LTP-2157AKA LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 2,0 Zoll (50,8 mm) Höhe - Super Orange Farbe - 5x7 Array - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2157AKA ist ein einseitiges 5x7 Punktmatrix-LED-Displaymodul, das für die Darstellung alphanumerischer Zeichen konzipiert ist. Seine Hauptfunktion besteht in der Anzeige von Zeichen aus Standardsätzen wie USASCII und EBCDIC. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für die LED-Chips, die die Super Orange Emission ermöglicht. Das Display verfügt über eine graue Front und weiße Punktfarbe, was den Kontrast für eine verbesserte Lesbarkeit erhöht. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Einheiten hinweg sicherzustellen. Seine Festkörperbauweise bietet hohe Zuverlässigkeit, und der geringe Leistungsbedarf macht es für verschiedene elektronische Anwendungen geeignet.

1.1 Kernmerkmale und Zielanwendungen

Die wesentlichen Merkmale dieses Produkts umfassen eine 2,0-Zoll (50,8 mm) große Matrix-Zeichenhöhe, die eine gute Sichtbarkeit aus der Entfernung bietet. Es arbeitet mit einer einzigen Ebene und bietet einen breiten Betrachtungswinkel, wodurch die angezeigten Informationen aus verschiedenen Positionen zugänglich sind. Das 5x7 Array mit X-Y-Auswahlarchitektur ermöglicht eine effiziente Multiplex-Steuerung. Ein bedeutendes Merkmal ist seine horizontale Stapelbarkeit, die die Erstellung von Mehrfachzeichenanzeigen durch nebeneinander angeordnete Einheiten ermöglicht. Das Bauteil ist direkt mit Standard-Zeichencodes kompatibel. Diese Eigenschaften machen das LTP-2157AKA ideal für Anwendungen wie industrielle Instrumententafeln, Kassenterminals, einfache Informationsanzeigen, Testgeräte-Anzeigen und andere eingebettete Systeme, die eine zuverlässige alphanumerische Ausgabe mit geringer bis mittlerer Komplexität erfordern.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und physikalischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Dies sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt:33 mW. Dies ist die maximale kontinuierliche Leistung, die sicher von einem einzelnen LED-Punkt abgeführt werden kann.
• Spitzen-Vorwärtsstrom pro Punkt:90 mA. Dies ist der maximale momentane Stromimpuls, den ein Punkt verarbeiten kann, typischerweise relevant für Multiplex-Ansteuerungsschemata.
• Durchschnittlicher Vorwärtsstrom pro Punkt:13 mA bei 25°C, linear reduziert um 0,17 mA/°C. Dies ist der Schlüsselparameter für den kontinuierlichen Gleichstrombetrieb. Der Reduktionsfaktor ist entscheidend für das thermische Management; wenn die Umgebungstemperatur (Ta) steigt, muss der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern.
• Sperrspannung pro Punkt:5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den LED-Übergang beschädigen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies definiert die Einschränkungen für das Reflow-Lötprofil.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter festgelegten Testbedingungen (typischerweise Ta=25°C) gemessen und repräsentieren die typische Leistung.

• Durchschnittliche Lichtstärke (I_V):2100 μcd (Min), 4600 μcd (Typ) unter einer Testbedingung von I_p=32mA bei einem Tastverhältnis von 1/16. Dies zeigt die Helligkeit jedes LED-Punkts an, wenn er in einer Multiplex-Konfiguration angesteuert wird. Der weite Bereich deutet auf einen Binning-Prozess für die Intensität hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):621 nm (Typ). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist, und definiert die \"Super Orange\" Farbe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):18 nm (Typ). Dies misst die spektrale Reinheit; ein kleinerer Wert zeigt ein monochromatischeres Licht an.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):615 nm (Typ). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird, eng verwandt mit dem Farbpunkt.
• Vorwärtsspannung (V_F) beliebiger Punkt:2,05V (Min), 2,6V (Typ) bei I_F=20mA; 2,3V (Min), 2,8V (Typ) bei I_F=80mA. Dies ist entscheidend für den Treiberschaltungsentwurf und spezifiziert den Spannungsabfall über einer leuchtenden LED.
• Sperrstrom (I_R) beliebiger Punkt:100 μA (Max) bei V_R=5V. Dies ist der Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):2:1 (Typ). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt im Array und gewährleistet ein einheitliches Erscheinungsbild.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung. Während spezifische Bin-Codes nicht aufgeführt sind, umfasst die typische Kategorisierung für solche Displays die Gruppierung von Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtstärke unter Standardtestbedingungen. Dies stellt sicher, dass bei der Verwendung mehrerer Displays zusammen die Helligkeitsvariation zwischen ihnen minimiert wird und eine konsistente visuelle Ausgabe gewährleistet ist. Entwickler sollten für kritische Anwendungen, die eine abgestimmte Helligkeit erfordern, die verfügbaren Intensitäts-Bins beim Lieferanten überprüfen.

4. Analyse der Leistungskurven

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

• Vorwärtsstrom vs. Vorwärtsspannung (I_F-V_FKurve):Zeigt die exponentielle Beziehung, entscheidend für die Bestimmung der erforderlichen Treiberspannung für einen gegebenen Strom.
• Lichtstärke vs. Vorwärtsstrom (I_V-I_FKurve):Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, üblicherweise in einer nahezu linearen Beziehung innerhalb des Betriebsbereichs.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtausgabe bei steigender Temperatur, was für das thermische Design entscheidend ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~621nm und die spektrale Breite zeigt.

Diese Kurven ermöglichen es Entwicklern, die Leistung unter nicht-standardisierten Bedingungen vorherzusagen und ihre Treiberschaltung zu optimieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die Gehäuseabmessungen des Bauteils sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm angegeben. Die spezifische Zeichnung wird referenziert, aber im Text nicht detailliert. Wichtige mechanische Aspekte umfassen den Gesamt-Footprint, die Höhe und den Abstand der 14 Pins. Die Pin-Anordnung ist für die Durchsteckmontage auf einer Leiterplatte (PCB) ausgelegt. Die graue Front und die weiße Punktfarbe sind Teil des Gehäusedesigns, um den Kontrast zu verbessern.

5.1 Pin-Verbindung und interner Schaltkreis

Das Display hat 14 Pins. Das interne Schaltbild zeigt eine Matrix-Konfiguration, bei der die Anoden der LEDs zeilenweise und die Kathoden spaltenweise verbunden sind (oder umgekehrt, gemäß der Pinbelegungstabelle). Dies ist eine übliche Common-Anode- oder Common-Cathode-Matrixarchitektur, die die Anzahl der benötigten Steuerpins minimiert (5 Zeilen + 7 Spalten = 12 Steuerleitungen anstelle von 5*7=35). Die Pinbelegungstabelle spezifiziert die Funktion jedes Pins:

• Pins sind mit Anoden-Zeile 1-7 und Kathoden-Spalte 1-5 verbunden.
• Wichtige Hinweise:Pin 4 & 11 sind intern verbunden. Pin 5 & 12 sind intern verbunden. Diese interne Brückenbildung muss während des PCB-Layouts und des Treiberentwurfs berücksichtigt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre bereitgestellte Richtlinie betrifft den Lötprozess: Das Bauteil kann einer maximalen Löttemperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden standhalten, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardbeschränkung für das Reflow-Profil. Für Wellenlöten sollten Standardpraktiken für Durchsteckbauteile befolgt werden. Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen für statikempfindliche Bauteile (ESD) sollten beachtet werden, obwohl sie für dieses LED-Produkt nicht explizit angegeben sind. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung erfolgen.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Das LTP-2157AKA benötigt eine externe Treiberschaltung. Aufgrund seiner Matrixstruktur ist Multiplexing die Standard-Ansteuerungsmethode. Dies beinhaltet das sequentielle Aktivieren einer Zeile (oder Spalte) zu einem Zeitpunkt, während gleichzeitig die entsprechenden Datensignale an die Spalten (oder Zeilen) angelegt werden. Typischerweise wird ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder ein dedizierter LED-Display-Treiber-IC (wie der MAX7219 oder ähnlich) verwendet. Der Treiber muss den korrekten Strom liefern und dabei die Spitzen- und Durchschnittsstromgrenzwerte beachten. Strombegrenzungswiderstände sind für jede Spalten- oder Zeilenleitung zwingend erforderlich, um den Vorwärtsstrom (I_F) einzustellen. Der Wert wird mit der Formel berechnet: R = (V_versorgung- V_F- V_{treiber_sättigung}) / I_F.

7.2 Designüberlegungen

• Multiplex-Frequenz:Muss hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >60 Hz).
• Stromberechnung:Verwenden Sie den Durchschnittsstromgrenzwert (13mA max bei 25°C) für Gleichstromberechnungen. Im Multiplex-Modus mit N Zeilen kann der Spitzenstrom pro Punkt bis zu N * I_avgbetragen, darf aber den Spitzengrenzwert von 90mA nicht überschreiten.
• Thermisches Management:Bei Betrieb in hohen Umgebungstemperaturen muss der Vorwärtsstrom gemäß dem Faktor 0,17 mA/°C reduziert werden.
• Spannungsversorgung:Muss die höchste V_Funter Betriebsbedingungen und alle Spannungsabfälle in der Treiberschaltung berücksichtigen.
• PCB-Layout:Stellen Sie die korrekte Pin-Zuordnung gemäß der Verbindungstabelle sicher. Beachten Sie die intern verbundenen Pins (4-11 und 5-12), um Layoutfehler zu vermeiden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP- oder GaP-LEDs bietet die AlInGaP-Technologie im LTP-2157AKA eine deutlich höhere Lumenausbeute, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Strom und einer besseren Farbreinheit führt. Im Vergleich zu einfachen 7-Segment-Anzeigen bietet das 5x7 Punktmatrix-Format echte alphanumerische Fähigkeiten, die die Anzeige von Buchstaben, Zahlen und einfachen Symbolen ermöglichen. Die 2,0-Zoll-Höhe ist größer als bei vielen gängigen Zeichenanzeigen und bietet eine überlegene Sichtbarkeit. Die horizontale Stapelbarkeit ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber Displays mit festen Mehrfachzeichenmodulen und bietet Designflexibilität.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich dieses Display mit einem konstanten Gleichstrom auf allen Punkten gleichzeitig ansteuern?
A: Theoretisch möglich, aber unpraktisch. Es würden 35 unabhängige strombegrenzte Kanäle benötigt. Multiplexing ist die Standard- und effiziente Methode.

F2: Was ist der Unterschied zwischen Spitzen-Emissionswellenlänge und dominanter Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge ist die Stelle, an der die meiste optische Leistung emittiert wird. Die dominante Wellenlänge ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene äquivalente Einzelwellenlänge. Sie sind oft nahe beieinander, aber nicht identisch, insbesondere bei breiteren Spektren.

F3: Wie interpretiere ich das Tastverhältnis von 1/16 in der Lichtstärke-Testbedingung?
A: Die Intensität wird gemessen, wenn die LED mit einem 32mA-Strom in einer Wellenform mit einem Tastverhältnis von 1/16 gepulst wird. Dies simuliert ein Multiplex-Ansteuerungsschema, bei dem jede Zeile für 1/16 der gesamten Zykluszeit aktiv ist. Der angegebene Intensitätswert ist der zeitliche Durchschnitt.

F4: Warum sind die Pins 4 & 11 und 5 & 12 intern verbunden?
A: Dies liegt wahrscheinlich am internen Layout der Matrix, um die Chip-Bonding oder Substrat-Verdrahtung zu vereinfachen. Elektrisch bedeutet dies, dass diese Pin-Paare miteinander kurzgeschlossen sind. In Ihrer Schaltung müssen Sie sie mit demselben Knoten verbinden.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen 4-stelligen Temperaturanzeige für einen Industrieofen.
Das System verwendet einen Mikrocontroller mit einem Temperatursensor. Vier LTP-2157AKA Displays sind horizontal gestapelt. Die Firmware des Mikrocontrollers enthält eine Schriftartabbildung für die Ziffern 0-9, das Grad-Symbol und 'C'. Unter Verwendung einer Multiplex-Routine durchläuft es zyklisch die vier Displays (die als vier Sätze von Zeilen/Spalten fungieren) und berechnet die entsprechenden Spaltendaten für jede Zeile basierend auf der aktuell anzuzeigenden Ziffer. Strombegrenzungswiderstände sind auf den Spaltenleitungen platziert. Die Aktualisierungsrate ist auf 100 Hz eingestellt, um Flackern zu eliminieren. Die hohe Helligkeit und der breite Betrachtungswinkel stellen sicher, dass die Temperatur von verschiedenen Positionen auf der Werkstattfläche aus lesbar ist. Die industrielle Temperaturklassifizierung des Displays gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb in der heißen Umgebung in der Nähe des Ofens.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTP-2157AKA basiert auf Halbleiter-Elektrolumineszenz. Die AlInGaP-Chipstruktur bildet einen p-n-Übergang. Wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung des Übergangs überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Legierungszusammensetzung von AlInGaP bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der emittierten orangen Lichtwellenlänge (~621 nm) entspricht. Die 5x7-Matrix wird durch einzeln adressierbare LED-Chips gebildet, die an den Schnittpunkten von Zeilen- und Spaltenleitern auf einem Substrat platziert sind. Durch selektives Anlegen einer Spannung an eine bestimmte Zeile und Spalte wird nur die LED an diesem Schnittpunkt in Vorwärtsrichtung betrieben und leuchtet auf.

12. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Effizienz sichtbarer LEDs für rote, orange und gelbe Farben dar. Sie hat ältere Technologien wie GaAsP weitgehend abgelöst. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie bewegen sich hin zu Matrizen mit höherer Dichte (z.B. 8x8, 16x16) und Vollfarb-RGB-Matrizen. Dennoch bleiben einfarbige, niedrigauflösende Punktmatrix-Displays wie das 5x7 für kostensensitive, zuverlässigkeitskritische Anwendungen, bei denen einfache alphanumerische Informationen ausreichen, hochrelevant. Ihre Vorteile umfassen Einfachheit, Robustheit, geringen Stromverbrauch und ausgezeichnete Lebensdauer. Das Prinzip der Matrixadressierung bleibt grundlegend für größere und komplexere Displaytechnologien, einschließlich OLED- und microLED-Displays.