LTP-181FFM LED-Punktmatrix-Display Datenblatt - 1,86 Zoll (47,4 mm) Höhe - Grün & Hyper Rot - 16x16 Matrix - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-181FFM ist ein mittelgroßes, zweifarbiges Punktmatrix-Displaymodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die eine klare Darstellung alphanumerischer oder symbolischer Informationen erfordern. Seine Kernfunktion besteht darin, eine visuelle Ausgangsschnittstelle bereitzustellen, die aus einzeln ansteuerbaren Leuchtdioden (LEDs) besteht, die in einem Rastermuster angeordnet sind.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Dieses Gerät wurde mit mehreren Schlüsselvorteilen entwickelt, die es für industrielle, kommerzielle und messtechnische Anwendungen geeignet machen. Es zeichnet sich durch eineZeichenhöhe von 1,86 Zoll (47,4 mm)aus, die eine ausgezeichnete Lesbarkeit aus der Ferne bietet. Das Display bietethohe Helligkeit und hohen Kontrast, was die Sichtbarkeit auch in gut beleuchteten Umgebungen gewährleistet. Eingroßer Betrachtungswinkelermöglicht es, die Informationen aus verschiedenen Positionen relativ zur Displayoberfläche klar zu erkennen.

Aus Sicht der Zuverlässigkeit bietet es diesolide Zuverlässigkeitder LED-Technologie, was bedeutet, dass es keine beweglichen Teile gibt und eine lange Betriebsdauer. Es hatgeringe Leistungsanforderungen, was es energieeffizient macht. Ein bedeutendes mechanisches Merkmal ist, dass die Modulesowohl vertikal als auch horizontal stapelbarsind, was die Erstellung größerer Anzeigetafeln oder mehrzeiliger Displays ohne komplexe Schnittstellen ermöglicht. Die LEDs sind außerdemnach Lichtstärke kategorisiert, was eine gleichmäßige Helligkeit über verschiedene Einheiten und innerhalb der Matrix selbst gewährleistet, was für ein einheitliches Erscheinungsbild entscheidend ist.

Der Zielmarkt umfasst Anwendungen wie öffentliche Informationsanzeigen, industrielle Bedienfelder, Prüf- und Messgeräte, Verkehrszeichen und alle Systeme, in denen eine robuste, zuverlässige und klare Status- oder Datendarstellung erforderlich ist.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Das LTP-181FFM ist ein Punktmatrix-Display mit 16 Zeilen und 16 Spalten. Es nutzt zwei verschiedene LED-Halbleitertechnologien für seine Zweifarbfähigkeit.

2.1 Gerätebeschreibung und Technologie

Die grünen LED-Chips werden ausGalliumphosphid (GaP) auf einem GaP-Substrathergestellt. Die roten LED-Chips nutzenAluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Technologie, speziell als "Hyperrot" bezeichnet, was auf hohe Effizienz und Reinheit im roten Spektrum hinweist. Diese roten Chips werden auf einemnicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substratgezüchtet. Das Display verfügt über eineschwarze Vorderseite, um den Kontrast durch Absorption von Umgebungslicht zu erhöhen, und eineDiffusionsfoliewird über den LEDs angebracht, um die einzelnen Punkte zu einem gleichmäßigeren Zeichenbild zu verschmelzen und den "punktierten" Look zu reduzieren.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Gerät auftreten können. Sie sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C angegeben.

• Durchschnittliche Verlustleistung pro Punkt:Grün: 36 mW, Hyper Rot: 40 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt:Grün: 100 mA, Hyper Rot: 90 mA.
• Durchschnittlicher Durchlassstrom pro Punkt:Grün: 13 mA, Hyper Rot: 15 mA. Dieser Wert muss oberhalb von 25°C linear mit einer Rate von 0,17 mA/°C für Grün und 0,2 mA/°C für Rot reduziert werden.
• Sperrspannung pro Punkt:5 V für beide Farben.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:260°C für 3 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll (≈1,59 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses.

2.3 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die garantierten Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen bei T_A= 25°C.

2.3.1 Eigenschaften der grünen LED

• Durchschnittliche Lichtstärke (I_V):Typisch 1400 µcd, Minimum 500 µcd. Testbedingung: Spitzenstrom (I_p) = 35 mA, 1/16 Tastverhältnis.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):565 nm (Typisch). Testbedingung: Durchlassstrom (I_F) = 20 mA.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):30 nm (Typisch). I_F= 20 mA.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):569 nm (Typisch). I_F= 20 mA.
• Durchlassspannung (V_F) pro Punkt:Typisch 2,6 V (Max. 3,7 V) bei I_F=80mA; Typisch 2,1 V bei I_F=20mA.
• Sperrstrom (I_R) pro Punkt:Maximal 100 µA bei V_R= 5V.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Maximal 1,6:1 zwischen zwei beliebigen Punkten. I_p= 35 mA, 1/16 Tastverhältnis.

2.3.2 Eigenschaften der AlInGaP-Hyperroten LED

• Durchschnittliche Lichtstärke (I_V):Typisch 1500 µcd, Minimum 500 µcd. Testbedingung: I_p= 15 mA, 1/16 Tastverhältnis.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):650 nm (Typisch). I_F= 20 mA.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):35 nm (Typisch). I_F= 20 mA.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):639 nm (Typisch). I_F= 20 mA.
• Durchlassspannung (V_F) pro Punkt:Typisch 2,8 V (impliziert Max. 3,7 V) bei I_F=80mA; Typisch 2,6 V bei I_F=20mA.
• Sperrstrom (I_R) pro Punkt:Maximal 100 µA bei V_R= 5V.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Maximal 1,6:1. I_p= 15 mA, 1/16 Tastverhältnis.

Hinweis: Lichtstärkemessungen verwenden einen Sensor und Filter, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entsprechen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die LEDsnach Lichtstärke kategorisiertsind. Dies ist ein kritischer Binning-Prozess.

• Lichtstärke-Binning:Das spezifizierte maximale Anpassungsverhältnis von 1,6:1 stellt sicher, dass innerhalb eines einzelnen Displaymoduls kein einzelner LED-Punkt unter denselben Treiberbedingungen mehr als 60 % heller ist als der schwächste Punkt. Dies ist entscheidend, um eine gleichmäßige Helligkeit über Zeichen und den gesamten Anzeigebereich zu erreichen und "Hot Spots" oder dunkle Segmente zu verhindern.
• Wellenlänge:Während typische Werte für Spitzen- (565 nm, 650 nm) und dominante (569 nm, 639 nm) Wellenlängen angegeben sind, wird die Produktionsvariation so gesteuert, dass die grünen und roten Farben innerhalb akzeptabler visueller Bänder liegen. Die Daten zur spektralen Halbwertsbreite (30 nm, 35 nm) geben die Farbreinheit an.
• Durchlassspannung:Die spezifizierten Bereiche (z. B. 2,1 V bis 3,7 V für Grün bei hohem Strom) berücksichtigen natürliche Schwankungen in der Halbleiterfertigung. Die Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie diesen Bereich aufnehmen kann, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist aufTypische elektrische/optische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, umfassen Standardkurven für solche Geräte typischerweise:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung für einen einzelnen LED-Punkt. Sie ist nichtlinear, mit einer Einschalt-/Schwellenspannung (etwa 1,8-2,0 V für diese Farben), nach der der Strom bei kleinen Spannungsänderungen schnell ansteigt. Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_F):Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen weiten Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt. Diese Reduzierung hängt direkt mit der Reduzierung des Durchschnittsstroms zusammen, die in den absoluten Maximalwerten spezifiziert ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die Spitzen- und dominante Wellenlänge sowie die spektrale Halbwertsbreite zeigt und die Farbeigenschaften bestätigt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Datenblatt enthält eine detaillierte mechanische Zeichnung (hier nicht dargestellt). Wichtige Hinweise aus der Zeichnung besagen, dassalle Abmessungen in Millimetern (mm)angegeben sind und dieStandardtoleranz ±0,25 mm (0,01 Zoll)beträgt, sofern nicht eine spezifische Merkmalanmerkung etwas anderes angibt. Diese Zeichnung definiert den Gesamtbauraum, die Positionen der Montagelöcher, den Sichtbereich der LED-Matrix und die genaue Position und Teilung der 48 Pins.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Das Gerät hat ein 48-poliges Dual-Inline-Gehäuse. Die Pinbelegung ist aufgrund der gemultiplexten 16x16-Matrix komplex. Die Pins sind entweder alsGemeinsame Anode für Zeilenoder alsKathode für Spaltenbezeichnet, mit spezifischen Pins für grüne und rote LEDs. Beispielsweise ist Pin 3 Kathode Spalte 1 für Grün, während Pin 11 Kathode Spalte 1 für Rot ist. Diese Anordnung ermöglicht es dem Controller, eine Zeile auszuwählen (durch Anlegen einer positiven Spannung an ihre gemeinsame Anode) und dann spezifische grüne oder rote Punkte in dieser Zeile zu beleuchten, indem Strom durch die entsprechenden Spalten-Kathoden-Pins abgeleitet wird.

Es wird auf einen internen Schaltplan verwiesen, der typischerweise die Verbindung aller 256 LEDs (16x16) zeigt und klärt, welche Anodenzeilen und Kathodenspalten jeden spezifischen LED-Punkt für beide Farben steuern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Anleitung ist dasLöttemperaturprofil: 260°C für 3 Sekunden, gemessen an einem Punkt 1/16 Zoll (1,59 mm) unterhalb des Gehäusekörpers. Dies ist ein Standard-Referenzpunkt für Wellen- oder Handlötung, um zu verhindern, dass übermäßige Hitze die internen LEDs oder das Kunststoffgehäuse beschädigt. Für Reflow-Lötung wäre ein Standard bleifreies Profil mit einer Spitzentemperatur um 260°C anwendbar, aber die spezifische Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL) sollte so gesteuert werden, dass die 3-Sekunden-Richtlinie auf Pin-Ebene eingehalten wird.

Die Handhabung sollte den Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) für Halbleiterbauelemente folgen. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit erfolgen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Industrielle Bedienfelder:Anzeige von Maschinenstatus, Produktionszählern, Fehlercodes oder Sollwerten.
• Prüf- und Messgeräte:Anzeige von numerischen Messwerten, Einheiten und Modusindikatoren.
• Informationsanzeigen:In öffentlichen Räumen für einfache Nachrichten, Warteschlangennummern oder Fahrpläne.
• Gestapelte Anzeigesysteme:Mehrere Module können kombiniert werden, um längere Textnachrichten, größere Schriftarten oder mehrzeilige Daten anzuzeigen.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder dedizierte LED-Display-Treiber-ICs (wie MAX7219 oder ähnliche Multiplex-Treiber) sind erforderlich, um das 16:1-Multiplexing (16 Zeilen) zu verwalten. Der Treiber muss den für die ausgewählten Punkte benötigten Spitzenstrom liefern (z. B. 80 mA pro Punkt, geteilt durch das Tastverhältnis).
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände oder Konstantstromtreiber sind für jede Kathodenspalte (oder Gruppen davon) zwingend erforderlich, um ein Überschreiten des absoluten Maximalstroms zu verhindern und die gewünschte Helligkeit einzustellen. Berechnungen müssen den maximalen V_F-Wert verwenden, um unter allen Bedingungen einen sicheren Strom zu gewährleisten.
• Thermisches Management:Die Reduzierung des Durchschnittsstroms mit der Temperatur muss beachtet werden. Bei hohen Umgebungstemperaturen müssen möglicherweise das Multiplex-Tastverhältnis oder der Spitzenstrom reduziert werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen zu halten und die Helligkeitskonsistenz aufrechtzuerhalten.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, sollte aber während des mechanischen Gehäuseentwurfs berücksichtigt werden, um ihn mit den beabsichtigten Betrachterpositionen in Einklang zu bringen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen einfarbigen oder kleineren Punktmatrix-Displays bietet das LTP-181FFM deutliche Vorteile:

• Zweifarbfähigkeit:Die Verwendung dedizierter grüner und hocheffizienter AlInGaP-Hyperroter LEDs ermöglicht eine zweifarbige Informationsdarstellung (z. B. Grün für Normalstatus, Rot für Alarme/Warnungen), was die Informationsdichte und Klarheit erhöht.
• Große Zeichenhöhe (1,86\"):Bietet im Vergleich zu kleineren 5x7- oder 8x8-Matrizen eine überlegene Fernlesbarkeit und füllt eine Nische zwischen kleinen Indikatoren und großen Schildern.
• Intensitäts-Binning:Das garantierte Intensitätsanpassungsverhältnis von 1,6:1 ist ein Qualitätsmerkmal, das eine professionelle Anzeigegleichmäßigkeit gewährleistet, die billigere, nicht gebinnte Displays möglicherweise nicht bieten.
• Stapelbares Design:Das mechanische Design erleichtert den einfachen Aufbau von Multi-Modul-Displays, ein Merkmal, das bei Displays für den Alleingebrauch nicht immer vorhanden ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Unterschied zwischen "Spitzen-" und "dominanter" Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_p) ist die Wellenlänge, bei der das emittierte Licht seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist die Wellenlänge des monochromatischen Lichts, das der wahrgenommenen Farbe der LED entspricht. Für LEDs ist λ_doft relevanter für die menschliche Farbwahrnehmung.

F2: Warum ist der Teststrom für die Lichtstärke bei Grün (35 mA) und Rot (15 mA) unterschiedlich?

A: Dies spiegelt die unterschiedlichen Effizienzen der beiden Halbleitertechnologien wider. Die AlInGaP-Hyperrote LED ist effizienter und erzeugt ihre typische Lichtstärke (1500 µcd) bei einem niedrigeren Treiberstrom als die GaP-Grüne LED für ihre typische Intensität (1400 µcd) benötigt.

F3: Wie berechne ich den benötigten Vorwiderstand für eine Spalte?

A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung- V_F- V_{abfall_treiber}) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (z. B. 3,7 V bei 80 mA für Grün), um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei einer LED mit niedrigem V_F-Wert niemals die Grenze überschreitet. Berücksichtigen Sie den Spannungsabfall des Spaltentreibertransistors/-MOSFETs (V_{abfall_treiber}). Der Strom I_Fist der gewünschte Spitzenstrom pro Punkt (z. B. 80 mA), aber denken Sie daran, dass dieser Strom in einem gemultiplexten Design über alle Punkte in einer Spalte geteilt wird, die während des Zeitfensters einer einzelnen Zeile aktiv sind.

F4: Was bedeutet "1/16 DUTY" in den Testbedingungen?

A: Es zeigt an, dass das Display in einem gemultiplexten Modus mit einem Tastverhältnis von 1/16 betrieben wird. Dies ist Standard für eine 16-Zeilen-Matrix. Jede Zeile wird nur für 1/16 der gesamten Bildwiederholzeit eingeschaltet. Die Lichtstärke wird unter dieser Bedingung gemessen, was der praktischen Nutzung des Displays entspricht. Der Spitzenstrom während der "Ein"-Zeit ist höher als der Durchschnittsstrom, um das niedrige Tastverhältnis zu kompensieren und die gewünschte durchschnittliche Helligkeit zu erreichen.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer mehrzeiligen Produktionszähleranzeige.

Ein Ingenieur benötigt eine Anzeige für eine Werkhalle, die den aktuellen Produktionsstand und das Ziel einer Maschine anzeigt. Er wählt zwei vertikal gestapelte LTP-181FFM-Module.

Umsetzung:Ein einzelner Mikrocontroller steuert beide Displays. Die Firmware verwaltet eine 16-Zeilen-Multiplexing-Routine und aktualisiert jede Zeile sequentiell. Das obere Modul zeigt "ZÄHLER: [Zahl]" in Grün an. Das untere Modul zeigt "ZIEL: [Zahl]" in Grün an. Wenn die Maschine aufgrund eines Fehlers stoppt, kann die relevante Zeile oder eine separate "FEHLER"-Meldung in Rot auf dem entsprechenden Modul blinken. Das stapelbare Design vereinfacht die mechanische Montage. Die hohe Helligkeit und der große Betrachtungswinkel stellen sicher, dass die Informationen für Bediener von verschiedenen Punkten in der Halle aus sichtbar sind. Das Intensitäts-Binning garantiert, dass beide Module nebeneinander ein konsistentes, gleichmäßiges Erscheinungsbild haben.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTP-181FFM arbeitet nach dem Prinzip derLED-Matrix-Multiplexing. Es ist nicht praktikabel, 256 einzelne Leitungen (für eine 16x16-Monochrom-Matrix) oder mehr für Zweifarbigkeit zu haben. Stattdessen sind die LEDs in einem Raster angeordnet, bei dem die Anoden aller LEDs in einer einzelnen Zeile miteinander verbunden sind (Gemeinsame Anodenzeile) und die Kathoden aller LEDs in einer einzelnen Spalte für eine bestimmte Farbe miteinander verbunden sind (Kathodenspalte).

Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten (z. B. den grünen Punkt in Zeile 5, Spalte 3), führt der Controller diese Schritte innerhalb des Bildwiederholzyklus in schneller Abfolge aus: 1) Er setzt die gemeinsame Anode für Zeile 5 auf eine positive Spannung (z. B. +5 V). 2) Er verbindet die Kathode für Spalte 3 (Grün) mit Masse (0 V), schließt den Stromkreis und lässt Strom durch diese spezifische grüne LED fließen. Alle anderen Zeilen sind ausgeschaltet, und alle anderen Spaltenleitungen werden auf High gehalten (offener Stromkreis). Durch sehr schnelles Abtasten aller 16 Zeilen (z. B. mit 100 Hz oder mehr) erzeugt die Nachbildwirkung des Auges die Illusion, dass alle gewünschten Punkte in der 16x16-Matrix gleichzeitig leuchten. Die Zweifarbfähigkeit fügt einfach einen separaten Satz von Kathodenpins für die roten LEDs hinzu, die unabhängig gesteuert werden.

12. Technologietrends

Während das LTP-181FFM etablierte GaP- (Grün) und AlInGaP- (Rot) Technologien verwendet, entwickelt sich das breitere Feld der LED-Displays weiter. Trends umfassen:

• Materialien mit höherer Effizienz:Der Wechsel von AlInGaP auf GaAs zu noch effizienteren Strukturen oder die Verwendung von InGaN-basierten Materialien für rote LEDs (obwohl herausfordernd), um Effizienz und Farbraum zu verbessern.
• Integrierte Treiber:Neuere Displaymodule integrieren oft den Multiplexing-Treiber-IC und manchmal sogar eine Mikrocontroller-Schnittstelle (wie I2C oder SPI) direkt auf der Modul-Leiterplatte, was den externen Schaltungsentwurf im Vergleich zu bloßen LED-Matrizen wie dem LTP-181FFM erheblich vereinfacht.
• Oberflächenmontage-Technologie (SMT):Viele moderne LED-Matrizen verwenden SMT-LEDs und -Gehäuse, was eine geringere Bauhöhe, automatisierte Montage und potenziell höhere Auflösung ermöglicht. Das Durchsteckmontage-Design des LTP-181FFM ist robust und für Anwendungen geeignet, in denen manuelles Löten oder Reparaturen vorkommen könnten.
• Vollfarbige RGB-Matrizen:Für anspruchsvollere grafische oder mehrfarbige Textanwendungen werden Matrizen mit integrierten roten, grünen und blauen (RGB) LEDs in jedem Pixel immer häufiger, obwohl sie komplexere Treiberelektronik erfordern.

Das LTP-181FFM stellt eine zuverlässige, leistungsstarke Lösung in seiner Klasse dar, die Größe, Helligkeit, Zweifarbfunktionalität und Designflexibilität für eine breite Palette von eingebetteten Displayanwendungen in Einklang bringt.