Техническая спецификация LTP-747KA - Матричный светодиодный индикатор 5x7, высота знака 0.7 дюйма (17.22 мм), красно-оранжевый цвет, технология AlInGaP

1. Обзор продукта

LTP-747KA представляет собой однозначный буквенно-цифровой матричный модуль отображения 5 x 7. Его основная функция — обеспечение четкого, яркого визуального вывода символов и знаков в различных электронных приложениях. Ключевым компонентом данного дисплея является использование передового полупроводникового материала арсенида-фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP) для светодиодных чипов, которые отвечают за генерацию характерного красно-оранжевого света. Данная технология материалов известна своей высокой эффективностью и хорошими эксплуатационными характеристиками.

Устройство имеет серую лицевую панель и белые точки (сегменты), что повышает контрастность и читаемость светящихся элементов на фоне. Дисплей классифицируется по световому потоку, то есть изделия сортируются (биннинг) в соответствии с измеренной светоотдачей для обеспечения единообразия в заданных диапазонах для приложений, требующих равномерной яркости.

2. Подробный анализ технических характеристик

В данном разделе представлен детальный, объективный анализ ключевых технических параметров, указанных в спецификации.

2.1 Оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функции дисплея. Ключевые параметры измеряются в определенных условиях испытаний, обычно при температуре окружающей среды (T_A) 25°C.

• Средняя сила света (I_V):Это мера воспринимаемой мощности света, излучаемого одной точкой. Типичное значение составляет 3400 микрокандел (мккд), минимальное — 1650 мккд, при управлении пиковым током (I_P) 32 мА и скважности 1/16. Скважность 1/16 — это распространенная схема мультиплексирования для матричных дисплеев, при которой каждая строка активна только 1/16 часть времени для управления мощностью и нагревом.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Длина волны, на которой спектр излучения светодиода имеет максимальную интенсивность. Для LTP-747KA это значение типично равно 621 нанометру (нм), что помещает его в красно-оранжевую область видимого спектра.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Это значение составляет 615 нм — это единственная длина волны, которая наилучшим образом описывает цвет, воспринимаемый человеческим глазом. Она немного отличается от пиковой длины волны из-за формы спектра излучения светодиода.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Этот параметр, типично равный 18 нм, указывает ширину спектра излучения на половине его максимальной интенсивности. Более узкая полуширина указывает на более спектрально чистый, насыщенный цвет.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):Указан как максимум 2:1. Этот коэффициент определяет допустимое отклонение яркости между самой яркой и самой тусклой точками на дисплее. Меньший коэффициент указывает на лучшее единообразие.

2.2 Электрические характеристики

Понимание электрического поведения критически важно для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

• Прямое напряжение на точку (V_F):Падение напряжения на светодиоде при протекании через него тока. Типичное значение составляет 2.6 В, максимальное — 2.6 В при прямом токе (I_F) 20 мА. Минимальное значение указано как 2.05 В. Этот диапазон необходимо учитывать при проектировании схемы ограничения тока.
• Обратный ток на точку (I_R):Небольшой ток, протекающий при приложении обратного напряжения. Указан как максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5 В. Превышение абсолютного максимального обратного напряжения может привести к повреждению.
• Средний прямой ток на точку:Максимальный рекомендуемый непрерывный постоянный ток для надежной работы составляет 13 мА. Это отличается от пикового тока, используемого в мультиплексированном режиме.
• Пиковый прямой ток на точку:Максимальный мгновенный ток, который может выдержать точка, указан как 90 мА. В мультиплексированных приложениях мгновенный ток может быть выше среднего, но не должен превышать этот пиковый рейтинг.

2.3 Предельные эксплуатационные параметры и тепловые соображения

Эти рейтинги определяют пределы, за которыми может произойти необратимое повреждение устройства. Это не условия для нормальной работы.

• Средняя рассеиваемая мощность на точку:Максимальная мощность, которая может непрерывно рассеиваться одной светодиодной точкой, составляет 33 мВт. Превышение этого значения может привести к перегреву и сокращению срока службы.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:Устройство рассчитано на работу при температурах окружающей среды от -35°C до +85°C. Оно также может храниться в этом же температурном диапазоне.
• Снижение номинального тока:Средний прямой ток должен линейно снижаться выше 25°C со скоростью 0.17 мА на градус Цельсия. Это критически важное правило проектирования для предотвращения теплового разгона при повышенных температурах окружающей среды.
• Температура пайки:Во время волновой пайки или пайки оплавлением температура в точке на 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки корпуса не должна превышать 260°C более 3 секунд. Это предотвращает повреждение внутреннего кристалла и проводных соединений.

3. Система сортировки и категоризации

В спецификации явно указано, что устройство "категоризировано по силе света". Это подразумевает процесс биннинга.

• Сортировка по силе света:После изготовления отдельные дисплеи тестируются и сортируются в различные бины на основе измеренной светоотдачи. Это гарантирует, что клиенты получают продукты с согласованными уровнями яркости. В спецификации приведены мин./тип./макс. значения (1650/3400 мккд), но конкретные коды бинов или категории в данном отрывке не детализированы. На практике информация для заказа будет указывать желаемый бин интенсивности.
• Сортировка по длине волны/цвету:Хотя в данном листе для длины волны это явно не упоминается, обычной практикой для производителей светодиодов является сортировка устройств по доминирующей или пиковой длине волны для обеспечения цветового единообразия, особенно в многосегментных дисплеях. Узкие типичные значения для λ_p(621 нм) и λ_d(615 нм) указывают на хорошее внутреннее цветовое единообразие материала AlInGaP.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики в тексте не приведены, мы можем сделать вывод об их стандартном содержании и значении.

• Кривая зависимости прямого тока от прямого напряжения (I_F-V_F):Этот график показывает нелинейную зависимость между током через светодиод и напряжением на нем. Он необходим для проектирования правильной схемы управления. Кривая будет показывать "коленное" напряжение (около типичных 2.6 В), после которого ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения.
• Кривая зависимости силы света от прямого тока (I_V-I_F):Этот график иллюстрирует, как светоотдача увеличивается с увеличением управляющего тока. Обычно она линейна в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах. Это помогает определить рабочую точку для желаемой яркости.
• Кривая зависимости силы света от температуры окружающей среды (I_V-T_A):Показывает снижение светоотдачи при повышении температуры перехода светодиода. Она количественно определяет эффект теплового снижения номинала и критически важна для приложений, работающих при повышенных температурах.
• Кривая спектрального распределения:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий колоколообразную кривую с центром около 621 нм и полушириной 18 нм.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Физические размеры

Высота знака дисплея составляет 0.7 дюйма, что эквивалентно 17.22 миллиметрам. Чертеж габаритных размеров (упомянутый, но не показанный в тексте) детализирует общую длину, ширину, высоту, шаг выводов и расположение сегментов. Допуски для всех размеров указаны как ±0.25 мм (0.01 дюйма), если не оговорено иное. Такая точность важна для механической установки на печатную плату (ПП).

5.2 Подключение выводов и внутренняя схема

Устройство имеет 12 выводов. Распиновка четко определена: Вывод 1: Анод для столбца 1, Вывод 2: Катод для строки 3, Вывод 3: Анод для столбца 2 и так далее. Внутренняя схема показывает конфигурацию с общим катодом для строк. Это означает, что каждая из 7 строк подключена к катодам всех 5 светодиодов в этой строке. 5 столбцов подключены к анодам светодиодов в каждом столбце. Такая матричная организация позволяет управлять 35 отдельными точками (5x7) с помощью всего 12 выводов (5+7), используя методы мультиплексирования.

5.3 Определение полярности

Хотя в тексте это явно не показано, нумерация выводов и внутренняя схема предоставляют необходимую информацию для определения полярности. Таблица распиновки является окончательным руководством для правильного подключения анодов и катодов. Неправильное подключение полярности (подача прямого смещения на катод) предотвратит свечение светодиода и, если напряжение превысит номинальное обратное напряжение (5 В), может повредить его.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевой рекомендацией является температурный профиль пайки: температура, измеренная на 1.6 мм ниже корпуса, не должна превышать 260°C более 3 секунд. Это стандартная рекомендация для процессов волновой пайки или пайки оплавлением. Для ручной пайки следует использовать паяльник с регулировкой температуры, а время контакта с выводами следует минимизировать, чтобы предотвратить передачу тепла по выводу и повреждение внутреннего кристалла. Во время обращения и сборки следует соблюдать надлежащие меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР), чтобы предотвратить повреждение полупроводниковых переходов.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Благодаря формату матрицы 5x7, который идеально подходит для генерации буквенно-цифровых символов, LTP-747KA хорошо подходит для приложений, требующих четких однозначных показаний. Примеры включают:

• Панели управления промышленного оборудования и дисплеи приборов.
• Контрольно-измерительное оборудование.
• Бытовая техника, такая как микроволновые печи, стиральные машины или аудиоаппаратура.
• Торговые терминалы и базовые информационные дисплеи.
• Обучающие наборы для изучения микроконтроллеров и мультиплексированных дисплеев.

7.2 Соображения при проектировании

• Схема управления:Требуется микроконтроллер или специализированная микросхема драйвера дисплея для мультиплексирования строк и столбцов. Драйвер должен быть способен обеспечивать/поглощать необходимые пиковые токи (до 32 мА на точку согласно условиям испытаний, но проектирование должно ссылаться на абсолютные максимальные рейтинги) для столбцов и строк соответственно.
• Ограничение тока:Внешние токоограничивающие резисторы обязательны для каждой анодной (столбцовой) линии для установки прямого тока и защиты светодиодов. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Необходимо учитывать использование пикового тока (I_P) в расчетах для мультиплексирования.
• Тепловой менеджмент:В условиях высокой температуры окружающей среды или в приложениях с высокой яркостью убедитесь, что средний ток снижается в соответствии со спецификацией (0.17 мА/°C выше 25°C). Достаточное расстояние на ПП может способствовать естественному конвекционному охлаждению.
• Угол обзора:В спецификации заявлен "широкий угол обзора", что полезно для приложений, где дисплей может просматриваться с неосевых позиций.

8. Техническое сравнение и отличительные особенности

Хотя прямое сравнение с другими номерами деталей не предоставлено, ключевыми отличительными особенностями LTP-747KA на основе его спецификации являются:

• Технология материала (AlInGaP):По сравнению со старыми светодиодами на основе GaAsP или GaP, AlInGaP обеспечивает более высокую эффективность, лучшую температурную стабильность и превосходную яркость, что приводит к заявлению о "высокой яркости и высоком контрасте".
• Матрица против сегментных дисплеев:Матрица 5x7 предлагает гораздо большую гибкость, чем стандартный 7-сегментный дисплей, так как она может отображать полный набор символов ASCII, знаки и простую графику, а не только цифры и несколько букв.
• Категоризация по интенсивности:Сортировка по силе света является дополнительной функцией для приложений, требующих единообразия между несколькими устройствами.
• Улучшение контрастности:Серая лицевая панель с белыми точками — это дизайнерское решение, направленное на улучшение контрастности, когда светодиоды выключены, делая дисплей более профессиональным и читаемым в различных условиях освещения.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 В чем разница между пиковым прямым током (90 мА) и током в условиях испытаний (32 мА)?

Пиковый прямой ток (90 мА) — это абсолютный максимальный рейтинг — самый высокий мгновенный ток, который светодиод может выдержать без немедленного повреждения. Ток 32 мА, используемый в испытаниях силы света, является типичным рабочим условием для измерений в мультиплексированной системе (скважность 1/16).Среднийток в этом случае намного ниже (32 мА / 16 = 2 мА). Проект должен гарантировать, что мгновенные токи остаются ниже 90 мА, а средние токи на точку остаются ниже 13 мА (с учетом снижения номинала из-за температуры).

9.2 Как интерпретировать спецификацию скважности 1/16?

Это указывает на стандартный метод мультиплексированного управления. Для управления 7 строками с 5 столбцами распространенной техникой является активация одной строки за раз, быстро перебирая все 7 строк. Если каждая строка включена одинаковое время, она активна 1/7 времени. Скважность 1/16 — это консервативное, стандартизированное условие испытаний, которое позволяет сравнивать разные дисплеи, даже если фактическая схема мультиплексирования в вашем приложении имеет скважность 1/7 или 1/8.

9.3 Почему прямое напряжение указано как диапазон (мин. 2.05 В, тип./макс. 2.6 В)?

Прямое напряжение (V_F) имеет естественное разброс из-за производственных допусков полупроводникового материала. Схема должна учитывать этот диапазон. Токоограничивающий резистор должен рассчитываться с использованиеммаксимального V_Fзначения (2.6 В), чтобы гарантировать, что даже устройство с высоким V_Fполучит достаточное напряжение для включения и достижения желаемого тока. Использование типичного значения для расчета рискует недозапитать некоторые устройства.

10. Пример проекта и использования

Сценарий:Проектирование однозначного индикатора температуры для промышленного контроллера, работающего в среде до 50°C.

1. Набор символов:Матрица 5x7 может отображать цифры 0-9 и буквы, такие как "C" для Цельсия.
2. Выбор драйвера:Будет использоваться микроконтроллер с как минимум 12 выводами ввода-вывода или специализированная микросхема драйвера дисплея (например, MAX7219) для обработки тайминга мультиплексирования.
3. Расчет тока:Целевой средний ток точки для хорошей яркости. Предположим, мы выбираем 8 мА среднего тока. При 50°C применяется снижение номинала: Снижение = (50°C - 25°C) * 0.17 мА/°C = 4.25 мА. Максимально допустимый средний ток при 50°C = 13 мА - 4.25 мА = 8.75 мА. Наша цель в 8 мА безопасна.
4. Расчет резистора:Для мультиплексирования 1/7 (7 строк) пиковый ток на точку должен составлять 8 мА * 7 = 56 мА для достижения среднего тока 8 мА. Это ниже пикового рейтинга 90 мА. Используя напряжение питания 5 В и V_F(max)=2.6 В, токоограничивающий резистор равен R = (5В - 2.6В) / 0.056А ≈ 42.9 Ом. Будет использован стандартный резистор 43 Ом.
5. Разводка ПП:Посадочное место дисплея будет соответствовать чертежу размеров. Вокруг корпуса будет оставлено достаточно места для воздушного потока.

11. Принцип работы

LTP-747KA работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал диода (анод положителен относительно катода), электроны из n-слоя AlInGaP рекомбинируют с дырками из p-слоя. Это событие рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP (алюминий, индий, галлий, фосфор) определяет ширину запрещенной зоны полупроводника, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае красно-оранжевый при ~621 нм. Чипы смонтированы на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), которая помогает отражать свет вверх, улучшая общую эффективность извлечения света с верхней поверхности устройства. Матрица 5x7 образована индивидуально адресуемыми светодиодами, расположенными в виде этой сетки, управляемыми через внешнюю мультиплексирующую схему, которая быстро переключает питание по строкам и столбцам, создавая иллюзию стабильного, полностью освещенного символа.

12. Технологические тренды и контекст

Технология светодиодов AlInGaP, используемая в LTP-747KA, представляла собой значительный прогресс по сравнению с более ранними материалами светодиодов, такими как GaAsP. Она обеспечила более высокую яркость, улучшенную эффективность и лучшую температурную стабильность, сделав светодиоды жизнеспособными для более широкого спектра индикаторных и дисплейных приложений. Тренд в технологии дисплеев с тех пор сместился в сторону матриц с более высокой плотностью точек, полноцветных RGB-матриц и широкого распространения органических светодиодных (OLED) и микро-светодиодных (micro-LED) дисплеев для экранов высокого разрешения. Однако однозначные и многозначные буквенно-цифровые матричные дисплеи, такие как формат 5x7, остаются весьма актуальными для экономичных, надежных и легко читаемых интерфейсов в промышленных, бытовых и приборных контекстах, где не требуется полная графическая возможность. Основополагающие принципы управления — мультиплексирование и управление током — остаются фундаментальными для проектирования светодиодных дисплеев независимо от масштаба или технологии.