مشخصات فنی نمایشگر LED مدل LTS-4801JG - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - سبز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

LTS-4801JG یک نمایشگر تک رقمی هفت قطعه‌ای است که از فناوری نیمه‌هادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید نور سبز استفاده می‌کند. این نمایشگر به صورت یک دستگاه با آند مشترک طراحی شده است، به این معنی که آندهای تمام قطعات LED به صورت داخلی به هم متصل شده و به پین‌های مشترک آورده شده‌اند، در حالی که کاتد هر قطعه به صورت جداگانه قابل دسترسی است. این پیکربندی در کاربردهای نمایشگر مالتی‌پلکس رایج است. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با قطعات سفید است که کنتراست و خوانایی را در شرایط نوری مختلف افزایش می‌دهد. کاربرد اصلی آن در تجهیزات الکترونیکی است که به یک نمایشگر عددی تک رقمی واضح و روشن نیاز دارند، مانند پنل‌های ابزار دقیق، لوازم خانگی و کنترل‌های صنعتی.

1.1 مزایای اصلی

• روشنایی و کنتراست بالا:سیستم ماده AlInGaP بازده نوری بالایی را فراهم می‌کند که منجر به روشنایی عالی می‌شود. طراحی صفحه خاکستری/قطعات سفید، کنتراست را برای ظاهر برتر کاراکترها بیشتر بهبود می‌بخشد.
• مصرف توان پایین:این دستگاه با جریان مستقیم نسبتاً پایینی کار می‌کند و آن را برای کاربردهای مبتنی بر باتری یا کم‌مصرف مناسب می‌سازد.
• قابلیت اطمینان حالت جامد:به عنوان یک دستگاه مبتنی بر LED، در مقایسه با فناوری‌های قدیمی مانند نمایشگرهای رشته‌ای یا فلورسنت خلاء، عمر عملیاتی طولانی، مقاومت در برابر ضربه و زمان‌های سوئیچینگ سریع ارائه می‌دهد.
• عملکرد دسته‌بندی شده:شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان تطابق یکنواخت روشنایی در نمایشگرهای چند رقمی را فراهم می‌کند.
• زاویه دید گسترده:طراحی پکیج و چیپ، زاویه دید وسیعی را فراهم می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که نمایشگر از موقعیت‌های مختلف قابل خواندن است.
• پکیج بدون سرب:این دستگاه با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد.

1.2 کاربردهای هدف

این نمایشگر برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی معمولی در نظر گرفته شده است. کاربردهای معمول شامل تجهیزات اتوماسیون اداری (مانند کپی‌کننده‌ها، پرینترها)، دستگاه‌های ارتباطی، لوازم خانگی (مانند مایکروویو، فر، ماشین لباسشویی)، ابزارهای تست و اندازه‌گیری و پنل‌های کنترل صنعتی می‌شود. این نمایشگر برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند و خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی) بدون مشورت و تأیید صلاحیت قبلی طراحی نشده است.

2. بررسی عمیق مشخصات فنی

2.1 حداکثر رتبه‌بندی مطلق

این رتبه‌بندی‌ها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این شرایط یا نزدیک به آن تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان هر قطعه:70 میلی‌وات. این حداکثر توانی است که می‌تواند توسط یک قطعه LED بدون ایجاد آسیب تلف شود.
• جریان مستقیم پیک هر قطعه:60 میلی‌آمپر. این فقط در شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) برای جلوگیری از گرمای بیش از حد مجاز است.
• جریان مستقیم پیوسته هر قطعه:25 میلی‌آمپر در دمای 25 درجه سانتی‌گراد. این جریان باید به صورت خطی با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد با افزایش دمای محیط (Ta) بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد.
• محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی:35- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. دستگاه می‌تواند در این محدوده کامل ذخیره و کار کند.
• دمای لحیم‌کاری:حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

اینها پارامترهای عملیاتی معمولی هستند که در Ta=25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده‌اند و عملکرد دستگاه را در شرایط عادی تعریف می‌کنند.

• شدت نور متوسط (I_V):320 تا 850 میکروکاندلا در جریان مستقیم (I_F) 1 میلی‌آمپر. این محدوده وسیع نشان می‌دهد که دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی (بینینگ) شده است.
• طول موج تابش پیک (λ_p):571 نانومتر (معمولی). این طول موجی است که در آن شدت نور ساطع شده در بالاترین حد است، در ناحیه سبز طیف.
• طول موج غالب (λ_d):572 نانومتر (معمولی). این طول موجی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و به طول موج پیک نزدیک است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):15 نانومتر (معمولی). این پهنای باند نور ساطع شده را مشخص می‌کند که نشان‌دهنده رنگ سبز نسبتاً خالص است.
• ولتاژ مستقیم هر چیپ (V_F):2.05 ولت تا 2.6 ولت در I_F=20 میلی‌آمپر. این افت ولتاژ در سراسر LED هنگام کار است. طراحی مدار باید این محدوده را در نظر بگیرد.
• جریان معکوس هر قطعه (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت. این پارامتر فقط برای اهداف آزمایش است؛ عملکرد بایاس معکوس پیوسته مجاز نیست.
• نسبت تطابق شدت نور:حداکثر 2:1 برای قطعات درون \"ناحیه نور مشابه\". این یکنواختی ظاهری در سراسر رقم را تضمین می‌کند.
• نشت نوری (Crosstalk):مشخصه کمتر از 2.5٪ است. این به روشنایی ناخواسته یک قطعه غیرفعال شده به دلیل نشتی الکتریکی یا کوپلینگ نوری اشاره دارد.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که شدت نور \"دسته‌بندی شده\" است. این معمولاً به این معنی است که دستگاه‌ها پس از تولید بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (در این مورد 1 میلی‌آمپر) آزمایش و مرتب (بینینگ) می‌شوند. این دسته‌بندی اطمینان حاصل می‌کند که نمایشگرهای مورد استفاده در یک کاربرد چند رقمی، روشنایی یکسانی خواهند داشت و از این که یک رقم به طور محسوسی کم‌نورتر یا روشن‌تر از همسایگان خود به نظر برسد جلوگیری می‌کند. طراحان باید برای ثبات در کاربرد خود، هنگام سفارش، از دسته شدت نور آگاه باشند یا آن را مشخص کنند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصات الکتریکی/نوری معمول\" اشاره می‌کند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، چنین منحنی‌هایی معمولاً رابطه بین پارامترهای کلیدی را نشان می‌دهند. بر اساس رفتار استاندارد LED، منحنی‌های مورد انتظار شامل موارد زیر است:

• منحنی I-V (جریان-ولتاژ):رابطه نمایی بین ولتاژ مستقیم (V_F) و جریان مستقیم (I_F) را نشان می‌دهد. منحنی یک ولتاژ روشن شدن حدود 2 ولت و سپس افزایش نسبتاً تندی را نشان خواهد داد.
• شدت نور در مقابل جریان مستقیم (I_Vدر مقابل I_F):نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد. این رابطه در یک محدوده به طور کلی خطی است اما در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی اشباع می‌شود.
• شدت نور در مقابل دمای محیط (I_Vدر مقابل T_a):کاهش خروجی نور با افزایش دمای اتصال را نشان می‌دهد. این یک ملاحظه حیاتی برای محیط‌های با دمای بالا است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که یک پیک حدود 571-572 نانومتر با عرض تقریباً 15 نانومتر در نصف حداکثر شدت را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج

نمایشگر دارای ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر) است. نقشه مکانیکی دقیق تمام ابعاد حیاتی از جمله طول کلی، عرض، ارتفاع، اندازه و فاصله قطعات و مکان پین‌ها را ارائه می‌دهد. نکات کلیدی از نقشه شامل موارد زیر است:

• تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.
• تلرانس جابجایی نوک پین ±0.40 میلی‌متر است.
• قطر سوراخ PCB توصیه شده برای پین‌ها 1.10 میلی‌متر است.
• معیارهای کیفیت برای مواد خارجی، حباب در قطعه، خمش رفلکتور و آلودگی جوهر سطح تعریف شده است.

5.2 اتصال پین و دیاگرام مدار

دستگاه دارای پیکربندی 10 پین تک ردیفی است. دیاگرام مدار داخلی یک ساختار آند مشترک را نشان می‌دهد. پین‌آوت به شرح زیر است: پین 1 (کاتد G)، پین 2 (کاتد F)، پین 3 (آند مشترک)، پین 4 (کاتد E)، پین 5 (کاتد D)، پین 6 (کاتد نقطه اعشار)، پین 7 (کاتد C)، پین 8 (آند مشترک)، پین 9 (کاتد B)، پین 10 (کاتد A). توجه داشته باشید که دو پین آند مشترک (3 و 8) وجود دارد که به صورت داخلی به هم متصل هستند. این امر انعطاف‌پذیری در چیدمان PCB را فراهم می‌کند و می‌تواند به توزیع جریان کمک کند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفایل لحیم‌کاری خودکار

برای لحیم‌کاری موجی یا ری‌فلو، شرایط حداکثر 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه مشخص شده است، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن پکیج اندازه‌گیری می‌شود. دمای بدنه قطعه در حین مونتاژ نباید از حداکثر رتبه دمایی آن تجاوز کند. رعایت این پروفایل برای جلوگیری از آسیب به پکیج پلاستیکی یا اتصالات سیم داخلی بسیار مهم است.

6.2 لحیم‌کاری دستی

در صورت نیاز به لحیم‌کاری دستی، نوک هویه باید در فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن به پین اعمال شود. دمای لحیم‌کاری باید 350 درجه سانتی‌گراد ±30 درجه سانتی‌گراد باشد و زمان تماس نباید از 5 ثانیه تجاوز کند. استفاده از دمای بالاتر برای مدت زمان بسیار کوتاه، انتقال حرارت به چیپ‌های LED حساس را به حداقل می‌رساند.

7. ملاحظات طراحی کاربرد

چندین هشدار و توصیه مهم برای عملکرد قابل اطمینان ارائه شده است:

• محافظت مدار درایو:مدار باید LEDها را در برابر ولتاژهای معکوس و اسپایک‌های ولتاژ گذرا در حین روشن یا خاموش شدن محافظت کند، زیرا این موارد می‌توانند باعث خرابی فوری شوند.
• درایو جریان ثابت:این روش به شدت نسبت به درایو ولتاژ ثابت توصیه می‌شود. یک منبع جریان ثابت، روشنایی یکنواخت را تضمین می‌کند و LED را از فرار حرارتی محافظت می‌کند، زیرا ولتاژ مستقیم با افزایش دما کاهش می‌یابد.
• در نظر گرفتن تغییرات V_F:مدار درایو باید طوری طراحی شود که جریان مورد نظر را در سراسر محدوده کامل ولتاژ مستقیم (2.05 ولت تا 2.6 ولت برای هر چیپ در 20 میلی‌آمپر) تحویل دهد.
• کاهش رتبه جریان:جریان پیوسته عملیاتی ایمن باید پس از در نظر گرفتن حداکثر دمای محیط کاربرد، با استفاده از فاکتور کاهش رتبه 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد انتخاب شود.
• اجتناب از بایاس معکوس:عملکرد بایاس معکوس پیوسته باید به شدت اجتناب شود زیرا می‌تواند منجر به مهاجرت فلز و خرابی زودرس دستگاه شود.

8. تست قابلیت اطمینان

دستگاه تحت یک سری تست‌های استاندارد قابلیت اطمینان قرار می‌گیرد تا استحکام آن تضمین شود. برنامه تست شامل موارد زیر است:

• تست عمر عملیاتی (RTOL):1000 ساعت در حداکثر جریان رتبه‌بندی شده در دمای اتاق.
• تست‌های محیطی:ذخیره‌سازی دمای بالا/رطوبت بالا (500 ساعت در 65 درجه سانتی‌گراد/90-95٪ RH)، ذخیره‌سازی دمای بالا (1000 ساعت در 105 درجه سانتی‌گراد)، ذخیره‌سازی دمای پایین (1000 ساعت در 35- درجه سانتی‌گراد).
• تست‌های استرس:چرخه دمایی (30 چرخه بین 35- درجه سانتی‌گراد و 105 درجه سانتی‌گراد) و شوک حرارتی (30 چرخه بین 35- درجه سانتی‌گراد و 105 درجه سانتی‌گراد).
• تست‌های سازگاری فرآیند:مقاومت لحیم‌کاری (10 ثانیه در 260 درجه سانتی‌گراد) و قابلیت لحیم‌کاری (5 ثانیه در 245 درجه سانتی‌گراد).

این تست‌ها به استانداردهای نظامی (MIL-STD)، صنعتی ژاپن (JIS) و استانداردهای داخلی استقرار یافته ارجاع می‌دهند که اطمینان از دوام قطعه در شرایط مختلف ذخیره‌سازی و عملیاتی را فراهم می‌کند.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً با پین میکروکنترلر 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم حداکثر حدود 2.6 ولت است و استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان سری اجباری است. اتصال مستقیم به 5 ولت به دلیل جریان بیش از حد LED را از بین می‌برد. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (V_{منبع تغذیه}- V_F) / I_F.

محاسبه کنید.

س: چرا دو پین آند مشترک وجود دارد؟

ج: آن‌ها به صورت داخلی به هم متصل هستند. این طراحی امکان مسیریابی انعطاف‌پذیرتر PCB را فراهم می‌کند، می‌تواند به تعادل جریان در صورت راه‌اندازی همزمان چندین قطعه کمک کند و پایداری مکانیکی را فراهم می‌کند.

س: چگونه در یک نمایشگر چند رقمی به روشنایی یکنواخت دست یابم؟

ج: از درایورهای جریان ثابت استفاده کنید و مطمئن شوید که از نمایشگرهای دسته شدت نور یکسان یا بسیار نزدیک استفاده می‌کنید. مالتی‌پلکسینگ را با جریان قطعه و چرخه وظیفه مناسب پیاده‌سازی کنید.

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

ج: طول موج پیک، طول موج فیزیکی با بیشترین توان طیفی است. طول موج غالب، نقطه رنگ درک شده در نمودار رنگ‌سنجی CIE است. برای یک منبع تک‌رنگ مانند این LED سبز، آن‌ها بسیار نزدیک هستند.

10. مطالعه موردی طراحی

1. طراحی یک نمایشگر دماسنج دیجیتال ساده با استفاده از LTS-4801JG را در نظر بگیرید. سیستم از یک میکروکنترلر با خروجی مالتی‌پلکس استفاده می‌کند. مراحل طراحی شامل موارد زیر است:انتخاب درایور:
2. یک IC درایور LED جریان ثابت را انتخاب کنید یا مدارهای ترانزیستوری گسسته‌ای طراحی کنید که قادر به سینک کردن جریان قطعه مورد نیاز باشند (مثلاً 10-15 میلی‌آمپر برای روشنایی خوب).تنظیم جریان:
3. جریان عملیاتی را تعیین کنید. به عنوان مثال، انتخاب 10 میلی‌آمپر روشنایی خوبی را فراهم می‌کند در حالی که به خوبی زیر حداکثر 25 میلی‌آمپر باقی می‌ماند و فضای کافی برای کاهش رتبه دمایی فراهم می‌کند.طرح مالتی‌پلکسینگ:
4. میکروکنترلر را طوری پیکربندی کنید که به سرعت بین ارقام چرخه کند. آندهای مشترک توسط ترانزیستورهای PNP (یا درایورهای سمت بالا) که توسط MCU سوئیچ می‌شوند، راه‌اندازی می‌شوند، در حالی که کاتدهای قطعات به خروجی‌های سینک جریان IC درایور متصل هستند.چیدمان PCB:
5. نمایشگر را روی برد قرار دهید و مطمئن شوید که از سوراخ‌های توصیه شده 1.10 میلی‌متری استفاده شده است. دو خط آند مشترک را جداگانه مسیریابی کنید تا توزیع جریان متعادل شود. ردهای مربوط به خطوط قطعات با جریان بالا را کوتاه و پهن نگه دارید.مدیریت حرارتی:_{اگر دستگاه قرار است در یک محیط با دمای محیطی بالا (مثلاً >50 درجه سانتی‌گراد) استفاده شود، حداکثر جریان پیوسته مجاز را با استفاده از فاکتور کاهش رتبه مجدداً محاسبه کنید: I}F(حداکثر)_a= 25 میلی‌آمپر - [0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد * (T

- 25 درجه سانتی‌گراد)].

11. معرفی فناوری و اصل کار

LTS-4801JG بر اساس فناوری نیمه‌هادی AlInGaP است که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs رشد یافته است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب خاص آلیاژ AlInGaP انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که به نوبه خود طول موج نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، سبز (~572 نانومتر). زیرلایه غیرشفاف با جذب نور پراکنده به بهبود کنتراست کمک می‌کند. فرمت هفت قطعه‌ای یک روش استاندارد برای نمایش ارقام عددی (0-9) و برخی حروف با روشن کردن انتخابی هفت میله LED مستقل (قطعات A-G) به علاوه یک نقطه اعشار است.

12. روندهای صنعت