دیتاشیت فنی LTD-5023AJR - نمایشگر LED سوپر قرمز AlInGaP با ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTD-5023AJR یک ماژول نمایشگر هفت‌قطعه‌ای LED با عملکرد بالا و مصرف توان پایین است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی عددی و محدود حروف-عددی واضح و روشن برای دستگاه‌های الکترونیکی نیازمند نمایش دیجیتال است. فناوری هسته بر پایه ماده نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) است که به‌طور خاص برای تولید رنگ سوپر قرمز با بازدهی و قابلیت اطمینان بالا طراحی شده است.

دستگاه در دسته نوع کاتد مشترک طبقه‌بندی می‌شود، به این معنی که تمام کاتدهای LEDهای هر رقم به‌طور داخلی به هم متصل هستند. این پیکربندی مدار درایو را ساده می‌کند، به‌ویژه برای کاربردهای مالتی‌پلکس. این نمایشگر دارای نقطه اعشاری سمت راست برای هر رقم است که امکان نمایش عددی انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند. نمایشگر با ساختار حالت جامد خود مشخص می‌شود و مزایایی نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر مانند نمایشگرهای فلورسنت خلأ یا رشته‌ای از نظر مقاومت در برابر ضربه، طول عمر و بازدهی توان ارائه می‌دهد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد این نمایشگر قرار دارد. رنگ اصلی به عنوان "سوپر قرمز" تعریف شده است که از طریق چیپ‌های AlInGaP حاصل می‌شود. پارامترهای نوری کلیدی اندازه‌گیری شده در دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد شامل موارد زیر است:

• شدت نور متوسط (I_V):از حداقل 320 میکروکاندلا تا حداکثر معمول 700 میکروکاندلا در زمانی که با جریان مستقیم بسیار پایین (I_F) 1 میلی‌آمپر برای هر قطعه راه‌اندازی می‌شود. این روشنایی بالا در جریان پایین یک ویژگی مهم است.
• طول موج اوج تابش (λ_p):معمولاً 639 نانومتر (nm). این نقطه خاص بالاترین شدت در طیف نور ساطع شده را تعریف می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):معمولاً 631 نانومتر. این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و برای مشخص‌سازی رنگ بسیار مهم است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):تقریباً 20 نانومتر. این پارامتر خلوص طیفی یا باریکی باند نور ساطع شده را نشان می‌دهد.
• نسبت تطابق شدت نور (I_V-m):حداکثر 2:1 در I_F=1mA. این یکنواختی در روشنایی بین قطعات مختلف یک رقم را تضمین می‌کند که برای ظاهر بصری یکنواخت حیاتی است.

تمام اندازه‌گیری‌های شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری انجام می‌شود که به منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE کالیبره شده است و اطمینان از ارتباط داده‌ها با بینایی انسان را تضمین می‌کند.

2.2 ریتینگ‌های الکتریکی و حداکثر مطلق

پایبندی به این ریتینگ‌ها برای عملکرد قابل اطمینان و جلوگیری از آسیب دائمی به دستگاه ضروری است.

• جریان مستقیم پیوسته برای هر قطعه:حداکثر مطلق 25 میلی‌آمپر است. یک فاکتور کاهش خطی 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد برای دمای محیط (T_A) بالای 25 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌شود.
• جریان مستقیم پیک برای هر قطعه:حداکثر 90 میلی‌آمپر، اما تنها تحت شرایط پالسی با چرخه وظیفه 1/10 و عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه. این اجازه می‌دهد تا برای دستیابی به روشنایی پیک بالاتر در سیستم‌های مالتی‌پلکس، به‌طور مختصر اوردرایو انجام شود.
• اتلاف توان برای هر قطعه:حداکثر 70 میلی‌وات. این محدودیت، همراه با ریتینگ جریان مستقیم، حداکثر ولتاژ مستقیم مجاز تحت شرایط کاری را دیکته می‌کند.
• ولتاژ معکوس برای هر قطعه:حداکثر 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.
• ولتاژ مستقیم برای هر قطعه (V_F):معمولاً 2.6 ولت، با حداکثر 2.6 ولت در جریان تست (I_F) 20mA. حداقل آن 2 ولت ذکر شده است.
• جریان معکوس برای هر قطعه (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال می‌شود.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

• محدوده دمای کاری:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده وسیع، نمایشگر را برای شرایط محیطی مختلف، از کنترل‌های صنعتی تا الکترونیک مصرفی مناسب می‌سازد.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری:دستگاه می‌تواند دمای لحیم 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری شده است. این با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب سازگار است.

3. سیستم دسته‌بندی و طبقه‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه "برای شدت نور دسته‌بندی شده است." این نشان‌دهنده یک فرآیند دسته‌بندی تولید است که در آن نمایشگرها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان تست استاندارد (احتمالاً 1mA یا 20mA) مرتب می‌شوند. دسته‌ها توسط مقادیر حداقل و/یا معمول شدت (مثلاً محدوده 320-700 میکروکاندلا) تعریف می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت برای کاربرد خود انتخاب کنند و ظاهر یکنواخت در چندین واحد در یک محصول را تضمین کنند. اگرچه در این برگه خاص به تفصیل شرح داده نشده است، دستگاه‌های مشابه اغلب دسته‌هایی برای ولتاژ مستقیم (V_F) و طول موج غالب (λ_d) دارند تا یکنواختی الکتریکی و رنگی را تضمین کنند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاهی معمولاً شامل موارد زیر می‌شود:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V):رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است. ولتاژ زانو در حدود V_Fمعمول 2.6 ولت است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-L):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که معمولاً در محدوده کاری یک رابطه تقریباً خطی است. این بازدهی بالا در جریان‌های پایین (1mA) را برجسته می‌کند.
• شدت نور در مقابل دمای محیط:کاهش خروجی نور با افزایش دمای پیوند را نشان می‌دهد که برای کاربردهای با دمای بالا یا توان بالا مهم است.
• منحنی توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که حول منطقه 639-631 نانومتر با نیم‌عرض مشخص شده 20 نانومتر متمرکز است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی

نمایشگر دارای ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) است. نقشه ابعاد پکیج ارجاع داده شده است که تمام اندازه‌گیری‌ها را بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مشخص می‌کند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پکیج فیزیکی دو رقم هفت‌قطعه‌ای کامل به همراه نقاط اعشاری مربوطه خود را در خود جای داده است.

5.2 اتصال پین و مدار داخلی

دستگاه دارای پیکربندی 18 پین است. پین‌اوت به وضوح تعریف شده است:

• پین‌های 1-12، 15-18: اتصالات آند برای قطعات فردی (A-G, DP) برای رقم 1 و رقم 2.
• پین‌های 13 و 14: کاتد مشترک به ترتیب برای رقم 2 و رقم 1.

نمودار مدار داخلی آرایش کاتد مشترک را نشان می‌دهد: تمام LEDهای یک رقم مشخص یک پین کاتد مشترک را به اشتراک می‌گذارند، در حالی که هر قطعه (و نقطه اعشاری) پین آند مستقل خود را دارد. این پیکربندی استاندارد برای یک نمایشگر چندرقمی با کاتد مشترک است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مشخصه کلیدی مونتاژ ارائه شده، پروفیل لحیم‌کاری است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن. این با استانداردهای IPC/JEDEC برای لحیم‌کاری ریفلو دستگاه‌های نصب سطحی همسو است. بهترین روش‌ها شامل موارد زیر است:

• استفاده از یک فر ریفلو کنترل شده با پروفیلی که به‌طور مناسب تا دمای پیک بالا رفته و از آن خنک می‌شود تا تنش حرارتی به حداقل برسد.
• پرهیز از لحیم‌کاری دستی مستقیم به پکیج LED برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و آسیب به چیپ‌های نیمه‌هادی یا لنز پلاستیکی.
• اطمینان از ذخیره‌سازی نمایشگر در یک محیط خشک قبل از مونتاژ برای جلوگیری از جذب رطوبت، که می‌تواند باعث "پاپ کورن شدن" در حین ریفلو شود.

7. پیشنهادات کاربرد

7.1 سناریوهای کاربرد معمول

این نمایشگر برای کاربردهایی که نیازمند نمایش عددی واضح و کم‌مصرف هستند ایده‌آل است:

• تجهیزات تست و اندازه‌گیری:مولتی‌مترها، فرکانس‌کانترها، منبع تغذیه‌ها.
• کنترل‌های صنعتی:پنل مترها، نشانگرهای فرآیند، نمایشگرهای تایمر.
• الکترونیک مصرفی:تجهیزات صوتی (تقویت‌کننده‌ها، رسیورها)، لوازم آشپزخانه، ساعت‌ها.
• بازار لوازم جانبی خودرو:گیج‌ها و ابزارهای تشخیصی (در جایی که مشخصات محیطی مناسب است).

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. هر پین آند باید از طریق یک مقاومت سری محدودکننده جریان راه‌اندازی شود. مقدار مقاومت به صورت R = (V_منبع- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. استفاده از V_Fمعمول 2.6 ولت و I_Fمورد نظر 10-5 میلی‌آمپر برای روشنایی خوب رایج است.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چندرقمی، از مالتی‌پلکسینگ برای کنترل قطعات زیاد با پین‌های درایور کمتر استفاده می‌شود. این شامل چرخه سریع توان بین کاتد مشترک هر رقم در حالی که قطعات مربوطه روشن می‌شوند، است. طراحی کاتد مشترک LTD-5023AJR برای این کار عالی است. ریتینگ جریان پیک (90mA) اجازه می‌دهد تا جریان‌های لحظه‌ای بالاتر در طول پالس کوتاه مالتی‌پلکسینگ برای دستیابی به روشنایی متوسط قابل مقایسه با یک جریان پیوسته پایین‌تر ایجاد شود.
• رابط میکروکنترلر:معمولاً به پین‌های GPIO یا یک IC درایور LED اختصاصی (مانند شیفت رجیستر یا درایور جریان ثابت) برای کنترل آندها و یک ترانزیستور (NPN یا N-channel MOSFET) برای سینک جریان از هر پین کاتد مشترک در طول مالتی‌پلکسینگ نیاز دارد.
• زاویه دید:دیتاشیت به "زاویه دید وسیع" اشاره می‌کند که برای کاربردهایی که نمایشگر ممکن است از موقعیت‌های خارج از محور مشاهده شود مفید است.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTD-5023AJR خود را از طریق چندین ویژگی کلیدی متمایز می‌کند:

• فناوری AlInGaP:در مقایسه با LEDهای قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد، به ویژه در طیف قرمز/نارنجی/کهربایی، که منجر به خروجی روشن‌تر در جریان‌های پایین‌تر می‌شود.
• عملکرد با جریان پایین:تست و انتخاب صریح برای ویژگی‌های عالی جریان پایین (تا 1mA/قطعه) آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی که هر میلی‌آمپر مهم است، برتر می‌سازد.
• تطابق قطعات:تضمین نسبت تطابق شدت نور (حداکثر 2:1) یکنواختی بصری را تضمین می‌کند، که همیشه با نمایشگرهای درجه پایین‌تر داده شده نیست.
• کنتراست:ترکیب صفحه خاکستری روشن و رنگ قطعات سفید، همراه با روشنایی بالا، به ظاهر عالی کاراکتر و کنتراست بالا برای خوانایی آسان کمک می‌کند.

9. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پین میکروکنترلر 5 ولتی راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان به صورت سری با هر آند استفاده کنید. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان هدف 10 میلی‌آمپر، مقاومت تقریباً (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 اهم خواهد بود.

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

ج: طول موج پیک نقطه فیزیکی بالاترین خروجی انرژی از LED است. طول موج غالب درک تک طول موجی رنگ توسط چشم انسان است که می‌تواند کمی متفاوت باشد. هر دو برای مشخص‌سازی نوری کامل ارائه شده‌اند.

س: چگونه از دو رقم به طور مستقل استفاده کنم؟

ج: شما آن‌ها را از طریق پین‌های کاتد مشترک جداگانه آن‌ها کنترل می‌کنید (پین 14 برای رقم 1، پین 13 برای رقم 2). با قرار دادن یک کاتد در سطح پایین (زمین) در حالی که دیگری در سطح بالا (قطع) نگه داشته می‌شود، می‌توانید انتخاب کنید کدام رقم فعال است. سپس، ولتاژ را به پین‌های آند برای قطعاتی که می‌خواهید روی آن رقم روشن شوند اعمال کنید.

س: آیا این نمایشگر برای استفاده در فضای باز مناسب است؟

ج: محدوده دمای کاری (35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد) کاملاً قوی است. با این حال، دیتاشیت ریتینگ حفاظت در برابر نفوذ (IP) در برابر گرد و غبار و آب را مشخص نمی‌کند. برای استفاده در فضای باز، احتمالاً به یک پوشش یا محفظه محافظ اضافی نیاز خواهد داشت.

10. مثال عملی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نمایش ولت‌متر ساده دو رقمی با استفاده از یک میکروکنترلر.

1. اتصال سخت‌افزاری:18 پین نمایشگر را به سیستم میکروکنترلر متصل کنید. دو پین کاتد مشترک (13، 14) به دو ترانزیستور NPN (مثلاً 2N3904) متصل می‌شوند، با کلکتور ترانزیستورها به کاتدها، امیترها به زمین و بیس‌ها از طریق مقاومت‌های بیس به پین‌های GPIO میکروکنترلر. 16 پین آند (برای قطعات A-G و DP هر دو رقم) به 16 پین GPIO میکروکنترلر، هر کدام از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان 330-220 اهم متصل می‌شوند.
2. منطق نرم‌افزار (مالتی‌پلکسینگ):فریم‌ور یک وقفه تایمر را هر چند میلی‌ثانیه اجرا می‌کند. در روال سرویس وقفه:
   • هر دو ترانزیستور درایو کاتد را خاموش کنید (GPIOها را High کنید).
   • GPIOهای مربوط به پین‌های آند متناسب با قطعاتی که باید برایرقم 1.
   • روشن باشند را تنظیم کنید.ترانزیستور برایکاتد رقم 1 را روشن کنید (GPIO را Low کنید).
   • برای مدت کوتاهی صبر کنید (مثلاً 5-1 میلی‌ثانیه).
   • کاتد رقم 1 را خاموش کنید.
   • GPIOهای مربوط به پین‌های آند برایرقم 2.
   • را تنظیم کنید.ترانزیستور برای cathode.
   • کاتد رقم 2 را روشن کنید.
   • برای مدت کوتاهی صبر کنید. تکرار کنید. چشم انسان این سوئیچینگ سریع را به عنوان روشن بودن مداوم هر دو رقم درک می‌کند.
3. محاسبه جریان:اگر هر رقم 50% از زمان روشن باشد (چرخه وظیفه 50%) و شما بخواهید جریان متوسط قطعه 5 میلی‌آمپر باشد، باید جریان لحظه‌ای در طول زمان روشن بودن آن را روی 10 میلی‌آمپر تنظیم کنید. مقدار مقاومت با استفاده از این رقم 10 میلی‌آمپر محاسبه می‌شود.

11. اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل الکترولومینسانس در یک پیوند P-N نیمه‌هادی عمل می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوند (تقریباً 2.6-2.0 ولت برای AlInGaP) اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع N با حفره‌های ماده نوع P در منطقه فعال بازترکیب می‌شوند. این رویداد بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب خاص شبکه کریستالی AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را دیکته می‌کند - در این مورد، در طیف قرمز (639-631 نانومتر). هفت قطعه، چیپ‌های LED فردی هستند که در یک الگوی شکل هشت چیده شده‌اند. با تغذیه انتخابی ترکیبات مختلف این قطعات، اعداد 0-9 و برخی حروف می‌توانند تشکیل شوند.

12. روندها و زمینه فناوری

این محصول نماینده بخشی بالغ و به شدت بهینه‌شده از فناوری نمایشگر LED است. AlInGaP یک سیستم ماده کاملاً تثبیت شده برای LEDهای قرمز، نارنجی و کهربایی با بازدهی بالا است. روندهای فعلی در فناوری نمایشگر به سمت راه‌حل‌های تمام‌رنگ با چگالی بالاتر مانند OLED و micro-LED برای گرافیک پیچیده در حرکت است. با این حال، نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای LED در کاربردهایی که اولویت با قابلیت اطمینان فوق‌العاده، طول عمر طولانی (اغلب بیش از 100,000 ساعت)، هزینه کم، روشنایی بالا، سادگی رابط و خوانایی عالی در شرایط نوری مختلف است، جایگزین‌ناپذیر باقی می‌مانند. تحولات در این زمینه بر افزایش بیشتر بازدهی (لومن بر وات)، بهبود نسبت‌های کنتراست و امکان جریان‌های درایو حتی پایین‌تر برای دستگاه‌های IoT فوق کم‌مصرف متمرکز است، که تداوم ارتباط این فناوری را در کاربردهای صنعتی، ابزار دقیق و مصرفی خاص در آینده قابل پیش‌بینی تضمین می‌کند.