دیتاشیت نمایشگر LED قرمز تک رقمی LSHD-F101 - ارتفاع رقم 10.0 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LSHD-F101 یک ماژول نمایشگر LED تک رقمی با هفت سگمنت به همراه نقطه اعشار است. این محصول از لایه‌های اپیتاکسیال پیشرفته فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) که بر روی زیرلایه آرسنید گالیم (GaAs) رشد یافته‌اند، برای تولید نور قرمز با بازدهی بالا استفاده می‌کند. کاربرد اصلی این قطعه در تجهیزات الکترونیکی است که به نمایش عددی واضح، روشن و قابل اطمینان نیاز دارند، مانند پنل‌های ابزار دقیق، لوازم خانگی و کنترل‌های صنعتی. مزایای اصلی آن شامل ظاهر عالی کاراکترها به دلیل سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته، روشنایی و کنتراست بالا برای قابلیت دید برتر و قابلیت اطمینان حالت جامد است که طول عمر عملیاتی طولانی را تضمین می‌کند.

1.1 ویژگی‌های کلیدی

• ارتفاع رقم: 0.39 اینچ (10.0 میلی‌متر).
• سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته برای ظاهر صاف کاراکترها.
• نیازمندی توان پایین، که بهره‌وری انرژی را افزایش می‌دهد.
• روشنایی بالا و کنتراست بالا برای خوانایی عالی.
• زاویه دید گسترده، مناسب برای موقعیت‌های نصب مختلف.
• قابلیت اطمینان حالت جامد بدون قطعات متحرک.
• دسته‌بندی شده بر اساس شدت نور، که امکان تطابق روشنایی در کاربردهای چند رقمی را فراهم می‌کند.
• بسته‌بندی بدون سرب مطابق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک).

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 حداکثر مقادیر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد در این محدوده‌ها یا نزدیک به آن برای عملکرد قابل اطمینان توصیه نمی‌شود.

• توان تلف شده در هر سگمنت: 70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند به طور ایمن توسط یک سگمنت LED منفرد بدون ایجاد آسیب حرارتی تلف شود.
• جریان مستقیم پیک در هر سگمنت: 90 میلی‌آمپر. این مقدار تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) اعمال می‌شود و از مقدار جریان پیوسته بیشتر است.
• جریان مستقیم پیوسته در هر سگمنت: 25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان به صورت خطی با نرخ 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. در دماهای بالاتر، استفاده از هیت‌سینک مناسب یا کاهش جریان ضروری است.
• ولتاژ معکوس در هر سگمنت: 5 ولت. تجاوز از این ولتاژ در بایاس معکوس می‌تواند باعث خرابی فوری و فاجعه‌بار شود.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی: 35- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد. این قطعه برای عملکرد و ذخیره‌سازی در این محدوده وسیع دمای صنعتی درجه‌بندی شده است.
• شرایط لحیم‌کاری: بسته‌بندی می‌تواند لحیم‌کاری در دمای 260 درجه سانتی‌گراد را حداکثر به مدت 5 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملکردی معمول هستند که تحت شرایط آزمایش مشخص (دمای محیط=25 درجه سانتی‌گراد) اندازه‌گیری شده‌اند.

• شدت نور متوسط در هر سگمنت (Iv): از 200 تا 750 میکروکاندلا در جریان راه‌اندازی 1 میلی‌آمپر تا 3400 تا 9750 میکروکاندلا در جریان 10 میلی‌آمپر متغیر است. این شدت بالا، خروجی نمایشگر روشنی را تضمین می‌کند.
• طول موج تابش پیک (λp): 650 نانومتر (معمول). این طول موجی را مشخص می‌کند که در آن خروجی توان نوری حداکثر است.
• طول موج غالب (λd): 639 نانومتر (معمول). این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ را به عنوان قرمز تعریف می‌کند.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ): 20 نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی نور قرمز ساطع شده است.
• ولتاژ مستقیم در هر چیپ (Vf): 2.10 ولت تا 2.60 ولت در جریان آزمایش 20 میلی‌آمپر. طراحی مدار باید این محدوده را در نظر بگیرد تا جریان راه‌اندازی ثابت را تضمین کند.
• جریان معکوس در هر سگمنت (Ir): حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس 5 ولت. این پارامتر فقط برای اهداف آزمایش است؛ عملکرد پیوسته در بایاس معکوس ممنوع است.
• نسبت تطابق شدت نور: حداکثر 2:1 بین سگمنت‌ها هنگام راه‌اندازی با جریان 1 میلی‌آمپر. این امر روشنایی یکنواخت در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه \"بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به فرآیند دسته‌بندی اشاره دارد که در آن نمایشگرها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در یک جریان آزمایش استاندارد (مثلاً 1 میلی‌آمپر یا 10 میلی‌آمپر) مرتب می‌شوند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعات را از دسته‌های شدت نور یکسان یا مجاور انتخاب کنند تا یکنواختی بصری در نمایشگرهای چند رقمی تضمین شود و از این که برخی ارقام روشن‌تر یا کمنورتر از دیگران به نظر برسند جلوگیری می‌کند. اگرچه جزئیات کد دسته‌بندی خاص در این گزیده ارائه نشده است، این دسته‌بندی یک مرحله کنترل کیفیت حیاتی برای ثبات زیبایی‌شناختی و عملکردی در کاربرد نهایی است.

4. تحلیل منحنی عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصات الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند که برای طراحی دقیق ضروری هستند. این منحنی‌ها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• منحنی IV (جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم): رابطه نمایی را نشان می‌دهد که برای طراحی درایورهای جریان ثابت حیاتی است.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم: نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد و به کالیبراسیون روشنایی و محاسبات بازده کمک می‌کند.
• شدت نور در مقابل دمای محیط: کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهد که برای مدیریت حرارتی مهم است.
• توزیع طیفی: نموداری که شدت نسبی را در برابر طول موج ترسیم می‌کند و طول موج‌های غالب و پیک و عرض طیفی را تأیید می‌کند.

طراحان باید این منحنی‌ها را برای بهینه‌سازی شرایط راه‌اندازی، درک وابستگی‌های دمایی و پیش‌بینی عملکرد در محیط عملیاتی واقعی بررسی کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته‌بندی

نمایشگر دارای صفحه‌ای به رنگ خاکستری روشن با سگمنت‌های سفید است. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر هستند با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• تلرانس جابجایی نوک پایه ±0.40 میلی‌متر است.
• قطر سوراخ PCB توصیه شده برای پایه‌ها 1.0 میلی‌متر است.
• مشخصات کیفیت، مواد خارجی، حباب در سگمنت، خمش رفلکتور و آلودگی جوهر سطح را محدود می‌کند تا وضوح نوری و یکپارچگی مکانیکی تضمین شود.

5.2 پیکربندی پایه‌ها و دیاگرام مدار

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه با معماری آند مشترک است. دیاگرام مدار داخلی دو پایه آند مشترک (پایه 1 و پایه 6) را نشان می‌دهد که به صورت داخلی به هم متصل شده‌اند و افزونگی و توزیع جریان بالقوه بهتر را فراهم می‌کنند. کاتدهای سگمنت (A تا G و DP) به پایه‌های جداگانه متصل هستند. این پیکربندی برای مالتی‌پلکس کردن چندین رقم استاندارد است، اگرچه این یک واحد تک رقمی است. ترتیب پایه‌ها به شرح زیر است: 1-آند مشترک، 2-F، 3-G، 4-E، 5-D، 6-آند مشترک، 7-DP، 8-C، 9-B، 10-A.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 لحیم‌کاری خودکار

شرایط توصیه شده: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن بسته‌بندی اندازه‌گیری می‌شود. دمای بدنه قطعه در طول این فرآیند نباید از حداکثر مقدار درجه‌بندی شده آن تجاوز کند.

6.2 لحیم‌کاری دستی

شرایط توصیه شده: 350 درجه سانتی‌گراد ±30 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 5 ثانیه، با قرارگیری نوک هویه در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن. باید مراقبت شود تا از قرارگیری طولانی‌مدت در معرض حرارت اجتناب شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای تجهیزات الکترونیکی معمولی از جمله تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و لوازم خانگی در نظر گرفته شده است. روشنایی و خوانایی بالای آن، آن را برای مترهای پنلی، نمایشگرهای ساعت، نمایشگرهای واحدهای کنترل ساده و الکترونیک مصرفی که به یک نشانگر عددی واضح نیاز دارند، مناسب می‌سازد.

7.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• روش راه‌اندازی:راه‌اندازی با جریان ثابت به شدت به جای ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا شدت نور ثابت و طول عمر تضمین شود، زیرا روشنایی LED تابعی از جریان است، نه ولتاژ.
• محدودیت جریان:مدار درایور باید جریان هر سگمنت را در محدوده حداکثر مقدار مطلق (25 میلی‌آمپر پیوسته، با کاهش بر اساس دما) محدود کند. تجاوز از این مقدار باعث تخریب سریع می‌شود.
• محدوده ولتاژ:مدار باید طوری طراحی شود که محدوده کامل ولتاژ مستقیم (Vf) از 2.10 ولت تا 2.60 ولت را در نظر بگیرد تا جریان مورد نظر را به تمام واحدها برساند.
• محافظت در برابر ولتاژ معکوس:مدار راه‌اندازی باید شامل محافظت (مانند دیودهای سری یا ویژگی‌های مدار مجتمع) باشد تا از اعمال ولتاژ معکوس یا اسپایک‌های ولتاژ به کاتدهای LED در هنگام روشن شدن، خاموش شدن یا در شرایط خطا جلوگیری کند.
• مدیریت حرارتی:جریان عملیاتی ایمن باید بر اساس حداکثر دمای محیط کاربرد، با استفاده از فاکتور کاهش 0.28 میلی‌آمپر بر درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد، کاهش یابد.

8. آزمایش قابلیت اطمینان

دستگاه تحت مجموعه جامعی از آزمایش‌های قابلیت اطمینان بر اساس استانداردهای نظامی (MIL-STD)، صنعتی ژاپن (JIS) و استانداردهای داخلی قرار می‌گیرد. این آزمایش‌ها استحکام و طول عمر آن را تأیید می‌کنند:

• عمر عملیاتی (RTOL):1000 ساعت در حداکثر جریان درجه‌بندی شده تحت دمای اتاق.
• تنش محیطی:شامل ذخیره‌سازی دمای بالا/رطوبت بالا (500 ساعت در 65 درجه سانتی‌گراد/90-95% رطوبت نسبی)، ذخیره‌سازی دمای بالا و پایین (1000 ساعت در 105 درجه سانتی‌گراد و 35- درجه سانتی‌گراد)، چرخه دمایی و آزمایش‌های شوک حرارتی است.
• استحکام فرآیند:آزمایش‌های مقاومت در برابر لحیم‌کاری و قابلیت لحیم‌کاری اطمینان حاصل می‌کنند که بسته‌بندی می‌تواند فرآیندهای مونتاژ استاندارد را تحمل کند.

9. احتیاط‌ها و محدودیت‌های استفاده

این دستگاه برای کاربردهای حیاتی ایمنی که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، سیستم‌های ایمنی حمل و نقل) طراحی نشده است. برای چنین کاربردهایی، مشورت با سازنده برای قطعات دارای صلاحیت ویژه اجباری است. سازنده هیچ مسئولیتی در قبال خسارات ناشی از عملکرد خارج از حداکثر مقادیر مطلق یا برخلاف دستورالعمل‌های ارائه شده نمی‌پذیرد. توجه ویژه‌ای برای اجتناب از بایاس معکوس مورد نیاز است، زیرا می‌تواند باعث مهاجرت فلز و منجر به افزایش جریان نشتی یا خرابی شود.

10. مقایسه و تمایز فنی

LSHD-F101 از طریق استفاده از فناوری AlInGaP بر روی زیرلایه GaAs خود را متمایز می‌کند. در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند GaAsP یا GaP استاندارد، LEDهای AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهند که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان راه‌اندازی می‌شود. ویژگی \"سگمنت‌های یکنواخت و پیوسته\" نشان‌دهنده طراحی قالب و دیفیوزر با کیفیت بالا است که فاصله‌های قابل مشاهده یا نقاط داغ را در یک سگمنت حذف می‌کند و منجر به ظاهر کاراکتری حرفه‌ای‌تر و خواناتر می‌شود. زاویه دید گسترده و شدت نور دسته‌بندی شده، مزایای بیشتری برای کاربردهایی هستند که به عملکرد بصری ثابت از زوایای مختلف یا در چندین واحد نیاز دارند.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با منبع تغذیه 5 ولت و یک مقاومت ساده راه‌اندازی کنم؟

پ: بله، اما محاسبه دقیق مورد نیاز است. با استفاده از قانون اهم (R = (ولتاژ منبع - Vf_LED) / I_LED) و با فرض بدترین حالت Vf برابر 2.6 ولت در 20 میلی‌آمپر، مقدار مقاومت (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 اهم خواهد بود. با این حال، به دلیل تغییرات Vf، روشنایی ممکن است بین سگمنت‌ها/نمایشگرها متفاوت باشد. یک درایور جریان ثابت برای ثبات ترجیح داده می‌شود.

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

پ: طول موج پیک (650 نانومتر) قله فیزیکی طیف نور ساطع شده است. طول موج غالب (639 نانومتر) طول موج واحدی است که درک رنگ یکسانی را برای چشم انسان ایجاد می‌کند. طول موج غالب برای مشخص کردن رنگ مرتبط‌تر است.

س: چرا دو پایه آند مشترک وجود دارد؟

پ: این امر تقارن مکانیکی را فراهم می‌کند، چیدمان PCB را ساده می‌کند و می‌تواند به توزیع یکنواخت‌تر جریان کمک کند و به طور بالقوه قابلیت اطمینان و یکنواختی روشنایی را بهبود می‌بخشد.

12. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دیجیتال.

یک طراح LSHD-F101 را برای نمایشگر ولت‌متر 2 رقمی (نیازمند دو واحد) انتخاب می‌کند. ابتدا اطلاعات دسته‌بندی شدت نور را بررسی می‌کند تا دو نمایشگر از یک دسته برای روشنایی یکنواخت تهیه کند. میکروکنترلر با ولتاژ 3.3 ولت کار می‌کند. برای راه‌اندازی هر سگمنت با هدف 10 میلی‌آمپر برای روشنایی خوب، یک درایور سینک جریان ثابت با استفاده از یک IC آرایه ترانزیستور طراحی می‌کند. مدار درایور شامل دیودهای محافظ برای محدود کردن هرگونه اسپایک ولتاژ القایی از سیم‌های بلند متصل به پنل نمایشگر است. چیدمان PCB نمایشگرها را با فاصله کافی برای سوراخ‌های نصب توصیه شده 1.0 میلی‌متر قرار می‌دهد و شامل یک صفحه زمین برای اتلاف حرارت است. در طول آزمایش، روشنایی سگمنت‌ها را در حداکثر دمای محیط مورد انتظار 50 درجه سانتی‌گراد تأیید می‌کنند و تأیید می‌کنند که جریان به طور مناسب تقریباً به 18 میلی‌آمپر در هر سگمنت کاهش یافته است (25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C)).

13. معرفی اصل عملکرد

انتشار نور در LSHD-F101 بر اساس الکترولومینسانس در یک پیوند p-n نیمه‌هادی ساخته شده از مواد AlInGaP است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند. در اینجا، آن‌ها بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که مستقیماً با طول موج (رنگ) نور ساطع شده مطابقت دارد - در این مورد، قرمز. زیرلایه GaAs از نظر نوری جذب‌کننده است، بنابراین چیپ برای انتشار از سمت بالا طراحی شده است که سپس توسط بسته‌بندی پلاستیکی قالب‌گیری شده پخش می‌شود تا سگمنت‌های یکنواخت را تشکیل دهد.

14. روندها و زمینه فناوری

فناوری AlInGaP یک راه‌حل بالغ و بسیار کارآمد برای LEDهای قرمز، نارنجی و زرد است. در حالی که فناوری‌های جدیدتر مانند LEDهای مبتنی بر نیترید گالیم (GaN) بر بازار نور آبی، سبز و سفید تسلط دارند، AlInGaP به دلیل بازده و خلوص رنگ برتر خود در آن ناحیه طیفی، همچنان ماده انتخابی برای نشانگرها و نمایشگرهای قرمز با عملکرد بالا باقی مانده است. روندهای فناوری نمایشگر شامل حرکت به سمت بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) برای مونتاژ خودکار و چگالی بالاتر است. در حالی که LSHD-F101 یک قطعه نصب از طریق سوراخ است، اصول طراحی آن شامل روشنایی بالا، قابلیت اطمینان و عملکرد دسته‌بندی شده همچنان اساسی است. توسعه‌های آینده ممکن است بر افزایش بیشتر بازده، محدوده دمایی گسترده‌تر و ادغام با الکترونیک درایور متمرکز شود.