LTP-1557AKD LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 1,2 Zoll (30,42 mm) Höhe - Hyper Rot (650 nm) - 40 mW pro Punkt - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-1557AKD ist ein einstelliges alphanumerisches Anzeigemodul, das auf einer 5x7 Punktmatrix aus AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Hyperrot-Leuchtdioden (LEDs) basiert. Diese Konfiguration ist Standard für die Darstellung von ASCII- und EBCDIC-Zeichensätzen und eignet sich somit für Anwendungen, die klare Einzelzeichenanzeigen erfordern. Das Bauteil verfügt über eine graue Front mit weißen Punkten, was den Kontrast für eine verbesserte Lesbarkeit erhöht. Sein Kernprinzip basiert auf einer Matrixarchitektur mit gemeinsamer Kathode für die Spalten und gemeinsamer Anode für die Zeilen, was ein effizientes Multiplexen zur Ansteuerung einzelner LEDs mit einer reduzierten Anzahl von I/O-Pins ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Anzeige sind ihre Halbleiterzuverlässigkeit, der große Betrachtungswinkel aufgrund des einflächigen Designs und der niedrige Leistungsbedarf. Die Zeichenhöhe von 1,2 Zoll (30,42 mm) bietet gute Sichtbarkeit. Sie ist nach Lichtstärke kategorisiert, was ein Helligkeits-Binning ermöglicht. Das Bauteil kann horizontal gestapelt werden, um Mehrfachzeichenanzeigen zu erstellen. Die primären Zielmärkte umfassen Industrie-Bedienfelder, Messgeräte, Prüfausrüstung, Kassenterminals und andere eingebettete Systeme, in denen eine einfache, zuverlässige und energieeffiziente Zeichenanzeige benötigt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen.

• Durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt:40 mW. Dies begrenzt die kontinuierliche thermische Belastung jedes einzelnen LED-Chips.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt:90 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig, um eine höhere momentane Helligkeit in Multiplex-Schemata zu erreichen.
• Durchschnittlicher Durchlassstrom pro Punkt:Der Basiswert beträgt 15 mA bei 25°C. Dieser Wert reduziert sich linear um 0,2 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt – eine entscheidende Überlegung für das Wärmemanagement.
• Sperrspannung pro Punkt:5 V. Das Überschreiten dieses Werts kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für höchstens 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflagefläche des Gehäuses.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Durchschnittliche Lichtstärke (I_V):Reicht von 800 µcd (Minimum) bis 2600 µcd (typisch). Gemessen unter einer gepulsten Bedingung von I_p=32 mA und einem Tastverhältnis von 1/16. Der weite Bereich zeigt den Effekt der Lichtstärke-Kategorisierung (Binning).
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):650 nm (typisch). Dies definiert die Primärfarbe des emittierten Lichts als Hyperrot.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten roten Lichts an.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):639 nm (typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die sich leicht von der Spitzenwellenlänge unterscheidet.
• Durchlassspannung (V_F) eines beliebigen Punkts:
  • 2,1 V bis 2,6 V (typischer Bereich) bei I_F=20 mA.
  • 2,3 V bis 2,8 V (typischer Bereich) bei I_F=80 mA (gepulst). Zeigt den positiven Temperaturkoeffizienten und den dynamischen Widerstand der LED.
• Sperrstrom (I_R) eines beliebigen Punkts:Maximal 100 µA bei V_R=5 V.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1. Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen der hellsten und der schwächsten LED im Array unter denselben Ansteuerbedingungen, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.

Messhinweis:Die Lichtstärke wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve annähernd entspricht, um sicherzustellen, dass die Werte mit der menschlichen visuellen Wahrnehmung korrelieren.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt ausdrücklich an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies ist ein entscheidender Binning-Parameter.

• Lichtstärke-Binning:Der typische I_VBereich von 800-2600 µcd deutet auf mehrere Intensitäts-Bins hin. Entwickler müssen den geeigneten Bin basierend auf den Helligkeitsanforderungen der Anwendung auswählen und bei der Verwendung mehrerer Displays auf Konsistenz achten.
• Wellenlängen-Konsistenz:Obwohl nicht explizit nach Wellenlänge gebinnt, deuten die engen typischen Spezifikationen für λ_p(650 nm) und λ_d(639 nm) auf eine gute Fertigungskontrolle hin, was zu einer einheitlichen roten Farbe über alle Bauteile führt.
• Durchlassspannung:Der angegebene V_FBereich (z.B. 2,1-2,6 V) impliziert eine Streuung. Für Designs mit vielen Displays oder strengen Leistungsanforderungen kann es notwendig sein, den Hersteller nach Spannungs-Binning-Optionen zu konsultieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, würden Standardkurven für solche Bauteile typischerweise umfassen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung, die für die Auslegung von Strombegrenzungsschaltungen entscheidend ist. Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, dass die Lichtausgabe im normalen Betriebsbereich relativ linear mit dem Strom ist, bevor bei sehr hohen Strömen ein Effizienzabfall auftritt.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die Bedeutung des Wärmemanagements, insbesondere bei höheren Durchschnittsströmen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, zentriert um 650 nm mit einer Halbwertsbreite von ~20 nm, die die Hyperrot-Farbe bestätigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil hat spezifische physikalische Abmessungen, die in einer Zeichnung angegeben sind (referenziert, aber im Text nicht detailliert). Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Dies umfasst die Gesamthöhe, -breite, -tiefe, den Pinabstand und die Positionierung der Punktmatrix innerhalb der grauen Front.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil verwendet eine 14-polige Konfiguration. Das interne Schaltbild zeigt eine Standard-5x7-Matrix, bei der:
- Spalten (1-5) gemeinsame Kathodengruppen sind.
- Zeilen (1-7) gemeinsame Anodengruppen sind.
Um einen bestimmten Punkt (z.B. Zeile 3, Spalte 2) zu beleuchten, muss die entsprechende Zeilenanode hoch (mit Strombegrenzung) angesteuert werden, während die entsprechende Spaltenkathode auf niedriges Potential gezogen wird. Die Pinbelegungstabelle ist für ein korrektes PCB-Layout und den Treiberschaltungsentwurf unerlässlich.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Die wichtigste Montagespezifikation ist das Lötprofil.

• Reflow-Löten:Die maximal zulässige Temperatur am Gehäusekörper (1,6 mm unterhalb der Auflagefläche) beträgt 260°C, und diese Spitzentemperatur darf nicht länger als 3 Sekunden aufrechterhalten werden. Standard-Lötzinn-freie (SnAgCu) Reflow-Profile müssen sorgfältig kontrolliert werden, um innerhalb dieser Grenze zu bleiben und Schäden an den LED-Chips, internen Bonddrähten oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern.
• Handlöten:Falls erforderlich, sollte es schnell mit einer temperaturgeregelten Lötspitze durchgeführt werden, wobei die Wärme auf das PCB-Pad und nicht über einen längeren Zeitraum direkt auf die Bauteilanschlüsse aufgebracht wird.
• Reinigung:Verwenden Sie nur Reinigungsmittel, die mit dem LED-Gehäusematerial kompatibel sind.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie das Bauteil in einer trockenen, antistatischen Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C, um Feuchtigkeitsaufnahme und elektrostatische Entladungsschäden zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Industrieanzeigen:Statusanzeigen, Fehlercodes oder Einzelwertanzeigen an Maschinen.
• Prüf- & Messgeräte:Anzeige von Einheiten (V, A, Hz), Kanalnummern oder einfachen Codes.
• Unterhaltungselektronik:Uhrdisplays, Gerätestatusanzeigen (heute jedoch weniger verbreitet).
• Prototyping & Ausbildung:Hervorragend geeignet zum Erlernen der Mikrocontroller-Anbindung und von Multiplexing-Techniken.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Erfordert einen Mikrocontroller oder einen dedizierten Treiber-IC, der in der Lage ist, 12 Leitungen (5 Spalten + 7 Zeilen) zu multiplexen. Verwenden Sie Transistoren oder integrierte Senken-/Quellentreiber, um den erforderlichen Strom zu handhaben.
• Strombegrenzung:Essenziell für jede Zeilen- oder Spaltenleitung. Berechnen Sie die Widerstandswerte basierend auf dem gewünschten Durchschnittsstrom (z.B. 10-15 mA pro Punkt), der Versorgungsspannung und der LED-Durchlassspannung. Denken Sie daran, dass der Strom in einem Multiplex-Frame über mehrere LEDs geteilt wird.
• Aktualisierungsrate:Die Multiplex-Abtastrate muss hoch genug sein (typischerweise >100 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden. Das in den Spezifikationen erwähnte Tastverhältnis von 1/16 impliziert, dass ein 16-stufiges Multiplex-Schema geeignet ist.
• Wärmemanagement:Wenn in der Nähe des maximalen Durchschnittsstroms oder bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird, sorgen Sie für ausreichende Belüftung. Die Reduzierung um 0,2 mA/°C für I_Fist entscheidend für die Zuverlässigkeit.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber berücksichtigen Sie die Montageausrichtung relativ zum Benutzer.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-roten LED-Matrizen bietet die AlInGaP-Technologie im LTP-1557AKD eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu helleren Anzeigen bei gleichem Strom oder geringerem Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit führt. Die Hyperrot-Wellenlänge (650 nm) ist lebendiger und ausgeprägter als Standardrot. Im Vergleich zu modernen grafischen OLEDs oder LCDs ist dieses Bauteil viel einfacher, robuster, kostengünstiger und arbeitet über einen größeren Temperaturbereich, ist jedoch auf vordefinierte 5x7-Zeichen beschränkt. Seine Nische liegt in Anwendungen, die extreme Zuverlässigkeit, Einfachheit und niedrige Kosten für die Zeichenanzeige erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

• F: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten Gleichstrom an jedem Punkt betreiben?
  A: Technisch gesehen ja, aber es würden 35 unabhängige Treiber benötigt, was ineffizient ist. Multiplexing ist die Standard- und vorgesehene Methode unter Verwendung der X-Y-Auswahlarchitektur.
• F: Warum ist der Spitzenstrom (90 mA) so viel höher als der Durchschnittsstrom (15 mA)?
  A: Beim Multiplexing wird jede LED nur für einen Bruchteil der Zeit (Tastverhältnis) mit Strom versorgt. Um eine wahrgenommene Durchschnittshelligkeit zu erreichen, die 15 mA DC entspricht, wird während ihres aktiven Zeitfensters ein höherer gepulster Strom verwendet. Die 90-mA-Bewertung stellt sicher, dass die LED diese kurzen Pulse verkraften kann.
• F: Was bedeutet ein "Lichtstärke-Abgleichverhältnis von 2:1" für mein Design?
  A: Es bedeutet, dass der schwächste Punkt im Array unter identischen Ansteuerbedingungen halb so hell sein könnte wie der hellste Punkt. Für einheitlich aussehende Zeichen müssen Sie möglicherweise Bauteile aus einem engeren Bin auswählen oder, falls Ihr Treiber eine individuelle Punktsteuerung erlaubt, eine Software-Helligkeitskompensation implementieren.
• F: Wie schließe ich dieses 14-polige Bauteil an einen Mikrocontroller mit weniger I/O-Pins an?
  A: Sie müssen externe Schieberegister (wie 74HC595), I/O-Expander oder einen dedizierten LED-Treiber-IC mit Multiplexing-Unterstützung verwenden. Sie können die Anzahl der erforderlichen Steuerleitungen für die vollständige Kontrolle der 5x7-Matrix nicht unter 12 reduzieren.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer einstelligen Temperaturanzeige für einen Industrieofen-Controller, der bei Umgebungstemperaturen von bis zu 70°C arbeitet.

• Helligkeit:Wählen Sie einen Lichtstärke-Bin aus dem höheren Bereich (z.B. 2000+ µcd), um die Sichtbarkeit in einer möglicherweise hellen Umgebung sicherzustellen.
• Ansteuerstrom:Bestimmen Sie den reduzierten Durchschnittsstrom. Bei Ta=70°C beträgt die Reduzierung (70-25)°C * 0,2 mA/°C = 9 mA. Daher beträgt der maximal sichere kontinuierliche Durchschnittsstrom pro Punkt 15 mA - 9 mA = 6 mA. Das Design muss einen gepulsten Strom innerhalb des 1/16-Tastverhältnisses verwenden, um die erforderliche Helligkeit zu erreichen, während derDurchschnittsstrompro Punkt bei oder unter 6 mA gehalten wird.
• Schaltung:Verwenden Sie einen Mikrocontroller, um die Multiplex-Signale zu erzeugen. Setzen Sie Low-Side-N-Kanal-MOSFETs zum Senken der Spaltenströme und High-Side-P-Kanal-MOSFETs oder einen Treiber-IC zum Speisen der Zeilenströme ein. Berechnen Sie die strombegrenzenden Widerstände basierend auf der Versorgungsspannung (z.B. 5 V), der LED-V_Fbeim gepulsten Strom und dem gewünschten gepulsten Stromwert, der eine effektive Durchschnittshelligkeit erzeugt.
• Layout:Platzieren Sie die Anzeige auf der Leiterplatte entfernt von anderen wärmeerzeugenden Komponenten. Stellen Sie sicher, dass das Reflow-Lötprofil während der Montage strikt die Grenze von 260°C für 3 s einhält.

11. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung, die die Einschaltspannung der Diode (~2,1 V) überschreitet, an einer einzelnen LED-Zelle angelegt wird (Anodenzeile hoch, Kathodenspalte niedrig), rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven AlInGaP-Bereich und setzen Energie in Form von Photonen mit einer Wellenlänge von etwa 650 nm (rotes Licht) frei. Die 5x7-Matrixanordnung und die gemeinsame Anoden-/Kathodenarchitektur ermöglichen es, jeden der 35 Punkte durch Auswahl der entsprechenden Zeilen- und Spaltenleitungen individuell anzusprechen, wodurch die Bildung von Zeichen durch Multiplexing ermöglicht wird.

12. Technologietrends

Während diskrete LED-Punktmatrixanzeigen wie das LTP-1557AKD für spezifische robuste und kostenbewusste Anwendungen relevant bleiben, geht der allgemeine Trend in Richtung Integration und fortschrittlicher Technologien. Integrierte Zeichen-LCD- und OLED-Module mit eingebauten Controllern sind für komplexere Anzeigen zum Standard geworden. Für Anwendungen, die noch LEDs erfordern, werden Oberflächenmontage (SMD) LED-Arrays und hochdichte, mehrfarbige, adressierbare RGB-LED-Matrizen (z.B. mit WS2812B-ähnlichen LEDs) aufgrund ihrer Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit immer beliebter. Die Einfachheit, hohe Zuverlässigkeit, der weite Temperaturbereich und die deutliche, helle Einfarbenausgabe traditioneller Durchsteck-Punktmatrix-LEDs gewährleisten jedoch ihren fortgesetzten Einsatz in industriellen, automotiven und rauen Umgebungsanwendungen, in denen neuere Technologien möglicherweise nicht alle Anforderungen erfüllen.