LTP-14088KD-J LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 1,50 Zoll Höhe - Hyper Rot 650nm - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-14088KD-J ist ein Halbleiter-8x8-Punktmatrix-LED-Displaymodul in Einzelebene. Seine Hauptfunktion besteht darin, alphanumerische und symbolische Zeichen in einem kompakten, zuverlässigen Format darzustellen. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung fortschrittlicher AS-AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Hyper-Rot-LED-Chips, die epitaktisch auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind. Diese Technologie bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP eine überlegene Lichtausbeute und Farbreinheit für die Rot-Emission. Das Display verfügt über eine schwarze Front mit weißen Punkten, was einen ausgezeichneten Kontrast für gute Lesbarkeit bietet. Es ist für geringen Stromverbrauch ausgelegt und bietet einen weiten Betrachtungswinkel, was es für verschiedene Informationsanzeigeanwendungen geeignet macht, bei denen klare Sichtbarkeit oberste Priorität hat. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Einheiten zu gewährleisten, und ist in einer bleifreien, RoHS-konformen Bauform verpackt.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität des Displays. Unter Standardtestbedingungen mit einem mittleren Durchlassstrom von 32mA und einem Tastverhältnis von 1/16 beträgt die typische mittlere Lichtstärke pro Punkt 2475 µcd (Mikrocandela), mit einem spezifizierten Mindestwert von 1020 µcd. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 650 Nanometer (nm) und liegt im tiefroten Spektrum. Die dominante Wellenlänge (λd) ist mit 639 nm spezifiziert. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm, was auf eine relativ schmale Bandbreite und reine Farbemission hindeutet. Ein kritischer Parameter für die Anzeigegleichmäßigkeit ist das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis, das für Punkte innerhalb eines ähnlichen Lichtbereichs mit maximal 2:1 spezifiziert ist. Das bedeutet, der hellste Punkt in einer Gruppe sollte nicht mehr als doppelt so hell sein wie der dunkelste, was eine akzeptable visuelle Konsistenz über die gesamte Matrix hinweg sicherstellt.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und Leistungsanforderungen. Die Durchlassspannung (VF) für einen einzelnen LED-Punkt liegt je nach Treiberstrom zwischen 2,1V und 2,8V. Bei einem Standardteststrom von 20mA liegt VF im Bereich von 2,1V (min) bis 2,6V (max). Bei einem höheren Spitzenstrom von 80mA verschiebt sich dieser Bereich auf 2,3V bis 2,8V. Der Sperrstrom (IR) für jedes Segment beträgt maximal 100 µA, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5V angelegt wird. Diese Parameter sind entscheidend für den Entwurf der entsprechenden Konstantstrom- oder Multiplex-Treiberschaltung.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Betrachtungen

Die Einhaltung der absoluten Maximalwerte ist für die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Bauteils unerlässlich. Die mittlere Verlustleistung pro Punkt darf 70 Milliwatt (mW) nicht überschreiten. Der Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt ist mit 90 mA spezifiziert, jedoch unter gepulsten Bedingungen mit einer Frequenz von 1 kHz und einem Tastverhältnis von 18%. Der mittlere Durchlassstrom pro Punkt unterliegt einer Derating-Kurve; er beträgt 25 mA bei 25°C und sinkt linear um 0,28 mA pro Grad Celsius Anstieg der Umgebungstemperatur. Das Bauteil kann innerhalb eines Temperaturbereichs von -35°C bis +105°C betrieben und gelagert werden. Für die Montage sind Lötbedingungen von 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene spezifiziert.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das LTP-14088KD-J verwendet ein Kategorisierungssystem hauptsächlich für die Lichtstärke. Wie in den Merkmalen und elektrischen Eigenschaften angegeben, werden die Einheiten basierend auf ihrer gemessenen mittleren Lichtleistung gebinnt. Das Datenblatt gibt einen Mindestwert (1020 µcd) und einen typischen Wert (2475 µcd) an, was darauf hindeutet, dass Produktionsteile getestet und nach ihrer tatsächlichen Intensität gruppiert werden, wahrscheinlich in verschiedene Ausgangsleistungsgrade oder Kategorien. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile mit konsistenter Helligkeit für ihre Anwendung auszuwählen. Während das Dokument keine expliziten Bins für Wellenlänge oder Durchlassspannung angibt, definieren die angegebenen Min/Max-Bereiche für diese Parameter (z.B. VF, λp) die akzeptablen Grenzen für alle ausgelieferten Einheiten und stellen sicher, dass sie innerhalb eines funktional kompatiblen Fensters liegen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf einen Abschnitt für typische elektrische/optische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Graphen im Textauszug nicht enthalten sind, sind solche Kurven, die normalerweise in vollständigen Datenblättern enthalten sind, für den Entwurf von entscheidender Bedeutung. Diese würden normalerweise umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, und hilft, den Treiberstrom für die gewünschte Helligkeit und Effizienz zu optimieren.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Wesentlich für die Berechnung der Verlustleistung und den Entwurf der Spannungsversorgung für die Treiberschaltung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, was für Anwendungen in variierenden thermischen Umgebungen kritisch ist.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um das 650nm-Peak.

Konstrukteure sollten diese Kurven konsultieren, um die nichtlinearen Beziehungen zwischen Strom, Spannung, Temperatur und Lichtleistung zu verstehen und so einen robusten Systementwurf zu ermöglichen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen und Toleranzen

Das Bauteil hat eine Matrixhöhe von 1,50 Zoll (37,0 mm). Die Gehäusezeichnung (im Text erwähnt, aber nicht detailliert) würde kritische Abmessungen für das Leiterplatten-Layout liefern, einschließlich Gesamtlänge, -breite, -höhe und Pinabstand. Wichtige genannte Toleranzen sind: ±0,25 mm für die meisten Abmessungen, eine Pinspitzenverschiebungstoleranz von ±0,4 mm und Grenzwerte für Fremdmaterial, Tintenverschmutzung, Verbiegung und Blasen innerhalb der LED-Segmente (in mils spezifiziert). Diese gewährleisten mechanische Zuverlässigkeit und ein konsistentes optisches Erscheinungsbild.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Display hat eine 16-polige Konfiguration. Die Pinbelegung ist klar definiert: Die Pins 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12 und 14 sind mit den Kathoden spezifischer Zeilen verbunden (z.B. Kathodenzeile 1, 2, 3...8). Die Pins 3, 4, 6, 10, 11, 13, 15 und 16 sind mit den Anoden spezifischer Spalten verbunden (z.B. Anodenspalte 1, 2, 3...8). Das interne Schaltbild zeigt eine Standard-Gemeinschaftskathoden-Konfiguration für eine 8x8-Matrix. Jede der 64 LEDs (Punkte) wird am Schnittpunkt einer Anodenspaltenleitung und einer Kathodenzeilenleitung gebildet. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, muss der entsprechende Anodenpin auf High-Pegel (mit einem strombegrenzenden Widerstand) gesetzt und der entsprechende Kathodenpin auf Low-Pegel gezogen werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Montageanweisung betrifft den Lötprozess. Das Bauteil kann Wellen- oder Reflow-Löten standhalten, unter der Bedingung, dass die Löttemperatur an einem Punkt 1/16 Zoll (1,6 mm) unterhalb der Auflageebene 260°C für nicht mehr als 3 Sekunden überschreitet. Dies ist ein standardmäßiges, IPC-konformes Profil für bleifreies Löten. Konstrukteure müssen sicherstellen, dass ihr Leiterplatten-Montageprozess diesem thermischen Profil entspricht, um Schäden an den LED-Chips oder dem Kunststoffgehäuse zu vermeiden. Der weite Lager- und Betriebstemperaturbereich (-35°C bis +105°C) bietet Flexibilität für die Handhabung und Verwendung in verschiedenen Umgebungen, jedoch sollten während der Handhabung stets Standard-ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden.

7. Anwendungsvorschläge und Entwurfsüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Dieses 8x8-Punktmatrix-Display ist ideal für Anwendungen, die kompakte alphanumerische oder einfache Grafikdisplays mit niedriger bis mittlerer Auflösung erfordern. Häufige Einsatzgebiete sind: Statusanzeigen auf industriellen Bedienfeldern, einfache Nachrichtentafeln, Anzeigen für Test- und Messgeräte, Bildungskits für Elektronik und Prototypengeräte. Seine Kompatibilität mit Standard-Zeichencodes (ASCII) macht die Anbindung an Mikrocontroller zur Textanzeige unkompliziert.

7.2 Wichtige Entwurfsüberlegungen

• Treiber-Schaltung:Aufgrund seiner Matrixstruktur erfordert das Display eine Multiplex-Ansteuerung. Ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder dedizierte LED-Treiber-ICs (wie MAX7219 oder HT16K33) müssen verwendet werden, um die Zeilen und Spalten sequentiell zu scannen. Die Spitzenstromwerte (90 mA gepulst) müssen im Treiberentwurf beachtet werden.
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Anodenspalte obligatorisch (oder in den Treiber-IC integriert), um den Durchlassstrom für die LEDs einzustellen, typischerweise zwischen 20-32 mA für mittlere Helligkeit, basierend auf dem Tastverhältnis.
• Verlustleistung:Die Grenze von 70 mW pro Punkt und die Stromderating-Kurve mit der Temperatur müssen für den ungünstigsten Betriebsfall berechnet werden, insbesondere wenn mehrere Punkte gleichzeitig über längere Zeit beleuchtet sind.
• Betrachtungswinkel:Der weite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, sollte jedoch beim mechanischen Gehäuseentwurf berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das Display für den Endbenutzer korrekt ausgerichtet ist.
• Stapelbarkeit:Die Eigenschaft der horizontalen Stapelbarkeit impliziert mechanische Kompatibilität zur Erstellung breiterer Mehrfachzeichen-Displays, was eine sorgfältige Ausrichtung und Verbindung im Leiterplattenentwurf erfordert.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der wichtigste Differenzierungsfaktor des LTP-14088KD-J ist die Verwendung von AlInGaP-Hyper-Rot-LED-Technologie. Im Vergleich zu älteren roten LED-Technologien wie Standard-GaAsP oder GaP bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, es kann die gleiche oder eine größere Lichtleistung (gemessen in µcd) bei einem niedrigeren Treiberstrom erzeugen, was direkt zum Merkmal "geringer Leistungsbedarf" beiträgt. Es bietet im Allgemeinen auch eine gesättigtere und reinere rote Farbe (um 650 nm) mit besserer Konsistenz. Im Vergleich zu anderen 8x8-Displays ähnlicher physikalischer Größe sind seine kategorisierte Lichtstärke und RoHS-Konformität zusätzliche Wettbewerbsvorteile für qualitätsbewusste und umweltregulierte Märkte.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge (650 nm) und dominanter Wellenlänge (639 nm)?

A: Die Peak-Wellenlänge ist die Wellenlänge, bei der die emittierte optische Leistung am größten ist. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe des emittierten Lichts entspricht. Der leichte Unterschied ist normal und erklärt sich durch die Form des Emissionsspektrums der LED.

F: Kann ich dieses Display mit einem 5V-Mikrocontroller ohne Treiber-IC ansteuern?

A: Ein direkter Anschluss wird nicht empfohlen. Die Durchlassspannung beträgt ~2,6 V, aber Sie müssen strombegrenzende Widerstände verwenden. Noch wichtiger ist, dass das direkte Ansteuern einer 8x8-Matrix von MCU-Pins aus ineffizient ist und die Stromquellen-/Senken-Fähigkeiten des MCU überschreiten wird. Fast immer ist ein dedizierter Multiplex-Treiber erforderlich.

F: Was bedeutet "1/16 Tastverhältnis" in der Lichtstärke-Testbedingung?

A: Es bedeutet, dass die LED für 1/16 der Zeit eingeschaltet und für 15/16 ausgeschaltet ist. Die spezifizierte Lichtstärke ist ein unter dieser Bedingung gemessener Mittelwert. In einem multiplexen 8x8-Display ist jede Zeile typischerweise für 1/8 der Zeit aktiv (1/8 Tastverhältnis), daher muss der Treiberstrom möglicherweise angepasst werden, um die gewünschte mittlere Helligkeit zu erreichen.

F: Wie interpretiere ich das 2:1 Lichtstärke-Anpassungsverhältnis?

A: Dies ist eine Gleichmäßigkeitsspezifikation. Es bedeutet, dass innerhalb einer Gruppe von LEDs (z.B. alle Punkte in der Matrix) der hellste Punkt unter identischen Bedingungen gemessen nicht mehr als doppelt so hell sein wird wie der dunkelste Punkt. Dies gewährleistet ein einigermaßen gleichmäßiges Erscheinungsbild.

10. Praktisches Entwurfs- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf einer Einzelzeichenanzeige für einen Temperaturmonitor. Ein Mikrocontroller liest einen Sensor und muss eine Zahl von 0 bis 99 anzeigen. Zwei LTP-14088KD-J Displays können horizontal gestapelt werden. Der Mikrocontroller würde über einen SPI- oder I2C-LED-Treiber-IC die Displays multiplexen. Der Treiber-IC übernimmt das Zeilenscannen und das Spaltendatenschieben, zieht die Kathodenzeilen sequentiell auf Low, während er für jede Spalte basierend auf dem im Mikrocontrollerspeicher gespeicherten Zeichensatz das korrekte Muster der Anodenströme bereitstellt. Der Treiberstrom würde über einen externen Widerstand beispielsweise auf 25 mA mittleren Strom pro Punkt eingestellt, um den Betrieb innerhalb der 70 mW Verlustleistungsgrenze sicherzustellen. Die schwarze Front bietet guten Kontrast in einem Innenbedienfeld. Das Design muss ein Wärmemanagement beinhalten, wenn das Gehäuse hohe Umgebungstemperaturen erreichen könnte, da die Lichtleistung abnimmt und der Strom möglicherweise gederated werden muss.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTP-14088KD-J arbeitet nach dem grundlegenden Prinzip einer Leuchtdiode (LED). Wenn eine Durchlassspannung, die die Schwellenspannung der Diode (ca. 2,1-2,6 V) überschreitet, über einen einzelnen LED-Übergang (Anode zu Kathode) angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des AlInGaP-Halbleiterchips. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen frei und erzeugt Licht mit einer für die Bandlücke des Halbleitermaterials charakteristischen Wellenlänge – in diesem Fall rotes Licht um 650 nm. Die 8x8-Matrixstruktur wird durch Verbinden von 64 einzelnen LED-Chips in einem Gittermuster gebildet. Externe Elektronik verwendet eine Multiplex-Technik, um dieses Gitter zu steuern. Durch schnelles Umschalten (Scannen), welche Zeilenkathode aktiv (mit Masse verbunden) ist und welche Spaltenanoden mit Strom versorgt werden, wird durch das Nachleuchten der Netzhaut die Illusion eines stabilen Bildes erzeugt. Diese Methode reduziert die Anzahl der erforderlichen Steuerpins drastisch von 64 (eine pro LED) auf nur 16 (8 Zeilen + 8 Spalten).

12. Technologietrends und Kontext

Diskrete LED-Punktmatrix-Displays wie das LTP-14088KD-J repräsentieren eine ausgereifte und zuverlässige Technologie. Während neuere Display-Technologien wie OLEDs oder hochauflösende LCDs feinere Details und Vollfarben bieten, behalten LED-Punktmatrizen starke Positionen in Anwendungen, die hohe Helligkeit, weite Betrachtungswinkel, extreme Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, Einfachheit und Betrieb über einen weiten Temperaturbereich erfordern – oft zu geringeren Kosten. Der Trend in diesem Segment geht hin zu effizienteren LEDs (wie der hier verwendeten AlInGaP), geringerem Stromverbrauch, bleifreien und umweltfreundlichen Gehäusen und manchmal zu oberflächenmontierbaren (SMD) Bauformen für die automatisierte Montage, obwohl Durchstecktypen wie dieser für Prototyping und bestimmte industrielle Anwendungen beliebt bleiben. Das Kernprinzip der Multiplex-Ansteuerung bleibt Standard, aber moderne integrierte Treiberchips bieten mehr Funktionen wie eingebaute Zeichensätze, Helligkeitssteuerung und einfachere digitale Schnittstellen (SPI/I2C).