LTP-7188KE LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 0,764 Zoll (19,4 mm) Höhe - AlInGaP Rot - 2,6V Durchlassspannung - 40mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-7188KE ist ein festkörperbasiertes, einlagiges 8x8 Punktmatrix-Displaymodul. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine kompakte und zuverlässige Möglichkeit zur Darstellung alphanumerischer Zeichen, Symbole oder einfacher Grafiken zu bieten. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) rote LED-Chips, die epitaktisch auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen sind. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Leuchtstärke im rot-orangen Spektrum bekannt. Das Bauteil verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Sein Design ist für Anwendungen optimiert, die eine klare visuelle Kommunikation in kompakter Bauform erfordern, wobei die Stapelbarkeit die Erstellung größerer Mehrzeichen-Displays ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Display bietet mehrere entscheidende Vorteile, die seinen Anwendungsbereich definieren. Sein geringer Leistungsbedarf macht es für batteriebetriebene oder leistungsempfindliche Geräte geeignet. Die Festkörperbauweise gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit und lange Betriebsdauer, da es keine beweglichen Teile oder Glühfäden gibt, die versagen könnten. Der durch das einlagige Design gebotene weite Betrachtungswinkel ermöglicht eine klare Sichtbarkeit aus verschiedenen Positionen, was für öffentliche Informationsanzeigen oder Instrumentierung entscheidend ist. Die Kompatibilität mit Standard-Zeichencodes wie USASCII und EBCDIC vereinfacht die Integration mit Mikrocontrollern und digitalen Systemen. Das Bauteil ist nach Leuchtstärke kategorisiert, sodass Entwickler Einheiten mit konsistenter Helligkeit auswählen können. Die primären Zielmärkte umfassen Industrie-Bedienfelder, Prüf- und Messgeräte, Unterhaltungselektronik mit Statusanzeigen und Informationsschilder, bei denen Zuverlässigkeit und Klarheit von größter Bedeutung sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung des LTP-7188KE wird durch einen umfassenden Satz elektrischer und optischer Parameter definiert, die während des Schaltungsentwurfs sorgfältig berücksichtigt werden müssen, um optimale Leistung und Langlebigkeit zu gewährleisten.

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt:40 mW. Dies ist die maximale kontinuierliche Leistung, die sicher von einem einzelnen LED-Element, hauptsächlich als Wärme, abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt:90 mA. Dies ist der maximal zulässige Momentanstrom, spezifiziert unter einer gepulsten Bedingung von 1 kHz Frequenz und einem Tastverhältnis von 18%. Das Überschreiten dieses Wertes, selbst kurzzeitig, kann zu katastrophalem Ausfall führen.
• Durchschnittlicher Durchlassstrom pro Punkt:15 mA. Dies ist der maximale empfohlene kontinuierliche Gleichstrom für eine einzelne LED, um die Zuverlässigkeit über ihre Lebensdauer zu erhalten.
• Stromreduzierung bei Temperaturanstieg:Ab 25°C verringert sich der maximal zulässige Strom um 0,2 mA für jeden 1°C Anstieg der Umgebungstemperatur. Dies ist entscheidend für das thermische Management.
• Sperrspannung pro Punkt:5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung, die diesen Wert überschreitet, kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses gesamten Temperaturbereichs ausgelegt.
• Lötbedingung:260°C für 3 Sekunden, wobei die Lötspitze mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses positioniert sein muss. Dies verhindert thermische Schäden an den LED-Chips während der Montage.

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

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen, die das normale Betriebsverhalten des Bauteils darstellen.

• Durchschnittliche Leuchtstärke pro Punkt (I_V):630 μcd (Min), 1650 μcd (Typ). Gemessen mit einem Spitzenstrom (I_p) von 32 mA bei einem Tastverhältnis von 1/16. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Helligkeit.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):632 nm (Typ). Die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist. Dies platziert die Emission im roten Bereich des sichtbaren Spektrums.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (Typ). Ein Maß für die spektrale Reinheit; ein kleinerer Wert zeigt eine monochromatischere Lichtquelle an.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):624 nm (Typ). Die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die sich leicht von der Spitzenwellenlänge unterscheiden kann.
• Durchlassspannung (V_F) beliebiger Punkt:
  • 2,05V (Min), 2,6V (Typ), 2,8V (Max) bei I_F= 20mA.
  • 2,3V (Min), 2,8V (Typ) bei I_F= 80mA (gepulst).
  Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie Strom führt. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom (I_R) beliebiger Punkt:100 μA (Max) bei V_R= 5V. Der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.
• Leuchtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):2:1 (Max). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten LED-Punkt im Array und gewährleistet so ein einheitliches Erscheinungsbild.

Hinweis: Die Leuchtstärkemessung verwendet einen Sensor und einen Filter, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entsprechen, um die Relevanz für das menschliche Sehen sicherzustellen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"nach Leuchtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert, dass ein Binning-System angewendet wird, obwohl spezifische Bin-Codes in diesem Dokument nicht aufgeführt sind. Typischerweise umfasst eine solche Kategorisierung:

• Leuchtstärke-Binning:LEDs aus einer Produktionscharge werden basierend auf ihrer gemessenen Leuchtstärke bei einem Standardteststrom in Gruppen (Bins) sortiert. Dies ermöglicht es Kunden, Displays mit konsistenten und vorhersehbaren Helligkeitsstufen zu erwerben, was für Mehrfachbaugruppen entscheidend ist, um sichtbare Variationen zu vermeiden.
• Wellenlängen-Binning (impliziert):Obwohl nicht explizit als gebinnt angegeben, deuten die engen Spezifikationen für die Spitzen- (632 nm) und dominante Wellenlänge (624 nm) auf eine enge Prozesskontrolle hin. Bei vielen LED-Produkten werden Chips auch nach Wellenlänge (oder Farbkoordinaten für weiße LEDs) gebinnt, um die Farbkonsistenz über ein Display hinweg sicherzustellen.
• Durchlassspannungs-Binning:Der spezifizierte V_F-Bereich (z.B. 2,05V bis 2,8V bei 20mA) zeigt die natürliche Variation. Für Entwürfe, die eine präzise Spannungsanpassung erfordern, können Einheiten basierend auf der gemessenen V_F.

4. Analyse der Leistungskurven

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

• Strom vs. Spannung (I-V-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung. Die \"Kniespannung\" liegt für AlInGaP-rote LEDs bei etwa 1,8-2,0V. Die Kurve ist wesentlich für die Auswahl des geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder den Entwurf von Konstantstrom-Treibern.
• Leuchtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kurve):Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen weiten Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sättigen. Der Messpunkt mit 1/16 Tastverhältnis (32 mA Spitze) wird gewählt, um einen äquivalenten Durchschnittsstrom darzustellen, während Selbsterwärmungseffekte während der Messung vermieden werden.
• Leuchtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur. AlInGaP-LEDs zeigen weniger thermisches Quenchen als ältere Technologien wie GaAsP, aber die Ausgabe nimmt dennoch mit der Temperatur ab. Diese Kurve informiert Entwürfe für Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die eine glockenförmige Kurve zeigt, die um 632 nm zentriert ist, mit einer typischen Halbwertsbreite von 20 nm.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil hat eine Matrixhöhe von 0,764 Zoll (19,4 mm). Die Zeichnung der Gehäuseabmessungen (referenziert, aber im Text nicht detailliert) würde typischerweise die Gesamtlänge, -breite und -dicke des Moduls, den Abstand zwischen den 16 Pins und die Auflageebene zeigen. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Die physikalische Konstruktion ermöglicht horizontales Stapeln, um längere Mehrzeichen-Displays zu bilden.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Display hat ein 16-poliges Dual-Inline-Gehäuse (DIP). Das interne Schaltbild zeigt eine 8x8-Matrix, bei der die Anoden der LEDs zeilenweise und die Kathoden spaltenweise verbunden sind. Diese Common-Anode-Konfiguration wird durch den Pinout bestätigt:

• Pins 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 sind Anoden-Zeilen (für Zeilen 5, 7, 8, 6, 3, 1, 4, 2 jeweils).
• Pins 3, 4, 6, 10, 11, 13, 15, 16 sind Kathoden-Spalten (für Spalten 2, 3, 5, 4, 6, 1, 7, 8 jeweils).

Diese X-Y-Auswahlarchitektur ermöglicht die Steuerung von 64 LEDs mit nur 16 Pins durch Multiplexing. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, muss seine entsprechende Zeilenanode auf High-Pegel getrieben (oder mit Strom versorgt) werden, und seine Spaltenkathode muss auf Low-Pegel gezogen werden.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden. Die Schlüsselspezifikation ist die Lötbedingung: 260°C für maximal 3 Sekunden, wobei die Lötspitze mindestens 1,6 mm unterhalb des Gehäusekörpers sein muss. Dies verhindert, dass übermäßige Hitze über die Pins zu den empfindlichen LED-Chips oder den internen Bonddrähten gelangt und diese beschädigt. Wellenlöt- oder Reflow-Lötprofile sollten so gestaltet sein, dass diese lokale thermische Belastung nicht überschritten wird. Während der Lagerung sollte das Bauteil in seiner ursprünglichen Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel in einer kontrollierten Umgebung (innerhalb des Bereichs von -35°C bis +85°C) aufbewahrt werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Industrie-Bedienfelder:Zur Anzeige von Maschinenstatus, Fehlercodes oder einfachen numerischen Daten.
• Prüf- & Messgeräte:Als Anzeige für Multimeter, Frequenzzähler oder Netzteile.
• Unterhaltungselektronik:In Audio-Geräten (VU-Meter), Haushaltsgeräten oder Spielzeugen zur Statusanzeige.
• Informationsanzeigen:Einfache öffentliche Beschilderung für Zeit, Temperatur oder Warteschlangennummern, insbesondere wenn mehrere Einheiten gestapelt sind.
• Prototyping & Ausbildung:Ideal zum Erlernen der Mikrocontroller-Anbindung, des Multiplexings und von Display-Treibern.

7.2 Design-Überlegungen

• Treiberschaltung:Muss Multiplexing verwenden. Ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder ein dedizierter LED-Treiber-IC (wie der MAX7219) ist erforderlich, um die Zeilen und Spalten zu scannen.
• Strombegrenzung:Jede Spalten- (Kathoden-) Leitung benötigt typischerweise einen seriellen strombegrenzenden Widerstand. Der Wert wird basierend auf der Versorgungsspannung, der LED-Durchlassspannung (V_F) und dem gewünschten Durchschnittsstrom (nicht mehr als 15 mA pro Punkt) berechnet. Für Multiplex-Betrieb wird der Spitzenstrom höher sein, aber der Durchschnitt muss innerhalb der Grenzen bleiben.
• Verlustleistung:Berechnen Sie die Gesamtleistung für alle beleuchteten Punkte, um sicherzustellen, dass die thermische Kapazität des Moduls nicht überschritten wird. Berücksichtigen Sie die Stromreduzierung mit der Temperatur.
• Betrachtungswinkel:Der weite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber berücksichtigen Sie die Montageorientierung relativ zum beabsichtigten Betrachter.
• Aktualisierungsrate:Die Multiplex-Scanrate muss hoch genug sein (typischerweise >60 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren 8x8 Punktmatrix-Displays, die diskrete LEDs oder verschiedene Halbleitermaterialien (wie GaAsP) verwenden, bietet das LTP-7188KE deutliche Vorteile:

• Material (AlInGaP vs. GaAsP):AlInGaP bietet eine deutlich höhere Lumenausbeute und bessere Leistung bei erhöhten Temperaturen, was zu helleren Displays bei gleicher Eingangsleistung führt.
• Integration:Als monolithisches Modul mit grauer Front/weißen Segmenten bietet es einen besseren Kontrast, eine konsistentere Punktausrichtung und eine einfachere Montage als der Aufbau eines Displays aus 64 einzelnen LEDs.
• Zuverlässigkeit:Die Festkörperbauweise bietet im Vergleich zu glühfadenbasierten oder Vakuum-Fluoreszenz-Displays (VFDs) eine überlegene Stoß- und Vibrationsfestigkeit.
• Geringer Leistungsbedarf:Während spezifische Effizienzzahlen nicht angegeben sind, deuten die niedrige V_Fund die gute Leuchtstärke auf eine gute Leistungs-Licht-Umwandlung im Vergleich zu Glüh- oder VFD-Alternativen hin.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

• F: Kann ich dieses Display mit einem 5V-Mikrocontroller ansteuern?A: Ja, aber Sie können die LEDs nicht direkt an die GPIO-Pins anschließen. Sie müssen strombegrenzende Widerstände und wahrscheinlich Transistortreiber für die Zeilen/Spalten verwenden, da die GPIO-Pins die erforderlichen Spitzenströme (bis zu 80 mA pro Punkt beim Multiplexing) nicht liefern/senken können.
• F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzen-Emissionswellenlänge und dominanter Wellenlänge?A: Die Spitzenwellenlänge ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge ist der wahrgenommene Farbpunkt im CIE-Farbdiagramm. Sie unterscheiden sich oft leicht; die dominante Wellenlänge ist für die Farbwahrnehmung relevanter.
• F: Warum wird die durchschnittliche Leuchtstärke bei einem Tastverhältnis von 1/16 gemessen?A: Diese Testbedingung simuliert eine aktive LED in einer vollständig gemultiplexten 8x8-Matrix (jeweils eine Zeile aktiv). Sie ermöglicht die Messung bei einem höheren, leicht messbaren Spitzenstrom (32 mA), während sie den viel niedrigeren Durchschnittsstrom (2 mA) repräsentiert, der im tatsächlichen Betrieb vorhanden wäre, und vermeidet so Messfehler durch Selbsterwärmung.
• F: Wie berechne ich den Widerstandswert für eine Konstantspannungsversorgung?A: Verwenden Sie R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, eine typische V_Fvon 2,6V und einen gewünschten I_Fvon 10mA: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω. Verwenden Sie für ein konservatives Design die maximale V_F, um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte nicht überschreitet.

10. Praktische Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer einfachen 4-stelligen Voltmeter-Anzeige.

1. Hardware-Aufbau:Vier LTP-7188KE-Displays werden horizontal gestapelt. Ein Mikrocontroller (z.B. ein Arduino oder PIC) liest eine analoge Spannung über seinen ADC.
2. Schnittstelle:Die 8 Zeilenpins jedes Displays sind parallel geschaltet. Die 8 Spaltenpins jedes Displays sind mit separaten I/O-Leitungen oder einem Schieberegister verbunden, was eine individuelle Steuerung der Spalten jedes Displays ermöglicht. Dies erzeugt eine 32-Spalten- (4 Displays * 8 Spalten) mal 8-Zeilen-Matrix.
3. Software:Der Mikrocontroller wandelt den ADC-Wert in vier Dezimalziffern um. Er verwendet eine Multiplexing-Routine: Er aktiviert Zeile 1, setzt dann die Spaltenmuster für das erste Segment aller vier Ziffern, wartet eine kurze Zeit, deaktiviert Zeile 1, aktiviert Zeile 2, setzt die neuen Spaltenmuster und so weiter durch alle 8 Zeilen. Dieser Zyklus wiederholt sich schnell.
4. Strom-Design:Wenn ein Durchschnittsstrom von 5 mA pro beleuchtetem Punkt angestrebt wird und im schlimmsten Fall 8 Punkte pro Zeile beleuchtet sind (einer pro Ziffer), wäre der Spitzenstrom pro Spaltentreiber 8 * 5 mA = 40 mA, was innerhalb der Spitzenbelastbarkeit des Bauteils liegt. Geeignete Treiber (z.B. ULN2003 für Spalten, Transistoren für Zeilen) werden ausgewählt, um diesen Strom zu bewältigen.
5. Ergebnis:Eine stabile, helle 4-stellige Anzeige, die den Spannungswert zeigt, wobei alle Ziffern aufgrund des Nachbild-Effekts gleichzeitig erscheinen.

11. Funktionsprinzip

Das LTP-7188KE arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode überschreitet (etwa 1,8-2,0 V für AlInGaP), werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich (die Quantentöpfe in der AlInGaP-Schicht) injiziert. Dort rekombinieren sie strahlend und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Wellenlänge von 632 nm wird durch die Bandlückenenergie der AlInGaP-Legierungszusammensetzung bestimmt. Die 8x8-Matrixanordnung und die Common-Anode-Verdrahtung werden intern über Metallspuren auf dem Substrat implementiert, was eine externe Steuerung durch Multiplexing ermöglicht, um die Anzahl der erforderlichen Anschlusspins zu minimieren.

12. Technologietrends und Kontext

Während dieses spezifische Bauteil eine ausgereifte Display-Technologie darstellt, existiert es innerhalb sich entwickelnder Trends. Die Verwendung von AlInGaP stellt einen Fortschritt gegenüber älteren GaAsP-LEDs dar und bietet eine bessere Effizienz und thermische Stabilität. Aktuelle Trends bei Indikator- und einfachen Matrix-Displays umfassen:

• Höhere Dichte & kleinere Punktabstände:Moderne Module können mehr LEDs auf einer kleineren Fläche unterbringen, um eine höhere Auflösung zu erreichen.
• Oberflächenmontage-Technologie (SMT):Neuere Designs verwenden oft SMT-Gehäuse für die automatisierte Montage, während dieses DIP-Bauteil für die Durchsteckmontage geeignet ist.
• Integrierte Treiber:Einige zeitgenössische Matrix-Displays verfügen über eingebaute Treiber-ICs, was die Schnittstelle auf eine einfache serielle Datenverbindung (SPI/I2C) vereinfacht.
• Alternative Technologien:Für Anwendungen, die höhere Helligkeit, verschiedene Farben oder Flexibilität erfordern, entstehen Technologien wie OLED (Organische LED) oder Micro-LED. Für viele robuste, kostensensitive und einfache Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit und eine Standard-Rot-Anzeige erfordern, bleiben jedoch traditionelle LED-Punktmatrix-Module wie das LTP-7188KE eine praktische und effektive Lösung.

Dieses Bauteil verkörpert eine zuverlässige, gut verstandene Technologie, die weiterhin zahlreiche Anwendungen bedient, bei denen ihre Kombination aus Leistung, Einfachheit und Kosten optimal ist.