Техническая спецификация светодиодного матричного индикатора LTP-1457AKD - Высота 1.2 дюйма (30.42 мм) - AlInGaP Гипер Красный - Матрица 5x7

1. Обзор изделия

LTP-1457AKD представляет собой одноразрядный алфавитно-цифровой модуль индикации, предназначенный для применений, требующих четкого и надежного вывода символов. Его основная функция — визуальное представление данных, обычно символов в кодировке ASCII или EBCDIC, посредством матрицы индивидуально адресуемых светоизлучающих диодов (СИД).

Устройство построено на основе матрицы 5 столбцов на 7 строк (5x7) из светодиодных кристаллов AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) Гипер Красного свечения. Этот полупроводниковый материал выращен на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что способствует его оптическим характеристикам. Визуальное представление характеризуется серой лицевой панелью с белыми точками, обеспечивающей высокую контрастность для светящихся красных элементов. Основными целями проектирования данного компонента являются низкое энергопотребление, надежность твердотельной технологии и широкий угол обзора, достигнутый за счет одноуровневой конструкции. Устройство классифицируется по световой интенсивности, что позволяет согласовывать яркость в многоразрядных применениях, и является горизонтально компонуемым для формирования многосимвольных индикаторов.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

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

• Средняя рассеиваемая мощность на точку:40 мВт. Это максимальная непрерывная мощность, которую может выдержать каждый сегмент СИД без перегрева.
• Пиковый прямой ток на точку:90 мА. Это допустимо только в импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс для избежания тепловой перегрузки.
• Средний прямой ток на точку:15 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается выше 25°C со скоростью 0.2 мА/°C. Например, при 85°C максимально допустимый средний ток составит приблизительно: 15 мА - ((85°C - 25°C) * 0.2 мА/°C) = 3 мА.
• Обратное напряжение на точку:5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Выдерживает 260°C в течение максимум 3 секунд, измеряется на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это гарантированные параметры производительности при указанных условиях испытаний и температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Средняя сила света (I_V):Диапазон от 800 мккд (мин.) до 2600 мккд (тип.), испытано при пиковом токе (I_p) 32 мА со скважностью 1/16. Интенсивность измеряется с использованием фильтра, аппроксимирующего кривую спектральной чувствительности человеческого глаза (МКО).
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 650 нм при прямом токе (I_F) 20 мА. Это длина волны, на которой выходная оптическая мощность наибольшая.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Обычно 20 нм (I_F=20мА). Это указывает на разброс длины волны излучаемого света вокруг пика.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 639 нм (I_F=20мА). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая может незначительно отличаться от пиковой длины волны.
• Прямое напряжение на точку (V_F):Диапазон от 2.1В до 2.8В в зависимости от тока. При I_F=20мА: 2.1В (мин.), 2.6В (тип.). При I_F=80мА: 2.3В (мин.), 2.8В (тип.).
• Обратный ток на точку (I_R):Максимум 100 мкА при приложенном обратном напряжении (V_R) 5В.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):Максимум 2:1. Это означает, что разница в яркости между любыми двумя точками (или сегментами) на одном устройстве при одинаковых условиях управления не превысит коэффициент два.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство \"Классифицировано по силе света\". Это подразумевает процесс сортировки после производства. Из-за присущих вариаций в эпитаксиальном росте полупроводника и обработке кристаллов, светодиоды из одной производственной партии могут иметь слегка различный оптический выход. Для обеспечения согласованности в применениях, особенно в многоразрядных индикаторах, где критична равномерная яркость, произведенные единицы тестируются и сортируются в различные \"бинны\" на основе измеренной силы света. Конструкторы могут затем указать код бина при заказе, чтобы гарантировать, что все единицы в их сборке попадают в узкий диапазон яркости, предотвращая ситуацию, когда одни символы выглядят тусклее или ярче других. Хотя в данной спецификации не перечислены конкретные коды бинов или диапазоны интенсивности, такая практика является стандартной для обеспечения визуального качества.

4. Анализ характеристических кривых

Последняя страница спецификации посвящена \"Типичным электрическим / оптическим характеристическим кривым\". Эти графики неоценимы для понимания поведения устройства за пределами точечных характеристик, перечисленных в таблицах. Хотя конкретные кривые не детализированы в предоставленном тексте, типичные графики для такого устройства включали бы:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Показывает нелинейную зависимость между током и напряжением на p-n переходе светодиода. Помогает в проектировании схемы ограничения тока.
• Сила света в зависимости от прямого тока:Демонстрирует, как световой выход увеличивается с током, обычно сублинейным образом при высоких токах из-за нагрева и падения эффективности.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Иллюстрирует уменьшение светового выхода при повышении температуры перехода, что критично для применений, работающих в широком диапазоне температур.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий форму и ширину спектра излучаемого красного света.

Эти кривые позволяют инженерам прогнозировать производительность в их конкретных рабочих условиях, которые могут отличаться от стандартных условий испытаний.

5. Механическая информация и информация о корпусе

Физическая конструкция LTP-1457AKD определяется габаритными размерами корпуса и внутренней схемой.

5.1 Габаритные размеры корпуса

Высота матрицы устройства составляет 1.2 дюйма (30.42 мм). Подробный чертеж с размерами приведен на странице 2 спецификации. Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм (±0.01 дюйма), если для конкретного элемента не указан иной допуск. Этот чертеж необходим для проектирования посадочного места на печатной плате (ПП), обеспечивая правильную установку компонента и его совмещение с контактными площадками платы.

5.2 Внутренняя схема и распиновка

В индикаторе используется конфигурация с общим катодом для строк. Внутренняя схема показывает матрицу 5x7, где каждый светодиод (точка) формируется на пересечении линии анода (столбца) и линии катода (строки). Чтобы зажечь конкретную точку, соответствующий анод столбца должен быть переведен в высокий уровень (с соответствующим ограничением тока), в то время как катод строки должен быть переведен в низкий уровень.

Таблица соединения выводов имеет решающее значение для сопряжения:

- Выводы 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 подключаются к катодам строк (1-7).

- Выводы 3, 4, 6, 10, 11, 13 подключаются к анодам столбцов (1-5).

Примечание: В предоставленном списке есть несоответствие, где вывод 11 указан как \"ANODE COLUMN 3\", а вывод 4 также указан как \"ANODE COLUMN 3\". В стандартной матрице 5x7 с 12 выводами (14 выводов, из которых 2, возможно, не используются), вероятно, это ошибка в документации; один из них должен быть столбцом 1, 2, 3, 4 или 5. Для получения правильного и однозначного соответствия необходимо обратиться к фактической диаграмме в спецификации. Для формирования символов без эффекта \"призраков\" требуется соответствующая схема мультиплексирования, которая последовательно активирует строки и столбцы.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевой спецификацией сборки, представленной здесь, является температурный профиль пайки. Устройство выдерживает пиковую температуру 260°C в течение максимум 3 секунд. Это измеряется в точке на 1.6 мм ниже плоскости установки корпуса, что примерно соответствует поверхности ПП или самому паяному соединению. Этот рейтинг совместим со стандартными процессами групповой пайки оплавлением для бессвинцовых припоев (SnAgCu). Конструкторы должны убедиться, что профиль их печи оплавления не превышает этот предел по времени при температуре, чтобы предотвратить повреждение светодиодных кристаллов, внутренних проводных соединений или материала пластикового корпуса. При обращении следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Данный индикатор подходит для применений, требующих отображения одного, хорошо читаемого символа или знака. Его компонуемость позволяет использовать его в многосимвольных конфигурациях. Типичные области применения включают:

- Панели приборов (вольтметры, мультиметры, частотомеры).

- Индикаторы состояния систем промышленного управления.

- Дисплеи терминалов точек продаж.

- Простые табло или табло счета при объединении нескольких блоков.

- Пользовательские интерфейсы встроенных систем для кодов состояния или одноразрядного вывода.

7.2 Соображения при проектировании

• Схема управления:Для мультиплексирования необходим микроконтроллер с достаточным количеством выводов ввода-вывода или специализированная микросхема драйвера светодиодного индикатора (например, MAX7219 или аналогичная). Каждый вывод будет потреблять или отдавать ток для нескольких светодиодов, поэтому необходимо убедиться, что пределы тока на вывод МК или драйвера не превышаются.
• Ограничение тока:Внешние токоограничивающие резисторы обязательны для каждого анодного столбца (или источник постоянного тока) для установки прямого тока (I_F) на безопасное значение, обычно между 10-20 мА для непрерывной работы, с учетом снижения номинала с температурой.
• Рассеиваемая мощность:Рассчитайте общую рассеиваемую мощность, особенно когда одновременно горят несколько точек. Убедитесь, что она остается в пределах тепловых ограничений устройства и печатной платы.
• Угол обзора:Широкий угол обзора полезен для применений, где индикатор может просматриваться сбоку.
• Согласованность яркости:При заказе для многоустройственных применений укажите бин интенсивности, чтобы обеспечить визуальную однородность.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основными отличительными особенностями LTP-1457AKD являются использование технологии AlInGaP Гипер Красный и его конкретный механический/электрический формат.

• По сравнению со стандартными красными светодиодами GaAsP или GaP:Светодиоды AlInGaP, как правило, обеспечивают более высокую световую отдачу, лучшую температурную стабильность и более насыщенный, чистый красный цвет (доминирующая длина волны ~639 нм) по сравнению со старыми технологиями, которые могут казаться более оранжевыми.
• По сравнению с большими или меньшими матричными индикаторами:Высота 1.2\" и формат 5x7 представляют собой определенный компромисс между размером и разрешением, обеспечивая хорошую читаемость на умеренном расстоянии. Меньшие форматы экономят место, но снижают читаемость; большие форматы более заметны издалека, но потребляют больше энергии и занимают большую площадь на плате.
• По сравнению с индикаторами со встроенным контроллером:Это \"сырая\" светодиодная матрица. Индикаторы со встроенными контроллерами (I2C, SPI) упрощают интерфейс с микроконтроллером, но могут быть менее гибкими или более дорогими. LTP-1457AKD предлагает прямое управление ценой более сложной схемы драйвера.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе параметров)

В: Могу ли я управлять этим индикатором напрямую от микроконтроллера с питанием 5В?

О: Возможно, но с осторожностью. Типичное V_Fсоставляет 2.1-2.8В. Вывод МК на 5В подаст 5В на анод, что без токоограничивающего резистора разрушит светодиод. Вы должны использовать последовательный резистор. Расчет: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В, V_F=2.6В, и I_F=20мА, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ом. Также убедитесь, что МК может потреблять/отдавать требуемый мультиплексированный ток.

В: Что означает \"Скважность 1/16\" в условиях испытаний для силы света?

О: Это означает, что светодиод включается импульсами на 1/16 от общего времени цикла. Для мультиплексированных индикаторов это распространенный метод управления. Пиковый ток во время включения (32 мА в испытании) выше, чем тот, который можно использовать для постоянного тока, чтобы достичь воспринимаемой яркости, эквивалентной более низкому постоянному току. Средний ток равен (Пиковый ток * Скважность) = 32мА * (1/16) = 2 мА.

В: Как создавать символы, такие как буквы и цифры?

О: Вам нужна таблица шрифтов или генератор символов в вашем программном обеспечении. Это таблица соответствия, которая определяет, какие точки (комбинации анод/столбец, катод/строка) нужно зажечь для каждого кода ASCII или EBCDIC. Например, символ \"A\" будет соответствовать определенному шаблону по 5 столбцам и 7 строкам.

10. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование одноразрядного индикатора оборотов (RPM) для контроллера двигателя.

Индикатор должен показывать цифру от 0 до 9, представляющую диапазон скорости. Выбран недорогой микроконтроллер с 12 выводами ввода-вывода.

Реализация:7 выводов настроены как выходы с открытым стоком для управления катодами строк (потребление тока). 5 выводов настроены как цифровые выходы для управления анодами столбцов через токоограничивающие резисторы (отдача тока). Прошивка содержит карту шрифтов 5x7 для цифр 0-9. Она запускает прерывание по таймеру, которое последовательно активирует каждую строку (1-7), переводя ее катодный вывод в низкий уровень. Для активной строки прошивка устанавливает 5 анодных выводов в высокий уровень в соответствии с шаблоном шрифта для цифры, отображаемой в этой конкретной строке. Это мультиплексирование происходит быстрее, чем может воспринять человеческий глаз (например, >100 Гц), создавая стабильное, без мерцания изображение. Средний ток на светодиод поддерживается на уровне 10 мА (пиковый ток скорректирован с учетом скважности), чтобы обеспечить долгосрочную надежность в пределах ограничений по рассеиваемой мощности.

11. Принцип работы

Основной принцип — электролюминесценция в полупроводниковом p-n переходе. Материал AlInGaP имеет прямую запрещенную зону. При прямом смещении (положительное напряжение на аноде относительно катода) электроны инжектируются из n-области в зону проводимости, а дырки инжектируются из p-области в валентную зону. Эти носители заряда рекомбинируют в активной области вблизи перехода. В материале с прямой запрещенной зоной, таком как AlInGaP, значительная часть этих рекомбинаций является излучательной, то есть они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Длина волны (цвет) этого света определяется энергией запрещенной зоны (E_g) полупроводникового материала, согласно уравнению λ ≈ hc/E_g. Для AlInGaP, настроенного на красный свет, это приводит к фотонам с длиной волны около 650 нм. Матричное расположение 5x7 — это просто сетка из этих отдельных светодиодов с p-n переходами, с их анодами и катодами, соединенными в перекрестной схеме для минимизации количества необходимых выводов драйвера.

12. Технологические тренды

Хотя LTP-1457AKD представляет собой зрелую и надежную технологию, более широкая область технологий отображения продолжает развиваться. Дискретные светодиодные матричные индикаторы такого типа сталкиваются с конкуренцией со стороны интегрированных модулей, использующих светодиоды для поверхностного монтажа (SMD), которые могут быть меньше и предлагать более высокое разрешение. Кроме того, развиваются технологии органических светодиодов (OLED) и микро-светодиодов, обещая более тонкие, эффективные и контрастные дисплеи. Для конкретной ниши простых, надежных, односимвольных или низкоразрешенных многосимвольных индикаторов светодиоды на основе AlInGaP и аналогичных полупроводников III-V группы остаются высоко актуальными благодаря их проверенной надежности, широкому диапазону рабочих температур, высокой яркости и экономической эффективности для промышленных и приборных применений. Тренд в этом сегменте направлен на повышение эффективности (больше света на ватт) и более жесткую сортировку для согласованности цвета и яркости.