LTP-2857JD LED-Display Datenblatt - 2,0 Zoll (50,8 mm) Höhe - AlInGaP Rot - 5x7 Punktmatrix - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2857JD ist ein einstelliges alphanumerisches Anzeigemodul, das auf einer 5x7 Punktmatrix-Konfiguration basiert. Seine Hauptfunktion ist die Erzeugung sichtbarer Zeichen und Symbole, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine klare, lesbare Informationsdarstellung in kompakter Bauform erfordern. Die Kerntechnologie verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial für die Leuchtdioden, das für die Erzeugung von hocheffizientem rotem Licht bekannt ist.

Das Gerät verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Punkten, die einen kontrastreichen Hintergrund für die beleuchteten roten LEDs bietet und so die Lesbarkeit verbessert. Ein wesentlicher Designaspekt ist seine Stapelbarkeit, die es ermöglicht, mehrere Einheiten horizontal nebeneinander zu platzieren, um mehrstellige Anzeigen ohne signifikante Lücken zu bilden und so die Erstellung von Wörtern oder längeren Zahlenfolgen zu erleichtern.

2. Technische Spezifikationen im Detail

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Das Gerät verwendet AlInGaP-LED-Chips, die auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat gewachsen sind. Die typische durchschnittliche Lichtstärke (Iv) pro Punkt liegt im Bereich von 1300 bis 3000 Mikrocandela (µcd), wenn es unter spezifischen Testbedingungen betrieben wird: ein Spitzenstrom (Ip) von 32 mA mit einem Tastverhältnis von 1/16. Diese Messung verwendet einen Filter, der der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve annähert, um sicherzustellen, dass der Wert mit der menschlichen visuellen Wahrnehmung korreliert.

Die Farbcharakteristika werden durch spezifische Wellenlängen definiert. Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 656 Nanometer (nm), während die dominante Wellenlänge (λd) 640 nm beträgt und die wahrgenommene rote Farbe definiert. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 22 nm und gibt die spektrale Reinheit oder die Schmalheit des emittierten Lichtbandes an.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für die Anzeige. Die Durchlassspannung (Vf) für einen einzelnen LED-Punkt liegt typischerweise zwischen 2,1 und 2,6 Volt, wenn ein Durchlassstrom (If) von 20 mA angelegt wird. Der Sperrstrom (Ir) ist mit maximal 100 Mikroampere (µA) spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (Vr) von 5 V angelegt wird, was den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand angibt.

Die Strombelastbarkeit ist kritisch. Die absoluten Maximalwerte spezifizieren eine durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt von 33 Milliwatt (mW). Der Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt darf 90 mA nicht überschreiten. Der durchschnittliche Durchlassstrom pro Punkt ist bei 25°C mit 13 mA bewertet, mit einem Derating-Faktor von 0,17 mA/°C. Das bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom mit steigender Umgebungstemperatur über 25°C abnimmt, um Überhitzung zu verhindern und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

2.3 Thermische und Umgebungsgrenzwerte

Das Gerät ist für einen robusten Betrieb über einen Bereich von Bedingungen ausgelegt. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -35°C bis +85°C, was den Einsatz in kalten und mäßig heißen Umgebungen ermöglicht. Der Lagertemperaturbereich ist identisch. Für die Montage darf die Löttemperatur maximal 260°C für eine Dauer von 3 Sekunden nicht überschreiten, gemessen an einem Punkt 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Dies ist eine Standardrichtlinie für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse, um Schäden an den LED-Chips oder dem Gehäuse zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile nach ihrer Lichtstärke kategorisiert werden. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtleistung (z.B. der Bereich 1300-3000 µcd) sortiert werden. Binning gewährleistet die Konsistenz innerhalb einer Charge, sodass Entwickler bei der Verwendung mehrerer Displays in einer Anordnung vorhersehbare Helligkeitsniveaus erwarten können. Obwohl in diesem Dokument nicht explizit für Wellenlänge oder Spannung detailliert, ist eine solche Kategorisierung in der LED-Fertigung üblich, um Bauteile mit eng übereinstimmenden optischen und elektrischen Eigenschaften zu gruppieren.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische/optische Kennlinien, die für ein detailliertes Design unerlässlich sind. Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, umfassen solche Kurven typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung, entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Treiberschaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kurve):Veranschaulicht, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, und hilft, den Treiberstrom für gewünschte Helligkeit und Effizienz zu optimieren.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur der LED abnimmt, was für das thermische Management in der Anwendung von entscheidender Bedeutung ist.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen zeigt und die dominante und die Spitzenwellenlänge bestätigt.

Diese Kurven ermöglichen es Ingenieuren, die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen vorherzusagen und robuste Systeme zu entwerfen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die Anzeige hat eine Matrixhöhe von 2,0 Zoll (50,80 mm). Die Zeichnung der Gehäuseabmessungen (im Text referenziert, aber nicht detailliert) würde die genaue Länge, Breite, Dicke und Anschlussabstände zeigen. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,25 mm (0,01 Zoll), sofern nicht anders angegeben. Die Pinverbindungsdetails werden in einer Tabelle bereitgestellt, die 14 Pins bestimmten Anoden-Spalten und Kathoden-Zeilen der 5x7-Matrix zuordnet. Diese Pinbelegung ist für den Entwurf des PCB-Footprints und der Multiplex-Treiberschaltung unerlässlich.

6. Internes Schaltbild und Ansteuerungsmethode

Das interne Schaltbild zeigt die Anordnung der 35 einzelnen LEDs (5 Spalten x 7 Zeilen). Die Anode jeder LED ist mit einer Spaltenleitung verbunden und ihre Kathode mit einer Zeilenleitung. Diese gängige Matrixarchitektur erfordert eine multiplexgesteuerte Ansteuerung. Die Anzeige wird nicht ständig beleuchtet; stattdessen durchläuft der Controller schnell die Zeilen (oder Spalten) und versorgt die entsprechenden Spaltenanoden für jede aktive Zeilenkathode mit Strom. Das im Testzustand erwähnte Tastverhältnis von 1/16 ist ein typisches Multiplex-Verhältnis. Ein korrekter Entwurf der Abtastrate ist notwendig, um sichtbares Flackern zu vermeiden und eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten.

7. Löt- und Montagerichtlinien

Gemäß den absoluten Maximalwerten muss der Lötprozess sorgfältig kontrolliert werden. Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 260°C, und die Expositionszeit am Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Dies dient dazu, einen thermischen Schock für die LED-Chips zu verhindern, der Risse im Halbleitermaterial verursachen oder die Bonddrähte schädigen kann, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Die Verwendung einer Vorwärmphase während des Reflow-Lötens wird empfohlen, um thermische Spannungen zu minimieren. Während der Montage sollten stets geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) befolgt werden, da LEDs empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist ideal für Anwendungen, die ein einzelnes, hochsichtbares Zeichen oder Symbol erfordern. Häufige Verwendungen umfassen:

• Industrielle Steuerpulte für Statusanzeigen (z.B. Anzeige eines Prozessschrittbuchstabens).
• Test- und Messgeräte zur Anzeige von Einheiten oder Kanalidentifikatoren.
• Konsumgeräte, bei denen ein einfacher Statuscode oder Identifikator benötigt wird.
• Als Baustein für mehrstellige Anzeigen durch horizontales Stapeln mehrerer Einheiten.

8.2 Designüberlegungen

Der Entwurf mit dieser Anzeige erfordert Aufmerksamkeit für mehrere Faktoren:

• Treiberschaltung:Ein Mikrocontroller oder ein dedizierter LED-Treiber-IC mit Multiplex-Fähigkeit ist erforderlich. Die Schaltung muss während der aktiven Abtastzeit ausreichend Strom (bis zum Spitzenwert) bereitstellen und strombegrenzende Widerstände oder eine Konstantstromquelle zum Schutz der LEDs enthalten.
• Stromversorgung:Die Versorgungsspannung muss hoch genug sein, um die Durchlassspannung der LEDs plus etwaige Spannungsabfälle in der Treiberschaltung zu überwinden. Eine Spannung von 5V wird üblicherweise mit entsprechender Strombegrenzung verwendet.
• Thermisches Management:Während die Anzeige selbst möglicherweise keine übermäßige Wärme erzeugt, muss die Derating-Kurve beachtet werden. Bei hohen Umgebungstemperaturen muss der Durchschnittsstrom reduziert werden. Es ist ratsam, für eine gute Luftzirkulation um die Anzeige in geschlossenen Räumen zu sorgen.
• Software/Firmware:Der Controller muss eine Zeichensatz-Tabelle (kompatibel mit ASCII oder EBCDIC, wie angegeben) und die Multiplex-Abtastroutine enthalten. Die Aktualisierungsrate sollte hoch genug sein (typischerweise >60 Hz), um wahrnehmbares Flackern zu verhindern.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser spezifischen Anzeige, basierend auf dem Datenblatt, sind die Verwendung von AlInGaP-Technologie und ihre 2,0-Zoll-Höhe. Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgangsleistung bei gleichem Eingangsstrom führt. Die 2,0-Zoll-Zeichenhöhe macht sie für Anwendungen geeignet, bei denen der Betrachtungsabstand mehrere Meter beträgt, und bietet eine bessere Fernlesbarkeit als kleinere 0,5-Zoll- oder 1-Zoll-Anzeigen. Das graue Frontplatten-/weiße Punkt-Design verbessert den Kontrast im Vergleich zu komplett schwarzen oder grünen Gehäusen. Ihre Stapelbarkeit ist eine praktische mechanische Eigenschaft für mehrstellige Designs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was bedeutet "1/16 Duty" in der Lichtstärke-Testbedingung?

A: Es bedeutet, dass jeder einzelne LED-Punkt während der Messung nur für 1/16 der gesamten Abtastzykluszeit eingeschaltet ist. Die spezifizierte Intensität ist der Durchschnittswert über den gesamten Zyklus. Im tatsächlichen Einsatz müssen Sie Ihren Multiplex-Treiber so entwerfen, dass ein ähnliches oder höheres effektives Tastverhältnis erreicht wird, um die Nennhelligkeit zu erreichen.

F: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten Gleichstrom ohne Multiplexing betreiben?

A: Technisch gesehen könnten Sie dies tun, indem Sie jede der 35 LEDs mit ihrem eigenen strombegrenzenden Widerstand an eine Stromversorgung anschließen. Dies würde jedoch 35 Treiberkanäle erfordern, was hinsichtlich Bauteilanzahl und Leistung höchst ineffizient ist. Multiplexing ist die Standard- und vorgesehene Methode, die die erforderliche Anzahl von Steuerpins drastisch reduziert und das Design vereinfacht.

F: Die Pinverbindungstabelle scheint Duplikate zu haben (z.B. Anodenspalte 3 an Pins 4 und 11). Ist das ein Fehler?

A: Dies ist wahrscheinlich kein Fehler, sondern ein Merkmal der internen Matrixverdrahtung. Es kann darauf hindeuten, dass bestimmte Spalten- oder Zeilenleitungen auf mehr als einen Pin des Gehäuses herausgeführt sind. Dies kann Layout-Flexibilität auf der PCB bieten, sodass der Designer den bequemsten Pin für die Verbindung wählen kann. Beziehen Sie sich immer auf das interne Schaltbild, um die Verbindungen zu überprüfen.

F: Wie berechne ich den geeigneten strombegrenzenden Widerstand für meinen Treiber?

A: Sie müssen Ihre Versorgungsspannung (Vs), die LED-Durchlassspannung (Vf, verwenden Sie für Sicherheit den Maximalwert von 2,6 V) und den gewünschten Durchlassstrom (If, der den Durchschnittswert von 13 mA bei Ihrer Betriebstemperatur nicht überschreiten darf) kennen. Der Widerstandswert R = (Vs - Vf) / If. Denken Sie daran, dass in einem Multiplex-Aufbau der Spitzenstrom während der aktiven Abtastzeit höher sein wird als der Durchschnittsstrom. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom 90 mA nicht überschreitet.

11. Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Aufbau eines 4-stelligen Produktionszählers für einen Fabrikarbeitsplatz.

Vier LTP-2857JD-Anzeigen sind horizontal auf einer PCB gestapelt. Ein kostengünstiger 8-Bit-Mikrocontroller wird als Controller verwendet. Der Mikrocontroller hat genügend I/O-Pins, um die Zeilen (7 Pins) und Spalten (5 Pins pro Ziffer, aber da sie gestapelt sind, sind die Spaltenleitungen aller Ziffern miteinander verbunden, sodass insgesamt nur 5 Spaltenpins benötigt werden) direkt anzusteuern. Der Mikrocontroller führt eine Routine aus, die:

1. Die sieben Zeilenleitungen abtastet und jeweils eine aktiviert.
2. Für die aktive Zeile den Zustand der 5 Spaltenleitungen für jede der 4 Ziffern basierend auf dem anzuzeigenden Zeichen (z.B. einer Zahl) setzt.
3. Diesen Scan mit einer Rate von 200 Hz wiederholt, sodass Flackern nicht wahrnehmbar ist.
4. Der Zählwert wird durch einen externen Sensoreingang erhöht.

Strombegrenzungswiderstände sind in Reihe mit jeder Spaltenleitung geschaltet. Die Stromversorgung beträgt 5V. Der Durchschnittsstrom pro LED-Punkt wird unter 10 mA gehalten, um einen Sicherheitsspielraum unterhalb des Nennwerts von 13 mA zu bieten und eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Das grundlegende Prinzip ist die Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Gebiet und Löcher aus dem p-Typ-Gebiet im aktiven Bereich (der AlInGaP-Schicht). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall rot. Die 5x7-Matrix wird gebildet, indem 35 dieser mikroskopischen p-n-Übergänge in einem präzisen Rastermuster angeordnet werden. Die graue Frontplatte dient als Diffusor und Kontrastverstärker, während die weißen Punkte die Segmente definieren, die bei Beleuchtung sichtbar werden.

13. Technologietrends und Kontext

Anzeigen wie das LTP-2857JD repräsentieren eine ausgereifte, zuverlässige Technologie für zeichenbasierte Informationsanzeigen. Während moderne Grafik-OLEDs oder TFT-LCDs eine weitaus größere Flexibilität für die Anzeige beliebiger Grafiken bieten, behalten 5x7 und ähnliche Punktmatrix-LED-Anzeigen Vorteile in bestimmten Nischen: extreme Umweltrobustheit (breiter Temperaturbereich), sehr hohe Helligkeit für Sonnenlichtlesbarkeit, einfache Schnittstelle und lange Betriebsdauer ohne ausfallende Hintergrundbeleuchtung. Der Wechsel von älteren LED-Materialien zu AlInGaP, wie in diesem Gerät zu sehen, war ein bedeutender Trend, der Effizienz und Helligkeit verbesserte. Aktuelle Trends könnten eine engere Integration der Treiberelektronik mit dem Anzeigemodul oder die Erforschung noch effizienterer Materialien wie InGaN für verschiedene Farben umfassen, aber die grundlegende Multiplex-Matrixarchitektur bleibt eine bewährte und effektive Lösung für viele industrielle und messtechnische Anwendungen.