دیتاشیت نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای 0.56 اینچ - ارتفاع رقم 14.22 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - توان 70 میلی‌وات - رنگ قرمز سوپر - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند جزئیات مشخصات یک نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای با ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) را تشریح می‌کند. این دستگاه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند نمایش عددی واضح و قابل اعتماد با مصرف توان پایین هستند. فلسفه طراحی هسته آن، ارائه عملکرد بصری عالی از طریق روشنایی و کنتراست بالا در عین حفظ قابلیت اطمینان حالت جامد می‌باشد.

نمایشگر از فناوری پیشرفته نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای قطعات نورانی خود استفاده می‌کند. این سیستم ماده برای تولید نور قرمز و کهربایی با بازدهی بالا شناخته شده است. تراشه‌های خاص مورد استفاده بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید) ساخته شده‌اند که با به حداقل رساندن پراکندگی و بازتاب داخلی نور، به بهبود کنتراست کمک می‌کند. محصول نهایی دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری روشن با قطعات سفید است که این ترکیب برای افزایش خوانایی تحت شرایط نوری مختلف انتخاب شده است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سانتی‌گراد مشخص شده است. پارامتر کلیدی، شدت نور متوسط (Iv)، در جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر برای هر قطعه، مقدار معمول 700 میکروکاندلا (µcd) و حداقل مقدار مشخص شده 320 میکروکاندلا است. این اندازه‌گیری با استفاده از یک سنسور و فیلتر کالیبره شده بر روی منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که مقدار با درک بصری انسان همبستگی دارد.

ویژگی‌های رنگ توسط طول موج تعریف می‌شوند. طول موج اوج تابش (λp) معمولاً 639 نانومتر است، در حالی که طول موج غالب (λd) معمولاً 631 نانومتر است که هر دو در IF=20mA اندازه‌گیری شده‌اند. تفاوت بین این دو مقدار و عرض نیمه خط طیفی (Δλ) برابر با 20 نانومتر، خلوص طیفی و سایه خاص نور قرمز ساطع شده را توصیف می‌کند که در دسته "قرمز سوپر" قرار می‌گیرد و دیدپذیری بالایی ارائه می‌دهد.

نسبت تطابق شدت نور (IV-m) برابر با 2:1 (حداکثر) مشخص شده است. این نسبت نشان‌دهنده حداکثر تغییر مجاز در روشنایی بین قطعات مختلف یک دستگاه واحد هنگام راه‌اندازی تحت شرایط یکسان است که ظاهری یکنواخت هنگام نمایش اعداد را تضمین می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و حرارتی

پارامترهای الکتریکی، مناسب بودن دستگاه برای سیستم‌های کم‌مصرف را برجسته می‌کنند. ولتاژ مستقیم هر قطعه (VF) در جریان راه‌اندازی 1 میلی‌آمپر، از 2.0 ولت تا 2.6 ولت متغیر است. جریان معکوس هر قطعه (IR) در هنگام اعمال ولتاژ معکوس (VR) برابر با 5 ولت، حداکثر به 100 میکروآمپر محدود می‌شود که نشان‌دهنده ویژگی‌های نشتی اتصال است.

محدودیت‌های حرارتی و توانی در محدوده‌های حداکثر مطلق تعریف شده‌اند. جریان مستقیم پیوسته هر قطعه در 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، اما این مقدار باید با افزایش دمای محیط، به صورت خطی از دمای 25 درجه سانتی‌گراد با نرخ 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد کاهش یابد. اتلاف توان هر قطعه نباید از 70 میلی‌وات تجاوز کند. برای کار پالسی، جریان مستقیم اوج 90 میلی‌آمپر تحت چرخه کاری 1/10 با عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه مجاز است. دستگاه برای محدوده دمای کارکرد و ذخیره‌سازی 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است.

3. سیستم دسته‌بندی و انتخاب

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده‌اند." این به معنای یک فرآیند دسته‌بندی است که در آن واحدهای تولید شده بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده (Iv) به گروه‌ها یا "دسته‌های" مختلف تقسیم می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی یکنواخت را برای کاربرد خود انتخاب کنند که برای نمایشگرهای چندرقمی که یکنواختی در آن‌ها کلیدی است، حیاتی می‌باشد. اگرچه کدهای دسته خاصی در این خلاصه فهرست نشده‌اند، اما دسته‌های معمولی محدوده‌هایی برای شدت نور (مثلاً 500-600 میکروکاندلا، 600-700 میکروکاندلا) و احتمالاً ولتاژ مستقیم را تعریف می‌کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاصی در متن ارائه نشده‌اند، اما منحنی‌های استاندارد برای چنین دستگاه‌هایی معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی افزایش می‌یابد. این رابطه معمولاً غیرخطی است و بازده اغلب در جریان‌های بسیار بالا کاهش می‌یابد.
• ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم:این نمودار مشخصه I-V دیود را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان مهم است.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:این منحنی نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد که عاملی حیاتی برای مدیریت حرارتی در طراحی‌ها است.
• توزیع طیفی:نموداری که شدت نسبی نور ساطع شده در طول‌موج‌های مختلف را نشان می‌دهد و حول طول‌موج اوج حدود 639 نانومتر متمرکز است.

این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط غیراستاندارد و بهینه‌سازی مدار راه‌اندازی برای کارایی و طول عمر ضروری هستند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد فیزیکی و طرح کلی

ابعاد پکیج دستگاه در یک نقشه ارائه شده است (که در متن به آن ارجاع داده شده اما جزئیات آن شرح داده نشده است). تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد 0.25± میلی‌متر مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. ارتفاع رقم 0.56 اینچ (14.22 میلی‌متر) اندازه کلی کاراکتر را تعریف می‌کند. پکیج یک پیکربندی استاندارد تک‌رقمی با 10 پایه است که برای نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای با نقطه اعشار سمت راست رایج می‌باشد.

5.2 پیکربندی پایه‌ها و شناسایی قطبیت

نمایشگر دارای پیکربندی کاتد مشترک است، به این معنی که کاتدهای (ترمینال‌های منفی) تمام قطعات LED به صورت داخلی به هم متصل شده و به پایه‌های مشترک آورده شده‌اند. این یک طراحی رایج برای راه‌اندازی مالتی‌پلکس است. اتصال پایه‌ها به صراحت تعریف شده است:

1. آند E
2. آند D
3. کاتد مشترک
4. آند C
5. آند D.P. (نقطه اعشار)
6. آند B
7. آند A
8. کاتد مشترک
9. آند F
10. آند G

پایه‌های 3 و 8 هر دو کاتد مشترک هستند. نمودار مدار داخلی، طرح استاندارد هفت قطعه به اضافه نقطه اعشار را نشان می‌دهد که در آن آند هر قطعه به پایه مربوطه خود متصل شده و تمام کاتدها به پایه‌های مشترک متصل شده‌اند.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

یک پارامتر کلیدی مونتاژ مشخص شده، پروفایل دمای لحیم‌کاری است. دستگاه می‌تواند دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 3 ثانیه تحمل کند که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.59 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است تا از آسیب حرارتی به تراشه‌های LED یا پکیج پلاستیکی جلوگیری شود. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ آن‌ها از این ترکیب زمان-دما تجاوز نمی‌کند. برای ذخیره‌سازی، محدوده مشخص شده 35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد باید در یک محیط خشک حفظ شود تا از جذب رطوبت جلوگیری گردد.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای دستگاه‌های قابل حمل با باتری، پنل‌های ابزار دقیق، الکترونیک مصرفی و کنترل‌های صنعتی که نیازمند نمایش عددی واضح و کم‌مصرف هستند، ایده‌آل است. مثال‌ها شامل مولتی‌مترها، تایمرها، ترازوها، دستگاه‌های پزشکی و پنل‌های کنترل لوازم خانگی می‌شود. عملکرد کم‌جریان آن (تا 1 میلی‌آمپر برای هر قطعه) آن را برای سیستم‌های مبتنی بر میکروکنترلر مناسب می‌سازد که پین‌های GPIO اغلب می‌توانند جریان محدودی را تأمین یا دریافت کنند.

7.2 ملاحظات طراحی و مدارات

هنگام طراحی مدار راه‌انداز، نکات زیر حیاتی هستند:

• محدود کردن جریان:همیشه از مقاومت‌های سری محدودکننده جریان برای آند هر قطعه استفاده کنید. مقدار مقاومت بر اساس ولتاژ تغذیه (Vcc)، ولتاژ مستقیم LED (Vf، برای ایمنی از مقدار حداکثر استفاده کنید) و جریان مستقیم مورد نظر (If) محاسبه می‌شود: R = (Vcc - Vf) / If.
• مالتی‌پلکسینگ:برای نمایشگرهای چندرقمی، یک طرح راه‌اندازی مالتی‌پلکس استاندارد است. کاتدهای مشترک هر رقم به صورت متوالی سوئیچ می‌شوند (اسکن می‌شوند) در حالی که آندهای قطعات مورد نظر به صورت همزمان راه‌اندازی می‌شوند. این امر تعداد پین‌های میکروکنترلر مورد نیاز و مصرف توان کل را کاهش می‌دهد. جریان اوج در مدت زمان کوتاه روشن بودن می‌تواند بالاتر از درجه‌بندی DC باشد، همانطور که توسط مشخصه جریان اوج (90 میلی‌آمپر در چرخه کاری 1/10) مجاز است.
• رابط میکروکنترلر:نمایشگر می‌تواند مستقیماً از پین‌های GPIO میکروکنترلر راه‌اندازی شود، مشروط بر اینکه جریان هر قطعه در محدوده قابلیت راه‌اندازی پین MCU (معمولاً 20-25 میلی‌آمپر) باشد. برای روشنایی بالاتر یا مالتی‌پلکسینگ با ارقام بیشتر، استفاده از راه‌اندازهای خارجی (مانند آرایه‌های ترانزیستوری یا ICهای اختصاصی راه‌انداز LED) توصیه می‌شود.
• زاویه دید:ویژگی "زاویه دید گسترده" به این معنی است که نمایشگر از موقعیت‌های خارج از محور نیز قابل خواندن باقی می‌ماند که برای پنل‌هایی که از زوایای مختلف مشاهده می‌شوند، مهم است.

8. مقایسه و تمایز فنی

عوامل تمایز اصلی این نمایشگر، استفاده از فناوری AlInGaP و عملکرد بهینه کم‌جریان آن است. در مقایسه با فناوری قدیمی‌تر LEDهای GaAsP یا GaP، AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به خروجی روشن‌تر در جریان یکسان یا روشنایی معادل در جریان پایین‌تر می‌شود. آزمایش و انتخاب صریح برای "ویژگی‌های عالی کم‌جریان" و تطابق قطعات، تضمین‌های کلیدی کیفیت هستند. توانایی کار مؤثر در جریان‌هایی به پایینی 1 میلی‌آمپر برای هر قطعه، یک مزیت متمایز برای طراحی‌های فوق کم‌مصرف در مقایسه با نمایشگرهایی است که برای روشنایی کافی به 5-20 میلی‌آمپر نیاز دارند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین طول‌موج اوج و طول‌موج غالب چیست؟

پ: طول‌موج اوج (λp) طول‌موجی است که در آن طیف نور ساطع شده حداکثر شدت را دارد. طول‌موج غالب (λd) طول‌موج یک نور تک‌فام خالص است که برای چشم انسان همان رنگ نور LED را دارد. λd برای درک رنگ مرتبط‌تر است.

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را بدون مقاومت‌های محدودکننده جریان راه‌اندازی کنم؟

پ: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. اتصال مستقیم آن‌ها به یک منبع ولتاژ باعث جریان بیش از حد شده و به دلیل تنش حرارتی بیش از حد، ممکن است فوراً LED را از بین ببرد. استفاده از یک مقاومت سری یا مدار جریان ثابت اجباری است.

س: دیتاشیت دو پایه کاتد مشترک (3 و 8) را نشان می‌دهد. آیا نیاز به اتصال هر دو دارم؟

پ: بله، برای عملکرد بهینه و توزیع جریان، هر دو پایه کاتد مشترک باید در مدار شما به زمین (یا سینک جریان) متصل شوند. این به متعادل کردن بار حرارتی و اطمینان از روشنایی یکنواخت قطعات کمک می‌کند.

س: چگونه مقدار مقاومت مناسب را برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان قطعه 10 میلی‌آمپر محاسبه کنم؟

پ: با استفاده از حداکثر Vf برابر با 2.6 ولت: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 اهم. نزدیک‌ترین مقدار استاندارد (220 یا 270 اهم) استفاده می‌شود. همیشه تأیید کنید که روشنایی واقعی نیازهای شما را برآورده می‌کند.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک تایمر دیجیتال 4 رقمی با باتری.

هدف، حداکثر کردن عمر باتری در عین حفظ خوانایی خوب است. نمایشگر توسط یک میکروکنترلر کم‌مصرف با استفاده از یک طرح مالتی‌پلکس راه‌اندازی خواهد شد.

پیاده‌سازی:کاتدهای مشترک چهار رقم به چهار ترانزیستور NPN (یا یک IC آرایه ترانزیستوری) که توسط پین‌های MCU کنترل می‌شوند، متصل شده‌اند. آندهای هفت قطعه (A-G) و نقطه اعشار از طریق مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه به پین‌های خروجی MCU متصل شده‌اند. MCU یک وقفه تایمر (مثلاً در 1 کیلوهرتز) را اجرا می‌کند. در هر چرخه وقفه، تمام کاتدهای رقم را خاموش می‌کند، پین‌های آند را برای الگوی قطعه رقم بعدی در توالی تنظیم می‌کند و سپس ترانزیستور کاتد آن رقم را روشن می‌کند. این چرخه به سرعت از بین هر چهار رقم عبور می‌کند و توهم روشن بودن همزمان تمام ارقام را ایجاد می‌کند.

بهینه‌سازی توان:با راه‌اندازی هر قطعه در تنها 2-3 میلی‌آمپر (که کاملاً در محدوده مشخصات است) و استفاده از چرخه کاری مالتی‌پلکس 1:4، جریان متوسط هر قطعه بسیار پایین است که در مقایسه با راه‌اندازی استاتیک (غیر مالتی‌پلکس) عمر باتری را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. بازده بالای LEDهای AlInGaP اطمینان می‌دهد که نمایشگر حتی در این جریان‌های متوسط پایین نیز به وضوح قابل مشاهده باقی بماند.

11. معرفی اصل فنی

یک نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای، مجموعه‌ای از دیودهای نورافشان (LED) منفرد است که به صورت الگوی هشت‌تایی چیده شده‌اند. هر یک از هفت قطعه اصلی (با برچسب A تا G) یک LED جداگانه است و یک LED اضافی به عنوان نقطه اعشار (DP) عمل می‌کند. با روشن کردن انتخابی ترکیب‌های خاصی از این قطعات، تمام ارقام اعشاری (0-9) و برخی حروف می‌توانند تشکیل شوند.

اصل اساسی گسیل نور، الکترولومینسانس در یک اتصال p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از ولتاژ گاف انرژی دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n در لایه فعال (در این مورد، ساخته شده از AlInGaP) با حفره‌های ناحیه نوع p بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول‌موج خاص (رنگ) نور توسط انرژی گاف ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود. AlInGaP دارای یک گاف انرژی متناظر با نور قرمز/نارنجی/کهربایی است. زیرلایه غیرشفاف GaAs نور پراکنده را جذب می‌کند و با جلوگیری از پراکندگی آن از طریق کناره‌ها یا پشت تراشه، کنتراست را بهبود می‌بخشد.

12. روندها و زمینه فناوری

اگرچه فناوری‌های نمایشگر جدیدتری مانند OLED و LEDهای ماتریس نقطه‌ای با وضوح بالا وجود دارند، اما نمایشگر LED هفت‌قطعه‌ای همچنان یک راه‌حل قوی، مقرون‌به‌صرفه و بسیار قابل اعتماد برای کاربردهایی است که نیازمند خروجی عددی ساده هستند. روند در این بخش به سمت بازدهی بالاتر (نور بیشتر در هر وات)، ولتاژهای کارکرد پایین‌تر برای تطابق با سطوح منطقی مدرن و بهبود یکنواختی (دسته‌بندی دقیق‌تر) است. فناوری AlInGaP گامی قابل توجه در افزایش بازده نسبت به مواد قدیمی‌تر محسوب می‌شود. علاوه بر این، تأکید فزاینده‌ای بر نمایشگرهایی وجود دارد که تحت جریان‌های راه‌اندازی بسیار پایین عملکرد خوبی دارند تا دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) کم‌مصرف و مبتنی بر باتری را ممکن سازند. دستگاه توصیف شده در این دیتاشیت، با تمرکز بر عملکرد کم‌جریان و شدت نور دسته‌بندی شده، به خوبی با این روندهای صنعتی به سمت کارایی، قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری طراحی برای الکترونیک قابل حمل همسو است.