LTP-2157AKY-01 LED-Display Datenblatt - 2,0-Zoll (50,8 mm) Matrixhöhe - Bernstein-Gelb - 5x7 Punktmatrix - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2157AKY-01 ist ein alphanumerisches 5x7-Punktmatrix-Displaymodul mit einer Matrixhöhe von 2,0 Zoll (50,8 mm). Es wurde entwickelt, um eine klare, kontrastreiche Zeichendarstellung für Anwendungen zu bieten, die numerische oder begrenzte alphanumerische Ausgaben erfordern. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AS-AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Chips, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind und für ihre hohe Effizienz und exzellente Helligkeit bekannt sind. Das Display verfügt über eine schwarze Front mit weißen Punkten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Seine Hauptanwendung liegt in industrieller Messtechnik, Unterhaltungselektronik und anderen Geräten, bei denen eine kompakte, zuverlässige und stromsparende Anzeigelösung benötigt wird.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Helligkeit & Kontrast:Die AlInGaP-Technologie kombiniert mit dem Schwarzfront/Weißpunkt-Design liefert eine überlegene Sichtbarkeit.
• Geringer Strombedarf:Für effizienten Betrieb ausgelegt, was es für batteriebetriebene oder energiebewusste Anwendungen geeignet macht.
• Halbleiter-Zuverlässigkeit:LEDs bieten im Vergleich zu anderen Displaytechnologien eine lange Betriebsdauer, Stoßfestigkeit und konstante Leistung.
• Hervorragende Zeichendarstellung:Das 5x7-Punktmatrix-Format bietet klar definierte, leicht erkennbare Zeichen.
• X-Y-Auswahl-Architektur:Die Matrix ist in einer Reihen (Anode)- und Spalten (Kathode)-Konfiguration organisiert, was eine effiziente Multiplex-Ansteuerung mit einer reduzierten Anzahl von Treiber-Pins ermöglicht.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt spezifizierten elektrischen und optischen Parameter. Das Verständnis dieser Werte ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Mittlere Verlustleistung pro Punkt:35 mW. Dieser Grenzwert ist entscheidend für das thermische Management. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung, reduzierter Lichtausbeute und beschleunigtem Abbau des LED-Chips führen.
• Spitzen-Vorwärtsstrom pro Punkt:60 mA (bei 1 kHz, 25% Tastverhältnis). Dieser Grenzwert gilt für gepulsten Betrieb. Der mittlere Strom unter diesen Bedingungen beträgt 15 mA (60 mA * 0,25) und muss immer noch unterhalb des mittleren Stromgrenzwerts liegen.
• Mittlerer Vorwärtsstrom pro Punkt:Der Basisgrenzwert beträgt 13 mA bei 25°C. Wichtig ist, dass er um 0,17 mA/°C reduziert wird. Zum Beispiel, bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 85°C, wäre der maximal zulässige mittlere Strom: 13 mA - [0,17 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 13 mA - 10,2 mA =2,8 mA. Diese starke Reduzierung unterstreicht die Notwendigkeit eines sorgfältigen thermischen Designs in Hochtemperaturumgebungen.
• Sperrspannung pro Punkt:5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung größer als dieser Wert kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lötbedingungen:260°C für 3 Sekunden, wobei die Lötspitze mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene sein muss. Dies verhindert, dass übermäßige Hitze über die Anschlüsse in das Bauteil eindringt und die internen LED-Chips beschädigt.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (Ta = 25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke pro Punkt (I_V):1650 (Min), 3600 (Typ) µcd. Getestet bei einem Spitzenstrom (I_p) von 32 mA mit einem 1/16 Tastverhältnis. Der tatsächliche mittlere Strom beträgt 2 mA. Der große Bereich deutet auf eine mögliche Binning-Klassifizierung für die Helligkeit hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):595 nm (Typ). Dies definiert die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung maximal ist, und platziert sie im bernstein-gelben Bereich des sichtbaren Spektrums.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):592 nm (Typ). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die eng mit der Spitzenwellenlänge übereinstimmt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (Typ). Dies gibt die spektrale Reinheit an; eine schmalere Breite bedeutet eine gesättigtere, reine Farbe.
• Vorwärtsspannung pro Segment (V_F):
  • 2,05V (Min), 2,6V (Typ) bei I_F= 20 mA.
  • 2,3V (Min), 2,8V (Typ) bei I_F= 80 mA. Der Anstieg mit dem Strom ist auf den Serienwiderstand der Diode zurückzuführen.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (Max) bei V_R= 5V. Ein niedriger Sperrstrom ist wünschenswert.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):2:1 (Max). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt im Array und gewährleistet ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.

3. Erklärung des Binning-Systems

Während das vorliegende Datenblatt keine formelle kommerzielle Binning-Struktur detailliert, implizieren die spezifizierten Parameterbereiche inhärente Variationen. Entwickler sollten sich der folgenden möglichen Variationen zwischen Einheiten oder Produktionschargen bewusst sein:

• Wellenlängen-/Farb-Bin:Die typische dominante Wellenlänge beträgt 592 nm. Einheiten können leicht um diesen Wert variieren, was den genauen Farbton von Bernstein-Gelb beeinflusst.
• Lichtstärke (Helligkeits)-Bin:Die Lichtstärke hat ein Minimum von 1650 µcd und einen typischen Wert von 3600 µcd. Diese große Spannweite deutet darauf hin, dass für Anwendungen, die eine enge Helligkeitsabstimmung erfordern, eine Auswahl oder Binning auf Baugruppenebene notwendig sein kann.
• Vorwärtsspannungs-Bin:Der Vorwärtsspannungsbereich (2,05V bis 2,6V bei 20mA) zeigt Variationen an. Dies ist wichtig für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Segmente hinweg zu gewährleisten, ohne höhere V_F dots.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien. Diese Diagramme, obwohl im bereitgestellten Text nicht dargestellt, sind wesentlich, um das Bauteilverhalten unter nicht-standardisierten Bedingungen zu verstehen.

4.1 Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve würde die für eine Diode typische exponentielle Beziehung zeigen. Die spezifizierten V_F-Punkte bei 20mA und 80mA geben zwei Datenpunkte. Die Kurve hilft, die notwendige Treiberspannung für einen gegebenen Strom zu bestimmen und erlaubt die Berechnung der Verlustleistung (V_F* I_F).

4.2 Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt. Für LEDs ist die Beziehung über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sättigen. Der Betrieb nahe dem typischen Strom (abgeleitet aus den 32mA Spitzenstrom, 1/16 Tastverhältnis Spezifikationen) gewährleistet optimale Effizienz und Langlebigkeit.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausbeute nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Eigenschaft, gepaart mit der starken Stromreduzierung (0,17 mA/°C), unterstreicht die kritische Bedeutung der Regelung der Betriebstemperatur des Bauteils, um konstante Helligkeit und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

4.4 Spektrale Verteilung

Ein Diagramm der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge würde einen Peak um 595 nm mit einer typischen Halbwertsbreite von 15 nm zeigen und bestätigt den bernstein-gelben Farbpunkt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Displaymodul hat spezifische physikalische Abmessungen (bereitgestellt in einer Zeichnung im Originaldatenblatt). Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Entwickler müssen diese Abmessungen in ihre Produktgehäuse und PCB-Layouts integrieren.

5.2 Pinbelegung & Polaritätsidentifikation

Das Bauteil hat eine 14-polige Konfiguration. Die Pinbelegung ist wie folgt: 1. Anoden-Reihe 5 2. Anoden-Reihe 7 3. Kathoden-Spalte 2 4. Kathoden-Spalte 3 5. Anoden-Reihe 4 6. Kathoden-Spalte 5 7. Anoden-Reihe 6 8. Anoden-Reihe 3 9. Anoden-Reihe 1 10. Kathoden-Spalte 4 11. Kathoden-Spalte 3 (Hinweis: Pin 4 ist ebenfalls Kathoden-Spalte 3; dies ist wahrscheinlich ein Tippfehler im Quelltext. Pin 11 ist vermutlich Kathoden-Spalte 6 oder eine andere Spalte. Das interne Schaltbild muss zur Klärung konsultiert werden.) 12. Anoden-Reihe 4 (Duplikat von Pin 5; wahrscheinlich ein Dokumentationsfehler) 13. Kathoden-Spalte 1 14. Anoden-Reihe 2

Kritischer Hinweis:Die bereitgestellte Pinliste enthält offensichtliche Duplikate (Pins 4 & 11 für Spalte 3, Pins 5 & 12 für Reihe 4). DasInterne Schaltbild, auf das im Datenblatt verwiesen wird, ist die maßgebliche Quelle für die korrekte Pin-zu-Segment-Zuordnung und muss für den Entwurf verwendet werden. Das Display verwendet gemäß der \"Kathoden-Spalte\" und \"Anoden-Reihe\" Beschreibung eine Common-Cathode-Gruppenkonfiguration.

5.3 Internes Schaltbild

Das Schaltbild zeigt die elektrische Verschaltung der 35 LEDs (5 Spalten x 7 Reihen). Die Anode jeder LED ist mit einer Reihenleitung verbunden, und ihre Kathode ist mit einer Spaltenleitung verbunden. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, muss die entsprechende Reihenleitung auf High (Anode) gesetzt werden und die Spaltenleitung auf Low (Kathode). Diese Matrixstruktur erlaubt die Ansteuerung von 35 Punkten mit nur 12 Leitungen (5 Reihen + 7 Spalten) und ermöglicht effizientes Multiplexing.

6. Löt- & Montagerichtlinien

• Reflow-Löten:Befolgen Sie die spezifizierte Bedingung: 260°C für 3 Sekunden. Verwenden Sie ein kontrolliertes Temperaturprofil, um thermischen Schock zu vermeiden.
• Handlöten:Falls notwendig, verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötspitze. Wenden Sie die Hitze am Pin an, nicht am Gehäuse, und begrenzen Sie die Kontaktzeit, um zu verhindern, dass Hitze in das Display eindringt.
• Reinigung:Verwenden Sie geeignete Lösungsmittel, die mit den Materialien des Displays (wahrscheinlich Epoxid und Kunststoff) kompatibel sind. Vermeiden Sie Ultraschallreinigung, die interne Verbindungen beschädigen kann.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie in einer trockenen, antistatischen Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-35°C bis +85°C).

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Industrielle Panel-Messgeräte:Anzeige von numerischen Werten für Spannung, Strom, Temperatur, Druck, etc.
• Test- und Messgeräte:Anzeigen für Multimeter, Oszilloskope (für Einstellungen oder Basis-Anzeigen), Signalgeneratoren.
• Haushaltsgeräte:Timer, Waagen, Audio-Geräte-Displays.
• Medizinische Geräte:Einfache numerische Anzeigen auf Monitoren oder Diagnosegeräten, bei denen Zuverlässigkeit entscheidend ist.
• Einzelhandelsgeräte:Preisanzeigen, einfache Transaktionsterminals.

7.2 Design-Überlegungen

• Treiber-Schaltung:Ein Mikrocontroller mit ausreichend GPIO-Pins oder ein dedizierter LED-Treiber-IC mit Multiplex-Unterstützung ist erforderlich. Der Treiber muss in der Lage sein, Strom für die Anoden-Reihen zu liefern und Strom für die Kathoden-Spalten aufzunehmen. Strombegrenzungswiderstände sind für jede Reihen- oder Spaltenleitung zwingend erforderlich, um den Vorwärtsstrom einzustellen.
• Stromberechnung:Aufgrund des Multiplexings wird der momentane (Spitzen-)Strom pro LED höher sein als der gewünschte mittlere Strom. Für N multiplexte Reihen sollte der Spitzenstrom etwa das N-fache des gewünschten mittleren Stroms betragen. Stellen Sie sicher, dass dieser Spitzenstrom den absoluten Maximalwert von 60 mA nicht überschreitet.
• Thermisches Management:Halten Sie sich an die Stromreduzierungs-Kurve. Reduzieren Sie bei hohen Umgebungstemperaturen den Treiberstrom oder verbessern Sie die Belüftung. Die schwarze Front kann mehr Umgebungswärme absorbieren.
• Betrachtungswinkel:Berücksichtigen Sie die beabsichtigte Betrachtungsposition. LED-Punktmatrix-Displays haben oft einen begrenzten optimalen Betrachtungswinkel.
• ESD-Schutz:Implementieren Sie Standard-ESD-Schutz auf den Steuerleitungen, insbesondere wenn das Display für den Benutzer zugänglich ist.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu anderen Displaytechnologien seiner Zeit (wie Vakuum-Fluoreszenz-Displays (VFDs) oder kleineren LCDs) bietet das LTP-2157AKY-01 deutliche Vorteile:

• vs. VFDs:Geringere Betriebsspannung, keine Heizfaden- oder Hochspannungstreiber erforderlich, robuster, längere Lebensdauer und bessere Leistung in Niedrigtemperaturumgebungen.
• vs. LCDs:Viel höhere Helligkeit und Kontrast, selbstleuchtend (keine Hintergrundbeleuchtung nötig), größerer Betriebstemperaturbereich und schnellere Ansprechzeit. Der Kompromiss ist ein höherer Stromverbrauch und eine begrenzte Fähigkeit, komplexe Grafiken darzustellen.
• vs. Standard GaP oder GaAsP LEDs:Die Verwendung von AlInGaP-Technologie bietet eine deutlich höhere Lumenausbeute und Helligkeit, was zu besserer Sichtbarkeit in hell beleuchteten Umgebungen führt.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich dieses Display mit einem konstanten 20mA pro Punkt ansteuern?

A: Nicht direkt im statischen Modus für alle Punkte gleichzeitig, da dies die Grenze für die mittlere Verlustleistung überschreiten würde (35 mW/Punkt * 35 Punkte = 1,225W, und 20mA * 2,6V = 52mW/Punkt). Sie müssen Multiplexing verwenden. Bei einem 1/7 Tastverhältnis Multiplex (eine Reihe gleichzeitig beleuchtet) könnte der Spitzenstrom pro Punkt ~140mA betragen, um einen mittleren Strom von 20mA zu erreichen, was den Spitzenstromgrenzwert von 60mA überschreitet. Daher müssen Sie das Multiplexing-Schema und den Spitzenstrom sorgfältig entwerfen, um innerhalb der mittleren und Spitzengrenzwerte zu bleiben.

F2: Warum gibt es doppelte Pinzuweisungen in der Liste?

A: Die textuelle Pinliste im bereitgestellten Inhalt enthält wahrscheinlich Dokumentationsfehler. Die definitive Referenz ist dasInterne Schaltbildim Originaldatenblatt. Verwenden Sie immer das Schaltbild für Ihr PCB-Design.

F3: Wie berechne ich den notwendigen strombegrenzenden Widerstand?

A: Für eine Konstantspannungsversorgung (V_CC), verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_CC- V_F- V_CE(sat)) / I_F. Wobei V_Fdie LED-Vorwärtsspannung ist (verwenden Sie für Sicherheit den Maximalwert, z.B. 2,8V), V_CE(sat)die Sättigungsspannung des Spaltentreiber-Transistors ist (falls verwendet), und I_Fder gewünschte Vorwärtsstrom ist. Für ein multiplexes Design ist I_FderSpitzenstrom current.

F4: Was ist der Unterschied zwischen Spitzen- und dominanter Wellenlänge?

A: Spitzenwellenlänge (λ_p) ist der physikalische Punkt der maximalen spektralen Emission. Dominante Wellenlänge (λ_d) ist die psychophysische Korrelation und repräsentiert die Einzelwellenlänge, die der wahrgenommenen Farbe entsprechen würde. Sie sind für monochromatische LEDs oft sehr nahe beieinander.

10. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige mit dem LTP-2157AKY-01, gesteuert von einem 5V-Mikrocontrollersystem in einer Umgebung bis zu 50°C.

1. Treiberauswahl:Wählen Sie einen Mikrocontroller mit mindestens 12 freien GPIO-Pins oder kombinieren Sie einen kleineren MCU mit einem seriell-parallel Schieberegister und Transistor-Arrays für die Reihen-/Spaltenansteuerung.
2. Stromgrenze:Bestimmen Sie den maximalen mittleren Strom pro Punkt bei 50°C: 13 mA - [0,17 mA/°C * (50-25)] = 13 mA - 4,25 mA =8,75 mA.
3. Multiplexing-Schema:Verwenden Sie 1:7 Reihen-Multiplexing. Um einen Mittelwert von 8,75 mA zu erreichen, sollte der Spitzenstrom während seiner aktiven Reihenzeit ~61,25 mA (8,75 * 7) betragen. Dies liegt knapp über dem Spitzenstromgrenzwert von 60 mA. Reduzieren Sie daher den Ziel-Mittelwert auf ~8,5 mA, was einen Spitzenstrom von 59,5 mA ergibt.
4. Widerstandsberechnung:Angenommen, ein Spaltentreiber V_CE(sat)von 0,2V und ein V_F(max)von 2,8V. Für eine 5V-Versorgung, die die Anode ansteuert: R = (5V - 2,8V - 0,2V) / 0,0595 A ≈ 33,6Ω. Verwenden Sie einen Standard-33Ω-Widerstand. Leistungsaufnahme: P = I²* R = (0,0595)²* 33 ≈ 0,117W. Ein 1/4W-Widerstand ist ausreichend.
5. Software:Implementieren Sie einen Timer-Interrupt, um durch die 7 Reihen zu zyklieren und die entsprechenden Spaltentreiber für jede Reihe basierend auf der Zeichensatz-Map einzuschalten.

11. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Vorwärtsspannung, die die Durchlassspannung der Diode überschreitet, über eine einzelne LED-Zelle angelegt wird (Anoden-Reihe positiv, Kathoden-Spalte negativ), rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven AlInGaP-Bereich und setzen Energie in Form von Photonen mit einer durch die Bandlücke des Materials bestimmten Wellenlänge frei (~592-595 nm, bernstein-gelb). Die 5x7-Matrix wird adressiert, indem selektiv jeweils eine Reihe (Anode) aktiviert wird, während für die Punkte, die in dieser Reihe beleuchtet werden sollen, Senkenpfade auf den Spalten (Kathoden) bereitgestellt werden. Dieser Prozess (Multiplexing) geschieht schneller, als das menschliche Auge wahrnehmen kann, und erzeugt ein stabiles Bild aller gewünschten Punkte.

12. Technologietrends

Während dieses spezifische Produkt ausgereifte AlInGaP-auf-GaAs-Technologie nutzt, hat sich das breitere Feld der LED-Displays erheblich weiterentwickelt. Aktuelle Trends, die für diese Produktkategorie relevant sind, umfassen:

• Miniaturisierung:Punktmatrix-Displays sind mit viel kleineren Pixelabständen und Gehäusegrößen erhältlich.
• Vollfarbige RGB-Matrizen:Moderne Displays integrieren oft rote, grüne und blaue LEDs in jedem Pixel, was Vollfarbgrafiken ermöglicht.
• Integrierte Treiber:Neuere Module beinhalten oft den Treiber-IC und Controller onboard, die über serielle Schnittstellen (I2C, SPI) kommunizieren, was den Host-Systementwurf im Vergleich zur direkten GPIO-Multiplex-Ansteuerung erheblich vereinfacht.
• Höhereffizienz-Materialien:Der Wechsel von AlInGaP zu noch effizienteren Materialien wie InGaN für bestimmte Farben und laufende Verbesserungen der internen Quanteneffizienz und Lichtextraktion.
• Alternative Technologien:Für alphanumerische Displays bietet OLED (Organic LED) Technologie ähnliche selbstemittierende Vorteile mit potenziell dünneren Bauformen und größeren Betrachtungswinkeln, allerdings historisch mit anderen Lebensdauer- und Kostenbetrachtungen.

Das LTP-2157AKY-01 stellt eine robuste, bewährte Lösung für Anwendungen dar, bei denen seine spezifische Kombination aus Größe, Farbe, Einfachheit und Zuverlässigkeit den Designanforderungen entspricht.