فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 ویژگیها و مزایای اصلی
- 2. شرح دقیق مشخصات فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (Ta=25°C)
- 3. سیستم رتبهبندی و طبقهبندی
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بستهبندی
- 5.2 اتصال پینها و قطبیت
- 6. راهنمای جوشکاری و مونتاژ
- 7. توصیههای کاربردی و ملاحظات طراحی
- 7.1 مدار کاربردی متداول
- 7.2 ملاحظات طراحی
- 8. مقایسه و تمایز فنی
- 9. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
- 10. نمونههای کاربردی عملی
- 11. معرفی اصول فنی
- 12. روندها و تحولات صنعت
1. مرور کلی محصول
LTS-2801AJR یک ماژول نمایشگر دیجیتال هفت قسمتی، تک رقمی و با عملکرد بالا است. عملکرد اصلی آن ارائه نمایش واضح و قابل اعتماد اعداد و کاراکترهای الفبایی-عددی محدود در دستگاههای الکترونیکی است. حوزههای کاربردی اصلی آن شامل ابزار دقیق کممصرف، محصولات الکترونیکی مصرفی، پنلهای کنترل صنعتی و هر دستگاهی است که به نشانگرهای دیجیتالی روشن و خوانا نیاز دارد.
این قطعه بر اساس فناوری پیشرفته LED از جنس AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) ساخته شده است. این سیستم مواد نیمههادی به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی در محدوده طیفی نارنجی-قرمز تا کهربایی شناخته شده است. استفاده از زیرلایه شفاف GaAs بازده استخراج نور را بیشتر افزایش داده و در نتیجه روشنایی نمایشگر را بهبود میبخشد. این نمایشگر با طراحی پنل خاکستری و نشانگرهای قسمتی سفید، در هنگام روشن شدن قسمتها کنتراست بالایی ارائه میدهد که خوانایی را تحت شرایط نوری مختلف بهبود میبخشد.
ویژگی تعیینکننده این نمایشگر، طراحی بهینهشده آن برای کارکرد با جریان پایین است. این نمایشگر به طور خاص آزمایش و غربالگری شده تا اطمینان حاصل شود که حتی با جریان راهاندازی پایین تا 1mA در هر قسمت نیز عملکرد عالی دارد و آن را به انتخابی ایدهآل برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به مصرف انرژی تبدیل میکند. شدت نور ساطعشده هر قسمت در جریان پایین نیز هماهنگ شده تا نمایش یکنواخت و یکدستی در سراسر رقم تضمین شود.
1.1 ویژگیها و مزایای اصلی
- اندازه کاراکتر:با ارتفاع کاراکتر 0.28 اینچ (7.0 میلیمتر)، وضوح خوانایی مطلوبی را در فضایی فشرده ارائه میدهد.
- کیفیت بخش:هر بخش انتشار نور پیوسته و یکنواختی را فراهم میکند، بدون شکاف یا نقطه داغ قابل مشاهده.
- بازده انرژی:طراحیشده برای نیازهای توان بسیار پایین، از 1 میلیآمپر به ازای هر بخش شروع به کار میکند.
- عملکرد نوری:ظاهر عالی کاراکتر را با روشنایی و کنتراست بالا در پسزمینه پنل خاکستری ارائه میدهد.
- زاویه دید:با تشکر از ساختار تراشه LED و طراحی بستهبندی، زاویه دید گستردهای را ارائه میدهد.
- قابلیت اطمینان:با بهرهمندی از قابلیت اطمینان دستگاههای حالت جامد، بدون قطعات متحرک و دارای عمر طولانی معمول فناوری LED.
- یکنواختی:قطعات بر اساس شدت نور ساطع شده دستهبندی (بینینگ) میشوند تا سطح روشنایی در فرآیند تولید قابل پیشبینی باشد.
2. شرح دقیق مشخصات فنی
این بخش بر اساس برگه مشخصات، تحلیل دقیق و عینی از پارامترهای فنی دستگاه ارائه میدهد. درک این مشخصات برای طراحی صحیح مدار و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد حیاتی است.
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
این مقادیر، محدودیتهای تنشی را تعریف میکنند که میتوانند منجر به آسیب دائمی دستگاه شوند. عملکرد در این محدودهها یا فراتر از آن تضمین نمیشود.
- اتلاف توان هر سگمنت:حداکثر 70 mW. تجاوز از این مقدار ممکن است منجر به گرمای بیش از حد تراشه LED و تسریع در فرسودگی آن شود.
- جریان مستقیم پیک هر سگمنت:حداکثر 90 میلیآمپر، اما تنها در شرایط پالس (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلیثانیه). این امکان دورههای کوتاه روشنایی بالا را فراهم میکند، به عنوان مثال در نمایشگرهای مالتیپلکس یا برای افکتهای استروب.
- جریان مستقیم پیوسته هر بخش:حداکثر 25 میلیآمپر در دمای 25 درجه سانتیگراد. این مقدار نامی با افزایش دمای محیط (Ta) بیش از 25 درجه سانتیگراد به صورت خطی کاهش مییابد، با ضریب کاهش 0.33 میلیآمپر بر درجه سانتیگراد. به عنوان مثال، در دمای 50 درجه سانتیگراد، حداکثر جریان پیوسته تقریباً 25 میلیآمپر - (0.33 میلیآمپر/°C * 25°C) = 16.75 میلیآمپر است.
- ولتاژ معکوس هر بخش:حداکثر 5 ولت. ولتاژ شکست معکوس LED پایین است. فراتر رفتن از این مقدار ممکن است منجر به خرابی فوری پیوند شود.
- محدوده دمای کار و ذخیرهسازی:-35°C تا +85°C. این دستگاه برای محدوده دمایی درجه صنعتی مناسب است.
- دمای لحیمکاری:تا 260°C به مدت حداکثر 3 ثانیه قابل تحمل است، نقطه اندازهگیری در فاصله 1.6 میلیمتری زیر صفحه نصب. این برای فرآیند لحیمکاری بازجریانی حیاتی است.
2.2 مشخصات الکتریکی و نوری (Ta=25°C)
اینها پارامترهای کاری معمول تحت شرایط آزمایش مشخصشده هستند. طراحی باید بر اساس این مقادیر انجام شود.
- شدت نور متوسط (IV):در جریان مستقیم (IF) 1 میلیآمپر، از 200 میکروکاندلا (حداقل) تا 480 میکروکاندلا (مقدار معمول) متغیر است. این موضوع مناسببودن آن را برای کاربردهای با جریان بسیار پایین تأیید میکند. شدت نور به نسبت جریان تغییر خواهد کرد.
- طولموج تابش اوج (λp):مقدار معمول 639 نانومتر. این طولموجی است که در آن خروجی توان نوری در حداکثر است و آن را در منطقه "فوققرمز" طیف قرار میدهد.
- عرض نیمهبیشینه خط طیفی (Δλ):مقدار معمول 20 نانومتر. این نشاندهنده خلوص طیفی است؛ عرض باریکتر به معنای تکرنگی (خلوص بالاتر) رنگ است.
- طول موج اصلی (λd):مقدار معمول 631 نانومتر. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان درک میشود و ممکن است کمی با طول موج اوج متفاوت باشد.
- ولتاژ مستقیم هر بخش (VF):در IF=20mA، محدوده از 2.0V (حداقل) تا 2.6V (مقدار معمول) است. این افت ولتاژ دو سر LED هنگام روشن شدن است. همیشه باید یک مقاومت محدودکننده جریان برای هر سگمنت یا آند مشترک به صورت سری قرار داده شود.
- جریان معکوس هر سگمنت (IR):در ولتاژ معکوس (VR) برابر 5V، حداکثر 100 μA است. این جریان نشتی کوچک هنگام بایاس معکوس LED است.
- نسبت تطابق شدت نور (IV-m):در IFدر =1mA، حداکثر 2:1 است. این تضمین میکند که روشنایی تاریکترین بخش در یک رقم، کمتر از نصف روشنایی درخشانترین بخش نباشد و یکنواختی را تضمین میکند.
توضیحات اندازهگیری:شدت نور با استفاده از حسگر و فیلترهای کالیبره شده با تابع کارایی درخشندگی بینایی CEE که تقریباً معادل حساسیت چشم انسان است، اندازهگیری میشود.
3. سیستم رتبهبندی و طبقهبندی
برگه مشخصات نشان میدهد که دستگاه "بر اساس شدت نور دستهبندی میشود". این به روش رایج "Binning" در ساخت LED اشاره دارد.
- طبقهبندی شدت نور:به دلیل تفاوتهای طبیعی در فرآیند رشد اپیتاکسیال نیمههادی و ساخت، LEDهای یک دسته تولید ممکن است خروجی روشنایی کمی متفاوتی داشته باشند. سازنده هر قطعه را آزمایش کرده و بر اساس شدت نور اندازهگیری شده در جریان آزمایش استاندارد (مانند 1mA یا 20mA) آن را در "بین"های مختلف طبقهبندی میکند. این به مشتریان اجازه میدهد بینی را انتخاب کنند که نیازهای خاص روشنایی آنها را برآورده میسازد و ثبات ظاهری محصول نهایی را تضمین مینماید. مقدار معمول IV480 μcd برای LTS-2801AJR به احتمال زیاد نمایانگر یک بین خاص یا مقدار مرکزی توزیع است.
- دستهبندی ولتاژ مستقیم:اگرچه این مدل به صراحت ذکر نشده است، اما دستهبندی LEDها بر اساس ولتاژ مستقیم (VF) نیز بسیار رایج است. این امر برای طراحیهایی که ولتاژ منبع به شدت محدود است یا نیاز به تطبیق دقیق جریان چندین LED وجود دارد، بسیار مهم است.
- دستهبندی طول موج:برای کاربردهایی که نیاز به دقت رنگ بالایی دارند، LEDها بر اساس طول موج اصلی یا طول موج اوج نیز طبقهبندی میشوند تا یکنواختی رنگ تضمین شود. λp(639nm) و λd(631nm) محدوده مقادیر معمولی باریکی دارند که نشاندهنده سازگاری رنگ ذاتی خوب این فناوری AlInGaP است.
4. تحلیل منحنی عملکرد
برگه مشخصات به "منحنیهای مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره میکند. اگرچه نمودارهای خاصی در متن ارائه نشده است، اما میتوانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن را استنباط کنیم.
- شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):این نمودار نشان میدهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان مستقیم افزایش مییابد. این رابطه معمولاً غیرخطی است، به ویژه در جریانهای بسیار پایین. این منحنی قابلیت استفاده دستگاه در 1mA را تأیید میکند و افزایش روشنایی حاصل از افزایش جریان تا حداکثر مقدار نامی را نشان میدهد.
- ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:این منحنی رابطه بین ولتاژ دو سر LED و جریان عبوری از آن را نشان میدهد. این منحنی برای طراحی مقدار مقاومت محدودکننده جریان ضروری است. ذاتاً نمایی است، اما برای اهداف طراحی، معمولاً از V معمولی در جریان کاری مورد انتظار استفاده میشود.Fمقدار.
- شدت نسبی نور در مقابل دمای محیط:خروجی نوری LED با افزایش دمای پیوند کاهش مییابد. این منحنی برای درک کاهش حرارتی (thermal derating) ضروری است. کاهش خطی جریان پیوسته مشخصشده (0.33 mA/°C) سادهسازی عملی این رابطه برای جلوگیری از گرمای بیش از حد است.
- توزیع طیفی:نمودار نشاندهنده توان نوری نسبی در طولموجهای مختلف. این نمودار قلهای در حدود ۶۳۹ نانومتر و پهنای نیمتوان ۲۰ نانومتر را نشان میدهد که گسیل نور قرمز باریک و خالص را تأیید میکند.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بستهبندی
این قطعه از شکلبندی استاندارد بستهبندی LED نمایشگر تک رقم استفاده میکند. توضیحات ابعاد کلیدی در برگه مشخصات:
- تمام ابعاد اصلی بر حسب میلیمتر (mm) ارائه شدهاند.
- تلرانس استاندارد ابعاد ±0.25 میلیمتر (معادل ±0.01 اینچ) است.
- ابعاد خاص (که در متن نقلقول نشدهاند) طول کل، عرض و ارتفاع پکیج، ابعاد پنجره دیجیتال، فاصله پایهها و همچنین طول و قطر پایه را تعریف میکنند. این موارد برای طراحی پکیج PCB و تناسب مکانیکی درون محفظه حیاتی هستند.
5.2 اتصال پینها و قطبیت
LTS-2801AJR یکآند مشترکنمایشگر است. این بدان معناست که آندهای (قطب مثبت) تمام بخشهای LED به صورت داخلی به یک پایه مشترک متصل شدهاند. کاتدهای (قطب منفی) بخشهای جداگانه به پایههای مجزا هدایت شدهاند.
تعریف پایهها (پیکربندی 10 پایه):
- پایه 1: کاتد بخش E
- پایه 2: کاتد بخش D
- پایه 3: آند مشترک 1
- پایه 4: کاتد بخش C
- پایه 5: کاتد نقطه اعشار (D.P.)
- پایه 6: کاتد بخش B
- پایه 7: کاتد بخش A
- پایه 8: آند مشترک 2
- پایه 9: کاتد بخش G
- پایه 10: کاتد بخش F
نمودار مدار داخلی:شماتیک نشان میدهد که دو پایه آند مشترک (3 و 8) در داخل به یکدیگر متصل شدهاند. این طراحی دو آند به توزیع جریان کمک کرده و میتواند برای طرحهای افزونگی یا مالتیپلکسینگ خاص مورد استفاده قرار گیرد. تمام کاتدهای بخش و کاتد نقطه اعشاری مستقل هستند.
6. راهنمای جوشکاری و مونتاژ
رعایت این راهنماها برای اطمینان از قابلیت اطمینان و جلوگیری از آسیب در حین فرآیند مونتاژ ضروری است.
- جوشکاری بازجریانی:این قطعه میتواند دمای اوج حداکثر 260 درجه سانتیگراد را برای مدت زمان حداکثر 3 ثانیه تحمل کند. این دما باید در فاصله 1.6 میلیمتری زیر بدنه بستهبندی (صفحه نصب روی PCB) اندازهگیری شود. منحنی استاندارد لحیمکاری بازجریانی بدون سرب (IPC/JEDEC J-STD-020) عموماً قابل اعمال است، اما باید محدودیت خاص 260°C/3 ثانیه رعایت شود.
- لحیمکاری دستی (Hand Soldering):در صورت لزوم انجام لحیمکاری دستی، از هویه کنترل دمای استفاده کنید. زمان تماس برای هر پایه باید به 3 تا 5 ثانیه محدود شود تا از انتقال بیش از حد حرارت از طریق پایهها به تراشه LED جلوگیری شود.
- شستشو:پس از جوشکاری، با استفاده از حلال مناسب و غیرخوردنده شستشو دهید. از شستشوی اولتراسونیک خودداری کنید مگر اینکه ایمنی آن برای بستهبندی تأیید شده باشد.
- اقدامات احتیاطی ESD (تخلیه الکترواستاتیک):اگرچه به صراحت ذکر نشده است، اما LED یک دستگاه نیمههادی است و ممکن است نسبت به ESD حساس باشد. توصیه میشود در فرآیند مونتاژ از روشهای استاندارد کنترل ESD (ایستگاه کاری زمینشده، مچبند) استفاده شود.
- شرایط نگهداری:قطعه را در کیسه ضد رطوبت اصلی خود نگهداری کنید. دمای محیط باید در محدوده دمای نگهداری مشخصشده (35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس) باشد و رطوبت پایین حفظ شود تا از اکسید شدن پایهها جلوگیری شود.
7. توصیههای کاربردی و ملاحظات طراحی
7.1 مدار کاربردی متداول
راهاندازی مستقیم توسط میکروکنترلر:برای نمایشگرهای آند مشترک، پایه مشترک از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به ولتاژ تغذیه مثبت (مثلاً +5 ولت) متصل میشود، یا بهطور رایجتر، به یک پایه GPIO میکروکنترلر که بهعنوان خروجی منطقی "بالا" پیکربندی شده است (یا توسط یک ترانزیستور PNP برای جریان بالاتر هدایت میشود). هر پایه کاتد سگمنت به یک پایه GPIO میکروکنترلر متصل است. برای روشن کردن یک سگمنت، پایه کاتد مربوطه باید به سطح منطقی "پایین" (زمین) هدایت شود تا مدار کامل گردد.
محاسبه مقاومت محدودکننده جریان:این برای هر اتصال آند مشترک یا هر کاتد سگمنت (بسته به توپولوژی درایو) لازم است. با استفاده از ولتاژ مستقیم معمول (VF= 2.6V) و جریان مستقیم مورد نیاز (IF)، مقدار مقاومت R را میتوان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (Vمنبع تغذیه- VF) / IFبرای منبع تغذیه 5 ولت و جریان IF=10 میلیآمپر: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω. توان نامی مقاومت باید حداقل برابر با IF2* R باشد.
7.2 ملاحظات طراحی
- استفاده مجدد:برای کنترل چندین رقم با استفاده از پینهای میکروکنترلر کمتر، نیاز به استفاده از تکنیک مالتیپلکسینگ است. ارقام به سرعت (مثلاً 1-5 میلیثانیه برای هر رقم) یکی پس از دیگری روشن میشوند. توانایی LTS-2801AJR در مدیریت جریان پیک (پالس 90mA) آن را برای کاربردهای مالتیپلکس مناسب میسازد، جایی که روشنایی لحظهای برای جبران چرخه کاری کاهشیافته باید بالاتر باشد.
- طراحی کممصرف:طراحی دستگاههای تغذیهشده با باتری با استفاده از قابلیت کارکرد 1mA آن. در هر بخش روشن با جریان 1mA و منبع تغذیه 5V، مصرف توان هر بخش تقریباً (5V - 2.6V) * 0.001A = 2.4 mW است.
- زاویه دید:با در نظر گرفتن زاویه دید گسترده آن، نمایشگر را طوری قرار دهید تا خوانایی برای کاربر نهایی تضمین شود.
- مدیریت حرارتی:در کاربردهایی که با جریان بالا یا دمای محیط بالا به طور مداوم کار میکنند، اطمینان از تهویه کافی ضروری است. از منحنی کاهش جریان در دمای بالای 25°C پیروی کنید.
8. مقایسه و تمایز فنی
اگرچه مقایسه مستقیمی با سایر مدلها ارائه نشده است، اما میتوان ویژگیهای کلیدی متمایزکننده LTS-2801AJR را از مشخصات آن استنباط کرد:
- در مقایسه با LED استاندارد قرمز GaAsP/GaP:در مقایسه با مواد LED قدیمیتر، فناوری AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتر (تولید نور بیشتر به ازای هر جریان mA) و خلوص رنگ بهتر (قرمز اشباعتر) را فراهم میکند. این امر منجر به روشنایی بیشتر و مصرف توان پایینتر میشود.
- در مقایسه با نمایشگرهای دیجیتال با ابعاد بزرگتر:ارقام 0.28 اینچی تعادلی بین اندازه و خوانایی برقرار میکنند و برای دستگاههای فشرده مناسب هستند، جایی که استفاده از نمایشگرهای با ابعاد بزرگتر (مانند 0.5 اینچ یا 1 اینچ) از نظر فیزیکی عملی نیست.
- در مقایسه با نمایشگری که تست جریان پایین روی آن انجام نشده است:آزمایش و غربالگری صریح برای ویژگیهای برجسته جریان پایین (1mA) یک مشخصه کلیدی است. همه نمایشگرهای هفتقطعه نمیتوانند روشنایی یکنواخت و عملکرد صحیح را در چنین سطح پایینی از درایو تضمین کنند.
- در مقایسه با نمایشگر کاتد مشترک:هنگام اتصال به میکروکنترلری که توانایی منبعجریان آن بهتر از توانایی جذب جریان است (اگرچه بسیاری از MCUهای مدرن متقارن هستند)، معمولاً پیکربندی آند مشترک ترجیح داده میشود. انتخاب دقیق به طراحی مدار درایو بستگی دارد.
9. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
سوال: آیا میتوانم این نمایشگر را مستقیماً با سیستم میکروکنترلر 3.3V راهاندازی کنم؟
پاسخ: بله، اما باید مقاومت محدودکننده جریان مجدداً محاسبه شود. با استفاده از Vمنبع تغذیه=3.3V، VF=2.6V، و IF=5mA: R = (3.3V - 2.6V) / 0.005A = 140 Ω. لطفاً تأیید کنید که خروجی نوری در 5mA نیازهای کاربرد شما را برآورده میکند.
سوال: چرا دو پایه آند مشترک (3 و 8) وجود دارد؟
پاسخ: آنها در داخل به هم متصل هستند. این امر انعطافپذیری در مسیریابی PCB را فراهم میکند و به توزیع جریان کل آند (مجموع جریانهای تمام سگمنتهای روشن) روی دو پایه کمک میکند، که در نتیجه چگالی جریان هر پایه را کاهش داده و قابلیت اطمینان را افزایش میدهد.
سوال: تفاوت بین طول موج اوج (639nm) و طول موج اصلی (631nm) چیست؟
پاسخ: طول موج اوج، نقطهای است که خروجی توان نوری از نظر فیزیکی در بالاترین حد خود است. طول موج اصلی، طول موج منفردی است که میتواند ادراک رنگی یکسانی را برای چشم انسان ایجاد کند و بر اساس محاسبه طیف کامل به دست میآید. حساسیت چشم انسان بر این محاسبه تأثیر میگذارد و منجر به مقادیر متفاوت میشود.
سوال: چگونه نقطه اعشار را روشن کنیم؟
پاسخ: نقطه اعشار یک LED مستقل است که کاتد آن روی پین 5 قرار دارد. برای روشن کردن آن، باید آند مشترک را به V+ متصل کرده و پین 5 را (از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان، که میتواند با سگمنتها مشترک یا مستقل باشد) به زمین درایو کنید.
10. نمونههای کاربردی عملی
سناریو: طراحی یک دماسنج دیجیتال ساده با باتری.
- انتخاب قطعات:انتخاب LTS-2801AJR به دلیل ویژگی کارکرد با جریان پایین آن است که طول عمر باتری را به حداکثر میرساند. یک میکروکنترلر با حداقل 8 پایه I/O انتخاب کنید (7 پایه برای سگمنتها و 1 پایه برای کنترل آند مشترک).
- طراحی مدار:پایههای آند مشترک (3 و 8) به یکدیگر متصل شده و سپس از طریق یک ترانزیستور PNP به یک پایه GPIO میکروکنترلر وصل میشوند (برای مدیریت جریان کل هنگام روشن بودن تمام سگمنتها). هر کاتد سگمنت (پایههای 1,2,4,5,6,7,9,10) به یک پایه GPIO مجزا در میکروکنترلر متصل میشود. یک مقاومت محدودکننده جریان بین ریل تغذیه مثبت میکروکنترلر و امیتر ترانزیستور PNP قرار دهید (یا اگر درایو مستقیم است، به صورت سری با هر کاتد). مقدار مقاومت را بر اساس روشنایی مورد نیاز (مثلاً 2mA برای هر سگمنت) محاسبه کنید.
- نرمافزار:میکروکنترلر سنسور دما را میخواند، مقدار را به عدد اعشاری تبدیل میکند و الگوی بخش مربوطه (مثلاً از جدول "فونت هفتبخشی") را جستجو میکند. سپس، در حالی که پین کنترل آند مشترک را برای نمایش رقم روی HIGH تنظیم میکند، پینهای کاتد مربوطه را به LOW میبرد.
- نتیجه:یک نمایشگر دمای واضح و خوانا با مصرف انرژی بسیار کم، مناسب برای دستگاههای قابل حمل.
11. معرفی اصول فنی
فناوری هستهای AlInGaP LED است. نور از طریق فرآیندی به نام الکترولومینسانس تولید میشود. هنگامی که ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند نیمههادی P-N اعمال میشود، الکترونهای مواد نوع N با حفرههای مواد نوع P در ناحیه فعال ترکیب میشوند. این ترکیب، انرژی را به صورت فوتون (ذره نور) آزاد میکند. طول موج خاص نور (رنگ) توسط انرژی شکاف باند ماده نیمههادی تعیین میشود که از طریق کنترل دقیق نسبت آلومینیوم، ایندیوم، گالیم و فسفر در فرآیند رشد کریستال حاصل میشود. در مقایسه با زیرلایه جاذب، زیرلایه شفاف GaAs اجازه میدهد نور بیشتری از تراشه خارج شود و در نتیجه کارایی خارجی کلی را افزایش میدهد. نور این تراشههای ریز سپس توسط محفظه پلاستیکی شکل داده و هدایت میشود تا الگوی هفتقسمتی قابل تشخیص را تشکیل دهد.
12. روندها و تحولات صنعت
توسعه نمایشگرهای هفتبخشی از روندهای گستردهتر فناوری LED پیروی میکند. اگرچه ابعاد کلی پایه همچنان بسیار مفید است، اما فناوری زیربنایی همچنان در حال پیشرفت است. AlInGaP خود بهتنهایی نسبت به مواد قدیمی یک جهش بزرگ محسوب میشود. روندهای فعلی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
- بازدهی بالاتر:تحقیقات مداوم در مورد ساختار اپیتاکسیال و تکنیکهای استخراج نور، منجر به بهبود لومن بر وات شده است که باعث میشود نمایشگرها با جریان یکسان روشنتر باشند یا عمر باتری طولانیتر شود.
- یکپارچهسازی:برخی نمایشگرهای مدرن، درایور IC ("کنترلر") را مستقیماً درون پکیج یکپارچه میکنند که رابط را برای طراحان سیستم ساده میسازد (اگرچه این در نمایشگرهای ماتریس نقطهای و کاراکتری رایجتر از واحدهای هفتقطعهای پایه است).
- رنگها و مواد جایگزین:اگرچه این مدل از AlInGaP برای تولید نور قرمز استفاده میکند، اما مواد دیگری مانند InGaN برای LEDهای آبی، سبز و سفید به کار میروند. اصل عملکرد با جریان پایین و روشنایی بالا برای این فناوریها نیز صدق میکند.
- دوام در محیطهای خاص:برای محیطهای خشن، بهبودهای در مهر و موم و مواد بستهبندی، مقاومت در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و دمای شدید را افزایش داده است.
LTS-2801AJR بر فناوری اثباتشده AlInGaP که برای عملکرد جریان پایین بهینهسازی شده تمرکز دارد و در این چشمانداز فناوری در حال تکامل، نمایانگر راهحلی بالغ، قابل اعتماد و بسیار کاربردی است.
شرح دقیق اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
1. شاخصهای اصلی عملکرد نوری-الکتریکی
| اصطلاحات | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| کارایی نوری (Luminous Efficacy) | lm/W (لومن بر وات) | میزان شار نوری تولید شده به ازای هر وات انرژی الکتریکی، هرچه بیشتر باشد، صرفهجویی در انرژی بیشتر است. | به طور مستقیم سطح کارایی انرژی چراغ و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری (Luminous Flux) | lm (لومن) | کل مقدار نور ساطعشده از یک منبع نور، که معمولاً به آن "روشنایی" میگویند. | تعیین اینکه آیا چراغ به اندازه کافی روشن است. |
| زاویه تابش (Viewing Angle) | ° (درجه)، مانند 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ (CCT) | K (کلوین)، مانند 2700K/6500K | گرمی یا سردی رنگ نور، مقادیر پایین متمایل به زرد/گرم و مقادیر بالا متمایل به سفید/سرد است. | تعیینکننده جو نورپردازی و صحنههای کاربردی مناسب. |
| شاخص نمود رنگ (CRI / Ra) | بدون واحد، ۰–۱۰۰ | توانایی منبع نور در بازتولید رنگ واقعی اشیاء، Ra≥۸۰ مطلوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، برای مکانهای با الزامات بالا مانند مراکز خرید و گالریهای هنری استفاده میشود. |
| رنگسنجی (SDCM) | مراحل بیضی مکآدام، مانند "5-step" | شاخص کمی برای یکنواختی رنگ، هرچه تعداد گامها کمتر باشد، رنگ یکنواختتر است. | اطمینان از عدم تفاوت رنگ در بین چراغهای یک دسته. |
| طول موج غالب (Dominant Wavelength) | نانومتر (nm)، مانند 620nm (قرمز) | مقدار طول موج متناظر با رنگ LED رنگی. | تعیین رنگآمیزی LEDهای تکرنگ مانند قرمز، زرد و سبز. |
| Spectral Distribution | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت نور ساطعشده از LED در طولموجهای مختلف را نشان میدهد. | بر کیفیت رنگدهی و کیفیت رنگ تأثیر میگذارد. |
دو: پارامترهای الکتریکی
| اصطلاحات | نمادها | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم (Forward Voltage) | Vf | حداقل ولتاژ مورد نیاز برای روشن شدن LED، مشابه "آستانه راهاندازی". | ولتاژ منبع تغذیه درایور باید ≥Vf باشد، در صورت اتصال سری چند LED، ولتاژها جمع میشوند. |
| جریان مستقیم (Forward Current) | If | مقدار جریانی که باعث روشنایی عادی LED میشود. | معمولاً با درایو جریان ثابت استفاده میشود، جریان تعیینکننده روشنایی و طول عمر است. |
| حداکثر جریان پالس (Pulse Current) | Ifp | جریان اوج قابل تحمل در مدت زمان کوتاه، برای تنظیم نور یا فلاش. | عرض پالس و چرخه وظیفه باید به دقت کنترل شود، در غیر این صورت آسیب ناشی از گرمای بیش از حد رخ میدهد. |
| ولتاژ معکوس (Reverse Voltage) | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است دچار شکست شود. | در مدار باید از اتصال معکوس یا شوک ولتاژ جلوگیری شود. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به نقطه لحیمکاری. هرچه مقدار آن کمتر باشد، دفع حرارت بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیازمند طراحی قویتر برای دفع حرارت است، در غیر این صورت دمای اتصال افزایش مییابد. |
| تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD Immunity) | V (HBM)، مانند 1000V | مقاومت در برابر ضربه الکترواستاتیک، هرچه مقدار بالاتر باشد، آسیبپذیری در برابر الکتریسیته ساکن کمتر است. | در فرآیند تولید باید اقدامات ضد الکتریسیته ساکن بهخوبی رعایت شود، بهویژه برای LEDهای با حساسیت بالا. |
سوم: مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاحات | شاخصهای کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال (Junction Temperature) | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | با کاهش هر 10 درجه سانتیگراد، عمر مفید ممکن است دو برابر شود؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و انحراف رنگ میشود. |
| افت نور (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعت) | مدت زمان لازم برای کاهش روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه. | تعریف مستقیم "عمر مفید" LED. |
| نرخ حفظ لومن (Lumen Maintenance) | % (مانند 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از مدتزمان استفاده. | نشاندهنده قابلیت حفظ روشنایی پس از استفاده طولانیمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضیهای مکآدام | میزان تغییر رنگ در طول فرآیند استفاده. | تأثیر بر یکنواختی رنگ در صحنههای روشنایی. |
| Thermal Aging | کاهش عملکرد مواد. | تخریب مواد بستهبندی ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است منجر به کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
چهارم: بستهبندی و مواد
| اصطلاحات | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC، PPA، سرامیک | مواد پوستهای که تراشه را محافظت کرده و رابطهای نوری و حرارتی را فراهم میکنند. | EMC مقاومت حرارتی خوب و هزینه کم؛ سرامیک اتلاف حرارت عالی و عمر طولانی. |
| ساختار تراشه | نصب معمولی، نصب معکوس (Flip Chip) | روش چیدمان الکترودهای تراشه. | چیدمان معکوس، خنککنندگی بهتر و بازده نوری بالاتری دارد و برای توانهای بالا مناسب است. |
| پوشش فسفر | YAG, سیلیکات، نیترید | روی تراشه آبی پوشش داده میشود، بخشی به نور زرد/قرمز تبدیل شده و با هم ترکیب میشوند تا نور سفید تولید شود. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| طراحی لنز/اپتیک | صفحهای، میکرولنز، بازتاب کلی | ساختار نوری سطح بستهبندی، کنترل توزیع نور. | زاویه تابش و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
۵. کنترل کیفیت و درجهبندی
| اصطلاحات | محتوای طبقهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| طبقهبندی شار نوری | کد مانند 2G، 2H | گروهبندی بر اساس سطح روشنایی، هر گروه دارای حداقل/حداکثر مقدار لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته محصول. |
| دستهبندی ولتاژ | کدها مانند 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | برای تطبیق آسانتر منبع تغذیه درایو و بهبود بازدهی سیستم. |
| دستهبندی بر اساس رنگ | بیضی MacAdam 5-مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از قرارگیری رنگ در محدودهای بسیار کوچک. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل یک چراغ. |
| درجهبندی دمای رنگ | 2700K, 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس دمای رنگ، هر گروه دارای محدوده مختصات مربوطه است. | برآوردن نیازهای دمای رنگ برای سناریوهای مختلف. |
شش: آزمایش و گواهینامهدهی
| اصطلاحات | استاندارد/آزمایش | توضیح ساده | معنا |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ لومن | روشنایی مداوم در شرایط دمای ثابت، ثبت دادههای کاهش روشنایی. | برای محاسبه عمر LED (همراه با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد برونیابی عمر | برآورد عمر در شرایط استفاده واقعی بر اساس دادههای LM-80. | ارائه پیشبینی علمی عمر. |
| استاندارد IESNA | استاندارد انجمن مهندسی روشنایی | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی میشود. | مرجع آزمون پذیرفتهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهی زیستمحیطی | اطمینان حاصل کنید که محصول حاوی مواد مضر (مانند سرب، جیوه) نباشد. | شرایط دسترسی به بازارهای بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهینامه بهرهوری انرژی | گواهینامه بهرهوری انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | معمولاً در پروژههای خرید دولتی و یارانهای استفاده میشود تا رقابتپذیری بازار را افزایش دهد. |