LTP-2057AKY LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 2,0 Zoll (50,8 mm) Höhe - AlInGaP Bernstein Gelb - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2057AKY ist ein monochromes Punktmatrix-Anzeigemodul, das für die Darstellung alphanumerischer Zeichen konzipiert ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, in verschiedenen elektronischen Geräten eine klare, lesbare Anzeige von Zeichen und Symbolen bereitzustellen. Die zugrundeliegende Kerntechnologie ist die Verwendung von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Halbleitermaterial für die LED-Chips, das für seine hohe Effizienz bei der Lichterzeugung im bernsteingelben Spektrum bekannt ist. Das Gerät verfügt über eine graue Frontfläche mit weißen Punkten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert.

Die Anzeige ist als Matrix mit 5 Spalten und 7 Zeilen aufgebaut, was insgesamt 35 einzeln ansteuerbare Punkte ergibt. Diese Konfiguration ist Standard für die Darstellung von ASCII-Zeichen und einfachen Symbolen. Die Angabe "2,0 Zoll" bezieht sich auf die Zeichenhöhe von 50,8 Millimetern, was es für Anwendungen geeignet macht, bei denen Informationen aus mäßiger Entfernung gelesen werden müssen. Das Gerät arbeitet nach dem X-Y (Zeilen-Spalten) Auswahlprinzip, was eine multiplexgesteuerte Ansteuerung zur effizienten Kontrolle einzelner Punkte ermöglicht.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und optische Kenngrößen

Der wichtigste fotometrische Parameter ist die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) mit einem typischen Wert von 3600 Mikrocandela (µcd) unter einer Testbedingung von 32mA Impulsstrom und einem Tastverhältnis von 1/16. Dies weist auf ein hohes Helligkeitsniveau hin, das für Innen- und viele Außenanwendungen geeignet ist. Die dominante Wellenlänge (λd) ist mit 592 Nanometern (nm) spezifiziert und ordnet das emittierte Licht eindeutig dem bernsteingelben Bereich des sichtbaren Spektrums zu. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 15 nm und beschreibt die spektrale Reinheit bzw. die Schmalbandigkeit des emittierten Lichts; ein kleinerer Wert deutet auf eine monochromatischere Lichtquelle hin. Das Gerät bietet ein ausgezeichnetes Zeichenbild aufgrund hoher Helligkeit und hohen Kontrasts, wie in seinen Merkmalen hervorgehoben wird.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Kenngrößen definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für die Anzeige. Die Durchlassspannung (Vf) pro Segment beträgt typischerweise 2,6V bei einem Durchlassstrom (If) von 20mA. Bei einem höheren Impulsstrom von 80mA steigt die Vf typischerweise auf 2,8V an. Dieser positive Temperaturkoeffizient ist für LEDs normal. Der Sperrstrom (Ir) für jeden Punkt beträgt maximal 100 Mikroampere (µA) bei einer angelegten Sperrspannung (Vr) von 5V, was den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand angibt. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was bedeutet, dass der Helligkeitsunterschied zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt im Array dieses Verhältnis nicht überschreiten darf, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.

2.3 Absolute Grenzwerte und thermische Aspekte

Diese Grenzwerte spezifizieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Gerät führen kann. Die durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt darf 70 Milliwatt (mW) nicht überschreiten. Der Spitzendurchlassstrom pro Punkt ist mit 60mA bewertet, während der durchschnittliche Durchlassstrom pro Punkt bei 25°C 25mA beträgt. Entscheidend ist, dass dieser Durchschnittsstromwert oberhalb von 25°C linear um 0,33 mA pro Grad Celsius abgesenkt werden muss. Diese Entlastungskurve ist für das Wärmemanagement-Design essenziell; mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern und die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -35°C und +85°C und definiert die Umgebungsbedingungen für Betrieb und Nichtbetrieb. Die maximale Löttemperatur beträgt 260°C für maximal 3 Sekunden, was einer Standardanforderung für Reflow-Lötprofile entspricht.

3. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die physikalischen Abmessungen des Displaygehäuses sind in einer detaillierten Zeichnung (im Datenblatt referenziert) angegeben. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm spezifiziert, sofern nicht anders angegeben. Dies umfasst die Gesamtlänge, -breite, -höhe, den Abstand zwischen den Pins sowie die Position des Punktmatrixbereichs relativ zu den Gehäuserändern. Das Gehäuse beherbergt die 5x7-LED-Matrix und stellt über Pins die mechanische Struktur und elektrischen Verbindungen bereit.

4. Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Gerät verfügt über eine 14-polige Konfiguration. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pins sind als Anoden für bestimmte Spalten und Kathoden für bestimmte Zeilen zugeordnet. Beispielsweise ist Pin 1 die Kathode für Zeile 5, Pin 3 die Anode für Spalte 2 usw. Diese spezifische Anordnung ist entscheidend für den Entwurf der externen Ansteuerschaltung. Das interne Schaltbild zeigt, dass die LED-Punkte in einer Common-Cathode-Matrixkonfiguration angeordnet sind. Die Anode jeder LED ist mit einer Spaltenleitung verbunden und ihre Kathode mit einer Zeilenleitung. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, muss die entsprechende Spaltenleitung auf High-Potential (Anode positiv) gesetzt und die Zeilenleitung auf Low-Potential (Kathode geerdet) gesetzt werden.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt liefert einen Schlüsselparameter für den Montageprozess: die Löttemperatur. Das Gerät kann eine maximale Temperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden aushalten, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Diese Information ist entscheidend für die Einstellung eines Reflow-Lötofenprofils. Ein Standard-bleifreies Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur um 250°C ist typischerweise kompatibel. Längere Einwirkung von Temperaturen über diesem Grenzwert kann die internen Bonddrähte, die LED-Chips oder das Kunststoffgehäusematerial beschädigen.

6. Anwendungsempfehlungen

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Dieses 5x7-Punktmatrix-Display ist ideal für Anwendungen, die einfache, feste alphanumerische Anzeigen erfordern. Typische Einsatzgebiete sind Industrie-Bedienfelder zur Anzeige von Sollwerten, Statuscodes oder Fehlermeldungen. Es findet sich in Prüf- und Messgeräten, Unterhaltungselektronik wie älteren Audiogeräten oder Haushaltsgeräten sowie in verschiedenen Instrumententafeln. Die bernsteingelbe Farbe wird oft aufgrund ihrer guten Sichtbarkeit und der geringeren wahrgenommenen Helligkeitsbelastung in Umgebungen mit wenig Licht im Vergleich zu reinem Grün oder Blau gewählt.

6.2 Designüberlegungen

Der Entwurf mit dieser Anzeige erfordert sorgfältige Beachtung der Ansteuerschaltung. Da es sich um eine multiplexgesteuerte Matrix handelt, ist ein Mikrocontroller oder ein dedizierter Displaytreiber-IC erforderlich, um die Zeilen und Spalten sequenziell abzutasten. Strombegrenzungswiderstände sind für jede Spalten- (Anoden-) Leitung zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom für die LEDs einzustellen, typischerweise auf den empfohlenen Durchschnittswert von 20mA. Die Entlastungskurve für den Durchlassstrom muss basierend auf der erwarteten maximalen Umgebungstemperatur innerhalb des Produktgehäuses eingehalten werden. Kühlkörper oder Belüftung können erforderlich sein, wenn nahe der oberen Temperaturgrenze gearbeitet wird. Das Multiplexverfahren beeinflusst auch die scheinbare Helligkeit; ein höheres Tastverhältnis oder ein höherer Spitzenstrom kann verwendet werden, um die reduzierte Einschaltzeit pro LED zu kompensieren, jedoch stets innerhalb der absoluten Grenzwerte.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der primäre Unterscheidungsfaktor des LTP-2057AKY ist die Verwendung von AlInGaP-LED-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-Galliumphosphid (GaP)-LEDs für Bernstein/Gelb bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lumenausbeute. Dies bedeutet höhere Helligkeit bei gleichem Treiberstrom oder geringeren Stromverbrauch bei gleichem Helligkeitsniveau. Das Merkmal "hohe Helligkeit & hoher Kontrast" ist ein direktes Ergebnis dieses Materialvorteils. Die graue Frontfläche mit weißen Punkten verbessert den Kontrast weiter, wodurch die Zeichen schärfer und definierter erscheinen, insbesondere bei heller Beleuchtung.

8. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Was ist der Zweck des Tastverhältnisses von 1/16 in der Lichtstärke-Testbedingung?
A: Das Tastverhältnis von 1/16 (z.B. ein Impuls) wird verwendet, weil die Anzeige für Multiplexbetrieb ausgelegt ist. In einer 5x7-Matrix könnte ein gängiges Multiplexverfahren jeweils eine Zeile abtasten. Wenn alle 7 Zeilen gleichmäßig abgetastet werden, ist jede Zeile (und somit jede LED) etwa 1/7 der Zeit aktiv. Das Tastverhältnis von 1/16 im Test ist eine standardisierte Bedingung, um die Spitzenhelligkeit einer einzelnen LED bei kurzem Einschalten zu messen, was für die wahrgenommene Helligkeit in einem Multiplexsystem relevant ist.

F: Wie interpretiere ich die Durchlassspannungs-Spezifikation mit zwei verschiedenen Stromwerten?
A: Die Durchlassspannung (Vf) ist keine Konstante; sie steigt mit dem Strom an. Das Datenblatt liefert zwei Datenpunkte: einen typischen Wert beim Standardbetriebsstrom (20mA) und einen weiteren bei einem höheren Impulsstrom (80mA), der in Multiplexsystemen verwendet werden könnte, um eine höhere wahrgenommene Helligkeit zu erreichen. Entwickler müssen sicherstellen, dass ihre Treiberschaltung die notwendige Spannung bereitstellen kann, insbesondere bei Verwendung höherer Impulsströme.

F: Warum ist eine Stromentlastung oberhalb von 25°C notwendig?
A: LEDs erzeugen intern Wärme. Der Halbleiterübergang hat eine maximale Betriebstemperatur. Wenn die Umgebungstemperatur steigt, verringert sich die Fähigkeit des Gehäuses, diese interne Wärme abzuführen. Um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren sicheren Grenzwert überschreitet, was die Lebensdauer drastisch reduzieren oder sofortigen Ausfall verursachen würde, muss der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden. Der Entlastungsfaktor von 0,33 mA/°C liefert die Richtlinie für diese Reduzierung.

9. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen Temperaturreglers mit digitaler Anzeige. Ein Mikrocontroller würde einen Temperatursensor auslesen, einen Regelalgorithmus ausführen und das LTP-2057AKY-Display ansteuern, um die aktuelle Temperatur anzuzeigen (z.B. " 23 C"). Die I/O-Ports des Mikrocontrollers, konfiguriert mit geeigneten Stromsenken- und -quellenfähigkeiten, würden über strombegrenzende Widerstände mit den Zeilen und Spalten des Displays verbunden. Die Firmware würde eine Abtastroutine implementieren: Sie setzt eine Zeilenleitung auf Low (aktiv), während sie das Muster für diese Zeile auf die fünf Spaltenleitungen legt, wartet eine kurze Zeit und geht dann zur nächsten Zeile über. Dieser Zyklus wiederholt sich schnell und erzeugt ein beständiges visuelles Bild. Die bernsteingelbe Farbe bietet klare Sichtbarkeit auf dem Bedienfeld. Der Entwickler muss die Widerstandswerte basierend auf der Versorgungsspannung und dem gewünschten LED-Strom (z.B. 20mA) berechnen, unter Berücksichtigung des Vf-Abfalls und der Ausgangsspannung des Mikrocontrollers.

10. Funktionsprinzip-Einführung

Das Funktionsprinzip basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, über den AlInGaP-LED-Chip angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall bernsteingelb bei 592 nm. Das transparente GaAs-Substrat lässt mehr Licht entweichen und trägt zu einer höheren externen Effizienz bei. Die 5x7-Matrixanordnung ist eine praktische Methode, um Zeichen durch selektives Beleuchten einer Teilmenge der 35 verfügbaren Punkte zu bilden.

11. Entwicklungstrends

Während diskrete 5x7-Punktmatrix-Displays wie das LTP-2057AKY für spezifische Anwendungen weiterhin im Einsatz sind, hat sich der breitere Trend in der Displaytechnologie hin zu integrierten Modulen verschoben. Dazu gehören LCDs (Flüssigkristalldisplays) und OLEDs (Organische Leuchtdioden), die vollständig pixeladressierbare Grafiken, höhere Auflösung und die Fähigkeit zur Darstellung komplexerer Informationen bieten. Für LED-basierte alphanumerische Anzeigen sind Oberflächenmontage-Bauformen (SMD) und mehrstellige Module mit integrierten Controllern üblicher geworden, was Design und Montage vereinfacht. Die grundlegenden Vorteile von LEDs – hohe Helligkeit, lange Lebensdauer und Robustheit – stellen jedoch sicher, dass sie weiterhin relevant bleiben, insbesondere in rauen Umgebungen oder dort, wo Sichtbarkeit bei direktem Sonnenlicht erforderlich ist. Das AlInGaP-Materialsystem selbst hat kontinuierliche Effizienzverbesserungen erfahren und wurde weitgehend von noch effizienteren Materialien wie InGaN für Blau/Grün/Weiß und AlInGaP für Rot/Bernstein abgelöst, stellt jedoch einen bedeutenden historischen Schritt in der Entwicklung hochheller sichtbarer LEDs dar.