Dokumen Teknikal LTP-2157AKD Paparan Matriks Titik LED - Ketinggian 2.0 Inci - Susunan 5x7 - Merah Hiper (650nm) - 40mW/Titik

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTP-2157AKD ialah modul paparan aksara alfanumerik keadaan pepejal yang direka untuk aplikasi yang memerlukan output visual yang jelas, terang dan boleh dipercayai. Fungsi terasnya adalah untuk memaparkan aksara dan simbol menggunakan grid diod pemancar cahaya (LED) yang boleh dialamatkan secara individu. Domain aplikasi utama termasuk panel kawalan industri, instrumentasi, terminal jualan, paparan peralatan perubatan, dan pelbagai elektronik pengguna di mana bacaan aksara monokrom ringkas adalah mencukupi.

Prinsip operasi asas adalah berdasarkan konfigurasi matriks titik 5x7. Ini bermakna setiap aksara dibentuk dengan menerangi corak tertentu dalam grid 5 lajur dan 7 baris piksel LED. Dengan memilih voltan hadapan ke garisan anod (baris) dan katod (lajur) yang sepadan dengan setiap piksel yang dikehendaki, titik tertentu dihidupkan untuk mencipta bentuk yang boleh dikenali seperti huruf dan nombor. Peranti ini menggunakan skim pemanduan berbilang, di mana baris diaktifkan secara berurutan pada frekuensi tinggi, mencipta persepsi aksara stabil yang diterangi sepenuhnya sambil meminimumkan bilangan pin pemandu dan penggunaan kuasa yang diperlukan.

2. Parameter Teknikal: Tafsiran Objektif Mendalam

2.1 Ciri-ciri Fotometrik dan Optik

Prestasi optik ditakrifkan di bawah keadaan ujian piawai pada suhu ambien (Ta) 25°C. Parameter utama, Keamatan Bercahaya Purata (Iv), mempunyai nilai tipikal 3500 mikrokandela (µcd) apabila didorong dengan arus puncak (Ip) 32mA pada kitar tugas 1/16. Ini menunjukkan output kecerahan tinggi yang sesuai untuk persekitaran yang diterangi dengan baik. Nilai minimum yang ditetapkan ialah 1650 µcd, yang mentakrifkan sempadan prestasi bawah untuk produk ini.

Ciri-ciri warna ditentukan oleh bahan semikonduktor AlInGaP (Aluminium Indium Gallium Fosfida). Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λp) biasanya 650 nanometer (nm), meletakkannya dalam kawasan merah hiper spektrum cahaya nampak. Panjang Gelombang Dominan (λd) ditetapkan pada 639 nm. Perbezaan antara panjang gelombang puncak dan dominan, bersama dengan Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ) 20 nm, menerangkan ketulenan spektrum dan warna merah khusus yang dipancarkan. Nisbah Padanan Keamatan Bercahaya 2:1 (maks) ditetapkan, bermakna kecerahan segmen paling malap dalam aksara hendaklah tidak kurang daripada separuh kecerahan segmen paling terang di bawah keadaan dorongan yang sama, memastikan rupa seragam.

2.2 Ciri-ciri Elektrik dan Terma

Penarafan Maksimum Mutlak mentakrifkan had operasi di mana kerosakan kekal mungkin berlaku. Penyerakan Kuasa Purata per Titik dinilai pada 40 miliwatt (mW). Arus Hadapan Puncak per Titik boleh mencapai 90mA untuk operasi berdenyut, manakala Arus Hadapan Purata per Titik mempunyai penarafan asas 15mA pada 25°C, menyusut secara linear sebanyak 0.2 mA/°C apabila suhu meningkat. Penyusutan ini adalah kritikal untuk pengurusan terma dan kebolehpercayaan jangka panjang. Voltan Songsang Maksimum per Titik ialah 5V.

Di bawah keadaan operasi tipikal (Arus Hadapan IF=20mA), Voltan Hadapan per Segmen (VF) julat dari 2.1V (min) hingga 2.6V (maks). Parameter ini adalah penting untuk mereka bentuk litar had semasa dalam pemandu. Arus Songsang (IR) adalah sangat rendah, biasanya 2.3 hingga 2.8 mikroampere (µA) pada voltan songsang maksimum 5V, menunjukkan ciri diod yang baik.

Peranti ini dinilai untuk Julat Suhu Operasi -35°C hingga +85°C, dengan Julat Suhu Penyimpanan yang sama. Julat luas ini menjadikannya sesuai untuk persekitaran yang keras. Suhu pateri maksimum ditetapkan sebagai 260°C untuk tempoh maksimum 3 saat, diukur 1.6mm (1/16 inci) di bawah satah dudukan, yang menyediakan garis panduan yang jelas untuk proses pemasangan PCB.

3. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

Paparan mempunyai ketinggian matriks yang dinyatakan 2.0 inci (50.8 mm). Dimensi pakej disediakan dalam lukisan terperinci dengan semua ukuran dalam milimeter. Toleransi pembuatan umumnya ±0.25 mm (0.01 inci) melainkan dinyatakan sebaliknya pada lukisan. Pakej fizikal mempunyai muka kelabu dengan warna titik putih, yang meningkatkan kontras apabila LED dimatikan dan menyebarkan cahaya apabila dihidupkan.

Gambarajah sambungan pin adalah penting untuk antara muka yang betul. Peranti mempunyai konfigurasi 14-pin. Litar dalaman adalah susunan katod sepunya piawai untuk lajur, dengan anod untuk 7 baris dibawa keluar ke pin individu. Adalah penting untuk ambil perhatian sambungan dalaman: Pin 4 dan Pin 11 disambungkan secara dalaman (kedua-duanya adalah Katod untuk Lajur 3), dan Pin 5 dan Pin 12 disambungkan secara dalaman (kedua-duanya adalah Anod untuk Baris 4). Sambungan ini dibuat untuk memudahkan ikatan dalaman dan tidak menjejaskan logik pemanduan luaran.

4. Analisis Keluk Prestasi

Datasheet merujuk kepada keluk ciri elektrik dan optik tipikal. Walaupun graf khusus tidak terperinci dalam teks yang disediakan, keluk piawai untuk peranti sedemikian biasanya termasuk:

• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Keluk I-V):Graf ini menunjukkan hubungan eksponen, penting untuk menentukan voltan bekalan yang diperlukan untuk arus dorongan tertentu.
• Keamatan Bercahaya vs. Arus Hadapan:Keluk ini menunjukkan bagaimana output cahaya meningkat dengan arus, biasanya dalam hubungan hampir linear dalam julat operasi sebelum kecekapan menurun pada arus yang sangat tinggi.
• Keamatan Bercahaya vs. Suhu Ambien:Ini menunjukkan kesan pemadaman terma, di mana output LED berkurangan apabila suhu simpang meningkat. Memahami ini adalah kunci untuk aplikasi dengan suhu ambien tinggi atau penyingkiran haba yang lemah.
• Taburan Spektrum:Plot keamatan relatif berbanding panjang gelombang, menunjukkan kepekatan output cahaya sekitar puncak 650nm dengan separuh lebar 20nm yang ditakrifkan.

Keluk ini membolehkan pereka mengoptimumkan prestasi dan memahami pertukaran antara kecerahan, kecekapan, arus dorongan, dan pengurusan terma.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pemasangan mesti mematuhi profil pateri yang ditetapkan untuk mengelakkan kerosakan. Suhu pateri maksimum yang dibenarkan ialah 260°C, dan komponen harus didedahkan kepada suhu ini tidak lebih daripada 3 saat. Ini biasanya dicapai menggunakan proses pateri refluks terkawal dengan profil yang meningkatkan suhu, memegang pada puncak, dan menyejuk dalam had yang ditetapkan. Pateri tangan dengan besi memerlukan penjagaan yang melampau untuk melokalisasikan haba dan mengelakkan melebihi parameter ini.

Untuk penyimpanan, peranti harus disimpan dalam julat suhu yang ditetapkan -35°C hingga +85°C dalam persekitaran kelembapan rendah. Adalah disyorkan untuk menggunakan komponen dalam jangka hayat simpanannya dan mengikuti langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) piawai semasa pengendalian untuk melindungi simpang semikonduktor sensitif.

6. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Biasa

LTP-2157AKD memerlukan litar pemandu luaran. Reka bentuk biasa menggunakan mikropengawal dengan pin I/O yang mencukupi atau pemacu paparan LED khusus (seperti MAX7219 atau serupa). Pemandu mesti melaksanakan pemultipleksan: ia mengaktifkan setiap satu daripada 7 baris anod secara berurutan sambil menyediakan data katod lajur untuk baris tertentu itu. Kadar segar semula mestilah cukup tinggi (biasanya >100Hz) untuk mengelakkan kelipan yang kelihatan. Perintang had semasa adalah wajib untuk setiap garisan lajur (atau disepadukan ke dalam pemandu) untuk menetapkan arus hadapan kepada nilai yang dikehendaki (contohnya, 20mA untuk kecerahan tipikal). Pengiraan untuk nilai perintang ialah R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If, di mana Vcc ialah voltan bekalan, Vf ialah voltan hadapan LED (~2.6V maks), Vdriver_sat ialah voltan tepu pemandu, dan If ialah arus hadapan yang dikehendaki.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Bekalan Kuasa:Pastikan bekalan kuasa boleh menyampaikan arus puncak yang diperlukan. Dengan 5 lajur berpotensi diterangi per baris dan arus puncak sehingga 20mA per titik, satu baris boleh menarik 100mA. Bekalan mesti mengendalikan beban berdenyut ini.
• Penyingkiran Haba:Walaupun titik individu menyebarkan hanya 40mW maks, operasi berterusan banyak titik boleh menjana haba yang ketara. Pastikan pengudaraan atau penyingkiran haba yang mencukupi jika beroperasi pada suhu ambien tinggi atau penarafan maksimum.
• Sudut Pandangan dan Kontras:Reka bentuk muka kelabu/titik putih menawarkan kontras keadaan mati yang baik. Pertimbangkan sudut pandangan yang dimaksudkan apabila memasang paparan; kecerahan LED selalunya paling tinggi pada paksi.
• Perisian:Firmware mikropengawal perlu termasuk peta fon (jadual carian yang mentakrifkan corak 5x7 untuk setiap aksara) dan rutin pemultipleksan.

7. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Pembeza utama paparan ini ialah penggunaan teknologi LED Merah Hiper AlInGaP. Berbanding LED merah GaAsP (Gallium Arsenide Phosphide) yang lebih lama, AlInGaP menawarkan kecekapan bercahaya yang jauh lebih tinggi, menghasilkan kecerahan yang lebih besar untuk arus dorongan yang sama, atau kecerahan setara pada kuasa yang lebih rendah. Ia juga memberikan ketulenan warna dan kestabilan yang lebih baik merentasi suhu dan masa.

Berbanding paparan 7-segmen ringkas, matriks titik 5x7 menawarkan fleksibiliti yang jauh lebih besar, mampu memaparkan set aksara alfanumerik penuh (A-Z, 0-9, simbol) dan juga grafik ringkas, manakala paparan 7-segmen terhad terutamanya kepada nombor dan beberapa huruf. Pertukarannya adalah peningkatan kerumitan dalam kedua-dua perkakasan (lebih banyak pin pemandu) dan perisian (penjanaan aksara).

8. Soalan Lazim Berdasarkan Parameter Teknikal

S: Bolehkah saya mendorong paparan ini dengan arus DC malar tanpa pemultipleksan?

J: Secara teknikal, ya, tetapi ia sangat tidak cekap dan tidak disyorkan. Mendorong semua 35 titik serentak pada 20mA akan memerlukan tarikan arus 700mA dan penjanaan haba yang ketara. Pemultipleksan adalah kaedah piawai dan yang dimaksudkan, mengurangkan kuasa dan bilangan pin.

S: Apakah perbezaan antara Panjang Gelombang Pancaran Puncak (650nm) dan Panjang Gelombang Dominan (639nm)?

J: Panjang gelombang puncak ialah titik keamatan maksimum dalam output spektrum. Panjang gelombang dominan ialah panjang gelombang tunggal cahaya monokromatik yang akan kelihatan mempunyai warna yang sama kepada mata manusia. Perbezaan timbul kerana LED memancarkan spektrum cahaya (lebar 20nm), bukan panjang gelombang tulen tunggal.

S: Pinout menunjukkan dua pin untuk Lajur 3 dan dua pin untuk Baris 4. Adakah saya perlu menyambung kedua-duanya?

J: Tidak, pin ini disambungkan secara dalaman. Menyambung kepada salah satu adalah mencukupi. Sambungan dalaman ini adalah artifak pembuatan untuk memudahkan ikatan die. Menyambung kedua-duanya tidak menyebabkan kemudaratan tetapi tidak perlu.

S: Bagaimanakah saya mengira purata penggunaan kuasa?

J: Untuk paparan berbilang, purata arus adalah lebih kurang (Bilangan titik terang dalam aksara terang sepenuhnya / Jumlah bilangan titik) * Arus per titik * Kitar Tugas. Contohnya, untuk aksara menggunakan 24 titik terang pada 20mA dengan kitar tugas 1/7 (7 baris): Purata Arus ≈ (24/35) * 20mA * (1/7) ≈ 2mA per aksara. Darab dengan bilangan aksara untuk jumlah beban.

9. Kajian Kes Aplikasi Praktikal

Senario: Mereka bentuk bacaan suhu aksara tunggal ringkas untuk ketuhar industri.

Keperluan adalah untuk memaparkan suhu dari 0 hingga 199°C. Mikropengawal membaca penderia suhu. Satu paparan LTP-2157AKD digunakan. Mikropengawal mempunyai pin yang terhad, jadi ia menggunakan daftar anjakan siri-masuk/selari-keluar (seperti 74HC595) untuk mendorong 5 katod lajur dan menggunakan 7 pin I/O sendiri untuk mendorong anod baris melalui suis transistor (untuk mengendalikan arus baris yang lebih tinggi).

Firmware termasuk fon 5x7 untuk digit 0-9 dan simbol darjah. Rutin pemultipleksan berjalan pada gangguan pemasa. Paparan menunjukkan nombor merah terang yang stabil boleh dibaca dari beberapa kaki jauh dalam persekitaran kilang. Julat suhu operasi luas paparan (-35°C hingga +85°C) memastikan kebolehpercayaan walaupun sarung luar pengawal ketuhar menjadi hangat. Kontras tinggi muka kelabu menghalang luntur di bawah pencahayaan industri yang terang.

10. Prinsip dan Tren Teknologi

10.1 Prinsip Teknologi Asas

Penjanaan cahaya adalah berdasarkan elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor. Apabila voltan hadapan dikenakan, elektron dari lapisan AlInGaP jenis-n bergabung semula dengan lubang dari lapisan jenis-p. Peristiwa penggabungan semula ini membebaskan tenaga dalam bentuk foton (cahaya). Jurang jalur tenaga khusus bahan AlInGaP menentukan panjang gelombang (warna) foton yang dipancarkan, dalam kes ini, cahaya merah sekitar 650nm. Substrat GaAs tidak telus menyerap sebarang cahaya yang dipancarkan ke bawah, meningkatkan kecekapan keseluruhan dengan memantulkan lebih banyak cahaya keluar dari bahagian atas peranti. Susunan 5x7 dicipta dengan mendeposit dan membentuk corak berbilang cip LED kecil atau die bercorak tunggal pada substrat sepunya, dengan garisan anod dan katod yang saling bersambung.

10.2 Tren Industri

Walaupun paparan matriks titik 5x7 diskret seperti LTP-2157AKD kekal relevan untuk aplikasi khusus yang sensitif kos, tren industri yang lebih luas bergerak ke arah penyelesaian bersepadu. Ini termasuk:

- Tatasusunan Peranti Permukaan-Pasang (SMD):Tapak kaki lebih kecil, pemasangan automatik lebih mudah.

- Paparan Pemandu/Pengawal Bersepadu:Modul dengan pengawal terbina dalam yang berkomunikasi melalui SPI atau I2C, mengurangkan beban sumber mikropengawal dengan ketara.

- Resolusi dan Warna Lebih Tinggi:Pergerakan ke arah matriks pic lebih halus dan paparan RGB warna penuh untuk grafik yang lebih terperinci.

- Teknologi Alternatif:Dalam beberapa aplikasi, paparan OLED (LED Organik) menawarkan kontras dan sudut pandangan yang unggul, walaupun selalunya pada kos yang lebih tinggi dan dengan ciri jangka hayat yang berbeza.

Kelebihan berkekalan matriks LED diskret seperti ini adalah ketahanan melampau, jangka hayat panjang, kecerahan tinggi, kesederhanaan, dan kos rendah untuk tugas paparan aksara monokrom, memastikan penggunaan berterusan mereka dalam sistem industri dan terbenam.