LTP-1457AKA LED-Display Datenblatt - 1,2-Zoll (30,42 mm) Matrixhöhe - AlInGaP Rot-Orange - 2,6V Durchlassspannung - 33mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-1457AKA ist ein einstelliges alphanumerisches Displaymodul, das in einer 5x7 Punktmatrix-Konfiguration aufgebaut ist. Seine Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Zeichen und Symbolen, kompatibel mit den Standard-Codesätzen USASCII und EBCDIC. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Rot-Orange LED-Chips, die auf einem nicht-transparenten GaAs-Substrat gefertigt sind. Diese Substratwahl trägt zum charakteristischen grauen Gesicht und der weißen Punktfarbe des Bauteils bei. Das Display wird basierend auf seiner Lichtstärke kategorisiert, um Konsistenz in der Helligkeit für Anwendungen zu gewährleisten, die mehrere Einheiten erfordern.

Das Bauteil ist für geringen Stromverbrauch ausgelegt und bietet Zuverlässigkeit in Festkörpertechnik. Ein wesentliches mechanisches Merkmal ist seine Stapelbarkeit, die es ermöglicht, mehrere Einheiten horizontal nebeneinander zu platzieren, um mehrstellige Displays ohne signifikante Lücken zu bilden – ideal für Nachrichtenanzeigen oder einfache numerische Anzeigen.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist unter spezifischen Testbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) pro Punkt hat einen typischen Wert von 3800 µcd, wenn sie mit einem Spitzenstrom (Ip) von 80mA bei einem Tastverhältnis von 1/16 angesteuert wird. Der spezifizierte Mindestwert beträgt 2100 µcd. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis zwischen den Punkten ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was die zulässige Helligkeitsvariation über die Matrix definiert.

Die Farbcharakteristika werden durch die Wellenlänge definiert. Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 621 nm. Die dominante Wellenlänge (λd), die enger mit der wahrgenommenen Farbe korreliert, beträgt typischerweise 615 nm und platziert sie damit fest im rot-orangen Spektrum. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt typischerweise 18 nm und gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (VF) für jeden einzelnen LED-Punkt, gemessen bei einem Durchlassstrom (IF) von 20mA, reicht von einem Minimum von 2,05V bis zu einem Maximum von 2,6V, wobei ein typischer Wert angegeben ist. Der Sperrstrom (IR) für jeden Punkt, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5V angelegt wird, hat einen spezifizierten Maximalwert von 100 µA.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Aspekte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Die durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt darf 33 mW nicht überschreiten. Der Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt ist mit 90 mA bewertet, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen: ein Tastverhältnis von 1/10 mit einer Pulsbreite von 0,1 ms. Der durchschnittliche Durchlassstrom pro Punkt unterliegt einem Derating-Faktor; er beträgt 13 mA bei 25°C und verringert sich linear um 0,17 mA für jeden Grad Celsius Anstieg der Umgebungstemperatur.

Das Bauteil kann eine Sperrspannung von bis zu 5V pro Punkt verkraften. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -35°C bis +85°C spezifiziert. Für die Montage darf die Löttemperatur 260°C für maximal 3 Sekunden nicht überschreiten, gemessen an einem Punkt 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet auf einen Binning- oder Sortierprozess basierend auf der gemessenen Lichtleistung hin. Einheiten werden getestet und in spezifische Intensitäts-Bins gruppiert (z.B. ein Bin für 2100-2800 µcd, ein weiterer für 2800-3800 µcd). Dies stellt sicher, dass Entwickler Bauteile mit konsistenter Helligkeit für ihre Anwendung auswählen können, was entscheidend ist, wenn mehrere Displays zusammen verwendet werden, um sichtbare Helligkeitsunterschiede zu vermeiden. Das Datenblatt spezifiziert keine separaten Bins für Wellenlänge oder Durchlassspannung, was darauf hindeutet, dass das primäre Sortierkriterium die Lichtstärke ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält einen Abschnitt für "Typische elektrische / optische Kennlinien". Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, illustrieren solche Kurven typischerweise die Beziehung zwischen Schlüsselparametern. Standardkurven für diese Art von Bauteil würden wahrscheinlich beinhalten:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem Strom durch die LED und der Spannung darüber. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmungseffekten in sublinearer Weise.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtleistung, wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt. AlInGaP-LEDs zeigen im Allgemeinen weniger thermisches Quenchen als ältere Technologien wie GaAsP, aber die Leistung nimmt dennoch mit der Wärme ab.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Intensität gegen die Wellenlänge aufträgt und das Maximum bei ~621nm und die 18nm Halbwertsbreite zeigt.

Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht-standardisierten Bedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) zu verstehen und die Ansteuerschaltung für Effizienz und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Bauteil hat eine Matrixhöhe von 1,2 Zoll, was 30,42 mm entspricht. Dies bezieht sich auf die Höhe des 5x7-Arrays selbst. Die Gehäuseabmessungen sind in einer detaillierten Zeichnung mit allen Maßen in Millimetern angegeben. Die Standardtoleranz für diese Abmessungen beträgt ±0,25 mm (0,01 Zoll), sofern in der Zeichnung nicht anders vermerkt. Das Pinbelegungsdiagramm ist entscheidend für die Schnittstelle. Das Display hat 14 Pins, die die 5 Spalten (Anoden) und 7 Zeilen (Kathoden) in einer gemultiplexten Anordnung steuern. Die spezifische Pinbelegung ist: Pin 1: Kathode Zeile 5, Pin 2: Kathode Zeile 7, Pin 3: Anode Spalte 2, Pin 4: Anode Spalte 3, Pin 5: Kathode Zeile 4, Pin 6: Anode Spalte 5, Pin 7: Kathode Zeile 6, Pin 8: Kathode Zeile 3, Pin 9: Kathode Zeile 1, Pin 10: Anode Spalte 4, Pin 11: Anode Spalte 3, Pin 12: Kathode Zeile 4, Pin 13: Anode Spalte 1, Pin 14: Kathode Zeile 2. Beachten Sie die nicht-sequentielle Anordnung, die bei gemultiplexten Displays üblich ist, um das interne Routing zu optimieren.

Das interne Schaltbild zeigt die Matrixstruktur: fünf gemeinsame Anodenspalten und sieben gemeinsame Kathodenzeilen. Jeder Schnittpunkt repräsentiert einen LED-Punkt. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, muss sein entsprechender Spaltenpin auf High (Anode) und sein Zeilenpin auf Low (Kathode) gelegt werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Montagebeschränkung ist das Löttemperaturprofil. Der Bauteilkörper darf während des Reflow- oder Wellenlötprozesses nicht länger als 3 Sekunden Temperaturen über 260°C ausgesetzt werden. Dies ist eine Standardbewertung für viele Durchsteck- und einige Oberflächenmontagebauteile. Der Messpunkt liegt 1,6 mm unterhalb der Auflageebene, typischerweise der Punkt, an dem die Anschlüsse das Gehäuse verlassen. Dies stellt sicher, dass der empfindliche LED-Chip im Inneren nicht durch übermäßige Hitze, die durch die Anschlüsse geleitet wird, beschädigt wird. Für Handlötung sollte ein temperaturgeregeltes Lötkolben verwendet werden, und die Kontaktzeit mit jedem Pin sollte minimiert werden. Beim Umgang mit Halbleiterbauteilen sollten stets ordnungsgemäße ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) befolgt werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Dieses Display eignet sich für Anwendungen, die ein einzelnes, gut lesbares alphanumerisches Zeichen erfordern. Seine Stapelbarkeit macht es ideal für mehrstellige Displays. Häufige Verwendungen sind:

• Industrielle Instrumententafeln (zur Anzeige von Sollwerten, Messwerten, Fehlercodes).
• Konsumgeräte (Mikrowellenherde, Waschmaschinen, Thermostate).
• Test- und Messgeräte.
• Einfache Informationsanzeigen in Verkaufsautomaten oder Kiosken.
• Lehrbaukästen zum Erlernen von gemultiplexten LED-Ansteuerungen und Mikrocontroller-Schnittstellen.

7.2 Designüberlegungen

Ansteuerschaltung:Das Display erfordert eine externe Multiplex-Ansteuerschaltung. Diese kann mit diskreten Transistoren, dedizierten LED-Treiber-ICs (wie dem MAX7219) oder direkt von einem Mikrocontroller mit ausreichender Stromquellen-/Senkenfähigkeit implementiert werden. Der Spitzenstromwert (90mA bei 1/10 Tastverhältnis) muss beachtet werden. Ein typisches Design würde eine Konstantstromquelle oder einen strombegrenzenden Widerstand für jede Spalte (Anode) verwenden und den Strom über die Zeilen (Kathoden) mittels Transistoren oder GPIO-Pins senken.

Stromberechnung:Um die typische Lichtstärke von 3800 µcd zu erreichen, spezifiziert das Datenblatt eine Bedingung von Ip=80mA bei einem Tastverhältnis von 1/16. Der durchschnittliche Strom pro Punkt beträgt daher 80mA / 16 = 5mA. Der Gesamtdurchschnittsstrom für ein vollständig beleuchtetes Zeichen (alle 35 Punkte an) wäre 35 * 5mA = 175mA, aber dieser ist über die gemultiplexten Spalten und Zeilen verteilt.

Betrachtungswinkel:Das Merkmal "großer Betrachtungswinkel" ist vorteilhaft für Anwendungen, bei denen das Display aus schrägen Positionen betrachtet werden kann.

Optische Überlegungen:Das graue Gesicht und die weißen Punkte bieten einen guten Kontrast. Entwickler könnten in Betracht ziehen, einen Farbfilter oder Diffusor vor dem Display hinzuzufügen, um den Kontrast zu verbessern oder die Ästhetik eines Produkts anzupassen, obwohl dies die Gesamtlichtleistung reduziert.

8. Technischer Vergleich

Das Hauptunterscheidungsmerkmal des LTP-1457AKA ist die Verwendung von AlInGaP-LED-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, es kann mehr Licht (höhere Lichtstärke) bei gleichem elektrischem Strom erzeugen oder die gleiche Helligkeit mit geringerem Stromverbrauch erreichen. AlInGaP hat im Allgemeinen auch eine bessere Temperaturstabilität und eine längere Betriebsdauer. Im Vergleich zu modernen weißen LEDs oder kleineren SMD-Matrixdisplays ist dieses Bauteil eine größere Durchsteckkomponente, die Einfachheit, Robustheit und hohe Sichtbarkeit einzelner Zeichen aus der Ferne bietet, oft zu geringeren Systemkosten für einstellige Anwendungen.

9. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Kann ich dieses Display mit einem konstanten Gleichstrom an jedem Punkt ansteuern?

A: Technisch gesehen ja, aber es ist höchst ineffizient und nicht empfohlen. Das Display ist für Multiplex-Betrieb ausgelegt. Das kontinuierliche Ansteuern aller Punkte würde die durchschnittliche Verlustleistungsbewertung (33mW pro Punkt) überschreiten, wenn versucht wird, Standardhelligkeit zu erreichen, was zu Überhitzung und schnellem Ausfall führen würde.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenemissionswellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenemissionswellenlänge ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der LED entsprechen würde. Für LEDs mit einem relativ schmalen Spektrum wie dieses sind sie oft nahe beieinander, aber die dominante Wellenlänge ist für die Farbspezifikation relevanter.

F: Die Pinbelegung scheint nicht sequentiell. Warum ist sie so angeordnet?

A: Die Pinanordnung ist für das interne Layout der Leiterbahnen auf dem Substrat des Displays optimiert, um Übersprechen zu minimieren und die Verbindung der LED-Matrix zu vereinfachen. Es ist wesentlich, die bereitgestellte Pinverbindungstabelle genau zu befolgen; gehen Sie nicht von einer logischen Reihenfolge aus.

F: Wie interpretiere ich die Spezifikation "Derating des durchschnittlichen Durchlassstroms"?

A: Es bedeutet, dass der sichere maximale Durchschnittsstrom pro Punkt mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei 25°C können Sie bis zu 13 mA Durchschnittsstrom verwenden. Bei 85°C (der maximalen Betriebstemperatur) beträgt der zulässige Strom 13 mA - [ (85-25) * 0,17 mA/°C ] = 13 mA - 10,2 mA = 2,8 mA. Dieses Derating ist entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb in Hochtemperaturumgebungen.

10. Praktischer Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer einstelligen Temperaturanzeige für einen Industrieofen.

Ein Ingenieur muss den Solltemperaturwert (0-9) an einem Ofen anzeigen, der bis zu 80°C Umgebungstemperatur im Schaltschrank erreicht. Er wählt das LTP-1457AKA aufgrund seiner Sichtbarkeit und seines Temperaturbereichs. Aufgrund der hohen Umgebungstemperatur muss er den Ansteuerstrom deraten. Eine geringere Zielhelligkeit ist in dieser kontrollierten Umgebung akzeptabel. Er entwirft eine Multiplex-Schaltung mit einem Mikrocontroller, der die Spalten über strombegrenzende Widerstände und die Zeilen über NPN-Transistoren ansteuert. Die Firmware scannt die Zeilen mit hoher Frequenz (>100Hz). Er berechnet den durchschnittlichen Strom pro Punkt, um unter dem derated Wert von ~3mA bei 80°C zu liegen, um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Das grau/weiße Erscheinungsbild bietet einen guten Kontrast zum dunklen Bedienfeld des Ofens.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTP-1457AKA arbeitet nach dem Prinzip einer gemultiplexten LED-Matrix. Es enthält 35 einzelne AlInGaP-LED-Übergänge, die in einem Raster von 5 Spalten und 7 Zeilen angeordnet sind. Jede LED ist zwischen einer Spaltenleitung (Anode) und einer Zeilenleitung (Kathode) verbunden. Um ein bestimmtes Muster (wie eine Zahl oder einen Buchstaben) zu beleuchten, versorgt der Controller nicht alle Punkte gleichzeitig mit Strom. Stattdessen verwendet er eine Technik namens Multiplexen oder Scannen. Er aktiviert jeweils eine Zeile (Kathode), indem er sie mit Masse (Low-Pegel) verbindet. Gleichzeitig legt er nur an die Spaltenleitungen (Anoden) Strom (High-Pegel) an, die für diese bestimmte Zeile beleuchtet werden müssen. Dieser Zyklus wiederholt sich schnell durch alle sieben Zeilen. Aufgrund der Nachbildwirkung des Auges nimmt das menschliche Auge ein stabiles, vollständig geformtes Zeichen wahr. Diese Methode reduziert drastisch die Anzahl der benötigten Treiberpins (14 statt 35) und senkt den Gesamtstromverbrauch.

12. Technologietrends

Displays wie das LTP-1457AKA repräsentieren eine ausgereifte Technologie. Aktuelle Trends bei Anzeige- und alphanumerischen Displays bewegen sich hin zu:

• Oberflächenmontage (SMD) Gehäuse:Kleinere Bauraum für höhere PCB-Dichte und automatisierte Montage.
• Höhere Integration:Displays mit eingebauten Controllern, Speicher (für Schriftarten) und seriellen Schnittstellen (I2C, SPI), die die Aufgabe des Host-Mikrocontrollers vereinfachen.
• Fortschrittliche LED-Materialien:Während AlInGaP für Rot/Orange effizient ist, ermöglichen neuere Materialien wie InGaN hellere und effizientere grüne, blaue und weiße LEDs, was zu Vollfarb-Matrixdisplays führt.
• Alternative Technologien:Für größere, komplexere Displays bieten OLED (Organische LED) und Micro-LED-Technologien überlegenen Kontrast, Betrachtungswinkel und Flexibilität.

Dennoch bleiben Durchsteck-, einstellige Displays wie dieses aufgrund ihrer Einfachheit, Haltbarkeit, hohen Sichtbarkeit einzelner Zeichen und Kosteneffektivität in Anwendungen relevant, bei denen nur eine oder wenige Ziffern benötigt werden, insbesondere in industriellen oder Hobbykontexten, in denen Durchsteckmontage bevorzugt werden kann.