LTP-2088AKD 8x8 LED-Matrix-Display Datenblatt - 2,3 Zoll Höhe - AlInGaP Hyper Rot - 2,6V Durchlassspannung - 40mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2088AKD ist ein einlagiges 8x8 LED-Matrix-Displaymodul, das für die Darstellung alphanumerischer und symbolischer Informationen konzipiert ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine zuverlässige, energieeffiziente visuelle Schnittstelle in elektronischen Systemen bereitzustellen. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Hyper-Rot-LED-Chips, die eine gute Balance zwischen Leistung und Effizienz bieten. Das Display verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Lesbarkeit verbessert. Es ist nach Lichtstärke kategorisiert, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen. Das Bauteil ist horizontal stapelbar, was die Erstellung breiterer Mehrzeichen-Displays ohne komplexe Schnittstellentechnik ermöglicht. Seine Kompatibilität mit Standard-Zeichencodes wie USASCII und EBCDIC macht es vielseitig für die Integration in verschiedene digitale Systeme, die eine einfache Textausgabe erfordern.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Optische Kenngrößen

Die optische Leistung ist bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C definiert. Der Schlüsselparameter, die durchschnittliche Lichtstärke (I_V), hat einen typischen Wert von 3500 µcd (Mikrocandela) unter einer Testbedingung von I_p=32mA und einem Tastverhältnis von 1/16. Der spezifizierte Mindestwert beträgt 1650 µcd, und es ist kein Höchstwert angegeben, was auf einen Fokus auf das Erreichen eines Mindesthelligkeitsschwellenwerts hindeutet. Das Bauteil emittiert im roten Spektrum mit einer Peak-Emissionswellenlänge (λ_p) von 650 nm und einer dominanten Wellenlänge (λ_d) von 639 nm, gemessen bei I_F=20mA. Die spektrale Reinheit wird durch eine spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von 20 nm angezeigt. Ein kritischer Parameter für Multi-Dot-Displays ist das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m), das mit maximal 2:1 spezifiziert ist. Das bedeutet, dass der hellste Punkt im Array unter denselben Betriebsbedingungen nicht mehr als doppelt so hell wie der dunkelste Punkt sein wird, was ein gleichmäßiges Erscheinungsbild gewährleistet.

2.2 Elektrische Kenngrößen

Die elektrischen Parameter sind ebenfalls bei T_A=25°C spezifiziert. Die Durchlassspannung (V_F) für einen einzelnen LED-Punkt beträgt typischerweise 2,6V bei I_F=20mA, mit einem Maximum von 2,8V bei einem höheren Pulsstrom von I_F=80mA. Das Minimum V_Fbeträgt 2,1V bei 20mA. Der Sperrstrom (I_R) ist auf maximal 100 µA begrenzt, wenn eine Sperrspannung (V_R) von 5V angelegt wird, was auf gute Diodeneigenschaften hindeutet.

2.3 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Die durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt darf 40 mW nicht überschreiten. Der Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt ist mit 90 mA bewertet. Der durchschnittliche Durchlassstrom pro Punkt beträgt 15 mA bei 25°C, mit einem Derating-Faktor von 0,2 mA/°C, was bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom sinkt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Die maximale Sperrspannung pro Punkt beträgt 5V. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C und einen identischen Lagertemperaturbereich ausgelegt. Die Lötbarkeit ist für ein Wellen- oder Reflow-Verfahren spezifiziert: Das Bauteil hält 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,59 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses aus.

3. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Display hat eine Matrixhöhe von 2,3 Zoll (58,42 mm). Die Gehäuseabmessungen sind in einer detaillierten Zeichnung mit allen Maßen in Millimetern angegeben. Die Fertigungstoleranz für diese Abmessungen beträgt ±0,25 mm (oder ±0,01 Zoll), sofern in der Zeichnung nicht anders angegeben. Diese Präzision ist wichtig für den mechanischen Einbau in Frontplatten oder Gehäuse.

4. Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil verwendet eine 16-polige Konfiguration für die Schnittstelle. Die Pinbelegung ist für eine X-Y-Matrix-Ansteuerung ausgelegt. Die Pins 1-4 und 9-12 sind die Anoden für die Spalten 1-4 bzw. 8-5. Die Pins 5-8 und 13-16 sind die Kathoden für die Zeilen 5-8 bzw. 4-1. Diese spezifische Anordnung ist entscheidend für den Entwurf der korrekten Treiberschaltung. Das interne Schaltbild zeigt, dass die 64 LEDs (8 Zeilen x 8 Spalten) in einer Common-Cathode-Konfiguration für die Zeilen angeordnet sind. Das bedeutet, dass zur Ansteuerung eines bestimmten Punkts seine entsprechende Spaltenanode auf High-Pegel (positive Spannung angelegt) und seine Zeilenkathode auf Low-Pegel (geerdet) gebracht werden muss. Multiplexing-Techniken werden verwendet, um die Zeilen oder Spalten abzutasten und Muster anzuzeigen.

5. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt ausdrücklich an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet auf einen Binning-Prozess hin, bei dem gefertigte Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung (in µcd) unter Standardtestbedingungen sortiert werden. Einheiten, die in bestimmte Intensitätsbereiche fallen, werden zusammengefasst. Dies ermöglicht es Entwicklern, Displays mit konsistenter Helligkeit für eine bestimmte Anwendung auszuwählen, um auffällige Unterschiede zwischen verschiedenen Einheiten in einem Produkt zu vermeiden. Obwohl in diesem Dokument nicht detailliert beschrieben, könnte das typische Binning für solche Displays mehrere Helligkeitsstufen umfassen (z.B. Hochhelligkeit, Standardhelligkeit).

6. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Diese Diagramme, die typischerweise in vollständigeren Datenblattversionen enthalten sind, würden die Beziehung zwischen Schlüsselparametern visuell darstellen. Zu erwartende Kurven sind: Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve), die die exponentielle Beziehung zeigt und die Berechnung der Treiberspannung ermöglicht; Lichtstärke vs. Durchlassstrom, die zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, oft sublinear bei höheren Strömen; Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur, die den Abfall der Ausgangsleistung bei steigender Temperatur zeigt; und möglicherweise die spektrale Verteilungskurve, die die relative Leistung über die Wellenlängen um 650 nm herum darstellt. Die Analyse dieser Kurven ist wesentlich für die Optimierung der Ansteuerungsbedingungen und das Verständnis der Leistung unter nicht-standardmäßigen Temperaturen.

7. Richtlinien für Lötung und Montage

Die primäre angegebene Richtlinie ist der absolute Grenzwert für die Löttemperatur: 260°C für 3 Sekunden, gemessen 1,59 mm (1/16") unterhalb der Gehäuse-Auflageebene. Dies ist ein Standardwert für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse. Entwickler müssen sicherstellen, dass ihr Lötprofil diesen Grenzwert nicht überschreitet, um Schäden an den internen LED-Chips, Bonddrähten oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Für manuelles Löten sollte ein temperaturgeregeltes Lötgerät mit minimaler Kontaktzeit verwendet werden. Während der Montage sollten stets ordnungsgemäße ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) befolgt werden, da LEDs empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese 8x8 Punktmatrix ist ideal für Anwendungen, die kompakte, niedrigauflösende Texte oder einfache Grafiken erfordern. Typische Anwendungen sind: Industrie-Bedienfelder zur Anzeige von Statuscodes oder einfachen Nachrichten; Test- und Messgeräte zur Anzeige numerischer Werte oder Einheiten; Unterhaltungselektronik wie einfache Anzeigetafeln oder Informationsdisplays; und Bildungskits zum Erlernen der Mikrocontroller-Anbindung und des Multiplexings.

8.2 Designüberlegungen

Treiberschaltung:Ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder dedizierte LED-Treiber-ICs (wie Schieberegister mit Konstantstromausgängen) sind erforderlich. Die Schaltung muss Multiplexing implementieren, um die 8 Zeilen (oder Spalten) zyklisch abzutasten.
Strombegrenzung:Widerstände oder Konstantstromtreiber sind für jede Anodenspalte (oder jeden Punkt, je nach Design) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom einzustellen und ein Überschreiten der absoluten Grenzwerte zu verhindern.
Verlustleistung:Die Grenzwerte von 40 mW pro Punkt und 15 mA Durchschnittsstrom müssen im Multiplexing-Schema eingehalten werden. Zum Beispiel kann bei einem 1/8-Tastverhältnis-Multiplex der Momentanstrom pro Punkt höher als 15 mA sein, aber der *Durchschnittsstrom* über den gesamten Zyklus muss berechnet werden, um innerhalb der Grenzen zu bleiben.
Betrachtungswinkel:Das "breite Betrachtungswinkel"-Merkmal ist vorteilhaft, aber die genaue Winkelverteilung des Lichts ist nicht spezifiziert. Für Anwendungen mit breitem Betrachtungswinkel wird eine Prototypenbewertung empfohlen.
Stapelung:Die horizontale Stapelbarkeit vereinfacht die Erstellung mehrstelliger Displays. Die mechanische Ausrichtung und elektrische Verbindung zwischen den Modulen muss geplant werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das Hauptunterscheidungsmerkmal des LTP-2088AKD ist die Verwendung von AlInGaP Hyper-Rot-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, es kann bei gleichem elektrischem Strom mehr Licht (höhere Lichtstärke) erzeugen, was direkt zu seinem "niedrigen Leistungsbedarf" beiträgt. Es bietet typischerweise auch eine bessere Wellenlängenstabilität über Temperatur und Lebensdauer. Das Grau-Front/Weiß-Segment-Design verbessert den Kontrast im Vergleich zu rein roten oder grünen Gehäusen, insbesondere bei hoher Umgebungsbeleuchtung. Die explizite Kategorisierung der Lichtstärke (Binning) ist ein Vorteil für Anwendungen, die Gleichmäßigkeit erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Peak-Emissionswellenlänge (650nm) und dominanter Wellenlänge (639nm)?
A: Die Peak-Wellenlänge ist der Punkt maximaler Leistung im spektralen Ausgang. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die denselben wahrgenommenen Farbton wie die LED-Ausgabe erzeugen würde. Der Unterschied ergibt sich aus der Form der spektralen Kurve der LED, die eine gewisse Breite aufweist.

F: Wie berechne ich den erforderlichen Vorwiderstand für einen Punkt?
A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, typische V_F von 2,6V und gewünschte I_F von 20mA: R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Verwenden Sie für ein konservatives Design, das sicherstellt, dass der Strom das Ziel nie überschreitet, die maximale V_F (2,8V).

F: Kann ich es mit einer Konstantspannung ohne Strombegrenzung betreiben?
A: Nein. Die LED-Durchlassspannung hat Toleranzen und sinkt mit der Temperatur. Eine konstante Spannung nahe V_F kann zu thermischem Durchgehen führen, bei dem steigender Strom die LED erwärmt, V_F senkt, was zu mehr Strom führt und zum Ausfall. Immer Strombegrenzung verwenden.

F: Was bedeutet ein 2:1 Lichtstärke-Anpassungsverhältnis für mein Design?
A: Es garantiert visuelle Gleichmäßigkeit. Im schlimmsten Fall kann ein Punkt doppelt so hell wie ein anderer sein. Für die meisten alphanumerischen Displays ist dieses Verhältnis akzeptabel und nicht ablenkend. Für Grafiken, die präzise Graustufen erfordern, könnte es eine Überlegung wert sein.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Aufbau einer 4-stelligen alphanumerischen Anzeige für einen Temperaturregler.
Design:Vier LTP-2088AKD-Module werden horizontal gestapelt. Ein einzelner Mikrocontroller (z.B. ein ATmega328P) wird verwendet. Aufgrund begrenzter I/O werden zwei 8-Bit-Serien-Parallel-Schieberegister (wie 74HC595) verwendet, um die 32 Spaltenanoden (8 Spalten x 4 Displays) anzusteuern. Die 8 Zeilenkathoden (durch Stapelung für alle Displays gemeinsam) werden direkt von 8 Mikrocontroller-Pins angesteuert, die als Open-Drain/Senken-Ausgänge konfiguriert sind, jeweils mit einem Transistor für höhere Stromfähigkeit.
Software:Die Firmware implementiert eine Multiplexing-Routine. Sie setzt das Muster für eine Zeile (über die Schieberegister) und aktiviert (erdet) dann nur diese entsprechende Zeilenkathode. Sie durchläuft alle 8 Zeilen schnell (z.B. mit einer Abtastrate von 1-2 kHz). Die Trägheit des Auges erzeugt die Illusion eines stabilen Bildes.
Stromberechnung:Um alle Punkte in einer Zeile mit maximaler Helligkeit anzuzeigen, könnte der Momentanstrom pro Punkt auf 25 mA eingestellt werden. Bei einem 1/8-Tastverhältnis beträgt der Durchschnittsstrom pro Punkt 25 mA / 8 = 3,125 mA, deutlich unter der Durchschnittsbewertung von 15 mA. Der Gesamtversorgungsstrom erreicht seinen Spitzenwert, wenn eine volle Zeile leuchtet: 8 Punkte/Display * 4 Displays * 25 mA = 800 mA. Das Netzteil und die Zeilentreibertransistoren müssen entsprechend dimensioniert werden.

12. Funktionsprinzip

Das LTP-2088AKD basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das AlInGaP-Materialsystem ist ein direkter Bandabstandshalbleiter. Bei Durchlassvorspannung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) werden Elektronen aus dem n-Typ-Gebiet und Löcher aus dem p-Typ-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid bestimmt die Bandabstandsenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall Rot bei etwa 650 nm. Das nicht transparente GaAs-Substrat hilft, Licht nach oben zu reflektieren, und verbessert so die externe Lichtextraktionseffizienz von der Oberseite des Chips. Die 8x8-Matrix wird gebildet, indem 64 dieser winzigen LED-Chips einzeln in einem Zeilen-Spalten-Rastermuster innerhalb des einzelnen Gehäuses verdrahtet werden.

13. Technologietrends

Diskrete Punktmatrix-Displays wie das LTP-2088AKD repräsentieren eine ausgereifte Technologie. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie bewegen sich hin zu höherer Integration und anderen Bauformen. Integrierte LED-Matrix-Module mit eingebauten Controllern (I2C- oder SPI-Schnittstelle) werden immer häufiger und vereinfachen den Designaufwand für den Endbenutzer. Für neue Designs, die kleine alphanumerische Displays erfordern, bieten segmentierte LCDs oder OLEDs oft einen geringeren Stromverbrauch und flexiblere Formatierung. Traditionelle LED-Matrizen behalten jedoch Vorteile in bestimmten Nischen: extrem hohe Helligkeit für den Außenbereich oder Betrachtung bei hohem Umgebungslicht, breite Betriebstemperaturbereiche, lange Lebensdauer und Robustheit in rauen Industrieumgebungen. Die zugrunde liegende AlInGaP-LED-Chip-Technologie verbessert sich weiter, mit laufender Forschung zur Steigerung der Effizienz (Lumen pro Watt) und Verbesserung der Farbreinheit, was allen roten LED-Anwendungen, einschließlich Matrix-Displays, zugutekommt.