LTP-747KA LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 0,7-Zoll (17,22mm) Ziffernhöhe - Rot-Orange - AlInGaP-Technologie - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-747KA ist ein einstelliges, alphanumerisches 5x7 Punktmatrix-Displaymodul. Seine Hauptfunktion besteht darin, in verschiedenen elektronischen Anwendungen eine klare, helle visuelle Ausgabe für Zeichen und Symbole bereitzustellen. Die Kernkomponente dieser Anzeige ist der Einsatz des fortschrittlichen Halbleitermaterials Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) für die Leuchtdioden (LED)-Chips, die für die Erzeugung des charakteristischen rot-orangen Lichts verantwortlich sind. Diese Materialtechnologie ist für ihre hohe Effizienz und guten Leistungsmerkmale bekannt.

Das Bauteil ist mit einer grauen Frontplatte konstruiert und verfügt über weiße Punkte oder Segmente, was den Kontrast und die Lesbarkeit der beleuchteten Elemente vor dem Hintergrund verbessert. Die Anzeige wird basierend auf ihrer Lichtstärke kategorisiert, d.h. Einheiten werden nach ihrer gemessenen Lichtleistung gebinnt oder sortiert, um Konsistenz innerhalb spezifizierter Bereiche für Anwendungen zu gewährleisten, die eine gleichmäßige Helligkeit erfordern.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen Schlüsselparameter.

2.1 Optische Kenngrößen

Die optische Leistung ist zentral für die Funktion der Anzeige. Schlüsselparameter werden unter spezifischen Prüfbedingungen gemessen, typischerweise bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dies ist das Maß für die wahrgenommene Lichtleistung, die von einem einzelnen Punkt emittiert wird. Der typische Wert beträgt 3400 Mikrocandela (µcd), mit einem Minimum von 1650 µcd, wenn er mit einem Spitzenstrom (I_P) von 32mA bei einem Tastverhältnis von 1/16 angesteuert wird. Das Tastverhältnis von 1/16 ist ein gängiges Multiplexverfahren für Punktmatrixdisplays, bei dem jede Zeile nur 1/16 der Zeit aktiv ist, um Leistung und Wärme zu managen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum der LED seine maximale Intensität erreicht. Für das LTP-747KA beträgt diese typischerweise 621 Nanometer (nm), was sie fest im rot-orangen Bereich des sichtbaren Lichtspektrums verortet.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Diese beträgt 615 nm und ist die einzelne Wellenlänge, die die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe am besten beschreibt. Sie unterscheidet sich aufgrund der Form des LED-Emissionsspektrums leicht von der Spitzenwellenlänge.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Dieser Parameter, typischerweise 18 nm, gibt die Breite des Emissionsspektrums bei der halben maximalen Intensität an. Eine schmalere Halbwertsbreite weist auf eine spektral reinere, gesättigte Farbe hin.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Spezifiziert als maximal 2:1, definiert dieses Verhältnis die zulässige Helligkeitsvariation zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt auf der Anzeige. Ein niedrigeres Verhältnis zeigt eine bessere Gleichmäßigkeit an.

2.2 Elektrische Kenngrößen

Das Verständnis des elektrischen Verhaltens ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung einer langfristigen Zuverlässigkeit.

• Flussspannung pro Punkt (V_F):Der Spannungsabfall über einer LED, wenn sie Strom führt. Der typische Wert beträgt 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Das Minimum ist mit 2,05V angegeben. Dieser Bereich muss beim Entwurf der strombegrenzenden Schaltung berücksichtigt werden.
• Sperrstrom pro Punkt (I_R):Der geringe Strom, der fließt, wenn eine Sperrspannung angelegt wird. Er ist als maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V spezifiziert. Das Überschreiten der absoluten maximalen Sperrspannung kann zu Beschädigungen führen.
• Mittlerer Durchlassstrom pro Punkt:Der für einen zuverlässigen Betrieb empfohlene maximale kontinuierliche Gleichstrom beträgt 13 mA. Dies unterscheidet sich vom Spitzenstrom, der im Multiplexbetrieb verwendet wird.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt:Der maximale Momentanstrom, den ein Punkt verkraften kann, spezifiziert als 90 mA. In Multiplexanwendungen kann der Momentanstrom höher als der mittlere Strom sein, darf jedoch diesen Spitzenwert nicht überschreiten.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Aspekte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Mittlere Verlustleistung pro Punkt:Die maximale Leistung, die kontinuierlich von einem einzelnen LED-Punkt abgeführt werden kann, beträgt 33 mW. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und reduzierter Lebensdauer führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:Das Bauteil ist für den Betrieb in Umgebungstemperaturen von -35°C bis +85°C ausgelegt. Es kann auch innerhalb desselben Temperaturbereichs gelagert werden.
• Stromreduzierung:Der mittlere Durchlassstrom muss oberhalb von 25°C linear mit einer Rate von 0,17 mA pro Grad Celsius reduziert werden. Dies ist eine kritische Designregel, um thermisches Durchgehen bei höheren Umgebungstemperaturen zu verhindern.
• Löttemperatur:Während des Wellen- oder Reflow-Lötens darf die Temperatur an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses 260°C für nicht mehr als 3 Sekunden überschreiten. Dies verhindert Schäden am internen Chip und den Bonddrähten.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert einen Binning-Prozess.

• Lichtstärke-Binning:Nach der Fertigung werden einzelne Displays getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung in verschiedene Bins sortiert. Dies stellt sicher, dass Kunden Produkte mit konsistenten Helligkeitsstufen erhalten. Das Datenblatt gibt die Min/Typ/Max-Werte (1650/3400 µcd) an, aber spezifische Bincodes oder Kategorien sind in diesem Auszug nicht detailliert. In der Praxis würde die Bestellinformation den gewünschten Intensitäts-Bin spezifizieren.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Obwohl in diesem Blatt für die Wellenlänge nicht explizit erwähnt, ist es gängige Praxis bei LED-Herstellern, Bauteile nach dominanter oder Spitzenwellenlänge zu binnieren, um Farbkonsistenz zu gewährleisten, insbesondere bei Mehrfachanzeigen. Die engen typischen Werte für λ_p(621 nm) und λ_d(615 nm) deuten auf eine gute inhärente Farbgleichmäßigkeit des AlInGaP-Materials hin.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung ableiten.

• Durchlassstrom vs. Flussspannung (I_F-V_F) Kurve:Dieser Graph zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem Strom durch die LED und der Spannung darüber. Er ist wesentlich für den Entwurf der korrekten Treiberschaltung. Die Kurve zeigt eine "Knie"-Spannung (um die typischen 2,6V), nach der der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung schnell ansteigt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_V-I_F) Kurve:Diese Darstellung illustriert, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist typischerweise über einen Bereich linear, wird aber bei sehr hohen Strömen sättigen. Sie hilft, den Arbeitspunkt für die gewünschte Helligkeit zu bestimmen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (I_V-T_A) Kurve:Dies zeigt die Abnahme der Lichtleistung, wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt. Es quantifiziert den thermischen Derating-Effekt und ist kritisch für Anwendungen, die bei erhöhten Temperaturen arbeiten.
• Spektrale Verteilungskurve:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die glockenförmige Kurve zeigt, die um 621 nm zentriert ist und eine Halbwertsbreite von 18 nm aufweist.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,7 Zoll, was 17,22 Millimetern entspricht. Die Zeichnung der Gehäuseabmessungen (referenziert, aber im Text nicht gezeigt) würde die Gesamtlänge, -breite, -höhe, den Pinabstand und die Segmentanordnung detaillieren. Toleranzen für alle Abmessungen sind, sofern nicht anders angegeben, mit ±0,25 mm (0,01 Zoll) spezifiziert. Diese Präzision ist wichtig für den mechanischen Sitz auf einer Leiterplatte (PCB).

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil hat 12 Pins. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pin 1: Anode für Spalte 1, Pin 2: Kathode für Zeile 3, Pin 3: Anode für Spalte 2, usw. Das interne Schaltbild zeigt eine Common-Cathode-Konfiguration für die Zeilen. Das bedeutet, jede der 7 Zeilenleitungen ist mit den Kathoden aller 5 LEDs in dieser Zeile verbunden. Die 5 Spaltenleitungen sind mit den Anoden der LEDs in jeder Spalte verbunden. Diese Matrixanordnung ermöglicht die Steuerung von 35 einzelnen Punkten (5x7) mit nur 12 Pins (5+7) unter Verwendung von Multiplextechniken.

5.3 Polaritätskennzeichnung

Obwohl im Text nicht explizit gezeigt, liefern die Pinnummerierung und das interne Schaltbild die notwendigen Informationen für die Polarität. Die Pinbelegungstabelle ist die definitive Anleitung für die korrekte Verbindung von Anoden und Kathoden. Eine falsche Polungsverbindung (Anlegen einer Durchlassspannung an die Kathode) verhindert das Leuchten der LED und kann, wenn die Spannung die Sperrspannungsfestigkeit (5V) überschreitet, diese beschädigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste Richtlinie ist das Löttemperaturprofil: Die Temperatur, gemessen 1,6 mm unterhalb des Gehäusekörpers, darf 260°C für nicht mehr als 3 Sekunden überschreiten. Dies ist eine Standardrichtlinie für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse. Für manuelles Löten sollte eine temperaturgeregelte Lötspitze verwendet werden, und die Kontaktzeit mit den Anschlüssen sollte minimiert werden, um zu verhindern, dass Wärme die Anschlüsse hinaufwandert und den internen Chip beschädigt. Während der Handhabung und Montage sollten geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, um Schäden an den Halbleiterübergängen zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Aufgrund seines 5x7 Punktmatrixformats, das ideal für die Erzeugung alphanumerischer Zeichen ist, eignet sich das LTP-747KA gut für Anwendungen, die klare, einstellige Anzeigen erfordern. Beispiele sind:

• Industrielle Steuerpulte und Instrumentierungsdisplays.
• Prüf- und Messgeräte.
• Konsumgeräte wie Mikrowellenherde, Waschmaschinen oder Audiogeräte.
• Point-of-Sale-Terminals und einfache Informationsanzeigen.
• Lehrbaukästen zum Erlernen von Mikrocontrollern und Multiplexanzeigen.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Ein Mikrocontroller oder ein dedizierter Displaytreiber-IC ist erforderlich, um die Zeilen und Spalten zu multiplexen. Der Treiber muss in der Lage sein, die notwendigen Spitzenströme (bis zu 32mA pro Punkt gemäß Prüfbedingung, aber das Design sollte sich auf absolute Maximalwerte beziehen) für die Spalten bzw. Zeilen zu liefern/senken.
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Anoden- (Spalten-) Leitung zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom einzustellen und die LEDs zu schützen. Der Widerstandswert wird berechnet mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Die Verwendung des Spitzenstroms (I_P) in der Multiplexberechnung muss berücksichtigt werden.
• Thermisches Management:In Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Hochhelligkeitsanwendungen muss sichergestellt werden, dass der mittlere Strom wie spezifiziert reduziert wird (0,17 mA/°C oberhalb 25°C). Ausreichender Abstand auf der Leiterplatte kann bei der Kühlung durch natürliche Konvektion helfen.
• Betrachtungswinkel:Das Datenblatt gibt einen "weiten Betrachtungswinkel" an, was für Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen die Anzeige aus schrägen Positionen betrachtet werden kann.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Obwohl kein direkter Vergleich mit anderen Teilenummern bereitgestellt wird, sind die Hauptunterscheidungsmerkmale des LTP-747KA basierend auf seinem Datenblatt:

• Materialtechnologie (AlInGaP):Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP höhere Effizienz, bessere Temperaturstabilität und überlegene Helligkeit, was zu der Behauptung "hohe Helligkeit & hoher Kontrast" führt.
• Punktmatrix vs. Segmentanzeigen:Eine 5x7 Punktmatrix bietet weitaus größere Flexibilität als eine Standard-7-Segment-Anzeige, da sie den vollständigen ASCII-Zeichensatz, Symbole und einfache Grafiken anzeigen kann, nicht nur Zahlen und einige Buchstaben.
• Intensitätskategorisierung:Das Binning für die Lichtstärke ist ein Mehrwertmerkmal für Anwendungen, die Gleichmäßigkeit über mehrere Einheiten hinweg erfordern.
• Kontrastverbesserung:Die graue Front mit weißen Punkten ist eine Designentscheidung, die darauf abzielt, den Kontrast zu verbessern, wenn die LEDs ausgeschaltet sind, wodurch die Anzeige unter verschiedenen Lichtverhältnissen professioneller und lesbarer erscheint.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen dem Spitzenstrom (90mA) und dem Prüfstrom (32mA)?

Der Spitzen-Durchlassstrom (90mA) ist ein absoluter Maximalwert – der höchste Momentanstrom, den die LED ohne sofortige Beschädigung verkraften kann. Die 32mA, die im Lichtstärketest verwendet werden, sind eine typische Betriebsbedingung für die Messung in einem gemultiplexten (1/16 Tastverhältnis) System. DermittlereStrom ist in diesem Fall viel niedriger (32mA / 16 = 2mA). Das Design muss sicherstellen, dass Momentanströme unter 90mA bleiben und die mittleren Ströme pro Punkt unter 13mA bleiben (temperaturreduziert).

9.2 Wie ist das Tastverhältnis von 1/16 zu interpretieren?

Dies zeigt die standardmäßige Multiplex-Treibmethode an. Um 7 Zeilen mit 5 Spalten zu steuern, ist eine gängige Technik, jeweils eine Zeile zu aktivieren und schnell alle 7 Zeilen durchzuschalten. Wenn jede Zeile gleich lang eingeschaltet ist, ist sie 1/7 der Zeit aktiv. Das Tastverhältnis von 1/16 ist eine konservative, standardisierte Prüfbedingung, die den Vergleich zwischen verschiedenen Displays ermöglicht, selbst wenn das tatsächliche Multiplexschema in Ihrer Anwendung 1/7 oder 1/8 beträgt.

9.3 Warum wird die Flussspannung als Bereich (2,05V min, 2,6V typ/max) angegeben?

Die Flussspannung (V_F) weist aufgrund von Fertigungstoleranzen im Halbleitermaterial eine natürliche Variation auf. Die Schaltungsauslegung muss diesen Bereich berücksichtigen. Der strombegrenzende Widerstand sollte unter Verwendung desMaximalwerts V_F(2,6V) berechnet werden, um sicherzustellen, dass selbst ein Bauteil mit hoher V_Fausreichend Spannung erhält, um einzuschalten und den gewünschten Strom zu erreichen. Die Verwendung des typischen Werts für die Berechnung riskiert eine Untersteuerung einiger Einheiten.

10. Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario:Entwurf einer einstelligen Temperaturanzeige für einen Industriecontroller, der in einer Umgebung bis zu 50°C arbeitet.

1. Zeichensatz:Die 5x7 Matrix kann Zahlen 0-9 und Buchstaben wie "C" für Celsius anzeigen.
2. Treiberauswahl:Ein Mikrocontroller mit mindestens 12 I/O-Pins oder ein dedizierter Displaytreiber-IC (wie der MAX7219) würde verwendet, um die Multiplex-Timing zu handhaben.
3. Stromberechnung:Ziel ist ein mittlerer Punktstrom für gute Helligkeit. Angenommen, wir wählen 8mA Mittelwert. Bei 50°C gilt die Stromreduzierung: Reduzierung = (50°C - 25°C) * 0,17 mA/°C = 4,25 mA. Maximal zulässiger mittlerer Strom bei 50°C = 13 mA - 4,25 mA = 8,75 mA. Unser Ziel von 8mA ist sicher.
4. Widerstandsberechnung:Für ein 1/7 Multiplex (7 Zeilen) muss der Spitzenstrom pro Punkt 8mA * 7 = 56mA betragen, um einen Mittelwert von 8mA zu erreichen. Dies liegt unter der Spitzenbelastbarkeit von 90mA. Unter Verwendung einer 5V Versorgung und V_F(max)=2,6V beträgt der strombegrenzende Widerstand R = (5V - 2,6V) / 0,056A ≈ 42,9Ω. Ein Standard-43Ω-Widerstand würde verwendet werden.
5. PCB-Layout:Der Display-Footprint würde der Abmessungszeichnung entsprechen. Um das Gehäuse herum würde ausreichend Platz für Luftströmung gelassen.

11. Funktionsprinzip

Das LTP-747KA arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial der Diode überschreitet (Anode positiv relativ zur Kathode), rekombinieren Elektronen aus der n-dotierten AlInGaP-Schicht mit Löchern aus der p-dotierten Schicht. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung (Aluminium, Indium, Gallium, Phosphor) bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall rot-orange bei ~621 nm. Die Chips sind auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat montiert, das hilft, Licht nach oben zu reflektieren und so die gesamte Lichtextraktionseffizienz von der Oberseite des Bauteils verbessert. Die 5x7 Matrix wird durch einzeln adressierbare LEDs gebildet, die in diesem Gittermuster angeordnet sind, gesteuert über externe Multiplexschaltungen, die die Stromversorgung schnell durch die Zeilen und Spalten schalten, um den Eindruck eines stabilen, vollständig beleuchteten Zeichens zu erzeugen.

12. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-LED-Technologie, wie sie im LTP-747KA verwendet wird, stellte einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren LED-Materialien wie GaAsP dar. Sie ermöglichte höhere Helligkeit, verbesserte Effizienz und bessere Temperaturstabilität, was LEDs für ein breiteres Spektrum von Anzeige- und Indikatoranwendungen tauglich machte. Der Trend in der Displaytechnologie hat sich seither zu höherdichten Punktmatrizen, Vollfarb-RGB-Matrizen und der weit verbreiteten Einführung organischer LED (OLED)- und Micro-LED-Displays für hochauflösende Bildschirme bewegt. Dennoch bleiben ein- und mehrstellige alphanumerische Punktmatrixanzeigen wie das 5x7-Format in industriellen, Geräte- und Instrumentierungskontexten, in denen keine vollständige Grafikfähigkeit erforderlich ist, für kostengünstige, zuverlässige und leicht lesbare Schnittstellen hochrelevant. Die zugrundeliegenden Treiberprinzipien – Multiplexing und Stromsteuerung – bleiben unabhängig vom Maßstab oder der Technologie grundlegend für das LED-Display-Design.