LTP-2157AKS 5x7 Punktmatrix-LED-Display Datenblatt - 2,0 Zoll Höhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-2157AKS ist ein monochromes Punktmatrix-Anzeigemodul, das für die Darstellung alphanumerischer Zeichen konzipiert ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine klare, helle visuelle Ausgabe für Anwendungen bereitzustellen, die Informationsanzeigen wie einfache Anzeigen, Statusleuchten oder einfache Nachrichtensysteme erfordern. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitertechnologie für die LED-Chips, die für ihre hocheffiziente Lichtemission im Bernstein/Gelb/Rot-Spektrum bekannt ist. Die Anzeige verfügt über eine 5x7-Matrixkonfiguration, die der Standard für die Darstellung von ASCII-Zeichen und Symbolen ist. Das physische Design umfasst ein schwarzes Gehäuse mit weißen Punkten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Dieses Produkt richtet sich an Entwickler eingebetteter Systeme, Hersteller von Industrie-Steuerpaneelen und Entwickler von Unterhaltungselektronik, die eine zuverlässige, unkomplizierte Displaylösung benötigen.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und optische Eigenschaften

Der wichtigste fotometrische Parameter ist die durchschnittliche Lichtstärke (Iv), die unter einer Testbedingung von 32 mA Impulsstrom und einem Tastverhältnis von 1/16 mit einem typischen Wert von 3600 Mikrocandela (μcd) spezifiziert ist. Dies weist auf eine hohe Helligkeitsausgabe hin, die für Innen- und viele Außenanwendungen geeignet ist. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt 588 nm und die dominante Wellenlänge (λd) 587 nm, was das emittierte Licht fest im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums verortet. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von 15 nm deutet auf eine relativ reine Farbe mit minimaler spektraler Streuung hin. Das Verhältnis der Lichtstärkeanpassung zwischen den Segmenten ist mit maximal 2:1 angegeben, was ein einheitliches Erscheinungsbild über die gesamte Anzeige gewährleistet.

2.2 Elektrische Parameter

Die primäre elektrische Kenngröße ist die Durchlassspannung (Vf) pro Segment, die einen typischen Wert von 2,6 V und einen Maximalwert von 2,6 V bei einem Prüfstrom (If) von 20 mA aufweist. Dies ist ein kritischer Parameter für den Treiberschaltungsentwurf. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: ein durchschnittlicher Durchlassstrom pro Punkt von 25 mA (linear um 0,28 mA/°C oberhalb von 25°C reduziert), ein Spitzendurchlassstrom pro Punkt von 60 mA und eine Sperrspannung pro Punkt von 5 V. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen. Der Sperrstrom (Ir) ist mit maximal 100 μA bei 5 V Sperrspannung spezifiziert.

2.3 Thermische und Umgebungseigenschaften

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +105°C und einen identischen Lagertemperaturbereich ausgelegt. Dieser weite Bereich gewährleistet Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen. Die Verlustleistungsgrenze beträgt durchschnittlich 70 mW pro Punkt. Der Reduktionsfaktor für den Durchlassstrom (0,28 mA/°C) ist entscheidend für die Berechnung sicherer Betriebsströme bei erhöhten Umgebungstemperaturen, um Überhitzung zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das vorliegende Datenblatt beschreibt kein formelles Binning-System für Wellenlänge, Lichtstrom oder Spannung explizit im Detail. Die Spezifikationen geben jedoch Minimal-, Typ- und Maximalwerte für Schlüsselparameter wie Lichtstärke (2100 μcd min, 3600 μcd typ) und Durchlassspannung (2,05 V min, 2,6 V typ/max) an. In der Praxis gruppieren Hersteller Produkte oft basierend auf gemessener Leistung in Bins, um Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Entwickler sollten den Hersteller für spezifische Binning-Informationen konsultieren, wenn ihre Anwendung eine enge Parameteranpassung erfordert.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf der letzten Seite auf 'Typische elektrische / optische Kennlinien'. Während die spezifischen Graphen im Text nicht detailliert sind, umfassen solche Kurven typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Dieser Graph zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung für die LED. Er ist entscheidend für den Entwurf von Konstantstromtreibern, da eine kleine Änderung der Spannung eine große Änderung des Stroms verursachen kann.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, normalerweise in einem annähernd linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs, bevor die Effizienz bei sehr hohen Strömen abfällt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Dieser Graph zeigt die Reduzierung der Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur. Für AlInGaP-LEDs nimmt die Lichtstärke typischerweise mit steigender Temperatur ab.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~588 nm und die 15 nm Halbwertsbreite zeigt und die Farbreinheit bestätigt.

Diese Kurven sind entscheidend, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen und das Design für Leistung und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das LTP-2157AKS wird in einem Standard-Dual-Inline-Gehäuse (DIP) präsentiert, das für die Durchsteckmontage auf Leiterplatten geeignet ist. Die Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm. Ein wichtiges mechanisches Merkmal ist die Verschiebungstoleranz der Pinspitze von ±0,4 mm, die für die Ausrichtung der Leiterplattenbohrungen während der Montage wichtig ist. Das Bauteil verwendet eine bleifreie Verpackung, die der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) entspricht. Das physische Erscheinungsbild ist durch ein schwarzes Gehäuse mit weißen Punkten gekennzeichnet, das dazu dient, Umgebungslicht zu absorbieren und den Kontrast zu verbessern, indem die unbeleuchteten Bereiche dunkler erscheinen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Der Abschnitt zu den absoluten Maximalwerten gibt spezifische Lötbedingungen an: Das Bauteil kann einer Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden ausgesetzt werden, gemessen an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellenlöt- oder Handlötprozesse, um thermische Schäden an den LED-Chips oder den internen Bonddrähten zu verhindern. Es ist zwingend erforderlich, dass der maximale Temperaturwert während des Montageprozesses nicht überschritten wird. Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) sollten beim Umgang mit dem Bauteil beachtet werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Teilenummer ist eindeutig als LTP-2157AKS identifiziert. Das Datenblatt spezifiziert keine Details zur Großverpackung wie Spulenmengen, Röhrenanzahlen oder Tablettkonfigurationen. Für die Serienfertigung müssen Ingenieure den Lieferanten kontaktieren, um Einzelheiten zu Mindestbestellmengen, Verpackungstyp (z.B. antistatische Röhren oder Tabletts) und Kennzeichnungskonventionen zu erhalten. Die 'Spec No.' und das 'Effective Date' bieten Rückverfolgbarkeit zur spezifischen Revision der technischen Dokumentation.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Dieses 5x7-Punktmatrix-Display ist ideal für Anwendungen, die eine einfache, lesbare Zeichenausgabe erfordern. Typische Anwendungen umfassen: Industrieinstrumententafeln (zur Anzeige von Sollwerten, Statuscodes oder Fehlermeldungen), Haushaltsgeräte (Mikrowellenherde, Waschmaschinen), einfache Informationsanzeigen in Verkaufsautomaten oder Kassenterminals und Bildungselektronik-Bausätze. Seine gelbe Farbe wird oft für Warnanzeigen oder dort gewählt, wo hohe Sichtbarkeit erforderlich ist.

8.2 Designüberlegungen

Der Entwurf mit dieser Anzeige erfordert aufgrund ihrer X-Y (Matrix)-Auswahlarchitektur, wie im internen Schaltplan gezeigt, eine multiplexe Treiberschaltung. Die Pinbelegungstabelle ist für die korrekte Anbindung an den Mikrocontroller oder Treiber-IC unerlässlich. Die Pins 4 & 11 und 5 & 12 sind intern verbunden, was im Leiterplattenlayout und im Software-Scanning-Routine berücksichtigt werden muss. Ein Konstantstromtreiber wird empfohlen, um gleichmäßige Helligkeit beizubehalten und die LEDs zu schützen. Das Design muss die absoluten Maximalwerte für Strom und Verlustleistung einhalten, insbesondere unter Berücksichtigung des Reduktionsfaktors bei hohen Temperaturen. Eine Kühlkörpermontage ist für dieses Niedrigleistungsbauteil unter normalen Bedingungen im Allgemeinen nicht erforderlich.

9. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu anderen Displaytechnologien bietet diese auf AlInGaP basierende LED-Matrix deutliche Vorteile. Gegenüber älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lumenausbeute und Helligkeit. Im Vergleich zu einfachen 7-Segment-Anzeigen bietet eine 5x7-Punktmatrix eine weitaus größere Flexibilität bei der Anzeige alphanumerischer Zeichen und einfacher Grafiken. Im Kontrast zu modernen LCDs oder OLEDs ist diese LED-Matrix in Bezug auf Betrachtungswinkel, Helligkeit und Robustheit überlegen, obwohl sie für eine vergleichbare Anzeigefläche mehr Strom verbraucht und auf eine einzelne Farbe beschränkt ist. Ihr Hauptunterscheidungsmerkmal ist Einfachheit, Zuverlässigkeit und hohe Sichtbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen ohne Hintergrundbeleuchtung.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum ist der Durchlassstrom mit einem Tastverhältnis (1/16) spezifiziert?

A: Die Anzeige verwendet ein multiplexes Ansteuerungsschema. Um einen durchschnittlichen Strom pro Punkt von z.B. 5 mA zu erreichen, würde der Treiber für eine kurze Zeit (1/16 des Scanzyklus) einen höheren Spitzenstrom (z.B. 80 mA) anlegen. Dies ermöglicht es, alle Punkte sequentiell anzusteuern, während die wahrgenommene Helligkeit erhalten bleibt und die Grenzen der durchschnittlichen Verlustleistung eingehalten werden.

F: Kann ich diese Anzeige mit einer Konstantspannungsquelle ansteuern?

A: Es wird nicht empfohlen. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ihre Durchlassspannung hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Die Ansteuerung mit einer Konstantspannung birgt das Risiko eines Überstroms, wenn die Vf am unteren Ende der Spezifikation liegt, was zu einer verkürzten Lebensdauer oder Ausfall führen kann. Verwenden Sie immer einen strombegrenzenden Widerstand oder vorzugsweise einen Konstantstromtreiber.

F: Was ist der Zweck der intern verbundenen Pins (4/11 und 5/12)?

A: Diese internen Verbindungen vereinfachen die interne Bondverbindung des Halbleiterchips mit den Gehäuseanschlüssen und helfen wahrscheinlich beim Ausgleich der Stromverteilung innerhalb der Matrix. Aus Anwendersicht bieten sie mehrere Anschlusspunkte für denselben elektrischen Knoten, was Layout-Flexibilität auf der Leiterplatte bieten kann.

11. Praktischer Anwendungsfall

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen Temperaturreglers mit einem Sollwert- und Istwert-Temperaturdisplay. Das LTP-2157AKS kann Werte wie \"SET 75\" und \"ACT 72\" anzeigen. Ein Mikrocontroller würde die 7 Zeilen und 5 Spalten abtasten. Die Firmware würde eine Zeichensatztabelle enthalten, die jedes Zeichen (z.B. 'S', 'E', 'T') in das spezifische Muster von 35 Punkten (5x7) übersetzt, die beleuchtet werden sollen. Die Treiberschaltung, möglicherweise bestehend aus diskreten Transistoren oder einem dedizierten LED-Treiber-IC, würde den Strom durch die ausgewählten Spaltenkathoden senken und Strom zu den ausgewählten Zeilenanoden liefern, basierend auf den GPIO-Pins des Mikrocontrollers. Die hohe Helligkeit stellt sicher, dass die Anzeige aus der Entfernung auf dem Bedienpult lesbar ist.

12. Prinzipielle Einführung

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Materialsystem ist ein direkter Bandabstandshalbleiter. Bei Vorwärtsspannung werden Elektronen aus der n-Region und Löcher aus der p-Region in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Die bei dieser Rekombination freigesetzte Energie wird als Photonen (Licht) emittiert. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandabstandsenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts – in diesem Fall gelb (~587-588 nm). Die 5x7-Matrix wird durch Anordnung von 35 einzelnen LED-Chips (Punkten) in einem Gitter gebildet, wobei ihre Anoden zeilenweise und ihre Kathoden spaltenweise verbunden sind. Diese gemeinsame-Anode/gemeinsame-Kathode-Matrixstruktur ermöglicht die Steuerung von 35 Punkten mit nur 12 Pins (7 Zeilen + 5 Spalten), was die erforderliche Anzahl von Treiberleitungen im Vergleich zu einzeln adressierten LEDs erheblich reduziert.

13. Entwicklungstrends

Während diskrete LED-Punktmatrixanzeigen wie das LTP-2157AKS für spezifische Anwendungen relevant bleiben, bewegt sich der breitere Trend in der Displaytechnologie hin zu höherer Integration und Funktionalität. Oberflächenmontage-Bauteile (SMD) werden für die automatisierte Montage immer häufiger. Integrierte Treiber- und Controller-Chips werden oft mit dem LED-Array in einem einzigen Modul kombiniert, was die Schnittstelle für den Systementwickler vereinfacht (z.B. SPI- oder I2C-Kommunikation anstelle direkter Matrixabtastung). Darüber hinaus sind Vollfarb-RGB-LED-Matrizen für dynamische Beschilderung und komplexere Grafiken zunehmend beliebt. Für einfache, robuste, einfarbige Zeichenanzeigeanforderungen bleibt das durch dieses Produkt repräsentierte Grunddesign jedoch eine zuverlässige und kostengünstige Lösung. Fortschritte in der Materialwissenschaft könnten auch zu noch höherer Effizienz und Helligkeit zukünftiger AlInGaP- oder verwandter Nitrid-basierter (InGaN) LEDs im Bernstein/Gelb-Spektrum führen.