دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-3861JG - ارتفاع رقم 0.3 اینچ - رنگ سبز (AlInGaP) - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-3861JG یک ماژول نمایشگر الفبایی-عددی تک رقمی و فشرده با هفت سگمنت است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش عددی واضح، روشن و با مصرف توان پایین هستند. عملکرد اصلی آن ارائه یک خوانش دیجیتال با خوانایی بالا است. فناوری هسته‌ای آن از ماده نیمه‌هادی فسفید گالیم ایندیم آلومینیوم (AlInGaP) برای تراشه‌های دیود نورافشان (LED) استفاده می‌کند. AlInGaP به دلیل بازدهی بالا و عملکرد درخشان عالی در طیف طول موج کهربایی تا سبز شناخته شده است. این قطعه خاص نور سبز ساطع می‌کند که تعادل خوبی بین وضوح دید و راحتی چشم ارائه می‌دهد. نمایشگر دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید سگمنت‌ها است که کنتراست و خوانایی را هنگام روشن یا خاموش بودن سگمنت‌ها افزایش می‌دهد. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که امکان دسته‌بندی و یکنواختی روشنایی در بین دسته‌های تولید را فراهم می‌کند. ساختار دستگاه به صورت پیکربندی «آنود مشترک» است که طراحی مدار را برای کاربردهای مالتی‌پلکس ساده می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های فتومتریک و نوری

عملکرد نوری در مرکز عملکرد نمایشگر قرار دارد. شدت نور میانگین (Iv) با مقدار معمول 800 میکروکاندلا در جریان مستقیم (IF) 1 میلی‌آمپر و حداقل 320 میکروکاندلا مشخص شده است. این پارامتر روشنایی درک شده را تعریف می‌کند. طول موج غالب (λd) 572 نانومتر است که تابش را به طور قطعی در ناحیه سبز طیف مرئی قرار می‌دهد. طول موج تابش اوج (λp) 571 نانومتر و پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 15 نانومتر است که نشان‌دهنده رنگی نسبتاً خالص با گسترش طیفی حداقلی است. نسبت تطابق شدت نور بین سگمنت‌ها حداکثر 2:1 مشخص شده است که یکنواختی روشنایی در سراسر رقم را برای ظاهری یکدست تضمین می‌کند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و حرارتی

پارامترهای الکتریکی مرزهای کاری و نیازهای توان را تعریف می‌کنند. حداکثر مقادیر مجاز مطلق برای عملکرد مطمئن حیاتی هستند: اتلاف توان هر سگمنت نباید از 70 میلی‌وات تجاوز کند. جریان مستقیم پیوسته هر سگمنت در دمای 25 درجه سانتی‌گراد 25 میلی‌آمپر درجه‌بندی شده است، با ضریب کاهش 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد برای دمای محیط بالای 25 درجه سانتی‌گراد. یک جریان مستقیم اوج 60 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است. ولتاژ مستقیم (VF) هر سگمنت مقدار معمول 2.6 ولت در IF=20 میلی‌آمپر دارد، با حداکثر 2.6 ولت. ولتاژ معکوس مجاز 5 ولت است و جریان معکوس (IR) حداکثر 100 میکروآمپر در VR=5V است. دستگاه برای محدوده دمای کاری و ذخیره‌سازی 35- تا 85+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت به صراحت بیان می‌کند که دستگاه \"برای شدت نور دسته‌بندی شده است.\" این به فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید اشاره دارد. ال‌ای‌دی‌ها به طور طبیعی به دلیل تفاوت‌های میکروسکوپی در اپی‌تکسی نیمه‌هادی، تغییراتی در خروجی دارند. برای اطمینان از یکنواختی برای کاربر نهایی، سازندگان شدت نور هر واحد را اندازه‌گیری کرده و آن‌ها را بر اساس محدوده‌های شدت از پیش تعریف شده (مثلاً دسته روشنایی بالا، دسته استاندارد) در دسته‌ها یا رده‌های مختلف مرتب می‌کنند. این به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح حداقل روشنایی تضمین شده برای کاربرد خود انتخاب کنند و از عدم تطابق محسوس روشنایی هنگام استفاده از چندین نمایشگر در کنار هم جلوگیری می‌کند. اگرچه کدهای دسته خاص در این سند جزئیات داده نشده است، این روش عملکرد قابل پیش‌بینی را تضمین می‌کند.

4. تحلیل منحنی عملکرد

اگرچه گزیده دیتاشیت ارائه شده به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" ارجاع می‌دهد، نمودارهای خاص در متن گنجانده نشده‌اند. به طور معمول، چنین منحنی‌هایی برای یک نمایشگر ال‌ای‌دی شامل چندین نمودار کلیدی می‌شود. منحنی جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I-V) رابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار محدودکننده جریان حیاتی است. منحنی شدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان افزایش می‌یابد، که اغلب ناحیه‌ای از خطی بودن را قبل از افت بازدهی نشان می‌دهد. منحنی شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط برای درک کاهش روشنایی در دمای بالا حیاتی است و تصمیمات مدیریت حرارتی را آگاه می‌کند. منحنی توزیع توان طیفی به صورت بصری طول موج‌های غالب و اوج را تأیید می‌کند و باند تابش باریک مشخصه ال‌ای‌دی‌های AlInGaP را نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

LTS-3861JG با یک نقشه ابعاد پکیج دقیق ارائه شده است (که در متن به آن ارجاع داده شده اما به طور کامل جزئیات داده نشده است). مشخصات مکانیکی کلیدی شامل ارتفاع رقم 0.3 اینچ (7.62 میلی‌متر) است. ابعاد کلی پکیج، فاصله پایه‌ها و صفحه نشیمن بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.25 میلی‌متر تعریف شده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. ساختار فیزیکی، تراشه‌های ال‌ای‌دی AlInGaP را بر روی یک زیرلایه غیرشفاف آرسنید گالیم (GaAs) در داخل یک پکیج پلاستیکی جای می‌دهد. صفحه خاکستری با سگمنت‌های سفید، ظاهر غیرروشن را فراهم می‌کند. پیکربندی پایه‌ها برای پکیج 10 پایه به وضوح تعریف شده است.

6. اتصال پایه و مدار داخلی

دستگاه دارای پیکربندی 10 پایه است. پایه‌های 1 و 6 هر دو به \"آنود مشترک\" متصل هستند. این طراحی دو آنودی به توزیع جریان کمک می‌کند و می‌تواند در چیدمان PCB مفید باشد. پایه‌های باقی‌مانده کاتدهای جداگانه برای هر سگمنت هستند: پایه 2 (کاتد F)، پایه 3 (کاتد G)، پایه 4 (کاتد E)، پایه 5 (کاتد D)، پایه 7 (کاتد D.P. برای نقطه اعشار)، پایه 8 (کاتد C)، پایه 9 (کاتد B) و پایه 10 (کاتد A). نمودار مدار داخلی (که به آن ارجاع داده شده) این ده پایه را متصل به آندها و کاتدهای هشت ال‌ای‌دی (هفت سگمنت به اضافه یک نقطه اعشار) نشان می‌دهد که در یک ماتریس آنود مشترک چیده شده‌اند. درک این چیدمان برای طراحی مدار درایو صحیح ضروری است، که معمولاً شامل یک میکروکنترلر با درایورهای سگمنت یا یک آی‌سی درایور نمایشگر اختصاصی است.

7. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

حداکثر مقادیر مجاز مطلق شامل یک مشخصه لحیم‌کاری حیاتی است: دستگاه می‌تواند حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد را برای حداکثر مدت 3 ثانیه تحمل کند، که در فاصله 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک محدودیت پروفیل استاندارد لحیم‌کاری رفلو است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرآیند مونتاژ PCB آن‌ها، چه لحیم‌کاری موجی و چه رفلو، به این حد پایبند باشد تا از آسیب به تراشه‌های ال‌ای‌دی داخلی، اتصالات سیمی یا پکیج پلاستیکی جلوگیری شود. قرارگیری طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند باعث زرد شدن پلاستیک، تخریب اپوکسی یا خرابی اتصالات نیمه‌هادی شود. همچنین، اگرچه به صراحت بیان نشده، اما رسیدگی مناسب برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) نیز مد نظر است، زیرا ال‌ای‌دی‌ها عموماً به اسپایک‌های ولتاژ حساس هستند.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

LTS-3861JG برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های کم‌مصرف، قابل حمل و متصل به برق شهری که نیاز به نمایش یک رقم عددی دارند مناسب است. کاربردهای رایج شامل: پنل‌های ابزار دقیق (ولت‌متر، آمپرمتر، تایمر)، لوازم خانگی (مایکروویو، فر، قهوه‌ساز)، الکترونیک مصرفی (تجهیزات صوتی، شارژرها)، کنترل‌های صنعتی (نمایشگرهای نقطه تنظیم، واحدهای شمارنده) و دستگاه‌های پزشکی است. نیاز جریان پایین آن، آن را برای تجهیزات باتری‌خور ایده‌آل می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی

هنگام یکپارچه‌سازی این نمایشگر، چندین عامل باید در نظر گرفته شود.محدودکننده جریان:مقاومت‌های محدودکننده جریان خارجی برای هر کاتد سگمنت (یا یک درایور جریان ثابت) اجباری هستند تا جریان مستقیم را روی یک مقدار ایمن تنظیم کنند (مثلاً 20-10 میلی‌آمپر برای روشنایی کامل، 5-1 میلی‌آمپر برای توان پایین‌تر). مقدار مقاومت با استفاده از R = (ولتاژ تغذیه - VF) / IF محاسبه می‌شود.مالتی‌پلکس کردن:برای سیستم‌های چند رقمی، این نمایشگر آنود مشترک به راحتی مالتی‌پلکس می‌شود. یک میکروکنترلر به طور متوالی آنود مشترک هر رقم را از طریق یک سوئیچ ترانزیستوری فعال می‌کند در حالی که الگوی سگمنت مربوط به آن رقم را روی خطوط کاتد مشترک خروجی می‌دهد.زاویه دید:زاویه دید گسترده مفید است اما جهت نصب نهایی را در نظر بگیرید.مدیریت حرارتی:اگرچه توان پایین است، اطمینان حاصل کنید که دمای محیط در محدوده مشخصات باقی می‌ماند، به ویژه اگر محصور شده باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

مزایای تمایزدهنده کلیدی LTS-3861JG از فناوری AlInGaP آن در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند ال‌ای‌دی‌های سبز استاندارد GaP (فسفید گالیم) ناشی می‌شود. AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان درایو، یا روشنایی معادل در جریان پایین‌تر می‌شود و عمر باتری را افزایش می‌دهد. خلوص رنگ (عرض طیفی باریک) نیز برتر است. در مقایسه با نمایشگرهای رقمی بزرگ‌تر، اندازه 0.3 اینچی یک فوت‌پرینت فشرده ارائه می‌دهد. طراحی آنود مشترک رایج‌تر است و اغلب اتصال به پورت‌های استاندارد میکروکنترلر که به عنوان سینک جریان پیکربندی شده‌اند آسان‌تر است. دسته‌بندی بر اساس شدت نور با تضمین یکنواختی روشنایی، نسبت به قطعات غیردسته‌بندی شده مزیت ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان 10 میلی‌آمپر برای هر سگمنت، چه مقدار مقاومت باید استفاده کنم؟

ج: با استفاده از VF معمول 2.6 ولت: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 اهم. یک مقاومت استاندارد 220 اهم یا 270 اهم مناسب خواهد بود.

س: آیا می‌توانم آن را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر راه‌اندازی کنم؟

ج: توصیه نمی‌شود که جریان کامل سگمنت (تا 25 میلی‌آمپر) را مستقیماً از بیشتر پایه‌های MCU سورس یا سینک کنید، که اغلب به حداکثر مطلق 20 میلی‌آمپر برای هر پایه و کمتر برای کارکرد پیوسته محدود هستند. از یک ترانزیستور یا آی‌سی درایور اختصاصی استفاده کنید (مثلاً رجیستر شیفت 74HC595 با مقاومت‌های محدودکننده جریان، یا یک درایور ال‌ای‌دی جریان ثابت).

س: چرا دو پایه آنود مشترک (1 و 6) وجود دارد؟

ج: این امر با فراهم کردن دو نقطه اتصال برای آنود مشترک، به چیدمان PCB کمک می‌کند و امکان توزیع بهتر توان و مسیریابی آسان‌تر ترس‌ها را فراهم می‌کند، به ویژه زمانی که نمایشگر روی سایر قطعات قرار می‌گیرد.

س: دما چگونه بر روشنایی تأثیر می‌گذارد؟

ج: شدت نور ال‌ای‌دی معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. کاهش جریان پیوسته (0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتی‌گراد بالای 25 درجه سانتی‌گراد) یک شاخص است. برای کنترل دقیق روشنایی در دماهای مختلف، ممکن است به فیدبک یا جبرانسازی نیاز باشد.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

طراحی یک تایمر دیجیتال ساده با استفاده از یک میکروکنترلر را در نظر بگیرید. LTS-3861JG رقم ثانیه‌ها (9-0) را نمایش می‌دهد. پورت‌های I/O میکروکنترلر به این صورت پیکربندی می‌شوند: یک پایه برای کنترل یک ترانزیستور PNP که آنود مشترک را به Vcc سوئیچ می‌کند، و 7 پایه دیگر (هر کدام با یک مقاومت سری 220 اهمی) به کاتدهای A-G متصل می‌شوند. فرم‌ور شامل یک جدول جستجو خواهد بود که اعداد 9-0 را به الگوی 7 سگمنت مربوطه تبدیل می‌کند (مثلاً '0' = 0b00111111). این فرم‌ور آنود را فعال می‌کند، الگو را خروجی می‌دهد، برای فاصله مالتی‌پلکس منتظر می‌ماند، سپس آنود را غیرفعال می‌کند. این رویکرد استفاده از پایه‌ها را به حداقل می‌رساند. مصرف توان پایین به تایمر اجازه می‌دهد برای مدت‌های طولانی روی یک باتری کوچک کار کند. کنتراست بالا و زاویه دید گسترده، خوانایی زمان را از موقعیت‌های مختلف تضمین می‌کند.

12. معرفی اصل فناوری

LTS-3861JG بر اساس فناوری نورپردازی حالت جامد است. هر سگمنت شامل یک یا چند تراشه ال‌ای‌دی AlInGaP است. یک ال‌ای‌دی یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که بایاس مستقیم اعمال می‌شود (ولتاژ مثبت روی آند نسبت به کاتد)، الکترون‌ها از ناحیه نوع n و حفره‌ها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند و در آنجا بازترکیب می‌شوند. در AlInGaP، این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) با طول موجی که توسط انرژی گاف باند ماده نیمه‌هادی تعیین می‌شود آزاد می‌کند. ترکیب آلیاژ خاص آلومینیوم، ایندیم، گالیم و فسفید برای تولید نور سبز در حدود 572 نانومتر طراحی شده است. زیرلایه غیرشفاف GaAs هر نور تابیده شده به سمت پایین را جذب می‌کند و کنتراست را بهبود می‌بخشد. نور سپس از طریق لنز اپوکسی پکیج شکل داده شده و ساطع می‌شود و شکل سگمنت قابل تشخیص را تشکیل می‌دهد.

13. روندها و زمینه فناوری

در حالی که AlInGaP یک پیشرفت قابل توجه برای ال‌ای‌دی‌های قرمز، نارنجی، کهربایی و سبز بود، چشم‌انداز برای تابنده‌های سبز تکامل یافته است. برای نور سبز با بازده بسیار بالا، ال‌ای‌دی‌های مبتنی بر نیترید گالیم ایندیم (InGaN) اکنون غالب هستند، به ویژه در طیف سبز خالص تا آبی. با این حال، AlInGaP به دلیل عملکرد و پایداری عالی خود در ناحیه کهربایی-سبز همچنان بسیار رقابتی باقی مانده است. روند در نمایشگرها به سمت چگالی بالاتر، قابلیت تمام رنگی و یکپارچه‌سازی است. نمایشگرهای تک رقمی هفت سگمنت مانند LTS-3861JG نمایان‌گر یک راه‌حل بالغ و مقرون‌به‌صرفه برای کاربردهایی هستند که فقط اطلاعات عددی مورد نیاز است. مزایای آن‌ها سادگی، استحکام، هزینه کم و سهولت فوق‌العاده در اتصال در مقایسه با ماژول‌های ماتریس نقطه‌ای یا گرافیکی OLED/LCD پیچیده‌تر است. آن‌ها همچنان به طور گسترده در کاربردهایی استفاده می‌شوند که این ویژگی‌ها بر قابلیت گرافیکی اولویت دارند.