندی شده‌اند، متصل می‌کنند. آن‌ها ده کاتد (پایه‌های 11-20) را به هم متصل کرده و این نود مشترک را از طریق یک MOSFET کانال N منفرد که توسط پایه میکروکنترلر دیگری کنترل می‌شود، سینک می‌کنند. برای روشن کردن یک بخش، پایه آند متناظر آن از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان، High تنظیم می‌شود و MOSFET کاتد مشترک روشن می‌شود. میکروکنترلر به سرعت از هر بخش عبور می‌کند (مثلاً 1 میلی‌ثانیه برای هر بخش). جریان پیک در هر بخش از طریق محاسبه مقاومت روی 20 میلی‌آمپر تنظیم می‌شود: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 اهم (از مقدار استاندارد 120Ω یا 150Ω استفاده کنید). جریان متوسط در هر بخش 2 میلی‌آمپر است (20 میلی‌آمپر * چرخه وظیفه 1/10)، که به خوبی در محدوده ریتینگ پیوسته قرار دارد. نمایشگر به دلیل پایداری دید، به طور یکنواخت روشن به نظر می‌رسد. روشنایی به راحتی در نرم‌افزار با تغییر چرخه وظیفه مالتی‌پلکسینگ قابل تنظیم است.

8. معرفی اصول فنی

دیودهای نورافشان (LED) دستگاه‌های پیوند p-n نیمه‌هادی هستند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه پیوند تزریق می‌شوند. هنگامی که این حامل‌های بار بازترکیب می‌شوند، انرژی آزاد می‌شود. در موادی مانند AlInGaP، این انرژی عمدتاً به‌صورت فوتون (نور) و نه گرما آزاد می‌شود. طول موج خاص (رنگ) نور منتشر شده توسط انرژی شکاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود که در طول فرآیند رشد کریستال با تنظیم نسبت‌های آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفر مهندسی می‌شود. زیرلایه غیرشفاف، نور منتشر شده به سمت پایین را جذب می‌کند و با کاهش اتلاف داخلی و تشویق نور برای خروج از سطح بالایی تراشه، بازده کلی را بهبود می‌بخشد. رویه خاکستری و بخش‌های سفید بسته به ترتیب به‌عنوان بازتابنده و پخش‌کننده عمل می‌کنند تا ظاهری مستطیلی یکنواخت از تراشه‌های LED گسسته نصب شده در زیر ایجاد کنند.

9. روندها و زمینه فناوری

LTA-1000KR نماینده یک فناوری نمایشگر LED بالغ است. روند گسترده‌تر صنعت به سمت بازدهی بالاتر و یکپارچگی بیشتر بوده است. در حالی که نوارهای نور LED گسسته مانند این یکی برای فرم‌فاکتورهای خاص حیاتی باقی می‌مانند، فناوری‌های جدیدتری در حال ظهور هستند. آرایه‌های LED نوع SMD (دستگاه نصب سطحی) جای پایه حتی کوچک‌تری ارائه می‌دهند و برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place مناسب‌تر هستند. علاوه بر این، توسعه LEDهای آلی (OLED) و میکرو-LEDها امکان نمایشگرهای کاملاً آدرس‌پذیر، انعطاف‌پذیر و با وضوح فوق‌العاده بالا را فراهم می‌کند. با این حال، برای کاربردهایی که نیازمند نشانگرهای ساده، مستحکم و با روشنایی بالا در یک فرمت میله‌ای خاص هستند، آرایه‌های LED غیرآلی مبتنی بر AlInGaP مانند LTA-1000KR همچنان تعادل بهینه‌ای از عملکرد، قابلیت اطمینان و هزینه ارائه می‌دهند. حرکت به سمت بسته‌بندی بدون سرب، همان‌طور که در این دستگاه مشاهده می‌شود، نشان‌دهنده تغییر صنعت‌گسترده به سمت فرآیندهای تولید پایدار زیست‌محیطی است که توسط مقررات جهانی مانند RoHS و REACH هدایت می‌شود.