Техническая документация на светодиодный индикатор LTC-2621JD-04 - Высота цифры 0.28 дюйма - Гиперкрасный (650 нм) - Прямое напряжение 2.6 В

1. Обзор продукта

LTC-2621JD-04 — это компактный высокопроизводительный трёхразрядный семисегментный дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих чёткого числового отображения. Его основная функция — визуальный числовой вывод в электронных устройствах. Ключевое преимущество устройства заключается в использовании передовой технологии AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для светодиодных чипов, которые изготавливаются на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). Такое сочетание обеспечивает характерное «гиперкрасное» свечение. Индикатор имеет серый корпус с белыми сегментами, что повышает контрастность и читаемость. Целевой рынок включает промышленную аппаратуру, потребительскую электронику, контрольно-измерительное оборудование и любые встраиваемые системы, где требуется надёжный мало потребляющий числовой дисплей.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Высота цифры:0.28 дюйма (7.0 мм), что обеспечивает оптимальный баланс между размером и видимостью.
• Конструкция сегментов:Сплошные однородные сегменты для отличного внешнего вида и эстетики символов.
• Энергоэффективность:Низкое энергопотребление, что делает его подходящим для устройств с батарейным питанием или энергосберегающих применений.
• Оптические характеристики:Высокая яркость и высокий коэффициент контрастности обеспечивают читаемость при различном освещении.
• Угол обзора:Широкий угол обзора позволяет считывать информацию с дисплея под разными углами.
• Надёжность:Полупроводниковая надёжность без движущихся частей, что обеспечивает длительный срок службы.
• Контроль качества:Устройства сортируются по световой интенсивности, что гарантирует единообразие яркости между производственными партиями.

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен детальный объективный анализ ключевых технических параметров устройства, определённых в спецификации.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт. Это ограничивает максимальную непрерывную мощность, которая может рассеиваться в виде тепла на одном сегменте.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Максимум 90 мА, но только при определённых импульсных условиях: скважность 1/10 и длительность импульса 0.1 мс. Этот параметр предназначен для мультиплексирования или кратковременных импульсов высокой яркости.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:Максимум 25 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается со скоростью 0.33 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C. Например, при 85°C максимально допустимый непрерывный ток составит приблизительно: 25 мА - ((85°C - 25°C) * 0.33 мА/°C) = 5.2 мА.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимум 5 В. Превышение этого значения может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C. Устройство предназначено для работы в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это критически важно для процессов волновой или конвекционной пайки для предотвращения теплового повреждения.

2.2 Электрические и оптические характеристики (при Ta=25°C)

Это типичные рабочие параметры при указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света (I_V):Диапазон от 200 мккд (мин.) до 600 мккд (макс.), с подразумеваемым типичным значением. Измеряется при прямом токе (I_F) 1 мА. Это ключевой параметр для воспринимаемой яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):650 нм (тип.). Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна, определяющая «гиперкрасный» цвет.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический свет. 20 нм типично для красных светодиодов AlInGaP.
• Доминирующая длина волны (λ_d):639 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, соответствующая цвету светодиода, часто немного отличающаяся от пиковой длины волны.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Диапазон от 2.1 В (мин.) до 2.6 В (макс.), с типичным значением 2.6 В при I_F=20 мА. Это крайне важно для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5 В.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):Максимум 2:1. Это определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментом/цифрой внутри устройства, обеспечивая однородность.

Примечание по измерению:Сила света измеряется с использованием датчика и фильтра, аппроксимирующих кривую спектральной чувствительности глаза CIE, что гарантирует соответствие измерения человеческому восприятию яркости.

3. Система сортировки и категоризации

В спецификации явно указано, что устройства «сортируются по силе света». Это подразумевает процесс бининга.

• Сортировка по силе света:Широкий диапазон, указанный для I_V(200-600 мккд), предполагает, что произведённые компоненты тестируются и сортируются по разным бинам интенсивности. Разработчики могут выбирать бины для применений, требующих определённых уровней яркости или строгой однородности между несколькими дисплеями.
• Прямое напряжение:Указанный диапазон (2.1-2.6 В) также может приводить к сортировке по напряжению, что может быть важно для проектирования источника питания в больших массивах.
• Длина волны:Хотя даны типичные значения для λ_pи λ_d, могут быть доступны бины с малым допуском для конкретных цветовых координат, хотя в этой сводной спецификации они не детализированы.

4. Анализ характеристических кривых

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

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Этот график показывал бы, как световой выход увеличивается с током, обычно сублинейным образом, подчёркивая снижение эффективности при высоких токах.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Показывает вольт-амперную характеристику диода, что необходимо для расчёта значений последовательного резистора или проектирования драйверов постоянного тока.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Демонстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры, что является критическим фактором для теплового менеджмента.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~650 нм и полуширину 20 нм.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство имеет стандартный корпус светодиодного индикатора. Все размеры указаны в миллиметрах (мм). Общий допуск составляет ±0.25 мм (≈±0.01 дюйма), если для конкретного элемента не указано иное. Точный чертёж размеров указан в спецификации, но здесь не детализирован. Ключевые аспекты включают общую длину, ширину и высоту, расстояние между цифрами, шаг выводов и их размеры.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

LTC-2621JD-04 — это устройство смультиплексированным общим анодом. Это означает, что аноды каждой цифры соединены внутри устройства по цифрам, в то время как катоды для каждого типа сегмента (A-G, DP) являются общими для всех цифр.

Распиновка (16-выводный корпус):

• Вывод 1: Катод D
• Вывод 2: Общий анод (Цифра 1)
• Вывод 3: Катод D.P. (Десятичная точка)
• Вывод 4: Катод E
• Вывод 5: Общий анод (Цифра 2)
• Вывод 6: Катод C
• Вывод 7: Катод G
• Вывод 8: Общий анод (Цифра 3)
• Вывод 9: Не подключен
• Вывод 10: Нет вывода
• Вывод 11: Нет вывода
• Вывод 12: Катод B
• Вывод 13: Общий анод для L1, L2, L3 (вероятно, двоеточие или другие маркеры)
• Вывод 14: Нет вывода
• Вывод 15: Катод A
• Вывод 16: Катод F

Схема внутренней цепи:На схеме показаны три узла общего анода (по одному на цифру), подключённые к выводам 2, 5 и 8. Каждый катод сегмента (A-G, DP) представляет собой отдельный узел, подключённый к своему соответствующему выводу, причём светодиод этого сегмента в каждой цифре соединён между общим анодом цифры и общим катодом сегмента. Такая структура идеально подходит для мультиплексированного управления.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевая рекомендация — предельный параметр для пайки:260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки.

• Конвекционная пайка:Стандартный профиль бессвинцовой конвекционной пайки с максимальной температурой, не превышающей 260°C, и очень коротким временем выше 240°C, должен быть совместим. Точка измерения 1.6 мм критически важна для проверки профиля.
• Волновая пайка:Возможна, но время контакта и температура должны тщательно контролироваться, чтобы соответствовать пределу 260°C/3с.
• Ручная пайка:Используйте паяльник с регулировкой температуры. Нагревайте контактную площадку печатной платы, а не непосредственно вывод светодиода, и выполняйте соединение быстро.
• Условия хранения:Храните в сухой антистатической среде в указанном диапазоне температур хранения (от -35°C до +85°C). Чувствительные к влаге устройства могут потребовать предварительной просушки перед использованием, если они подвергались воздействию влажной среды.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Конфигурация с мультиплексированным общим анодом требует схемы драйвера. Типичная конструкция использует:

• Микроконтроллер или драйверную ИС:Для управления синхронизацией и данными.
• Драйверы цифр:PNP-транзисторы или специальные высоковольтные ключи для стока тока на выводы общего анода (2, 5, 8, 13).
• Драйверы сегментов:Порты микроконтроллера или низковольтные драйверные ИС (например, сдвиговый регистр 74HC595 с открытым стоком или специализированный светодиодный драйвер) для подачи тока с выводов катодов сегментов (1, 3, 4, 6, 7, 12, 15, 16).
• Токоограничивающие резисторы:Один резистор требуется на каждую линию катода сегмента (не на каждый светодиод сегмента) при использовании источника постоянного напряжения. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для источника питания 5 В и I_F=10 мА при V_F=2.6 В, R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ом. Драйверы постоянного тока предпочтительнее для лучшей однородности.

7.2 Соображения при проектировании

• Частота мультиплексирования:Используйте частоту обновления, достаточно высокую, чтобы избежать видимого мерцания (обычно >60 Гц на цифру, поэтому >180 Гц частота сканирования для 3 цифр).
• Пиковый ток и яркость:Для достижения высокой средней яркости, оставаясь в пределах номинального непрерывного тока, используйте мультиплексирование с более высоким пиковым током (до импульсного номинала 90 мА). Например, управление со скважностью 1/3 (3 цифры) с пиком 30 мА даёт в среднем 10 мА на сегмент.
• Тепловой менеджмент:Убедитесь, что разводка печатной платы позволяет рассеивать тепло, особенно при работе вблизи предельных параметров. Высокие температуры окружающей среды потребуют снижения номинального тока.
• Защита от ЭСР:Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. Обращайтесь с ними с соблюдением соответствующих мер предосторожности от ЭСР во время сборки.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные красные светодиоды на GaP или индикаторы с большими цифрами, LTC-2621JD-04 предлагает определённые преимущества:

• AlInGaP против GaAsP/GaP:Технология AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к большей яркости и лучшей видимости при окружающем освещении. Цвет «гиперкрасный» также более насыщенный.
• Малая высота цифры (0.28 дюйма):Предлагает экономичное пространство решение по сравнению с цифрами 0.5 дюйма или больше, подходит для компактных устройств, оставаясь при этом крупнее и более читаемым, чем очень маленькие SMD семисегментные модули.
• Серый корпус/белые сегменты:Такая отделка обеспечивает высокий коэффициент контрастности, когда сегменты выключены, улучшая общую эстетику дисплея и читаемость по сравнению с полностью чёрными или серыми корпусами.
• Сортировка по интенсивности:Этот бининг обеспечивает уровень контроля качества и предсказуемости, который не всегда присутствует в более дешёвых дисплеях.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какова цель конфигурации «общий анод»?

О1: Общий анод упрощает мультиплексирование. Вы включаете одну цифру за раз, подавая положительное напряжение на её анодный вывод, одновременно заземляя катоды сегментов, которые должны светиться. Это сокращает количество необходимых выводов драйвера с (7 сегментов + 1 DP) * 3 цифры = 24 до 3 анодов + 8 катодов = 11.

В2: Как рассчитать значение резистора для управления этим дисплеем?

О2: Используйте закон Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используйте максимальное V_F(2.6 В) из спецификации, чтобы обеспечить достаточное падение напряжения на резисторе даже для компонентов с высоким V_F. Выберите I_Fисходя из желаемой яркости, оставаясь в пределах непрерывного (25 мА при 25°C) или импульсных номиналов.

В3: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью микроконтроллера на 3.3 В?

О3: Возможно, но с ограничениями. Если V_Fсоставляет 2.6 В, то на токоограничивающем резисторе при 3.3 В остаётся только 0.7 В. Для тока 10 мА R=70 Ом. Такое низкое сопротивление возможно, но вариации V_Fвызовут значительные колебания яркости. Для стабильной работы рекомендуется использовать драйвер постоянного тока или повышающий преобразователь для обеспечения более высокого напряжения питания (например, 5 В).

В4: Что означает «Коэффициент соответствия силы света 2:1»?

О4: Это означает, что в пределах одного модуля LTC-2621JD-04 самый яркий сегмент или цифра будет не более чем в два раза ярче самого тусклого сегмента или цифры при измерении в одинаковых условиях (I_F=1 мА). Это обеспечивает визуальную однородность.

10. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование дисплея для портативного цифрового мультиметра

LTC-2621JD-04 — отличный кандидат. Его цифры высотой 0.28 дюйма обладают высокой читаемостью. Низкое энергопотребление критически важно для времени работы от батареи. Мультиплексированная конструкция минимизирует количество выводов микроконтроллера. В конструкции использовался бы таймер микроконтроллера для циклического переключения цифр 1, 2 и 3 с частотой ~200 Гц. Данные сегментов брались бы из таблицы. Для экономии энергии яркость дисплея (I_F) может динамически регулироваться на основе окружающего света, измеряемого фототранзистором. Высококонтрастный серый/белый корпус обеспечивает читаемость как в тёмных, так и в ярких рабочих условиях. Светодиоды AlInGaP Hyper Red обеспечивают чёткое, привлекающее внимание отображение.

11. Введение в принцип технологии

LTC-2621JD-04 основан наполупроводниковом материале AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенном эпитаксиально наподложке из GaAs (арсенида галлия). «Непрозрачная» подложка GaAs используется потому, что она поглощает излучаемый свет, но активный слой AlInGaP обладает достаточно высокой внутренней эффективностью, чтобы достаточное количество света выходило с верхней части чипа. Электроны и дырки инжектируются в активную область при приложении прямого напряжения к p-n переходу. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов. Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещённой зоны, которая напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае приблизительно 650 нм (красный). Семисегментный формат создаётся путём размещения множества крошечных светодиодных чипов (или одного чипа с несколькими изолированными переходами) под узорчатой оптической линзой/рассеивателем для формирования узнаваемых числовых сегментов.GaAs (арсенид галлия)подложке. «Непрозрачная» подложка GaAs используется потому, что она поглощает излучаемый свет, но активный слой AlInGaP обладает достаточно высокой внутренней эффективностью, чтобы достаточное количество света выходило с верхней части чипа. Электроны и дырки инжектируются в активную область при приложении прямого напряжения к p-n переходу. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов. Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещённой зоны, которая напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае приблизительно 650 нм (красный). Семисегментный формат создаётся путём размещения множества крошечных светодиодных чипов (или одного чипа с несколькими изолированными переходами) под узорчатой оптической линзой/рассеивателем для формирования узнаваемых числовых сегментов.

12. Технологические тренды и контекст

Хотя это конкретное устройство использует технологию выводного монтажа, лежащая в основе система материалов AlInGaP остаётся весьма актуальной. Тренды в технологии дисплеев включают:

• Миниатюризация:Переход к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, даже для многоразрядных индикаторов.
• Интеграция:Объединение светодиодной матрицы с драйверной ИС в одном корпусе или модуле для упрощения проектирования.
• Передовые материалы:Продолжающиеся исследования материалов на основе GaN (для синего/зелёного/белого) и AlInGaP для повышения эффективности и получения новых цветов. Для красного/оранжевого/жёлтого AlInGaP является доминирующей высокопроизводительной технологией.
• Сдвиг в применении:Хотя дискретные семисегментные индикаторы являются зрелой технологией, они остаются жизненно важными в применениях, где простота, стоимость, надёжность и высокая видимость имеют первостепенное значение (промышленные контроллеры, бытовая техника, приборы). Они сосуществуют с более новыми технологиями, такими как OLED и ЖК-дисплеи, каждая из которых обслуживает разные рыночные ниши на основе таких факторов, как угол обзора, читаемость на солнце, энергопотребление и стоимость.

LTC-2621JD-04 представляет собой надёжное, хорошо зарекомендовавшее себя решение в этой развивающейся среде, предлагающее проверенный баланс производительности, надёжности и стоимости для своих целевых применений.