دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTS-4301JD - ارتفاع رقم 0.4 اینچ - قرمز فوق‌اشباع 650 نانومتر - ولتاژ پیشروی 2.6 ولت - اتلاف توان 70 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTS-4301JD یک ماژول نمایشگر عددی تک‌رقمی فشرده و با کارایی بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند نمایش عددی واضح و پرنور هستند. عملکرد اصلی آن نمایش بصری ارقام 0 تا 9 با استفاده از پیکربندی استاندارد هفت‌قطعه‌ای، همراه با یک نقطه اعشار در سمت راست است. این قطعه برای یکپارچه‌سازی در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی طراحی شده که در آنها فضا، بازدهی انرژی و خوانایی عوامل حیاتی هستند.

این نمایشگر از فناوری نیمه‌هادی پیشرفته AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای المان‌های نورافشان خود استفاده می‌کند. این سیستم مواد به‌طور خاص برای بازدهی بالا در تولید نور قرمز پرنور انتخاب شده است. تراشه‌ها بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs (گالیم آرسنید) ساخته شده‌اند که با جلوگیری از پراکندگی نور داخلی و بهبود وضوح قطعات خاموش، کنتراست را افزایش می‌دهد. پکیج دارای صفحه‌ای خاکستری با نشانه‌گذاری سفید روی قطعات است که ظاهری عالی در حالت خاموش و کنتراست بالا هنگام روشن شدن قطعات را فراهم می‌کند.

بازارهای هدف اصلی این قطعه شامل ابزار دقیق صنعتی، لوازم خانگی مصرفی، تجهیزات آزمایش و اندازه‌گیری، سیستم‌های فروشگاهی و نمایشگرهای داشبورد خودرو می‌شود. شدت نور طبقه‌بندی شده آن، سطح روشنایی یکنواختی را در بین دسته‌های تولید تضمین می‌کند که برای کاربردهای نیازمند عملکرد بصری یکسان حیاتی است.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و نوری

عملکرد نوری تحت شرایط آزمایش استاندارد در دمای محیط (Ta) برابر 25 درجه سلسیوس تعریف شده است. پارامتر کلیدی، میانگین شدت نور (Iv)، در جریان پیشروی (IF) برابر 1 میلی‌آمپر، مقدار معمول 650 میکروکاندلا دارد. حداقل مقدار مشخص شده 200 میکروکاندلا است که سطح پایه‌ای از روشنایی را تضمین می‌کند. شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که مطابق با منحنی استاندارد پاسخ چشم فتوبیک CIE کالیبره شده است و تضمین می‌کند که مقادیر گزارش شده با درک بصری انسان مطابقت دارد.

دستگاه در طیف قرمز فوق‌اشباع نور ساطع می‌کند. طول موج اوج تابش (λp) معمولاً 650 نانومتر است. طول موج غالب (λd)، که بیشتر به رنگ درک شده مرتبط است، در 639 نانومتر مشخص شده است. عرض نیم‌خط طیفی (Δλ) برابر 20 نانومتر است که نشان‌دهنده خلوص طیفی و محدوده باریک طول‌موج‌های ساطع شده است و منجر به رنگ قرمز اشباع می‌شود. نسبت تطابق شدت نور حداکثر 2:1 مشخص شده است، به این معنی که اختلاف روشنایی بین هر دو قطعه تحت شرایط درایو یکسان از این نسبت تجاوز نخواهد کرد و ظاهر یکنواخت رقم تشکیل شده را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ویژگی‌های الکتریکی محدوده‌های عملیاتی و عملکرد معمول را تعریف می‌کنند. ولتاژ پیشروی هر قطعه (VF) در جریان آزمایش 20 میلی‌آمپر از 2.1 ولت تا 2.6 ولت متغیر است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایو می‌تواند ولتاژ کافی برای غلبه بر این مقدار فراهم کند. حداکثر مقادیر مطلق محدودیت‌های سختی را تعیین می‌کنند: جریان پیشروی پیوسته هر قطعه نباید از 25 میلی‌آمپر تجاوز کند، با ضریب کاهش خطی 0.33 میلی‌آمپر بر درجه سلسیوس بالاتر از 25 درجه سلسیوس. این کاهش برای مدیریت حرارتی بسیار مهم است؛ با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان مجاز باید کاهش یابد تا از گرمای بیش از حد و آسیب دائمی جلوگیری شود.

یک جریان پیشروی پیک 90 میلی‌آمپر تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است که می‌تواند برای طرح‌های مالتی‌پلکس یا افزایش روشنایی کوتاه‌مدت استفاده شود. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) هر قطعه 5 ولت است؛ تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند PN ال‌ای‌دی آسیب برساند. جریان معکوس (IR) حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که 5 ولت در بایاس معکوس اعمال می‌شود، مشخص شده است که نشان‌دهنده مشخصه نشتی پیوند است.

2.3 پارامترهای حرارتی و قابلیت اطمینان

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس درجه‌بندی شده است. این محدوده گسترده آن را برای محیط‌های با نوسانات دمایی قابل توجه مناسب می‌سازد. محدوده دمای نگهداری یکسان است (35- تا 85+ درجه سلسیوس). اتلاف توان هر قطعه به 70 میلی‌وات محدود شده است. مدیریت این اتلاف از طریق محدود‌سازی جریان مناسب و در صورت لزوم، استفاده از هیت‌سینک برای قابلیت اطمینان بلندمدت ضروری است. دیتاشیت همچنین مشخصات دمای لحیم‌کاری را تعیین می‌کند: دستگاه می‌تواند 260 درجه سلسیوس را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6 میلی‌متر) زیر صفحه نشیمن تحمل کند که فرآیند لحیم‌کاری ریفلو را راهنمایی می‌کند.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه‌ها \"برای شدت نور دسته‌بندی شده‌اند\". این به معنای یک فرآیند دسته‌بندی یا مرتب‌سازی پس از تولید است. در حالی که جزئیات کد دسته خاصی در این بخش ارائه نشده است، دسته‌بندی معمول برای چنین نمایشگرهایی شامل گروه‌بندی واحدها بر اساس شدت نور اندازه‌گیری شده در جریان آزمایش استاندارد (مثلاً 1 میلی‌آمپر) است. این تضمین می‌کند که مشتریان محصولاتی با سطوح روشنایی یکنواخت دریافت می‌کنند. طراحانی که این قطعات را تهیه می‌کنند باید ساختار دسته‌بندی خاص را از سازنده تأیید کنند تا اطمینان حاصل کنند که دسته شدت نور انتخاب شده با نیازهای کاربرد آنها برای یکنواختی، به ویژه هنگامی که چندین نمایشگر در کنار هم استفاده می‌شوند، مطابقت دارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به \"منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول\" در صفحه آخر اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، اما چنین منحنی‌هایی که معمولاً در دیتاشیت کامل گنجانده می‌شوند برای طراحی حیاتی هستند. این منحنی‌ها معمولاً موارد زیر را نشان می‌دهند:

• شدت نور نسبی در مقابل جریان پیشروی (منحنی I-V):این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان درایو افزایش می‌یابد. معمولاً غیرخطی است و بازدهی اغلب در جریان‌های بسیار بالا کاهش می‌یابد.
• ولتاژ پیشروی در مقابل جریان پیشروی:این منحنی با نشان دادن مقاومت دینامیکی ال‌ای‌دی، در طراحی مدار محدودکننده جریان کمک می‌کند.
• شدت نور نسبی در مقابل دمای محیط:این نمودار کاهش خروجی نور با افزایش دما را نشان می‌دهد که برای کاربردهای عملیاتی در شرایط غیرمحیطی حیاتی است.
• توزیع طیفی:نموداری از شدت نسبی در مقابل طول موج، که به صورت بصری مشخصات طول موج اوج و غالب و عرض نیم‌خط طیفی را تأیید می‌کند.

مهندسان باید از این منحنی‌ها برای بهینه‌سازی شرایط درایو به منظور تعادل بین روشنایی، بازدهی و طول عمر استفاده کنند، نه اینکه صرفاً در حداکثر مقادیر مطلق کار کنند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه با یک نقشه دقیق ابعاد بسته‌بندی ارائه شده است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر ارائه شده‌اند، با تلرانس کلی ±0.25 میلی‌متر (0.01 اینچ) مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. نمایشگر دارای ارتفاع رقم 0.4 اینچ (10.0 میلی‌متر) است. نقشه مکانیکی طول، عرض و ارتفاع کلی بسته، محل قرارگیری قطعات و نقطه اعشار، فاصله و ابعاد پایه‌ها (پین‌ها) و هر ویژگی کلیدزنی یا جهت‌گیری را تعریف می‌کند. این اطلاعات برای ایجاد ردپای PCB، اطمینان از قرارگیری مناسب در محفظه محصول و تراز صحیح نمایشگر روی برد ضروری است.

6. اتصال پایه‌ها و مدار داخلی

LTS-4301JD یک دستگاه با کاتد مشترک است. نمودار اتصال پایه‌ها به صراحت ارائه شده است:

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

وجود دو پایه کاتد مشترک (3 و 8) معمول است و برای کاهش چگالی جریان در بسته و بهبود قابلیت اطمینان عمل می‌کند. نمودار مدار داخلی نشان می‌دهد که تمام آندهای قطعات (A تا G و DP) از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا هستند، در حالی که کاتدهای آنها به صورت داخلی به دو پایه کاتد مشترک متصل شده‌اند. این پیکربندی نیاز دارد که مدار درایو جریان را به آندهای قطعه‌ای منفرد تامین کرده و جریان ترکیبی را از طریق اتصال(های) کاتد مشترک تخلیه کند.

7. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمای کلیدی مونتاژ ارائه شده، محدودیت دمای لحیم‌کاری است: قطعه می‌تواند 260 درجه سلسیوس را به مدت 3 ثانیه در نقطه‌ای به فاصله 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن تحمل کند. این یک مرجع استاندارد پروفایل ریفلو IPC است. برای مونتاژ:

• از یک پروفایل ریفلو توصیه شده برای لحیم‌کاری بدون سرب استفاده کنید (همانطور که دمای اوج 260 درجه سلسیوس نشان می‌دهد).
• اطمینان حاصل کنید که طراحی پد PCB با ابعاد بسته مطابقت دارد تا از بروز پدیده \"تومب‌ستونینگ\" یا تراز نادرست جلوگیری شود.
• از اعمال تنش مکانیکی روی پایه‌ها در حین جابجایی خودداری کنید. نباید لنز پلاستیکی مستقیماً با ابزار آلوده لمس شود.
• در حین جابجایی و مونتاژ، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) را رعایت کنید تا از پیوندهای نیمه‌هادی محافظت شود.
• پیش از استفاده، به محدوده دمای نگهداری مشخص شده (35- تا 85+ درجه سلسیوس) و شرایط رطوبت پایبند باشید.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این نمایشگر برای هر دستگاهی که نیازمند یک نمایش عددی تک‌رقمی با خوانایی بالا است ایده‌آل می‌باشد. کاربردهای رایج شامل: دماسنج/رطوبت‌سنج دیجیتال، نمایشگرهای تایمر و شمارنده، نمایشگرهای ولتاژ/جریان، پنل‌های کنترل لوازم خانگی (مانند فر، مایکروویو)، نمایشگرهای ماشین حساب ساده و نشانگرهای کد وضعیت در تجهیزات شبکه یا صنعتی می‌شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• محدود‌سازی جریان:همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری برای هر آند قطعه استفاده کنید. مقدار مقاومت به صورت R = (ولتاژ منبع - VF) / IF محاسبه می‌شود، که در آن VF ولتاژ پیشروی است (برای ایمنی از مقدار حداکثر استفاده کنید) و IF جریان عملیاتی مورد نظر است (که از ریتینگ پیوسته تجاوز نکند).
• مالتی‌پلکسینگ:برای کاربردهای چندرقمی که از چندین نمایشگر مشابه استفاده می‌کنند، یک طرح درایو مالتی‌پلکس استاندارد است. این شامل روشن کردن متوالی کاتد مشترک یک رقم در هر زمان، در حالی که داده‌های قطعه برای آن رقم ارائه می‌شود، است. ریتینگ جریان پیک اجازه جریان‌های پالسی بالاتر را در این حالت می‌دهد، اما چرخه وظیفه و جریان متوسط باید مدیریت شوند تا در محدوده‌های اتلاف توان پیوسته باقی بمانند.
• رابط میکروکنترلر:نمایشگر به راحتی توسط پایه‌های GPIO یک میکروکنترلر درایو می‌شود، اغلب از طریق یک آی‌سی درایور یا آرایه ترانزیستور برای مدیریت نیازهای جریان بالاتر، به ویژه برای کاتد مشترک.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعای زاویه دید گسترده دارد. برای قرارگیری بهینه، خطوط دید اصلی کاربر نهایی نسبت به نمایشگر نصب شده را در نظر بگیرید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند ال‌ای‌دی‌های قرمز GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، فناوری AlInGaP در LTS-4301JD بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان ورودی یا روشنایی معادل در توان کمتر می‌شود. استفاده از زیرلایه غیرشفاف در مقایسه با دستگاه‌های روی زیرلایه‌های شفاف، کنتراست را بهبود می‌بخشد، زیرا از انتشار ناخواسته از کناره‌های تراشه جلوگیری می‌کند. صفحه خاکستری با قطعات سفید، ظاهری حرفه‌ای و با کنتراست بالا حتی در حالت خاموش ارائه می‌دهد که در بسیاری از شرایط نور محیطی برتر از نمایشگرهای کاملاً سیاه یا با صفحه شفاف است. ارتفاع رقم 0.4 اینچی آن یک جایگاه خاص بین نمایشگرهای کوچکتر و کم‌خواناتر و نمایشگرهای بزرگتر و پرمصرف‌تر را پر می‌کند.

10. پرسش‌های متداول بر اساس پارامترهای فنی

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 5 ولتی درایو کنم؟

ج: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان سری با هر قطعه استفاده کنید. برای منبع تغذیه 5 ولت و جریان مورد نظر 20 میلی‌آمپر، با استفاده از حداکثر VF برابر 2.6 ولت، مقدار مقاومت (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 اهم خواهد بود. همیشه قابلیت تامین جریان پایه میکروکنترلر را تأیید کنید.

س: \"کاتد مشترک\" برای طراحی مدار من به چه معناست؟

ج: به این معنی است که تمام کاتدها (طرف‌های منفی) قطعات ال‌ای‌دی در داخل بسته به هم متصل شده‌اند. برای روشن کردن یک قطعه، شما یک ولتاژ مثبت (از طریق یک مقاومت) به پایه آند خاص آن اعمال می‌کنید و پایه(های) کاتد مشترک را به زمین (0 ولت) متصل می‌کنید.

س: حداکثر جریان پیوسته 25 میلی‌آمپر است، اما شرایط آزمایش برای VF از 20 میلی‌آمپر استفاده می‌کند. باید از کدام استفاده کنم؟

ج: 20 میلی‌آمپر یک شرایط آزمایش استاندارد و یک نقطه عملیاتی ایمن و معمول است که روشنایی خوبی را فراهم می‌کند و در عین حال طول عمر را حفظ می‌کند. در صورت نیاز به روشنایی بیشتر می‌توانید تا 25 میلی‌آمپر کار کنید، اما باید به شدت به قوانین دمای محیط و کاهش ریتینگ پایبند باشید. کار در حداکثر ریتینگ یا نزدیک به آن ممکن است طول عمر عملیاتی را کاهش دهد.

س: چرا دو پایه کاتد مشترک وجود دارد؟

ج: برای تقارن مکانیکی و توزیع جریان کل کاتد (که مجموع جریان‌های تمام قطعات روشن است) بین دو پایه. این کار چگالی جریان هر پایه را کاهش می‌دهد، قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد و می‌تواند چیدمان PCB را آسان‌تر کند.

11. مورد عملی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک نمایشگر ساده ولت‌متر دیجیتال.

یک طراح در حال ساخت یک ولت‌متر DC با محدوده 0-5 ولت است. یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) با خروجی 3 رقمی به یک میکروکنترلر متصل است. فرم‌ور میکروکنترلر قرائت دیجیتال را به یک عدد 3 رقمی (مثلاً 4.23 ولت) تبدیل می‌کند. برای نمایش این عدد، از سه واحد LTS-4301JD استفاده می‌شود. طراحی از مالتی‌پلکسینگ تقسیم زمانی استفاده می‌کند. میکروکنترلر از یک پورت برای درایو آندهای قطعات (A تا G، DP) برای هر سه نمایشگر به صورت موازی استفاده می‌کند. سه ترانزیستور NPN (یا یک آی‌سی درایور اختصاصی) برای تخلیه جریان از طریق کاتد مشترک هر رقم، یکی پس از دیگری، به ترتیب سریع (مثلاً با فرکانس 100 هرتز برای هر رقم) استفاده می‌شوند. فرم‌ور داده‌های قطعه را با کاتد رقم فعال همگام می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی هر یک از هشت خط قطعه قرار می‌گیرند. روشنایی و کنتراست بالا، خوانایی را حتی در محیط‌های پرنور تضمین می‌کند. شدت نور دسته‌بندی شده تضمین می‌کند که هر سه رقم به یک اندازه روشن به نظر برسند.

12. معرفی اصل عملکرد

یک نمایشگر هفت‌قطعه‌ای شکلی از دستگاه نمایش الکترونیکی است که از هفت دیود نورافشان (LED) تشکیل شده که در یک الگوی مستطیلی شکل هشت‌تایی چیده شده‌اند. هر ال‌ای‌دی یک قطعه نامیده می‌شود زیرا هنگام روشن شدن بخشی از یک رقم را تشکیل می‌دهد. با روشن کردن انتخابی ترکیب‌های خاصی از این هفت قطعه، نمایشگر می‌تواند ده رقم اعشاری (0-9) و برخی حروف هگزادسیمال (A, b, C, d, E, F) را نمایش دهد. یک ال‌ای‌دی اضافی برای نقطه اعشار (DP) اغلب گنجانده می‌شود. LTS-4301JD این اصل را با استفاده از ماده نیمه‌هادی AlInGaP پیاده‌سازی می‌کند. هنگامی که یک ولتاژ بایاس پیشروی بیش از پتانسیل پیوند دیود در دو سر آند و کاتد یک قطعه اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال نیمه‌هادی بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون (نور) در طول‌موجی که توسط گاف انرژی ماده تعیین می‌شود - در این مورد تقریباً 650 نانومتر (قرمز) - آزاد می‌کنند. زیرلایه غیرشفاف فوتون‌های سرگردان را جذب کرده و کنتراست را افزایش می‌دهد.

13. روندهای توسعه

تکامل نمایشگرهای هفت‌قطعه‌ای از روندهای گسترده‌تر در فوتونیک پیروی می‌کند. در حالی که فرم فاکتور پایه هفت‌قطعه‌ای برای نمایش‌های عددی همچنان مفید باقی مانده است، فناوری زیربنایی به پیشرفت خود ادامه می‌دهد. همواره تلاش برای دستیابی به بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر وات ورودی الکتریکی) وجود دارد که بازده انرژی را بهبود بخشیده و امکان عملکرد با توان کمتر یا افزایش روشنایی را فراهم می‌کند. گاموت رنگی گسترده‌تر و توسعه ال‌ای‌دی‌های سبز و آبی کارآمدتر بر پایه موادی مانند InGaN (ایندیم گالیم نیترید)، نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای چندرقمی تمام‌رنگ را رایج‌تر کرده است، اگرچه نمایشگر هفت‌قطعه‌ای به دلیل سادگی و مقرون‌به‌صرفه بودن برای کاربردهای کاملاً عددی همچنان غالب است. یکپارچه‌سازی روند دیگری است، که در آن الکترونیک درایور، میکروکنترلرها و گاهی حتی سنسورها در ماژول‌های \"نمایشگر هوشمند\" ترکیب می‌شوند. با این حال، قطعات گسسته مانند LTS-4301JD در طراحی‌هایی که نیازمند انعطاف‌پذیری، ویژگی‌های عملکردی خاص یا بهینه‌سازی هزینه در حجم‌های بالا هستند، جایگاه مستحکمی حفظ کرده‌اند.