دیتاشیت نمایشگر LED زرد LTS-5703AJS - ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - توان 40 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-5703AJS یک ماژول نمایشگر هفت‌قطعه LED با عملکرد بالا و مصرف توان پایین است. عملکرد اصلی آن ارائه خروجی عددی و محدود حروف-عددی واضح و روشن در دستگاه‌های الکترونیکی است. کاربرد اصلی آن در ابزارهای اندازه‌گیری، الکترونیک مصرفی و پنل‌های کنترل صنعتی است که به نمایشگرهای دیجیتال قابل اعتماد و کم‌جریان نیاز دارند.

این دستگاه به عنوان راه‌حلی ارائه می‌شود که خوانایی عالی و بازدهی انرژی را فراهم می‌کند. مزایای اصلی آن ناشی از استفاده از ماده نیمه‌هادی پیشرفته AlInGaP است که در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر، روشنایی بالا و خلوص رنگ خوبی را در جریان‌های راه‌اندازی نسبتاً پایین ارائه می‌دهد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

ویژگی‌های کلیدی که جایگاه بازار این محصول را تعریف می‌کنند شامل ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) است که تعادل خوبی بین اندازه و قابلیت مشاهده برقرار می‌کند. قطعات پیوسته و یکنواخت هستند و ظاهری زیبا و یکدست برای کاراکترها تضمین می‌کنند. دستگاه به توان کم نیاز دارد و آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا حساس به انرژی مناسب می‌سازد. روشنایی بالا و کنتراست بالا را همراه با زاویه دید وسیع ارائه می‌دهد که خوانایی از موقعیت‌های مختلف را تضمین می‌کند. ساختار حالت جامد قابلیت اطمینان ذاتی را ارائه می‌دهد. در نهایت، دستگاه‌ها بر اساس شدت نور دسته‌بندی می‌شوند که امکان تطبیق یکنواخت روشنایی در نمایشگرهای چندرقمی را فراهم می‌کند.

بازار هدف شامل طراحان تجهیزات تست قابل حمل، مولتی‌مترهای دیجیتال، رادیو ساعت‌دار، پنل‌های کنترل لوازم خانگی و هر سیستم توکار دیگری است که به یک نمایشگر عددی ساده و درایو مستقیم نیاز دارد.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

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

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در عملکرد نمایشگر محوری است. دستگاه از چیپ‌های LED زرد AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند. این چیپ‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs ساخته شده‌اند که به هدایت نور به سمت جلو کمک کرده و می‌تواند کنتراست را بهبود بخشد. پکیج دارای رویه خاکستری روشن با قطعات سفید است، ترکیبی که برای افزایش کنتراست هنگامی که قطعات روشن نیستند طراحی شده است.

• شدت نور متوسط (I_V):در جریان مستقیم (I_F) تنها 1 میلی‌آمپر، از حداقل 320 میکروکاندلا تا مقدار معمول 700 میکروکاندلا متغیر است. این جریان راه‌اندازی به طور استثنایی پایین برای چنین روشنایی، یک مشخصه کلیدی است که مصرف توان بسیار پایین سیستم را ممکن می‌سازد.
• طول موج اوج تابش (λ_p):معمولاً 588 نانومتر، که آن را در ناحیه زرد طیف مرئی قرار می‌دهد.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):معمولاً 15 نانومتر، که نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نسبتاً باریک است و به رنگ زرد خالص کمک می‌کند.
• طول موج غالب (λ_d):معمولاً 587 نانومتر، که به طور نزدیکی با طول موج اوج مطابقت دارد.
• نسبت تطبیق شدت نور:حداکثر 2:1 تحت شرایط مساحت نور مشابه در I_F=1mA مشخص شده است. این بدان معناست که روشنایی قطعات مختلف در یک دستگاه، یا بین دستگاه‌ها، بیش از ضریب دو تغییر نخواهد کرد و ظاهر یکنواختی را تضمین می‌کند.

توجه به این نکته مهم است که شدت نور با استفاده از یک سنسور و فیلتر که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند اندازه‌گیری می‌شود، که اطمینان می‌دهد مقادیر با درک بصری انسان همبستگی دارند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی رابط بین نمایشگر و مدار درایور را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم هر قطعه (V_F):معمولاً 2.6 ولت با حداکثر 2.6 ولت در I_F=20mA. حداقل آن 2.05 ولت است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایور می‌تواند حداقل 2.6 ولت را برای دستیابی به روشنایی نامی در 20 میلی‌آمپر فراهم کند.
• جریان معکوس هر قطعه (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این پارامتر برای حفاظت مدار مهم است؛ تجاوز از رتبه ولتاژ معکوس می‌تواند به LED آسیب برساند.
• جریان مستقیم پیوسته هر قطعه:حداکثر مطلق رتبه 25 میلی‌آمپر است. با این حال، یک ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/°C به صورت خطی از دمای 25 درجه سانتی‌گراد اعمال می‌شود. این بدان معناست که در دمای محیط بالاتر، حداکثر جریان پیوسته مجاز باید کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد و خرابی زودرس جلوگیری شود.
• جریان مستقیم اوج:می‌توان تحت شرایط خاص (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) تا 60 میلی‌آمپر پالسی شود. این امکان طرح‌های مالتی‌پلکس یا اوردرایو کوتاه برای افزایش روشنایی را فراهم می‌کند.
• اتلاف توان هر قطعه:حداکثر مطلق 40 میلی‌وات است. این حد حرارتی، همراه با کاهش جریان، برای قابلیت اطمینان حیاتی است.

2.3 رتبه‌بندی‌های حرارتی و محیطی

محدودیت‌های عملیاتی دستگاه توسط محدوده‌های دمایی تعریف می‌شوند.

• محدوده دمای عملیاتی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد. این محدوده وسیع آن را برای استفاده در محیط‌های مختلف، از سردخانه‌های صنعتی تا محفظه‌های تجهیزات گرم، مناسب می‌سازد.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد.
• شرایط لحیم‌کاری:مشخص می‌کند که در طول مونتاژ، دمای بدنه دستگاه نباید از حداکثر دمای رتبه‌بندی شده تجاوز کند. دستورالعمل این است که لحیم‌کاری در دمای 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ثانیه انجام شود، در حالی که نقطه لحیم حداقل 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج قرار دارد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند." این به فرآیند باینینگ اشاره دارد. در حالی که کدهای باین خاص در این سند ارائه نشده‌اند، دسته‌بندی معمول برای چنین نمایشگرهایی شامل مرتب‌سازی واحدهای تولیدی بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در جریان تست استاندارد (مثلاً 1mA یا 20mA) است.

واحدها در دسته‌هایی با مقادیر حداقل و حداکثر شدت تعریف شده گروه‌بندی می‌شوند. این به مشتریان اجازه می‌دهد تا دسته‌ها را برای کاربرد خود انتخاب کنند و یکنواختی روشنایی را در تمام ارقام یک نمایشگر چندرقمی تضمین کنند. به عنوان مثال، یک طراح ممکن است مشخص کند که تمام نمایشگرها باید از دسته‌ای باشند که I_Vآن بین 500 میکروکاندلا و 600 میکروکاندلا در 1mA باشد. نسبت تطبیق شدت 2:1 مشخص شده، بدترین حالت تغییر مجاز در داخل یک دستگاه یا به طور بالقوه در داخل یک دسته استاندارد است.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن‌ها را استنباط کنیم.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی اساسی رابطه بین جریان عبوری از یک قطعه LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. این رابطه غیرخطی است. مقدار معمول V_Fدر 20mA برابر با 2.6 ولت، یک نقطه روی این منحنی است. این منحنی به طراحان کمک می‌کند تا مقاومت‌های محدودکننده جریان را به درستی اندازه‌گیری کنند و نیازمندی‌های ولتاژ مدار درایور را درک کنند، به ویژه تحت مالتی‌پلکسینگ که جریان متوسط با جریان لحظه‌ای متفاوت است.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این نمودار برای کنترل روشنایی حیاتی است. نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد. معمولاً در یک محدوده خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا اشباع می‌شود. قابلیت راه‌اندازی قطعات در جریان پایین تا 1mA یک ویژگی کلیدی است، و این منحنی روشنایی نسبی در آن نقطه را در مقایسه با درایو معمول 20mA نشان می‌دهد.

4.3 شدت نور در مقابل دمای محیط

خروجی نور LED با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این منحنی آن کاهش را کمّی می‌کند. برای کاربردهایی که در دمای محیط بالا کار می‌کنند ضروری است تا اطمینان حاصل شود که نمایشگر در کل محدوده عملیاتی به اندازه کافی روشن باقی می‌ماند.

4.4 توزیع طیفی

نموداری که شدت نور نسبی را در طول‌موج‌ها نشان می‌دهد، حول اوج 588 نانومتر با نیم‌عرض 15 نانومتر متمرکز شده است. این دقیقاً سایه رنگ زرد را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد و نقشه پکیج

دستگاه دارای یک فوت‌پرینت استاندارد نمایشگر هفت‌قطعه تک‌رقمی با 10 پایه است. دیتاشیت شامل یک نقشه ابعادی دقیق است. نکات کلیدی مشخص می‌کنند که تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند، با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. یک نکته خاص به تلرانس جابجایی نوک پایه +0.4 میلی‌متر اشاره می‌کند که برای قرارگیری سوراخ PCB و فرآیندهای لحیم‌کاری موجی مهم است.

5.2 اتصال پایه و شناسایی قطبیت

دستگاه از پیکربندیکاتد مشترکاستفاده می‌کند. این بدان معناست که تمام کاتدهای (ترمینال‌های منفی) قطعات LED منفرد به طور داخلی به هم متصل شده‌اند. دو پایه کاتد مشترک (پایه‌های 3 و 8) وجود دارد که به طور داخلی به هم متصل هستند. این طراحی دوپایه به توزیع جریان و چیدمان PCB کمک می‌کند. آندهای (ترمینال‌های مثبت) هر قطعه (A, B, C, D, E, F, G و نقطه اعشار) روی پایه‌های جداگانه قرار دارند. پیکربندی خاص پایه‌ها به این صورت است: 1:E, 2:D, 3:کاتد مشترک, 4:C, 5:نقطه اعشار, 6:B, 7:A, 8:کاتد مشترک, 9:F, 10:G.

5.3 دیاگرام مدار داخلی

دیاگرام ارائه شده به صورت بصری معماری کاتد مشترک را تأیید می‌کند و نشان می‌دهد که تمام LEDهای قطعات با آندهای خود روی پایه‌های جداگانه و کاتدهایشان به هم متصل به پایه‌های 3 و 8 هستند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

بخش حداکثر رتبه‌بندی‌های مطلق، داده‌های حیاتی مونتاژ را ارائه می‌دهد. شرایط لحیم‌کاری مشخص شده برای قطعات سوراخ‌دار استاندارد صنعتی است: حداکثر دمای هویه 260 درجه سانتی‌گراد برای مدت زمان حداکثر 3 ثانیه، با اتصال لحیم حداقل 1.6 میلی‌متر زیر بدنه پکیج قرار گیرد تا انتقال حرارت به چیپ‌های LED و اتصالات داخلی به حداقل برسد. در طول هر فرآیند مونتاژ شامل حرارت (مانند لحیم‌کاری موجی یا تعمیر دستی)، دمای خود واحد نمایشگر نباید از حداکثر دمای رتبه‌بندی شده ذخیره‌سازی آن تجاوز کند. همچنین، دستکاری مناسب برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) یک اقدام احتیاطی استاندارد برای دستگاه‌های LED است، اگرچه به صراحت ذکر نشده است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

برای یک نمایشگر کاتد مشترک، مدار درایور معمولاً پایه‌های کاتد مشترک را به زمین متصل می‌کند. هر پایه آند قطعه از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به منبع ولتاژ مثبت (V_CC) متصل می‌شود. مقدار مقاومت با استفاده از R = (V_CC- V_F) / I_Fمحاسبه می‌شود. به عنوان مثال، با منبع 5 ولت، V_Fبرابر 2.6 ولت و I_Fمورد نظر 10 میلی‌آمپر، مقاومت (5 - 2.6) / 0.01 = 240 اهم خواهد بود. نمایشگر می‌تواند مستقیماً توسط پایه‌های I/O میکروکنترلر راه‌اندازی شود اگر بتوانند جریان مورد نیاز (مثلاً 10-20 میلی‌آمپر برای هر قطعه) را تأمین کنند، که اغلب برای مالتی‌پلکس کردن چند رقم به ترانزیستورهای درایور خارجی یا ICهای درایور LED اختصاصی نیاز دارد.

7.2 ملاحظات و نکات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری استفاده کنید. هرگز یک LED را مستقیماً به یک منبع ولتاژ وصل نکنید.
• مالتی‌پلکسینگ:برای راه‌اندازی چندین رقم، از یک طرح مالتی‌پلکس استفاده می‌شود که در آن ارقام به سرعت یکی پس از دیگری روشن می‌شوند. جریان اوج می‌تواند بالاتر باشد (تا رتبه 60 میلی‌آمپر) تا کاهش چرخه وظیفه جبران شود و روشنایی درک شده حفظ گردد.
• زاویه دید:زاویه دید وسیع مفید است اما موقعیت مورد نظر کاربر را هنگام نصب نمایشگر در نظر بگیرید.
• تطبیق روشنایی:برای نمایشگرهای چندرقمی، از دستگاه‌های یک دسته شدت نور یکسان استفاده کنید یا در صورت قابل توجه بودن تغییرات، کالیبراسیون نرم‌افزاری روشنایی با استفاده از PWM را پیاده‌سازی کنید.
• طراحی کم‌مصرف:از قابلیت درایو 1 میلی‌آمپر برای کاربردهای حساس به باتری استفاده کنید. روشنایی در 1 میلی‌آمپر (حداقل 320 میکروکاندلا) اغلب برای استفاده در محیط داخلی کافی است.

8. مقایسه و تمایز فنی

LTS-5703AJS عمدتاً از طریقفناوری AlInGaPوعملکرد جریان بسیار پایینخود را متمایز می‌کند. در مقایسه با LEDهای قرمز قدیمی GaAsP یا GaP، AlInGaP بازدهی بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر در جریان یکسان یا روشنایی معادل در جریان بسیار پایین‌تر می‌شود. در مقایسه با LEDهای قرمز پرنور معاصر، رنگ زرد ممکن است در برخی کاربردها دید بهتری یا خستگی چشم کمتری ارائه دهد. V_Fپایین آن (در مقایسه با LEDهای آبی یا سفید) نیز در سیستم‌های کم‌ولتاژ یک مزیت است. دسته‌بندی برای شدت نور، مزیتی در کاربردهایی فراهم می‌کند که نیاز به یکنواختی بیشتری نسبت به نمایشگرهای کالایی ساده و بدون دسته‌بندی دارند.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منطق 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟

پ: بله. V_Fمعمولاً 2.6 ولت است، بنابراین منبع 3.3 ولت فضای کافی را فراهم می‌کند. مقاومت سری را بر این اساس محاسبه کنید: به عنوان مثال، برای 10 میلی‌آمپر، R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 اهم.

س: هدف از داشتن دو پایه کاتد مشترک چیست؟

پ: آن‌ها به طور داخلی به هم متصل هستند. داشتن دو پایه به توزیع جریان کل کاتد (که مجموع جریان‌های تمام قطعات روشن است) در دو مسیر و اتصال لحیم PCB کمک می‌کند، قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد و به طور بالقوه افت ولتاژ را کاهش می‌دهد.

س: مشخصات حداکثر جریان پیوسته 25 میلی‌آمپر را نشان می‌دهد اما یک شرایط تست 20 میلی‌آمپر برای V_F. برای طراحی باید از کدام استفاده کنم؟

پ: رقم 20 میلی‌آمپر شرایط تست استاندارد برای گزارش ویژگی‌های معمول مانند V_Fو طول موج است. برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت، محتاطانه است که برای یک جریان پیوسته در یا زیر 20 میلی‌آمپر طراحی کنید، به ویژه اگر انتظار می‌رود دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد باشد، با احترام به منحنی کاهش.

س: چگونه اگر 4 رقم را مالتی‌پلکس کنم، همان روشنایی را به دست آورم؟

پ: با چرخه وظیفه 1/4، باید جریان لحظه‌ای قطعه را در 4 ضرب کنید تا همان جریان متوسط و در نتیجه روشنایی درک شده مشابهی به دست آورید. اگر میانگین 5 میلی‌آمپر برای هر قطعه می‌خواهید، هر قطعه را در 20 میلی‌آمپر پالس می‌دهید. اطمینان حاصل کنید که این جریان پالسی (20 میلی‌آمپر) و اتلاف توان لحظه‌ای حاصل در محدوده حداکثر رتبه‌بندی‌های مطلق (اوج 60 میلی‌آمپر، 40 میلی‌وات) قرار دارند.

10. مثال موردی عملی

مورد طراحی: یک دماسنج دیجیتال قابل حمل 4 رقمی.

هدف طراحی عمر طولانی باتری و خوانایی واضح است. میکروکنترلر دارای I/O و بودجه توان محدودی است.

پیاده‌سازی:از چهار نمایشگر LTS-5703AJS در یک پیکربندی مالتی‌پلکس استفاده کنید. تمام آندهای قطعات متناظر (A, B, C و ...) را در چهار رقم به هم وصل کنید. کاتد مشترک هر رقم توسط یک ترانزیستور NPN جداگانه که توسط یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی می‌شود، کنترل می‌شود. میکروکنترلر به صورت چرخه‌ای کاتد یک رقم را در هر بار روشن می‌کند در حالی که الگوی قطعه برای آن رقم را روی خطوط آند مشترک خروجی می‌دهد. برای صرفه‌جویی در توان، جریان درایو روی میانگین 5 میلی‌آمپر تنظیم می‌شود. با استفاده از مالتی‌پلکسینگ با چرخه وظیفه 1/4، جریان لحظه‌ای هر قطعه روی 20 میلی‌آمپر (5mA * 4) تنظیم می‌شود. این مقدار در محدوده رتبه اوج 60 میلی‌آمپر قرار دارد. روشنایی درک شده خوب خواهد بود و میانگین مصرف توان هر قطعه بسیار پایین است که در مقایسه با استفاده از نمایشگرهایی که به 10-20 میلی‌آمپر جریان پیوسته برای هر قطعه نیاز دارند، عمر باتری را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

11. معرفی اصل فناوری

LTS-5703AJS بر اساس ماده نیمه‌هادیAlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید)رشد یافته بر روی یک زیرلایهGaAs (گالیم آرسنید)است. در یک LED، هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی شکاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند. تابش زرد (~587-588 نانومتر) با نسبت خاصی از آلومینیوم، ایندیم و گالیم به دست می‌آید. زیرلایه غیرشفاف GaAs نور پراکنده را جذب می‌کند و با جلوگیری از بازتاب داخلی که می‌تواند قطعات خاموش را روشن کند، کنتراست را بهبود می‌بخشد. پیکربندی کاتد مشترک با اجازه دادن به یک سوئیچ واحد (مثلاً یک ترانزیستور) برای کنترل حالت روشن/خاموش کل رقم در طول مالتی‌پلکسینگ، مدار درایور را ساده می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

در حالی که نمایشگرهای هفت‌قطعه LED برای کاربردهای خاص حیاتی باقی مانده‌اند، روند کلی در فناوری نمایشگر به سمت فرمت‌های ماتریس نقطه‌ای (برای حروف-اعداد و گرافیک) و ماژول‌های مبتنی بر کنترلر یکپارچه (مانند OLED یا TFT) تغییر کرده است. با این حال، جایگاه نمایشگرهای عددی ساده، مستحکم، کم‌هزینه، کم‌مصرف، پرنور و درایو مستقیم همچنان پابرجاست. تکامل در این جایگاه بر علم مواد (مانند جایگزینی AlInGaP با مواد قدیمی برای بازدهی بهتر)، ولتاژها و جریان‌های عملیاتی پایین‌تر، بسته‌بندی بهبود یافته برای قابلیت اطمینان بالاتر و محدوده دمایی وسیع‌تر و نسخه‌های نصب سطحی برای مونتاژ خودکار متمرکز است. LTS-5703AJS نمایانگر نقطه‌ای بالغ در این تکامل است که تعادلی از عملکرد و عملی بودن را برای کاربردهای مورد نظر خود ارائه می‌دهد. توسعه‌های آینده ممکن است مقاومت‌های محدودکننده جریان یا منطق ساده را به طور داخلی یکپارچه کنند، اما برای بسیاری از کاربردهای ساده، سادگی قطعه پایه همچنان یک مزیت کلیدی باقی می‌ماند.