Dokumen Teknikal Lembaran Data Paparan LED LTC-5723JD - Ketinggian Digit 0.56 Inci - Merah AlInGaP - Katod Sejagat Multiplex

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTC-5723JD ialah modul paparan tujuh segmen empat digit berprestasi tinggi yang direka untuk aplikasi yang memerlukan bacaan angka yang jelas dan terang. Fungsi utamanya adalah untuk mewakili data berangka secara visual merentasi empat digit berbeza, setiap satu terdiri daripada tujuh segmen yang boleh dialamatkan secara individu ditambah dengan titik perpuluhan. Teknologi teras di sebalik paparan ini adalah penggunaan cip diod pemancar cahaya Aluminium Indium Gallium Fosfida (AlInGaP), yang terkenal dengan kecekapan tinggi dan keluaran bercahaya yang sangat baik dalam spektrum merah. Cip-cip ini difabrikasi pada substrat Gallium Arsenida (GaAs) yang tidak lutsinar, menyumbang kepada kontras dan prestasi keseluruhan peranti. Paparan ini mempunyai muka hadapan kelabu dengan tanda segmen putih, meningkatkan kebolehbacaan dengan menyediakan latar belakang kontras tinggi untuk segmen merah yang bercahaya. Gabungan ini amat berkesan dalam pelbagai keadaan pencahayaan, memastikan maklumat yang dipaparkan mudah dilihat.

Peranti ini direka untuk operasi multiplex, menggunakan konfigurasi katod sejagat untuk setiap digit. Reka bentuk ini mengurangkan dengan ketara bilangan pin input/output yang diperlukan daripada mikropengawal atau litar pemacu, menjadikannya penyelesaian yang menjimatkan ruang dan kos efektif untuk paparan berbilang digit. Dengan mengaktifkan setiap digit secara berurutan pada frekuensi tinggi, keempat-empat digit kelihatan bercahaya secara berterusan kepada mata manusia, satu teknik piawai dalam paparan LED multiplex. LTC-5723JD dikategorikan untuk keamatan bercahaya, bermaksud unit-unit disusun dan dijual mengikut julat kecerahan tertentu, membolehkan pereka memilih bahagian yang memenuhi keperluan aplikasi yang tepat untuk keseragaman atau ambang kecerahan minimum.

1.1 Ciri dan Kelebihan Utama

Paparan ini menawarkan beberapa kelebihan tersendiri yang menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi industri, komersial, dan instrumentasi.

• Prestasi Optik:Ia memberikan kecerahan tinggi dan kontras tinggi, memastikan penampilan aksara yang sangat baik dan kebolehbacaan walaupun dalam persekitaran yang terang. Sudut pandangan yang luas membolehkan paparan dibaca dengan jelas dari pelbagai kedudukan, bukan hanya terus dari hadapan.
• Kecekapan Elektrik:Peranti ini mempunyai keperluan kuasa yang rendah per segmen, menyumbang kepada penggunaan kuasa sistem keseluruhan yang lebih rendah. Penggunaan teknologi AlInGaP berkecekapan tinggi adalah penting untuk mencapai prestasi ini.
• Reka Bentuk dan Kebolehpercayaan:Ia mempunyai segmen seragam berterusan, yang menyediakan estetika yang bersih dan profesional tanpa putus kelihatan dalam bar bercahaya. Sebagai peranti keadaan pepejal, ia menawarkan kebolehpercayaan dan jangka hayat yang lebih baik berbanding paparan mekanikal atau berasaskan vakum, tanpa bahagian bergerak atau filamen yang haus.
• Ciri-ciri Fizikal:Dengan ketinggian digit 0.56 inci (14.2 mm), ia menyediakan paparan angka yang besar dan mudah dibaca sesuai untuk meter panel, peralatan ujian, dan peranti lain di mana data mesti dipantau dari jarak jauh.

2. Spesifikasi Teknikal dan Tafsiran Objektif

Bahagian ini memberikan analisis objektif terperinci tentang parameter elektrik, optik, dan fizikal yang dinyatakan dalam lembaran data. Memahami spesifikasi ini adalah penting untuk reka bentuk litar yang betul dan memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam had peranti.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada had ini tidak dijamin dan harus dielakkan dalam penggunaan biasa.

• Pelesapan Kuasa per Segmen:70 mW. Ini adalah jumlah kuasa maksimum yang boleh diserakkan dengan selamat sebagai haba oleh satu segmen LED di bawah sebarang keadaan.
• Arus Hadapan Puncak per Segmen:90 mA. Arus ini dibenarkan hanya di bawah keadaan berdenyut dengan kitar tugas 1/10 dan lebar denyut 0.1 ms. Ia digunakan untuk mencapai kecerahan segera yang sangat tinggi, contohnya dalam skim multiplex.
• Arus Hadapan Berterusan per Segmen:25 mA pada 25°C. Penarafan ini berkurangan secara linear di atas 25°C pada kadar 0.28 mA/°C. Untuk operasi jangka panjang yang boleh dipercayai, arus berterusan mesti dinyahkadar apabila suhu ambien meningkat untuk mengelakkan kepanasan berlebihan.
• Voltan Songsang per Segmen:5 V. Menggunakan voltan songsang lebih besar daripada nilai ini boleh merosakkan simpang LED.
• Julat Suhu Operasi dan Penyimpanan:-35°C hingga +85°C. Peranti ini dinilai untuk julat suhu industri.
• Suhu Pateri:Maksimum 260°C untuk maksimum 3 saat, diukur 1.6mm di bawah satah dudukan. Ini adalah kritikal untuk proses pateri gelombang atau reflow untuk mengelakkan kerosakan haba pada cip LED atau pakej.

2.2 Ciri-ciri Elektrik dan Optik

Parameter ini biasanya diukur pada suhu ambien (Ta) 25°C dan mentakrifkan prestasi operasi normal peranti.

• Keamatan Bercahaya Purata (I_V):340 μcd (Min), 700 μcd (Tip) pada arus hadapan (I_F) 1 mA. Ini adalah ukuran kecerahan yang dirasakan bagi satu segmen. Julat yang luas menunjukkan peranti ini tersedia dalam tong kecerahan yang berbeza.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λ_p):650 nm (Tip) pada I_F=20 mA. Ini adalah panjang gelombang di mana kuasa output optik adalah paling besar, meletakkannya dalam bahagian merah terang spektrum boleh lihat.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ):20 nm (Tip) pada I_F=20 mA. Ini menunjukkan ketulenan spektrum; nilai yang lebih kecil bermaksud output yang lebih monokromatik (warna tulen).
• Panjang Gelombang Dominan (λ_d):639 nm (Tip) pada I_F=20 mA. Ini adalah panjang gelombang tunggal yang paling mewakili warna cahaya yang dirasakan.
• Voltan Hadapan (V_F):2.1V (Tip), 2.6V (Maks) pada I_F=20 mA. Ini adalah susutan voltan merentasi LED semasa beroperasi. Ia adalah penting untuk mereka bentuk litar penghad arus.
• Arus Songsang (I_R):100 μA (Maks) pada voltan songsang (V_R) 5V. Ini adalah arus bocor kecil yang mengalir apabila LED terpincang songsang dalam had penarafan maksimumnya.
• Nisbah Padanan Keamatan Bercahaya (I_V-m):2:1 (Maks) pada I_F=1 mA. Ini menentukan variasi kecerahan maksimum yang dibenarkan antara segmen berbeza peranti yang sama, memastikan keseragaman visual.

Nota Pengukuran:Keamatan bercahaya diukur menggunakan gabungan sensor dan penapis yang menghampiri lengkung tindak balas mata fotopik CIE, memastikan nilai sepadan dengan persepsi kecerahan manusia.

3. Penjelasan Sistem Binning

Lembaran data menunjukkan peranti ini \"dikategorikan untuk keamatan bercahaya.\" Ini merujuk kepada amalan biasa dalam pembuatan LED yang dikenali sebagai binning.

• Binning Keamatan Bercahaya:Disebabkan variasi semula jadi dalam proses pembuatan semikonduktor, LED dari kumpulan pengeluaran yang sama boleh mempunyai output kecerahan yang sedikit berbeza. Pengilang menguji dan menyusun (bin) LED ini kepada kumpulan berdasarkan keamatan bercahaya yang diukur pada arus ujian piawai (cth., 1 mA). LTC-5723JD tersedia dengan keamatan minimum 340 μcd dan tipikal 700 μcd. Kod pesanan atau akhiran tertentu berkemungkinan sepadan dengan tong kecerahan berbeza (cth., tong standard dan tong kecerahan tinggi). Pereka boleh menentukan tong yang diperlukan untuk memastikan konsistensi merentasi pelbagai paparan dalam produk atau untuk memenuhi keperluan kecerahan minimum.
• Binning Panjang Gelombang/Warna:Walaupun tidak diterangkan secara terperinci dalam petikan yang diberikan, LED AlInGaP juga mungkin disusun untuk panjang gelombang dominan atau puncak untuk memastikan warna merah yang konsisten merentasi semua segmen dan peranti. Nilai tipikal yang ketat untuk λ_p(650 nm) dan λ_d(639 nm) mencadangkan konsistensi warna semula jadi yang baik.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data merujuk kepada \"Lengkung Ciri Elektrik/Optik Tipikal.\" Walaupun graf khusus tidak disediakan dalam teks, lengkung piawai untuk peranti sedemikian biasanya termasuk:

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung I_F-V_F):Lengkung bukan linear ini menunjukkan berapa banyak voltan yang diperlukan untuk mencapai arus hadapan tertentu. Ia adalah penting untuk mereka bentuk litar pemacu, terutamanya untuk pemacu arus malar.
• Keamatan Bercahaya vs. Arus Hadapan (Lengkung I_V-I_F):Lengkung ini menunjukkan bagaimana kecerahan meningkat dengan arus. Ia secara amnya linear dalam satu julat tetapi akan tepu pada arus yang sangat tinggi. Ia membantu menentukan arus operasi yang diperlukan untuk mencapai tahap kecerahan yang dikehendaki.
• Keamatan Bercahaya vs. Suhu Ambien (Lengkung I_V-T_a):Ini menunjukkan bagaimana kecerahan berkurangan apabila suhu ambien (atau simpang) meningkat. Penyahkadaran ini adalah kritikal untuk aplikasi yang beroperasi dalam persekitaran suhu tinggi.
• Keintensitan Relatif vs. Panjang Gelombang (Spektrum):Plot yang menunjukkan taburan output cahaya merentasi panjang gelombang berbeza, berpusat di sekitar panjang gelombang pancaran puncak. Ia mentakrifkan ciri warna LED.

5. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

5.1 Dimensi Pakej

Lukisan mekanikal memberikan dimensi kritikal untuk reka bentuk tapak PCB dan potongan panel. Semua dimensi adalah dalam milimeter dengan toleransi piawai ±0.25 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Ciri utama termasuk panjang, lebar, dan ketinggian keseluruhan pakej, jarak antara digit, saiz dan kedudukan pin pemasangan, dan lokasi titik perpuluhan relatif kepada digit. Pereka mesti mematuhi dimensi ini untuk memastikan kesesuaian fizikal dan penjajaran yang betul pada pemasangan produk akhir.

5.2 Sambungan Pin dan Gambarajah Litar Dalaman

Peranti ini mempunyai konfigurasi 12 pin. Gambarajah litar dalaman mendedahkan seni bina katod sejagat multiplex.

• Pinout:
  
  1: Anod E
  
  2: Anod D
  
  3: Anod DP (Titik Perpuluhan)
  
  4: Anod C
  
  5: Anod G
  
  6: Katod Sejagat (Digit 4)
  
  7: Anod B
  
  8: Katod Sejagat (Digit 3)
  
  9: Katod Sejagat (Digit 2)
  
  10: Anod F
  
  11: Anod A
  
  12: Katod Sejagat (Digit 1)
• Seni Bina Litar:Semua anod segmen serupa (cth., semua segmen \"A\" dari digit 1-4) disambungkan secara dalaman kepada satu pin tunggal. Setiap digit mempunyai pin katod sejagat khususnya sendiri. Untuk menerangi segmen tertentu pada digit tertentu, pin anod yang sepadan mesti didorong tinggi (atau disambungkan ke sumber arus), dan pin katod digit yang sepadan mesti didorong rendah (disambungkan ke bumi). Struktur ini meminimumkan garis pemacu yang diperlukan dari 32 (4 digit * 8 segmen) kepada hanya 12 (7 anod segmen + 1 anod DP + 4 katod digit).

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pematuhan kepada profil pateri yang ditentukan adalah wajib untuk mengelakkan kerosakan.

• Parameter Pateri Reflow:Suhu maksimum yang dibenarkan pada sambungan plumbum/pateri ialah 260°C, dan suhu ini tidak boleh dikekalkan selama lebih daripada 3 saat. Profil harus direka untuk kekal dalam tetingkap ini. Pemanasan awal adalah perlu untuk mengurangkan kejutan haba.
• Pateri Tangan:Jika pateri tangan diperlukan, besi yang dikawal suhu harus digunakan. Masa sentuhan per pin harus diminimumkan, idealnya kurang daripada 3 saat, menggunakan hujung jisim haba rendah.
• Pembersihan:Gunakan hanya agen pembersih yang serasi dengan muka plastik dan bahan epoksi paparan. Pelarut keras harus dielakkan.
• Keadaan Penyimpanan:Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asalnya dalam persekitaran dalam julat suhu penyimpanan (-35°C hingga +85°C) dan pada kelembapan rendah. Jika beg telah dibuka, peranti harus digunakan dalam tempoh masa yang ditentukan atau dibakar sebelum dipateri jika ia telah menyerap kelembapan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Tipikal

• Peralatan Ujian dan Pengukuran:Multimeter digital, osiloskop, bekalan kuasa, dan pembilang frekuensi.
• Kawalan dan Instrumentasi Industri:Meter panel untuk pemantauan suhu, tekanan, aliran, dan paras; pemasa proses; paparan pembilang.
• Elektronik Pengguna dan Komersial:Sistem titik jualan, penimbang, radio jam, dan paparan perkakas.
• Pemasangan Semula Automotif:Gauge dan alat diagnostik (di mana spesifikasi persekitaran dipenuhi).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk dan Litar Pemacu

• Pemacu Multiplex:Mikropengawal atau IC pemacu paparan khusus (cth., MAX7219, TM1637) hampir selalu diperlukan. Perisian tegar atau perkakasan mesti mengitar melalui empat digit dengan pantas (biasanya >100 Hz) untuk mengelakkan kelipan kelihatan.
• Pembatasan Arus:Setiap garis anod atau katod mesti mempunyai perintang pembatasan arus yang sesuai atau didorong oleh sumber arus malar. Nilai perintang dikira menggunakan R = (V_bekalan- V_F) / I_F. Untuk bekalan 5V dan sasaran I_F10 mA dengan V_Ftipikal 2.1V, R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ω. Perintang 270 Ω atau 330 Ω adalah sesuai.
• Pelesapan Kuasa:Kira jumlah kuasa untuk senario terburuk (semua segmen satu digit menyala). Dengan 8 segmen pada 10 mA setiap satu dan V_F=2.1V, kuasa per digit ialah 8 * 0.01 * 2.1 = 0.168W. Pastikan litar pemacu boleh mengendalikan ini.
• Sudut Pandangan dan Pemasangan:Letakkan paparan di belakang potongan panel supaya bingkai tidak menghalang sudut pandangan yang luas. Pastikan sokongan belakang yang sekata untuk mengelakkan tekanan pada pin.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan teknologi paparan lain dan jenis LED:

• vs. LCD:LED adalah pemancar (menghasilkan cahaya sendiri), menawarkan kecerahan yang lebih baik, sudut pandangan yang lebih luas, dan prestasi yang lebih baik dalam persekitaran suhu rendah. Ia tidak memerlukan lampu latar. Walau bagaimanapun, ia biasanya menggunakan lebih banyak kuasa daripada LCD reflektif dan mempunyai warna tetap.
• vs. Warna LED Lain (GaAsP, GaP):Teknologi AlInGaP, seperti yang digunakan dalam LTC-5723JD, menawarkan kecekapan bercahaya yang jauh lebih tinggi dan kestabilan suhu yang lebih baik daripada bahan LED merah lama seperti GaAsP, menghasilkan paparan yang lebih terang dengan warna yang lebih konsisten merentasi suhu.
• vs. Paparan Digit Tunggal atau Lebih Kecil:Integrasi empat digit dalam satu pakej menjimatkan ruang PCB, mengurangkan masa pemasangan, dan meningkatkan ketepatan penjajaran berbanding menggunakan empat paparan digit tunggal berasingan.
• vs. Paparan Anod Sejagat:Pilihan antara katod sejagat dan anod sejagat sering ditentukan oleh IC pemacu atau litar mikropengawal. Katod sejagat sering digunakan dengan mikropengawal yang membekalkan arus dengan baik tetapi menyerap kurang, kerana mereka boleh membekalkan arus ke anod dan menggunakan transistor NPN atau MOSFET saluran-N untuk menyerap arus katod yang lebih tinggi.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

• S: Bolehkah saya memacu paparan ini dengan mikropengawal 3.3V?
  
  J: Ya, tetapi anda mesti menyemak voltan hadapan. Pada arus pemacu yang lebih rendah (cth., 5 mA), V_Fmungkin sekitar 2.0V, meninggalkan 1.3V untuk perintang pembatasan arus, yang mencukupi. Anda mungkin perlu mengurangkan arus sasaran untuk mengekalkan kecerahan atau menggunakan IC pemacu yang boleh meningkatkan voltan ke segmen.
• S: Mengapakah arus puncak (90 mA) jauh lebih tinggi daripada arus berterusan (25 mA)?
  
  J: LED boleh mengendalikan denyutan arus tinggi yang sangat singkat tanpa kepanasan berlebihan kerana jisim haba cip menghalang kenaikan suhu yang cepat. Ini dieksploitasi dalam multiplexing, di mana setiap digit hanya menyala untuk 25% daripada masa (kitar tugas 1/4). Arus puncak 40-50 mA pada kitar tugas 25% boleh membuat paparan kelihatan lebih terang daripada beroperasi pada 25 mA secara berterusan.
• S: Apakah maksud \"nisbah padanan keamatan bercahaya 2:1\" dalam praktik?
  
  J: Ia bermaksud dalam satu peranti, segmen paling malap tidak akan kurang daripada separuh terang daripada segmen paling terang di bawah keadaan ujian yang sama. Ini memastikan keseragaman visual merentasi paparan. Untuk aplikasi kritikal, menentukan tong yang lebih ketat (cth., 1.5:1) mungkin diperlukan.
• S: Bagaimanakah saya mengira kadar segar semula untuk multiplexing?
  
  J: Keseluruhan kitaran menerangi keempat-empat digit mesti diselesaikan pada kadar yang cukup tinggi untuk mengelakkan kelipan, biasanya >60-100 Hz. Oleh itu, tempoh untuk setiap digit ialah 1/(Kadar Segar Semula * Bilangan Digit). Untuk segar semula 100 Hz dan 4 digit, setiap digit menyala selama 1/400s = 2.5 ms. Pemasa mikropengawal mesti menukar digit setiap 2.5 ms.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Mereka Bentuk Voltmeter 4 Digit Mudah.

Seorang pereka mencipta voltmeter DC 0-30V. Voltan analog dibaca oleh ADC mikropengawal. Mikropengawal mesti memacu paparan LTC-5723JD.

1. Reka Bentuk Perkakasan:Pin I/O mikropengawal disambungkan ke 8 garis anod (A-G, DP) melalui perintang pembatasan arus 330Ω. Empat pin I/O lain disambungkan ke tapak empat transistor NPN (cth., 2N3904). Pengumpul transistor ini disambungkan ke empat pin katod (Digit 1-4), dan pemancar disambungkan ke bumi. Perintang tapak (cth., 4.7kΩ) digunakan untuk setiap transistor.
2. Logik Perisian Tegar:Perisian tegar menukar bacaan ADC kepada empat digit berasingan. Ia memasuki rutin gangguan pemasa yang berjalan pada 400 Hz. Dalam setiap gangguan, ia mematikan semua transistor digit. Kemudian ia menetapkan garis anod (melalui port atau daftar anjakan) kepada corak segmen untuk digit seterusnya dalam urutan. Akhirnya, ia menghidupkan transistor untuk digit tertentu itu. Ini berputar secara berterusan.
3. Kawalan Kecerahan:Kecerahan paparan boleh dilaraskan dalam dua cara: 1) Dengan menukar nilai perintang pembatasan arus (rintangan lebih rendah = arus lebih tinggi = lebih terang), kekal dalam had penarafan maksimum. 2) Dengan menggunakan Modulasi Lebar Denyut (PWM) pada garis pengaktifan digit dalam rutin multiplexing, secara efektif menukar kitar tugas untuk semua digit serentak.

11. Prinsip Operasi

Prinsip operasi asas adalah berdasarkan elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan hadapan melebihi voltan hidup diod (lebih kurang 2.1V untuk bahan AlInGaP ini) digunakan, elektron dari rantau jenis-n dan lubang dari rantau jenis-p disuntik ke dalam rantau aktif di mana mereka bergabung semula. Dalam semikonduktor jurang jalur langsung seperti AlInGaP, penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Komposisi khusus aloi Al_xIn_yGa_1-x-yP menentukan tenaga jurang jalur dan seterusnya panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan, yang berada dalam spektrum merah untuk peranti ini. Substrat GaAs yang tidak lutsinar menyerap sebarang cahaya yang dipancarkan ke bawah, meningkatkan kontras dengan mengelakkan pantulan dalaman yang boleh menerangi segmen tidak diaktifkan.

12. Trend Teknologi

Walaupun teknologi AlInGaP yang diwakili dalam lembaran data ini matang dan sangat boleh dipercayai, bidang paparan teknologi yang lebih luas terus berkembang. Trend termasuk pembangunan bahan yang lebih cekap, seperti yang berasaskan Gallium Nitrida (GaN) untuk biru dan hijau, yang kini dominan. Untuk paparan angka berbilang digit, terdapat trend ke arah modul terintegrasi sepenuhnya dengan pengawal terbina dalam, antara muka I2C atau SPI, dan kadangkala fon dan aksara khas terbenam, memudahkan reka bentuk. Tambahan pula, paparan OLED matriks titik dan mikro-LED menawarkan potensi untuk fleksibiliti yang lebih besar dalam menunjukkan maklumat alfanumerik dan grafik dalam faktor bentuk yang serupa. Walau bagaimanapun, untuk aplikasi yang memerlukan bacaan angka yang mudah, terang, lasak, dan kos efektif, paparan LED tujuh segmen khusus seperti LTC-5723JD kekal sebagai penyelesaian yang sangat berdaya maju dan popular kerana prestasi terbukti, kesederhanaan, dan kebolehbacaan yang sangat baik.