LTP-1557KF 5x7 Punktmatrix-LED-Display Datenblatt - 1,2 Zoll Höhe - Gelb-Orange Farbe - 20mA Betriebsstrom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-1557KF ist ein einstelliges, alphanumerisches Anzeigemodul, das in einer 5x7 Punktmatrix-Konfiguration aufgebaut ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, Zeichen, Symbole oder einfache Grafiken durch selektives Ansteuern einzelner LED-Punkte darzustellen. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, um eine gelb-orange Lichtemission zu erzeugen. Dieses Bauteil zeichnet sich durch eine graue Frontplatte mit weißer Punktfärbung aus, was den Kontrast für eine verbesserte Lesbarkeit erhöht. Es ist für den Betrieb mit geringer Leistung ausgelegt und bietet einen breiten Betrachtungswinkel, was es für verschiedene Anzeige- und Informationsdarstellungsanwendungen geeignet macht, bei denen eine klare, monochrome Zeichenausgabe erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Anzeige umfassen ihre Halbleiterzuverlässigkeit, den geringen Leistungsbedarf und die Kompatibilität mit Standard-Zeichencodes wie USASCII und EBCDIC. Das einlagige Design und der breite Betrachtungswinkel gewährleisten eine gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Perspektiven. Sie ist außerdem nach Lichtstärke kategorisiert, was eine Helligkeitsabstimmung in Mehrfachanwendungen ermöglicht, und wird in einer bleifreien Bauform angeboten, die den RoHS-Richtlinien entspricht. Die primären Zielmärkte umfassen Industrie-Steuerpulte, Messgeräte, Kassenterminals, einfache Informationsanzeigen und eingebettete Systeme, bei denen eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Zeichenanzeige benötigt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen und optischen Parameter und erklärt deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Dies begrenzt den kombinierten Effekt von Durchlassstrom (I_F) und Durchlassspannung (V_F) über jeden einzelnen LED-Punkt.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 60 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1 kHz, 10% Tastverhältnis). Dies ermöglicht kurzzeitig höhere Stromimpulse für Multiplexing oder zur Erzielung einer höheren momentanen Helligkeit.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 25 mA bei 25°C. Dies ist der Schlüsselparameter für den stationären, nicht gepulsten Betrieb. Der Derating-Faktor von 0,28 mA/°C zeigt an, dass der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt, um eine Überhitzung zu verhindern.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V. Das Überschreiten dieses Wertes kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Dies definiert die Umgebungsgrenzen für einen zuverlässigen Betrieb und die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
• Lötbedingungen:260°C für 3 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene. Dies ist kritisch für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bondverbindungen zu vermeiden.

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

Dies sind die typischen und garantierten Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):55 bis 170 μcd (min), 99 bis 200 μcd (typ) bei I_F=20mA. Dieser große Bereich zeigt an, dass das Bauteil gebinnt oder kategorisiert ist. Entwickler müssen diese Schwankung bei der System-Helligkeitsplanung berücksichtigen. Die Testbedingung wurde von 1mA auf 20mA revidiert, um die Spezifikation an einen gebräuchlicheren Betriebsstrom anzupassen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):611 nm (typ). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung am stärksten ist.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm (typ). Dies misst die Breite des emittierten Spektrums; ein kleinerer Wert zeigt ein monochromatischeres (reineres) Licht an.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605 nm (typ). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe als gelb-orange definiert.
• Durchlassspannung pro Punkt (V_F):2,05V (min), 2,6V (typ) bei I_F=20mA. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Die Treiber-Versorgungsspannung muss höher als V_F sein, um den Strom korrekt zu regeln.
• Sperrstrom pro Punkt (I_R):Maximal 100 μA bei V_R=5V. Ein niedriger Sperrstrom ist wünschenswert.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Maximal 2:1 für ähnliche Lichtfläche. Dies bedeutet, dass der hellste Punkt in einer Anordnung nicht mehr als doppelt so hell wie der dunkelste Punkt sein sollte, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt zeigt an, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert, dass ein Binning-System angewendet wird, obwohl spezifische Bin-Codes hier nicht aufgeführt sind.

• Lichtstärke-Binning:Der spezifizierte I_V-Bereich (55-170 μcd min, 99-200 μcd typ) deutet darauf hin, dass Produkte basierend auf der gemessenen Lichtausbeute bei 20mA in Gruppen sortiert werden. Entwickler, die mehrere Einheiten beschaffen, sollten das Bin spezifizieren oder kennen, um eine konsistente Helligkeit über eine mehrstellige Anzeige hinweg sicherzustellen.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Obwohl nicht explizit angegeben, beinhaltet die typische LED-Fertigung ein Binning für die dominante Wellenlänge (Farbe), um visuelle Konsistenz zu gewährleisten. Die engen Spezifikationen für λ_d (605nm) und λ_p (611nm) deuten auf einen kontrollierten Prozess hin.
• Durchlassspannungs-Binning:Wird für Displays seltener hervorgehoben, aber der V_F-Bereich (2,05-2,6V) definiert die Streuung des elektrischen Parameters.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische/optische Kennlinien\" auf der letzten Seite. Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, würden Standardkurven für solche Bauteile typischerweise umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kniespannung liegt bei etwa 2V, was mit der AlInGaP-Technologie übereinstimmt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_V vs. I_F):Würde zeigen, dass die Lichtausgabe bis zu einem gewissen Punkt annähernd linear mit dem Strom ansteigt, danach fällt der Wirkungsgrad.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (I_V vs. T_a):Würde die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur demonstrieren und die Bedeutung des thermischen Managements und des Strom-Deratings hervorheben.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die einen Peak nahe 611nm und eine Breite von etwa 17nm bei halber Peak-Intensität zeigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Das Bauteil hat einen Standard-Dual-Inline-Package (DIP)-Footprint. Wichtige dimensionale Hinweise aus dem Datenblatt: Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein spezifischer Hinweis erwähnt eine Pin-Spitzen-Verschiebungstoleranz von ±0,4 mm, was für die PCB-Lochplatzierung und die Lötausbeute wichtig ist.

5.2 Internes Schaltbild und Pin-Belegung

Die interne Schaltung ist eine Standard-5x7-Matrix. Zeilen (Anoden) und Spalten (Kathoden) sind gemultiplext. Die Pinbelegungstabelle ist für ein korrektes PCB-Layout und Treiberschaltungsdesign essentiell:

• Pins 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 sind mit Anoden-Zeilen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) verbunden.
• Pins 3, 4, 6, 10, 11, 13 sind mit Kathoden-Spalten (1, 2, 3, 4, 5) verbunden.

Beachten Sie, dass einige Funktionen auf verschiedenen Pins dupliziert sind (z.B. Anoden-Zeile 4 auf Pins 5 & 12, Kathoden-Spalte 3 auf Pins 4 & 11), was Layout-Flexibilität bieten kann. Die Pinnummerierung folgt wahrscheinlich einer spezifischen Ausrichtung relativ zur Punktmatrix-Betrachtungsseite.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre bereitgestellte Richtlinie ist der absolute Maximalwert für das Löten: 260°C für 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein Standard-Wellenlötprofil. Für Reflow-Löten sollte ein Standard-bleifreies Profil mit einer Spitzentemperatur von maximal 260°C verwendet werden. Es ist kritisch, übermäßige thermische Belastung zu vermeiden, um Gehäuserisse oder Delamination zu verhindern. Bauteile sollten bis zur Verwendung in der originalen Feuchtigkeitssperrbeutel aufbewahrt werden, insbesondere wenn sie nicht mit einer Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) bewertet sind, obwohl das Datenblatt keine MSL spezifiziert.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist ideal für Anwendungen, die eine einzelne Zeile alphanumerischer Zeichen benötigen: Statusanzeigen für Industrieanlagen (z.B. Fehlercodes, Sollwerte), Konsumgüter, einfache Handmessgeräte, Legacy-System-Upgrades und Bildungselektronik-Bausätze.

7.2 Design-Überlegungen

• Treiberschaltung:Erfordert einen Multiplexing-Treiber (z.B. einen dedizierten Display-IC oder Mikrocontroller mit ausreichend I/O). Jede Zeilenanode wird sequentiell angesteuert, während Daten auf die Spaltenkathoden angelegt werden.
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Spalten- (Kathoden-) Leitung zwingend erforderlich, um den I_F auf einen sicheren Wert einzustellen, typischerweise 20mA oder niedriger, abhängig von Helligkeit und Leistungsanforderungen. Widerstandswert R = (V_Versorgung - V_F) / I_F.
• Stromversorgung:Muss eine Spannung liefern, die höher ist als die max. V_F (2,6V) plus der Durchlassspannung aller Treibertransistoren. Eine 5V-Versorgung ist üblich.
• Betrachtungswinkel:Der breite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber die Montageposition relativ zum Benutzer sollte berücksichtigt werden.
• Helligkeitskonsistenz:Spezifizieren Sie das Intensitäts-Bin, wenn Gleichmäßigkeit über mehrere Einheiten hinweg kritisch ist.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LED-Matrizen bietet die AlInGaP-Technologie im LTP-1557KF einen höheren Wirkungsgrad und eine bessere Farbreinheit (gesättigteres Gelb-Orange). Im Vergleich zu zeitgenössischen Side-Glow- oder hochdichten SMD-Matrizen ist dies ein traditionelles, durchsteckbares DIP-Bauteil, das einfaches Prototyping und Reparatur ermöglicht. Seine Hauptdifferenzierung ist die spezifische 1,2-Zoll-Zeichenhöhe, das 5x7-Format und die gelb-orange Farbe, die möglicherweise für Legacy-Kompatibilität, spezifische Sichtbarkeitsanforderungen (Gelb/Orange kann auffällig sein) oder Kosteneffektivität für einfache Anwendungen gewählt wird, bei denen Vollfarb- oder Grafikfähigkeit nicht erforderlich ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten Gleichstrom an jedem Punkt betreiben?

A: Technisch gesehen ja, aber es würden 35 unabhängige Stromquellen (5x7) benötigt. Dies ist höchst ineffizient. Multiplexing (Abtasten) ist die Standard- und vorgesehene Methode, die die benötigten Treiberpins und die Verlustleistung im Treiber-IC drastisch reduziert.

F: Warum ist der Spitzen-Durchlassstrom (60mA) viel höher als der Dauerstrom (25mA)?

A: Dies ermöglicht Zeitmultiplexing. Ein Punkt ist nur für einen Bruchteil des Abtastzyklus eingeschaltet (z.B. 1/7 für einen 7-Zeilen-Scan). Sie können während seiner kurzen \"Ein\"-Zeit einen höheren Strom pulsieren, um eine höhere wahrgenommene mittlere Helligkeit zu erreichen, ohne die durchschnittlichen Leistungs- (thermischen) Grenzen des LED-Chips zu überschreiten.

F: Die Lichtstärke hat einen sehr großen Bereich (55-200 μcd). Wie stelle ich eine konsistente Helligkeit in meinem Produkt sicher?

A: Sie müssen entweder: 1) Bauteile aus einer einzigen Produktionscharge oder einem spezifizierten Intensitäts-Bin kaufen, 2) Eine Software-Helligkeitskalibrierung oder -anpassung in Ihrem Treiber implementieren, oder 3) Eine hardwaremäßige Stromanpassung pro Einheit verwenden (für die Serienfertigung unpraktisch). Besprechen Sie die Verfügbarkeit von Bin-Codes mit dem Distributor oder Hersteller.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für den Normalbetrieb bei oder unter 20mA pro Punkt und innerhalb des Umgebungstemperaturbereichs ist ein Kühlkörper für die Anzeige selbst typischerweise nicht erforderlich. Ein ordnungsgemäßes PCB-Layout für die Wärmeableitung von den Treiberkomponenten ist jedoch wichtig. Halten Sie sich an die Strom-Derating-Kurve, wenn Sie in Hochtemperaturumgebungen arbeiten.

10. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Fallstudie 1: Einfache Mikrocontroller-Schnittstelle.Ein einfacher 8-Bit-Mikrocontroller kann diese Anzeige direkt ansteuern, wenn er mindestens 12 I/O-Pins hat (7 für Zeilen, 5 für Spalten). Die Zeilen sind über strombegrenzende Widerstände mit Mikrocontroller-Pins verbunden, die als stromliefernde Ausgänge (Anoden) konfiguriert sind. Die Spalten sind mit Pins verbunden, die als Open-Drain- oder Active-Low-Ausgänge (Kathoden) konfiguriert sind. Die Firmware implementiert einen Timer-Interrupt, um die Zeilen abzutasten, indem jeweils eine Zeile auf High gezogen wird, während die Spaltenmuster für diese Zeile aus einer im ROM gespeicherten Font-Tabelle gesetzt werden.

Fallstudie 2: Verwendung eines dedizierten Display-Treiber-ICs.Für Systeme mit begrenzten Mikrocontroller-Pins oder zur Entlastung der Verarbeitung kann ein Treiber-IC wie der MAX7219 oder HT16K33 verwendet werden. Diese ICs übernehmen über eine einfache serielle Schnittstelle (SPI oder I2C) das gesamte Multiplexing, Decodieren und die Helligkeitssteuerung und benötigen nur 2-4 Pins vom Host-Controller. Sie beinhalten oft auch Funktionen wie Zeichenblinken und mehrstellige Kaskadierung, was mit der \"horizontal stapelbaren\" Eigenschaft dieser Anzeige übereinstimmt.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTP-1557KF ist eine Anordnung von 35 unabhängigen AlInGaP-LED-Chips, die in einem Raster von 5 Spalten und 7 Zeilen angeordnet und hinter einer grauen Maske mit 35 Öffnungen (Punkten) montiert sind. Die Anode jeder LED ist mit einer gemeinsamen Zeilenleitung verbunden und ihre Kathode mit einer gemeinsamen Spaltenleitung. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, wird seine entsprechende Zeilenleitung auf eine positive Spannung (durch eine Strombegrenzung) geschaltet und seine Spaltenleitung mit einer niedrigeren Spannung (Masse) verbunden. Diese Matrixanordnung reduziert die benötigten Anschlusspins von 35 (einer pro Punkt) auf 12 (7 Zeilen + 5 Spalten). Die Darstellung eines Zeichens beinhaltet das schnelle Abtasten der Zeilen (1-7) und für jede Zeile das Einschalten der entsprechenden Spalten-LEDs (1-5), die Teil der gewünschten Zeichenform sind. Dieses Multiplexing geschieht schneller, als das menschliche Auge wahrnehmen kann, und erzeugt ein stabiles, vollständiges Zeichenbild.

12. Technologietrends und Kontext

Anzeigen wie das LTP-1557KF repräsentieren eine ausgereifte, etablierte Technologie. Aktuelle Trends bei Anzeige- und alphanumerischen Displays bewegen sich hin zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für automatisierte Montage, höherdichten mehrstelligen Modulen und der Integration von Controllern direkt auf der Display-PCB (\"intelligente\" Displays). Darüber hinaus werden Vollfarb-RGB-LED-Matrizen und OLED-Displays für Anwendungen, die Farbe oder überlegenen Kontrast erfordern, kostengünstiger. Einfache monochrome Punktmatrix-LEDs wie diese bleiben jedoch aufgrund ihrer extremen Zuverlässigkeit, Einfachheit, niedrigen Kosten, hohen Helligkeit, breiten Betriebstemperaturbereich und Langlebigkeit hochrelevant – Eigenschaften, die in industriellen, automotiven und Außenanwendungen entscheidend sind. Der Wechsel zu AlInGaP von älteren Materialien, wie in diesem Bauteil zu sehen, war ein entscheidender Schritt zur Verbesserung von Wirkungsgrad und Farbleistung innerhalb dieses klassischen Formfaktors.