LTP-2057AKA LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 2,0 Zoll (50,8 mm) Höhe - Super Orange (621 nm) - 33 mW pro Punkt - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2057AKA ist ein einstelliges, alphanumerisches Anzeigemodul, das in einer 5x7 Punktmatrix-Konfiguration aufgebaut ist. Seine Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Zeichen und Symbolen, die häufig für Statusanzeigen, einfache Anzeigen und Informationspanels in verschiedenen elektronischen Geräten verwendet werden. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Technologie für die Leuchtelemente, speziell in einer "Super Orange"-Farbe. Dieses Materialsystem bietet Vorteile in Bezug auf Effizienz und Farbstabilität im Vergleich zu älteren Technologien. Das Display verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Punkten, die einen kontrastreichen Hintergrund für das emittierte Licht bieten und so die Lesbarkeit verbessern. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine mittelgroße, zuverlässige und stromsparende Zeichenanzeige erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktion des Displays. Der Schlüsselparameter, die durchschnittliche Lichtstärke (Iv), ist mit einem Minimum von 2100 μcd, einem typischen Wert von 4600 μcd und ohne Höchstgrenze unter der Testbedingung eines gepulsten Vorwärtsstroms (Ip) von 32 mA bei einem Tastverhältnis von 1/16 spezifiziert. Diese gepulste Ansteuerungsmethode ist Standard für multiplexe Displays, um eine wahrgenommene Helligkeit bei gleichzeitiger Verwaltung von Leistung und Wärme zu erreichen. Die Farbe wird durch ihre Spitzenemissionswellenlänge (λp) von 621 Nanometern (nm) definiert, was sie in den orange-roten Bereich des Spektrums einordnet. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 18 nm und gibt die spektrale Reinheit oder die Schmalheit des emittierten Lichtbands an. Die dominante Wellenlänge (λd) beträgt 615 nm, was die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge ist und leicht von der Spitzenwellenlänge abweichen kann. Ein Lichtstärke-Anpassungsverhältnis von 2:1 ist spezifiziert, was bedeutet, dass die Helligkeitsvariation zwischen den hellsten und dunkelsten Segmenten im Array dieses Verhältnis nicht überschreiten sollte, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für das Display. Die absoluten Maximalwerte setzen die Grenzen für den sicheren Betrieb: eine durchschnittliche Verlustleistung von 33 Milliwatt (mW) pro Punkt, ein Spitzen-Vorwärtsstrom von 90 mA pro Punkt und ein durchschnittlicher Vorwärtsstrom pro Punkt, der linear von 13 mA bei 25°C um 0,17 mA/°C reduziert wird. Diese Reduzierung ist entscheidend für das thermische Management bei erhöhten Umgebungstemperaturen. Die maximale Sperrspannung pro Punkt beträgt 5 Volt (V). Die Vorwärtsspannung (Vf) für jeden einzelnen LED-Punkt beträgt typischerweise 2,6 V bei 20 mA, mit einem Maximum von 2,8 V bei einem höheren Teststrom von 80 mA. Der Sperrstrom (Ir) beträgt maximal 100 Mikroampere (μA) bei der vollen Sperrspannung von 5 V.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C und einen identischen Lagertemperaturbereich ausgelegt. Dieser weite Bereich macht es für industrielle und automobiltechnische Umgebungen geeignet, die extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Ein kritischer Montageparameter ist die maximale Löttemperatur von 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden, gemessen an einem Punkt 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Diese Richtlinie ist entscheidend, um thermische Schäden während des Reflow-Lötprozesses zu verhindern.

3. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Display hat eine angegebene Matrixhöhe von 2,0 Zoll (50,8 mm). Die bereitgestellte Zeichnung der Gehäuseabmessungen (im Datenblatt referenziert) würde den genauen physikalischen Umriss, die Pinpositionen und die Gesamtgröße detaillieren. Toleranzen für diese Abmessungen betragen typischerweise ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Bauteil verwendet eine standardmäßige Pinverbindungsschnittstelle für die Integration in eine Leiterplatte.

4. Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das LTP-2057AKA verfügt über einen 14-poligen Anschluss. Die Pinbelegung ist speziell für die X-Y (Matrix)-Adressierung angeordnet: Pins sind entweder als Anode für Spalten oder als Kathode für Zeilen ausgelegt. Beispielsweise ist Pin 1 die Kathode für Zeile 5, Pin 3 ist die Anode für Spalte 2 und so weiter. Diese Anordnung ermöglicht es einem Mikrocontroller, jeden einzelnen Punkt im 5x7-Raster selektiv zu beleuchten, indem die entsprechenden Spalten- (Anode) und Zeilen- (Kathode) Leitungen aktiviert werden. Das interne Schaltbild (im Datenblatt referenziert) würde diese Matrixstruktur visuell darstellen und die 35 einzelnen LEDs (5 Spalten x 7 Zeilen) zeigen, deren Anoden in Spaltengruppen und deren Kathoden in Zeilengruppen verbunden sind.

5. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf einen Abschnitt für typische elektrische/optische Kennlinienkurven. Diese Graphen sind für Designingenieure von unschätzbarem Wert. Sie würden typischerweise Diagramme wie Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I-V-Kurve) für ein einzelnes LED-Element enthalten, die die nichtlineare Beziehung und die Einschaltspannung zeigen. Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom-Kurven würden veranschaulichen, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt, möglicherweise unter Darstellung von Sättigungseffekten. Es könnte auch Kurven geben, die die Variation von Lichtstärke oder Vorwärtsspannung mit der Umgebungstemperatur zeigen, was für das Design stabiler Schaltungen über den spezifizierten Temperaturbereich entscheidend ist. Die Analyse dieser Kurven ermöglicht die Optimierung des Treiberstroms für die gewünschte Helligkeit und das Verständnis thermischer Effekte auf die Leistung.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Wie in den absoluten Maximalwerten erwähnt, ist die primäre Montagebeschränkung das Löttemperaturprofil. Das Bauteil kann während des Reflow-Lötens eine Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 3 Sekunden aushalten. Es ist entscheidend sicherzustellen, dass die an den Gehäuseanschlüssen gemessene Temperatur diesen Grenzwert nicht überschreitet, um Schäden an den internen Bonddrähten, LED-Chips oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Standard-Reflow-Profile der Industrie für bleifreies Löten (die bei etwa 240-250°C ihren Höhepunkt erreichen) sind im Allgemeinen kompatibel, aber das Profil muss überprüft werden. Manuelles Löten mit einem Lötkolben sollte schnell und mit sorgfältiger Temperaturkontrolle durchgeführt werden, um die Wärme zu lokalisieren. Bei LED-Bauteilen sollten stets ordnungsgemäße ESD (Elektrostatische Entladung)-Handhabungsverfahren befolgt werden.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Dieses 5x7 Punktmatrix-Display ist ideal für Anwendungen, die ein einzelnes, klares alphanumerisches Zeichen erfordern. Typische Verwendungen umfassen: Panel-Messgeräte für Spannungs-, Strom- oder Temperaturanzeigen; Statusanzeigen an Industrieanlagen (zur Anzeige von Fehlercodes oder Betriebsmodi); Haushaltsgeräte wie Mikrowellen oder Waschmaschinen; sowie Test- und Messinstrumente. Seine Kompatibilität mit Standard-ASCII- und EBCDIC-Zeichencodes vereinfacht die Programmierung mit Mikrocontrollern.

7.2 Designüberlegungen

Ansteuerschaltung:Das Display erfordert eine multiplexe Ansteuerelektronik. Ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder gekoppelt mit externen Treiber-ICs (wie Schieberegistern oder dedizierten LED-Treiberchips) ist notwendig, um die Zeilen und Spalten sequentiell abzutasten. Die Testbedingung im Datenblatt von 1/16 Tastverhältnis bei 32 mA Pulsstrom bietet einen Ausgangspunkt für die Berechnung der erforderlichen strombegrenzenden Widerstände. Der durchschnittliche Strom pro LED wird viel niedriger sein (z.B. 32 mA / 16 = 2 mA Durchschnitt, wenn nur ein Punkt leuchtet, aber dies skaliert mit der Anzahl der gleichzeitig beleuchteten Punkte in einer Zeile).
Stromversorgung:Die Vorwärtsspannung von ~2,6 V bedeutet, dass die Treiberspannung höher sein muss, typischerweise werden 3,3 V oder 5 V Systeme verwendet. Die Stromversorgung muss in der Lage sein, die Spitzenstromanforderungen während des Multiplexens zu bewältigen.
Betrachtungswinkel:Das Datenblatt erwähnt einen "weiten Betrachtungswinkel", was eine Eigenschaft des LED-Chips und des diffusen Linsendesigns ist. Für eine optimale Platzierung sollte die primäre Betrachtungsrichtung des Endbenutzers berücksichtigt werden.
Stapelung:Die Eigenschaft, "horizontal stapelbar" zu sein, bedeutet, dass mehrere Einheiten nebeneinander platziert werden können, um mehrstellige Anzeigen zu bilden. Die mechanische Ausrichtung und die elektrische Verbindung zwischen den Modulen müssen entsprechend gestaltet werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal des LTP-2057AKA ist die Verwendung von AlInGaP LED-Technologie für die orange Farbe. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) rot/orangen LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute (mehr Lichtausgang pro Einheit elektrischer Leistung) und eine bessere Leistungserhaltung bei erhöhten Temperaturen. Die "Super Orange"-Wellenlänge von 621 nm bietet eine lebendige, gut sichtbare Farbe. Die graue Frontplatte mit weißen Punkten bietet ein professionelles, kontrastreiches Erscheinungsbild im ausgeschalteten Zustand, was ein Designvorteil gegenüber rein schwarzen oder roten Displays sein kann. Die Zeichenhöhe von 2,0 Zoll ist eine spezifische Größe, die je nach Betrachtungsabstand gegenüber kleineren (z.B. 0,8 Zoll) oder größeren Displays gewählt werden kann.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie berechne ich den Wert des strombegrenzenden Widerstands für dieses Display?
A: Sie müssen für den gepulsten (Spitzen-)Strom, nicht den Durchschnittsstrom, dimensionieren. Unter Verwendung der Testbedingung als Referenz (32 mA bei Vf typ. 2,6 V) und unter Annahme einer 5 V Treiberspannung: R = (V_Versorgung - Vf) / I_Spitze = (5 V - 2,6 V) / 0,032 A = 75 Ohm. Verwenden Sie für eine sicherere, dunklere Berechnung das maximale Vf (2,8 V): R = (5 V - 2,8 V) / 0,032 A = ~68 Ohm. Ein Standardwiderstand von 68 oder 75 Ohm wäre geeignet. Die Belastbarkeit des Widerstands muss auf Basis des Durchschnittsstroms, nicht des Spitzenstroms, berechnet werden.

F: Was bedeutet ein Tastverhältnis von 1/16 für die Ansteuerung dieses Displays?
A: In einer multiplexen 5x7-Matrix ist eine gängige Abtastmethode, eine Zeile (Kathode) gleichzeitig zu aktivieren, während Daten für die 5 Spalten (Anoden) dieser Zeile bereitgestellt werden. Bei 7 Zeilen, wenn jede Zeile sequentiell und gleichmäßig aktiviert wird, beträgt das Tastverhältnis für jede einzelne LED 1/7. Das Tastverhältnis von 1/16 im Datenblatt deutet auf ein anderes oder konservativeres Multiplexverfahren hin, möglicherweise mit Löschperioden. Die Treiberschaltung muss die LED für ihren zugewiesenen Zeitschlitz mit dem spezifizierten Spitzenstrom (z.B. 32 mA) pulsieren, um die spezifizierte durchschnittliche Lichtstärke zu erreichen.

F: Kann ich dieses Display mit einem konstanten Gleichstrom anstelle von Multiplexing ansteuern?
A: Technisch gesehen ja, aber es ist höchst ineffizient und nicht zu empfehlen. Das gleichzeitige Ansteuern aller 35 Punkte selbst bei einem niedrigen Strom wie 5 mA würde einen Gesamtstrom von 175 mA erfordern und erhebliche Wärme erzeugen, die wahrscheinlich die Verlustleistungsgrenzen des Gehäuses überschreiten würde. Multiplexing ist die standardmäßige und vorgesehene Betriebsmethode.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie das Design einer einfachen Temperaturanzeige, die einen Wert von 0 bis 99 Grad Celsius anzeigt. Dies würde zwei horizontal gestapelte LTP-2057AKA Displays erfordern. Ein Mikrocontroller (z.B. ein ATmega328P) würde mit den 14 Pins jedes Displays verbunden (insgesamt 28 I/O-Pins). Um I/O zu sparen, könnten die Spalten- (Anoden-)Leitungen beider Displays parallel geschaltet werden (5 gemeinsame Leitungen), und die Zeilen- (Kathoden-)Leitungen würden für jedes Display separat gesteuert werden (7+7=14 Leitungen). Dies verwendet 19 I/O-Pins. Alternativ könnten externe 8-Bit-Schieberegister verwendet werden, um den I/O-Bedarf des Mikrocontrollers drastisch zu reduzieren. Die Software würde eine Zeichensatztabelle enthalten, die die Ziffern 0-9 in das entsprechende Muster von leuchtenden Punkten für das 5x7-Raster übersetzt. Sie würde dann die 7 Zeilen für jedes Display abtasten und die entsprechenden Spaltendaten für die Zeilen der anzuzeigenden Zeichen senden. Das Abtasten muss schnell genug sein (typischerweise >60 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTP-2057AKA arbeitet nach dem Prinzip einer passiven Matrix-LED-Anordnung. Es enthält 35 unabhängige AlInGaP-Halbleiter-LED-Übergänge, die in einem Raster von 5 Spalten und 7 Zeilen angeordnet sind. Jede LED befindet sich am Schnittpunkt einer Spalten-Anodenleitung und einer Zeilen-Kathodenleitung. Wenn eine Vorwärtsspannung, die die Einschaltspannung der Diode (~2,6 V) überschreitet, zwischen einer bestimmten Spalte (positiv) und einer bestimmten Zeile (negativ) angelegt wird, fließt Strom durch diese einzelne LED, wodurch sie Photonen – Licht – mit einer Wellenlänge von etwa 621 nm (orange) emittiert. Durch schnelles Sequenzieren, welche Zeile geerdet (Kathode aktiviert) und welche Spalten mit Strom versorgt werden (Anode aktiviert), können verschiedene Punktmuster beleuchtet werden, die Zeichen oder Symbole bilden. Die Nachbildwirkung des menschlichen Auges vermischt diese schnellen Blitze zu einem stabilen Bild.

12. Technologietrends und Kontext

Displays wie das LTP-2057AKA repräsentieren ein ausgereiftes und zuverlässiges Segment der Optoelektronik. Während neuere Technologien wie organische LEDs (OLED) oder hochauflösende LCDs komplexe grafische Displays dominieren, bleiben einfache LED-Punktmatrixmodule für Anwendungen, die Robustheit, lange Lebensdauer, weiten Temperaturbereich, hohe Helligkeit und niedrige Kosten pro Zeichen erfordern, hochrelevant. Der Trend innerhalb dieses Segments geht hin zu effizienteren LED-Materialien (wie hier verwendetes AlInGaP und InGaN für blau/grün/weiß), die einen geringeren Stromverbrauch oder höhere Helligkeit ermöglichen. Es gibt auch einen Trend zu integrierten Lösungen, bei denen die Treiberelektronik in das Displaymodul selbst eingebaut ist, was das Systemdesign für den Ingenieur vereinfacht. Die grundlegende passive Matrix-Architektur bleibt jedoch aufgrund ihrer Einfachheit und niedrigen Kosten weiterhin ein Hauptbestandteil für ein- und mehrstellige numerische und alphanumerische Anzeigen in industriellen, automobiltechnischen und konsumententechnischen Anwendungen.