دیتاشیت نمایشگر LED مدل LTC-2621JE - ارتفاع رقم 0.28 اینچ - قرمز AlInGaP - ولتاژ مستقیم 2.6 ولت - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTC-2621JE یک ماژول نمایشگر عددی سه رقمی فشرده و با عملکرد بالا است. عملکرد اصلی آن ارائه خوانش‌های عددی واضح و روشن در انواع تجهیزات الکترونیکی است. فناوری هسته از چیپ‌های LED قرمز AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) استفاده می‌کند که بر روی یک زیرلایه غیرشفاف GaAs ساخته شده‌اند. این سیستم ماده به دلیل بازدهی بالا و خلوص رنگ عالی در طیف قرمز شناخته شده است. دستگاه دارای صفحه‌ای خاکستری با سگمنت‌های سفید است که کنتراست را افزایش داده و خوانایی را در شرایط نوری مختلف بهبود می‌بخشد. این دستگاه بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است که تضمین‌کننده سطوح روشنایی یکنواخت در بین دسته‌های تولیدی است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این نمایشگر برای کاربردهایی طراحی شده است که فضا محدود است اما دید بالا حیاتی است. مزایای کلیدی آن ناشی از ساختار LED حالت جامد آن است که در مقایسه با سایر فناوری‌های نمایش مانند VFD یا LCD، قابلیت اطمینان و طول عمر برتری ارائه می‌دهد. بازارهای هدف اصلی شامل ابزار دقیق صنعتی، تجهیزات تست و اندازه‌گیری، پایانه‌های فروش، دستگاه‌های پزشکی و نمایشگرهای داشبورد خودرو است. نیاز کم این دستگاه به توان، آن را برای دستگاه‌های دارای منبع خطی و دستگاه‌های قابل حمل باتری‌خور مناسب می‌سازد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیری عینی و دقیق از پارامترهای فنی کلیدی فهرست شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات فوتومتریک و نوری

شدت نور یک پارامتر حیاتی است. در جریان تست استاندارد 1 میلی‌آمپر، شدت نور متوسط معمول (Iv) 900 میکروکندلا است، با حداقل 320 میکروکندلا. این دسته‌بندی حداقل سطح روشنایی را تضمین می‌کند. در جریان راه‌اندازی بالاتر 10 میلی‌آمپر، شدت معمول به طور قابل توجهی به 12000 میکروکندلا افزایش می‌یابد که نشان‌دهنده قابلیت دستگاه برای کاربردهای با روشنایی بالا است. طول موج غالب (λd) به عنوان 624 نانومتر مشخص شده و طول موج اوج تابش (λp) در 20 میلی‌آمپر 632 نانومتر است که آن را به طور قطع در ناحیه رنگ قرمز قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 20 نانومتر نشان‌دهنده رنگ قرمز نسبتاً خالص و اشباع شده است. تطابق شدت نور بین سگمنت‌ها در 1 میلی‌آمپر تضمین شده است که در نسبت 2:1 باشد و ظاهر یکنواخت در سراسر نمایشگر را تضمین می‌کند.

2.2 پارامترهای الکتریکی

ولتاژ مستقیم (Vf) هر سگمنت معمولاً 2.6 ولت با حداکثر 2.6 ولت در جریان مستقیم (If) 20 میلی‌آمپر است. این یک ولتاژ استاندارد برای LEDهای AlInGaP است. جریان معکوس (Ir) در حداکثر 100 میکروآمپر مشخص شده است هنگامی که ولتاژ معکوس (Vr) 5 ولت اعمال می‌شود که نشان‌دهنده مشخصات نشتی دیود است. محدودیت‌های مطلق مطلق، حدود عملیاتی را تعریف می‌کنند: جریان مستقیم پیوسته 25 میلی‌آمپر برای هر سگمنت (با کاهش خطی بالای 25 درجه سانتیگراد با نرخ 0.33 میلی‌آمپر/درجه سانتیگراد)، جریان مستقیم اوج 90 میلی‌آمپر برای عملیات پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) و حداکثر ولتاژ معکوس 5 ولت. اتلاف توان هر سگمنت به 70 میلی‌وات محدود شده است.

2.3 مشخصات حرارتی و محیطی

این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی 35- درجه سانتیگراد تا 85+ درجه سانتیگراد درجه‌بندی شده است که آن را برای محیط‌های سخت مناسب می‌سازد. محدوده دمای نگهداری یکسان است. یک پارامتر مونتاژ حیاتی دمای لحیم کاری است: دستگاه می‌تواند حداکثر 260 درجه سانتیگراد را برای حداکثر 3 ثانیه تحمل کند که در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر (1/16 اینچ) زیر صفحه نشیمن اندازه‌گیری می‌شود. این یک نیاز استاندارد برای فرآیندهای لحیم کاری ریفلو بدون سرب است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دیتاشیت نشان می‌دهد که دستگاه "بر اساس شدت نور دسته‌بندی شده است." این به معنای یک سیستم دسته‌بندی است که در آن واحدها بر اساس خروجی نور اندازه‌گیری شده در یک جریان تست خاص (احتمالاً 1 میلی‌آمپر) مرتب و برچسب‌گذاری می‌شوند. دسته‌ها (بین‌ها) تضمین می‌کنند که طراحان LEDهایی با روشنایی یکنواخت دریافت می‌کنند که برای نمایشگرهای چند رقمی جهت جلوگیری از روشنایی ناهموار حیاتی است. در حالی که ساختار کد دسته خاص در این گزیده توضیح داده نشده است، دسته‌های معمول توسط محدوده‌ای از مقادیر شدت نور تعریف می‌شوند (مثلاً دسته A: 320-450 میکروکندلا، دسته B: 450-600 میکروکندلا و غیره). هیچ اشاره‌ای به دسته‌بندی ولتاژ یا طول موج برای این قطعه خاص نشده است که نشان‌دهنده کنترل دقیق بر آن پارامترها در حین تولید است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به "منحنی‌های مشخصه الکتریکی/نوری معمول" اشاره می‌کند. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، می‌توانیم محتوای استاندارد و اهمیت آن‌ها را برای طراحی استنباط کنیم.

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی اساسی است. رابطه بین جریان جاری از یک سگمنت LED و ولتاژ دو سر آن را نشان می‌دهد. برای LEDهای AlInGaP، منحنی یک روشن شدن تیز در حدود 1.8-2.0 ولت نشان می‌دهد، پس از آن ولتاژ تنها کمی با افزایش زیاد جریان افزایش می‌یابد. طراحان از این منحنی برای انتخاب مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب برای مدار راه‌انداز خود استفاده می‌کنند تا عملیات پایدار را تضمین کرده و از فرار حرارتی جلوگیری کنند.

4.2 شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور با جریان راه‌اندازی مقیاس می‌یابد. معمولاً در جریان‌های پایین تقریباً خطی است اما ممکن است در جریان‌های بسیار بالا به دلیل اثرات حرارتی و الکتریکی، نشانه‌هایی از افت بازدهی (کارایی کاهش یافته) نشان دهد. این منحنی به طراحان کمک می‌کند تا نیازهای روشنایی را با مصرف توان و طول عمر دستگاه متعادل کنند.

4.3 شدت نور در مقابل دمای محیط

خروجی نور LED با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این منحنی آن رابطه را کمی می‌کند و شدت نور نسبی را به عنوان تابعی از دمای محیط (یا بدنه) نشان می‌دهد. برای کاربردهایی که در محدوده دمایی وسیعی عمل می‌کنند حیاتی است، زیرا جبران روشنایی لازم یا کاهش درجه (دریتینگ) را اطلاع می‌دهد.

4.4 توزیع طیفی

یک نمودار طیفی، توان نسبی ساطع شده در طول موج‌ها را نشان می‌دهد که حول 632 نانومتر با پهنای نیمه مشخص شده 20 نانومتر متمرکز شده است. این نقطه رنگ و خلوص آن را تأیید می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد و نقشه کلی

دستگاه دارای یک پکیج استاندارد نمایشگر LED است. ارتفاع رقم 0.28 اینچ (7.0 میلی‌متر) است. ابعاد پکیج بر حسب میلی‌متر با تلرانس عمومی ±0.25 میلی‌متر (0.01 اینچ) ارائه شده است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. نقشه معمولاً طول، عرض و ارتفاع کلی پکیج، فاصله ارقام، ابعاد سگمنت‌ها و فاصله پایه‌ها (پیچ) را نشان می‌دهد.

5.2 پیکربندی پین‌ها و شناسایی قطبیت

دستگاه دارای پیکربندی 16 پین است، اگرچه همه موقعیت‌ها پر نشده‌اند (پین‌های 9، 10، 11، 14 به عنوان "بدون اتصال" یا "بدون پین" فهرست شده‌اند). این دستگاه از نوع آند مشترک مالتی‌پلکس است. این بدان معناست که آندهای LEDهای هر رقم به طور داخلی به هم متصل شده‌اند (پین‌های 2، 5، 8 به ترتیب برای ارقام 1، 2، 3 و پین 13 برای کولون/نشانگرهای سمت چپ L1، L2، L3). کاتدهای سگمنت‌های فردی (A-G، DP) بین همه ارقام مشترک هستند. پین 1 به عنوان کاتد سگمنت D شناسایی شده است. شناسایی صحیح پین 1 برای جهت‌دهی صحیح در حین مونتاژ PCB حیاتی است. نقطه اعشار سمت راست (DP) از طریق کاتد خودش روی پین 3 کنترل می‌شود.

6. دستورالعمل‌های لحیم کاری و مونتاژ

دستورالعمل کلیدی ارائه شده، پروفایل حداکثر دمای لحیم کاری است: دمای اوج 260 درجه سانتیگراد برای حداکثر 3 ثانیه، اندازه‌گیری شده در نقطه‌ای 1.6 میلی‌متر زیر صفحه نشیمن پکیج. این یک پروفایل ریفلو استاندارد JEDEC برای قطعات حساس به تنش حرارتی است. اکیداً توصیه می‌شود در صورت ارائه در یک یادداشت کاربردی جداگانه، پروفایل ریفلو پیشنهادی سازنده دنبال شود. احتیاط‌های کلی دستکاری اعمال می‌شود: از تنش مکانیکی روی پایه‌ها و صفحه شیشه‌ای/اپوکسی خودداری کنید، در صورت مشخص شدن در محیط‌های ضد استاتیک و کنترل رطوبت نگهداری کنید و در حین دستکاری از احتیاط‌های مناسب ESD استفاده کنید.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

LTC-2621JE به دلیل طراحی آند مشترک مالتی‌پلکس شده، نیاز به مدار راه‌انداز خارجی دارد. یک پیاده‌سازی معمول از یک میکروکنترلر با پین‌های I/O کافی یا یک درایور اختصاصی نمایشگر LED (مانند MAX7219 یا مشابه) استفاده می‌کند. میکروکنترلر به طور متوالی آند مشترک یک رقم را فعال می‌کند (با بالا بردن آن) در حالی که الگوی کاتد را برای سگمنت‌های مورد نظر آن رقم خروجی می‌دهد. این فرآیند به سرعت برای هر سه رقم تکرار می‌شود و بر ماندگاری دید برای ایجاد یک تصویر پایدار و بدون لرزش تکیه می‌کند. مقاومت‌های محدودکننده جریان روی هر خط کاتد سگمنت (یا درون درایور IC) برای تنظیم جریان مستقیم اجباری هستند، معمولاً بین 5-20 میلی‌آمپر بسته به روشنایی مورد نیاز.

7.2 ملاحظات طراحی

• نسبت مالتی‌پلکسینگ:با 3 رقم، چرخه وظیفه مالتی‌پلکسینگ 1/3 است. برای دستیابی به همان روشنایی متوسط یک رقم با درایو استاتیک، جریان پالس اوج می‌تواند تا سه برابر بیشتر باشد، اما نباید از رتبه‌بندی حداکثر جریان اوج مطلق 90 میلی‌آمپر تجاوز کند.
• نرخ تازه‌سازی:فرکانس اسکن رقم باید به اندازه کافی بالا باشد تا از لرزش قابل مشاهده جلوگیری شود، معمولاً بالای 60 هرتز برای هر رقم، که منجر به نرخ تازه‌سازی کلی نمایشگر >180 هرتز می‌شود.
• زاویه دید:دیتاشیت ادعای زاویه دید وسیعی دارد. برای خوانایی بهینه، نمایشگر باید عمود بر جهت دید اصلی نصب شود.
• ترتیب توان:اطمینان حاصل کنید که مدار درایور در حین روشن یا خاموش شدن، ولتاژهای معکوس یا جریان‌های اضافی بیش از حد اعمال نمی‌کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز GaAsP (گالیم آرسنید فسفید)، فناوری AlInGaP در LTC-2621JE بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان راه‌اندازی یا مصرف توان کمتر برای همان روشنایی می‌شود. رنگ آن نسبت به رنگ نارنجی-قرمز بسیاری از LEDهای GaAsP، قرمز اشباع‌شده‌تر و "واقعی‌تر" است. در مقایسه با نمایشگرهای معاصر نور جانبی یا ماتریس نقطه‌ای، این دستگاه یک فرمت کلاسیک و بسیار خوانای 7 سگمنت ارائه می‌دهد که برای داده‌های عددی ایده‌آل است. تمایزدهنده اصلی آن ترکیب اندازه رقم کوچک 0.28 اینچ با مزایای عملکردی ماده AlInGaP است.

9. سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این نمایشگر را با یک ولتاژ DC ثابت بدون محدودیت جریان راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. اعمال یک ولتاژ ثابت، به ویژه ولتاژی نزدیک یا بالاتر از ولتاژ مستقیم، باعث افزایش کنترل‌نشده جریان شده و به طور بالقوه سگمنت‌های LED را از بین می‌برد. همیشه از یک مقاومت سری محدودکننده جریان یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید.

س: شدت نور در 1 میلی‌آمپر و 10 میلی‌آمپر مشخص شده است. آیا می‌توانم برای جریان‌های دیگر درون‌یابی کنم؟

ج: تقریباً بله. رابطه در جریان‌های پایین تقریباً خطی است. با این حال، برای طراحی دقیق، به ویژه در جریان‌های بالاتر، در صورت موجود بودن به منحنی شدت نور معمول در مقابل جریان مستقیم مراجعه کنید.

س: هدف پین‌های "بدون اتصال" چیست؟

ج: آن‌ها احتمالاً نگهدارنده‌های مکانیکی برای حفظ فوت‌پرینت استاندارد پکیج DIP 16 پین برای سازگاری با سوکت‌ها و چیدمان‌های PCB استاندارد هستند، حتی اگر مدار داخلی از آن‌ها استفاده نکند.

س: چگونه نشانگرهای کولون (L1، L2، L3) را کنترل کنم؟

ج: سگمنت‌های کولون یک آند مشترک روی پین 13 دارند. کاتدهای فردی آن‌ها به کاتدهای سگمنت‌های A، B و C (به ترتیب پین‌های 15، 12 و 6) متصل شده‌اند. برای روشن کردن، به عنوان مثال، L1، شما آند مشترک روی پین 13 را فعال می‌کنید در حالی که کاتد سگمنت A (پین 15) را پایین می‌آورید.

10. مطالعه موردی طراحی و استفاده

مورد: طراحی نمایشگر یک مولتی‌متر دیجیتال قابل حمل

یک طراح در حال ایجاد یک مولتی‌متر دیجیتال فشرده است. نیازهای کلیدی مصرف توان کم برای عمر باتری، روشنایی بالا برای استفاده در فضای باز و فرم فاکتور کوچک است. LTC-2621JE یک کاندیدای عالی است. طراح جریان راه‌اندازی 8 میلی‌آمپر برای هر سگمنت در حالت مالتی‌پلکس را انتخاب می‌کند. با استفاده از چرخه وظیفه 1/3، جریان پالس اوج 24 میلی‌آمپر است که به خوبی در محدوده 90 میلی‌آمپر قرار دارد. از یک میکروکنترلر با بخش‌های درایور LED داخلی استفاده می‌شود. طراحی صفحه خاکستری/سگمنت سفید حتی در نور مستقیم خورشید کنتراست بالایی ارائه می‌دهد. ولتاژ مستقیم کم، اتلاف توان در مدار درایور را به حداقل می‌رساند. اندازه رقم 0.28 اینچی امکان چیدمان PCB فشرده را فراهم می‌کند در حالی که خوانایی خوبی حفظ می‌شود. محدوده دمای عملیاتی وسیع، عملکرد قابل اطمینان از یک گاراژ سرد تا داشبورد داغ خودرو را تضمین می‌کند.

11. معرفی اصل عملکرد

LTC-2621JE بر اساس الکترولومینسانس نیمه‌هادی است. ساختار چیپ AlInGaP یک پیوند p-n تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از پتانسیل داخلی پیوند اعمال می‌شود، الکترون‌ها از ناحیه n و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه فعال تزریق می‌شوند جایی که بازترکیب می‌شوند. در AlInGaP، این بازترکیب عمدتاً انرژی را به شکل فوتون (نور) در محدوده طول موج قرمز (~624-632 نانومتر) آزاد می‌کند. زیرلایه غیرشفاف GaAs هر نور ساطع شده به سمت پایین را جذب می‌کند و بازده استخراج نور کلی از بالای چیپ را بهبود می‌بخشد. نور از یک لنز اپوکسی قالب‌گیری شده به شکل سگمنت مورد نظر عبور می‌کند که همچنین حفاظت محیطی را فراهم می‌کند.

12. روندها و زمینه فناوری

فناوری AlInGaP زمانی که در دهه 1990 تجاری شد، نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در عملکرد LED مرئی، به ویژه برای رنگ‌های قرمز، نارنجی و زرد بود. این فناوری تا حد زیادی جایگزین فناوری‌های کم‌بازده GaAsP و GaP برای کاربردهای با عملکرد بالا شد. روند در ماژول‌های نمایشگر به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر (ادغام درایور IC در پکیج نمایشگر)، پکیج‌های نصب سطحی برای مونتاژ خودکار و توسعه نمایشگرهای ماتریس نقطه‌ای تمام‌رنگ RGB بوده است. با این حال، نمایشگرهای ساده، قابل اطمینان و مقرون‌به‌صرفه 7 سگمنت مانند LTC-2621JE به دلیل خوانایی بی‌نظیر، سادگی رابط و قابلیت اطمینان اثبات شده در کاربردهای میدانی، برای کاربردهایی که تنها اطلاعات عددی مورد نیاز است، همچنان بسیار مرتبط باقی مانده‌اند. توسعه مداوم در مواد LED، مانند میکرو LEDها، بر روی چگالی و بازده فوق‌العاده بالا متمرکز است، اما برای نمایشگرهای سگمنت‌شده استاندارد، AlInGaP و InGaN (برای آبی/سبز) همچنان فناوری‌های اصلی هستند.