Техническая спецификация светодиодного индикатора LTP-2157AKY - Высота матрицы 2.0 дюйма (50.8 мм) - Янтарно-желтый цвет AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 35 мВт

1. Обзор продукта

LTP-2157AKY представляет собой модуль светодиодного индикатора с матрицей 5 x 7 точек и высотой символа 2.0 дюйма (50.8 мм). Данное устройство предназначено для применений, требующих четкого и яркого отображения буквенно-цифровой или символьной информации. Его базовая технология использует полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для получения янтарно-желтого свечения. Визуальное исполнение включает серую лицевую панель с белыми точками, что повышает контрастность и читаемость. Модуль выполнен по схеме с общим катодом и для работы требует внешней схемы мультиплексированного управления.

Основные области применения данного индикатора включают промышленные приборы, интерфейсы потребительской электроники, POS-терминалы, дисплеи медицинского оборудования и любые встраиваемые системы, требующие компактного, надежного и яркого отображения данных. Его твердотельная конструкция обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы по сравнению с другими технологиями отображения, такими как вакуумно-люминесцентные или лампы накаливания.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества LTP-2157AKY проистекают из его технологии AlInGaP и продуманной конструкции. Он обеспечивает высокую яркость и контрастность, что критически важно для читаемости при различном окружающем освещении, включая ярко освещенные помещения. Низкое энергопотребление делает его подходящим для устройств с батарейным питанием или с учетом энергоэффективности. Отличный внешний вид символов достигается благодаря точной компоновке матрицы 5x7 точек, которая является стандартом для четкого отображения символов ASCII.

Целевой рынок широк и охватывает производителей оригинального оборудования (OEM) и инженеров-конструкторов, работающих над устройствами, которым требуется простое, экономичное и надежное решение для отображения. Его характеристики делают его жизнеспособным выбором там, где более крупные и сложные графические дисплеи не нужны или слишком дороги.

2. Подробный анализ технических параметров

Для правильного проектирования схемы и интеграции дисплея LTP-2157AKY необходимо тщательное понимание его электрических и оптических параметров.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Не рекомендуется непрерывная работа устройства на этих пределах или близко к ним.

• Средняя рассеиваемая мощность на точку:35 мВт. Это максимальная непрерывная мощность, которую может безопасно рассеивать один светодиодный сегмент (точка) без термической деградации.
• Пиковый прямой ток на точку:60 мА. Это максимальный мгновенный ток, допустимый при импульсном режиме работы, обычно используемом в схемах с мультиплексированным управлением.
• Средний прямой ток на точку:13 мА при 25°C. Этот параметр линейно снижается на 0.17 мА/°C выше 25°C. Например, при 85°C максимально допустимый средний ток составит приблизительно: 13 мА - (0.17 мА/°C * (85°C - 25°C)) = 13 мА - 10.2 мА = 2.8 мА. Это снижение параметра критически важно для управления тепловым режимом.
• Обратное напряжение на точку:5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может привести к пробою светодиодного перехода.
• Диапазон рабочих и температур хранения:от -35°C до +85°C. Этот широкий диапазон обеспечивает функциональность в суровых условиях.
• Температура пайки:Максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на 1.6 мм ниже плоскости установки. Это стандартная рекомендация для волновой или конвекционной пайки для предотвращения повреждения корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные рабочие параметры, измеренные при температуре окружающей среды (Ta) 25°C в указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света (I_V):2100 мккд (Мин.), 3600 мккд (Тип.). Условие испытания: I_p=32мА, скважность 1/16. Эта высокая яркость является ключевой особенностью. Для точности измерение использует фильтр, аппроксимирующий кривую спектральной чувствительности глаза CIE.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):595 нм (Тип.). Это длина волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна, определяющая янтарно-желтый цвет.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (Тип.). Это указывает на спектральную чистоту; более узкая ширина означает более монохроматический цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):592 нм (Тип.). Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, близко соответствующая пиковой длине волны для данного типа светодиода.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.05В (Мин.), 2.6В (Тип.). Условие испытания: I_F=20мА. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления могла обеспечить это напряжение.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (Макс.). Условие испытания: V_R=5В. Это ток утечки при обратном смещении светодиода.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):2:1 (Макс.). Условие испытания: I_F=2мА. Этот параметр обеспечивает равномерность по всему дисплею; яркость самого тусклого сегмента будет как минимум вдвое меньше яркости самого яркого сегмента.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации явно не детализирована многоуровневая система сортировки по длине волны или световому потоку. Однако указанные параметры подразумевают контролируемый производственный процесс. Узкие диапазоны для доминирующей длины волны (592 нм Тип.) и силы света (2100-3600 мккд) предполагают, что компоненты отбираются для соответствия этим минимальным и типичным спецификациям. Конструкторам следует учитывать минимальные значения (I_Vмин 2100 мккд, V_Fмакс 2.6В) для проектирования схемы в наихудшем случае, чтобы обеспечить видимость дисплея и правильное регулирование тока для всех экземпляров.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются типичные характеристические кривые. Хотя они не приведены в тексте, стандартные кривые светодиодов могут быть выведены и критически важны для проектирования.

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Зависимость I-V нелинейна. Типичное значение V_F2.6В при 20мА является ключевой точкой проектирования. Кривая показывает резкое включение около напряжения запрещенной зоны светодиода (~2В для AlInGaP), после чего ток экспоненциально возрастает с напряжением. Поэтому настоятельно рекомендуется управлять светодиодами с помощью источника постоянного тока, а не источника постоянного напряжения, чтобы предотвратить тепловой разгон и обеспечить стабильную яркость.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Сила света приблизительно пропорциональна прямому току в нормальном рабочем диапазоне (например, до номинального среднего тока). Однако эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за нагрева. Указанная интенсивность при импульсной работе 32мА оптимизирована для мультиплексированных дисплеев.

4.3 Температурная зависимость

Характеристики светодиодов чувствительны к температуре. Прямое напряжение (V_F) обычно уменьшается с увеличением температуры перехода (отрицательный температурный коэффициент). Сила света также уменьшается при повышении температуры. Спецификация снижения тока (0.17 мА/°C) является прямым защитным механизмом проектирования против этих эффектов, предотвращая перегрев и преждевременное снижение яркости.

4.4 Спектральное распределение

Спектр излучения сосредоточен около 595 нм (янтарно-желтый) с типичной полушириной 15 нм. Это относительно узкая полоса, характерная для прямозонных полупроводников III-V группы, таких как AlInGaP, что обеспечивает хорошую насыщенность цвета.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Физические размеры

Чертеж корпуса указывает общие физические размеры модуля дисплея. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Эта информация жизненно важна для проектирования посадочного места на печатной плате (PCB) и подгонки корпуса.

5.2 Конфигурация выводов и внутренняя схема

LTP-2157AKY имеет 14-выводную конфигурацию. Внутренняя схема показывает структуру с общим катодом для матрицы 5x7. Столбцы (вертикальные линии) являются катодами, а строки (горизонтальные линии) — анодами. Конкретные примечания указывают на внутренние соединения: Вывод 4 и Вывод 11 соединены (оба являются Катодом для Столбца 3), а Вывод 5 и Вывод 12 соединены (оба являются Анодом для Строки 4). Это внутреннее соединение, вероятно, упрощает разводку внутренних соединительных проводов. Таблица распиновки должна строго соблюдаться для правильной работы дисплея.

5.3 Идентификация полярности

Устройство использует конфигурацию с общим катодом. Выводы катода предназначены для столбцов (1-5), а выводы анода — для строк (1-7). Для создания прямого смещения необходимо подключить нужный вывод строки к положительному напряжению (через токоограничивающий резистор или драйвер), а нужный вывод столбца — к земле (или к стоку низковольтного драйвера).

6. Рекомендации по пайке и сборке

Предельный эксплуатационный параметр определяет профиль пайки: максимальная температура 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки. Это совместимо со стандартными процессами бессвинцовой конвекционной пайки (например, следуя стандартному профилю IPC/JEDEC J-STD-020). Следует соблюдать осторожность, чтобы избежать механических нагрузок на выводы во время обработки. Для хранения рекомендуется указанный диапазон от -35°C до +85°C в сухой антистатической среде, чтобы предотвратить поглощение влаги (что может вызвать \"эффект попкорна\" во время пайки) и повреждение от электростатического разряда.

7. Упаковка и информация для заказа

Номер детали — LTP-2157AKY. Хотя конкретные детали упаковки (рулон, лоток, трубка) не указаны в предоставленном содержании, такие дисплеи обычно поставляются в антистатических трубках или лотках для защиты выводов и лицевой панели дисплея. \"Spec No.: DS-30-99-106\" и \"BNS-OD-FC001/A4\" являются внутренними номерами документов.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые схемы применения

LTP-2157AKY требует внешней схемы драйвера. Распространенная конструкция использует микроконтроллер с программным мультиплексированием. Порты ввода-вывода микроконтроллера, часто недостаточные для непосредственного источника/стока требуемого тока, подключаются к транзисторам драйверов строк (например, PNP или P-канальные MOSFET для подачи тока на аноды) и транзисторам драйверов столбцов или специализированным драйверам-стокам (например, NPN, N-канальные MOSFET или специализированные ИС драйверов светодиодов, такие как ULN2003, для стока тока с катодов). Процедура мультиплексирования быстро перебирает каждую строку (1-7), включая соответствующие катоды столбцов для этой строки, чтобы сформировать нужный символ. Упомянутая скважность 1/16 в условии испытания является типичным коэффициентом мультиплексирования (например, 1 строка включена за раз из возможных 7+? кадров; точная синхронизация зависит от конструкции драйвера).

8.2 Соображения по проектированию

• Ограничение тока:Необходимо для каждого светодиодного сегмента. Используйте резисторы или драйверы постоянного тока. Рассчитайте значение резистора на основе напряжения питания (V_CC), прямого напряжения светодиода (V_F) и желаемого прямого тока (I_F). Для мультиплексированной работы используйте пиковый ток (I_p). Пример: Для V_CC=5В, V_F=2.6В, I_p=32мА, R = (5В - 2.6В) / 0.032А ≈ 75 Ом.
• Частота мультиплексирования:Должна быть достаточно высокой, чтобы избежать видимого мерцания (обычно частота кадров >60 Гц). Инерция зрения будет сливать быстро переключающиеся строки в стабильное изображение.
• Теплоотвод:Соблюдайте кривую снижения тока при высоких температурах окружающей среды. Обеспечьте адекватную вентиляцию, если используется в закрытых пространствах.
• Угол обзора:Хотя и не указан, стандартные светодиодные матрицы имеют широкий угол обзора. Конструкция с серой панелью/белыми точками оптимизирует контрастность для фронтального просмотра.

9. Техническое сравнение

По сравнению с другими современными технологиями отображения, доступными на момент его выпуска (2002), LTP-2157AKY предлагал явные преимущества:

• по сравнению с лампами накаливания или вакуумно-люминесцентными дисплеями (VFD):Светодиодный дисплей гораздо более энергоэффективен, выделяет меньше тепла, имеет более быстрое время отклика и значительно более длительный срок службы. Он также более механически прочен, так как не имеет хрупких нитей накала или стеклянных колб.
• по сравнению с ранними ЖК-дисплеями:Светодиодный дисплей является самосветящимся, обеспечивая гораздо более высокую яркость и лучшую видимость в условиях низкой освещенности или прямого солнечного света без подсветки. Он также имеет более широкий рабочий температурный диапазон и не имеет проблем с медленным откликом в холодных условиях.
• по сравнению с другими цветами светодиодов (например, GaAsP красный):Технология AlInGaP, используемая в этом янтарно-желтом светодиоде, обеспечивает более высокую световую отдачу (больше светового потока на единицу электрической мощности) и лучшую долгосрочную стабильность по сравнению со старыми красными светодиодами GaAsP.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Могу ли я управлять этим дисплеем, подав постоянное напряжение 5В на аноды?

О1: Нет. Светодиоды являются устройствами с токовым управлением. Подача постоянного напряжения без последовательного токоограничивающего резистора вызовет чрезмерный ток, что может разрушить светодиод. Всегда используйте механизм ограничения тока.

В2: Почему для Столбца 3 и Строки 4 есть по два вывода?

О2: Выводы 4 и 11 внутренне соединены с Катодом Столбца 3, а Выводы 5 и 12 внутренне соединены с Анодом Строки 4. Это, вероятно, сделано для эффективности внутренней разводки соединительных проводов или для предоставления альтернативных точек подключения на печатной плате для удобства трассировки. Электрически они являются одним узлом.

В3: Что означает \"1/16 Duty\" в условии испытания силы света?

О3: Это означает, что светодиод работал в импульсном режиме со скважностью 1/16 (6.25%). Пиковый ток (I_p=32мА) выше, чем был бы средний постоянный ток для того же восприятия яркости в мультиплексированной системе. Средний ток равен I_p* скважность = 32мА * 0.0625 = 2мА. Такая импульсная работа является стандартной для тестирования мультиплексированных дисплеев.

В4: Как отобразить символ, например, букву \"А\"?

О4: Вам нужна карта шрифтов или таблица поиска, которая определяет, какие точки (пересечения строки и столбца) должны светиться для каждого символа. Для матрицы 5x7 это обычно массив из 5 байт на символ, где каждый бит в байте представляет элемент строки в одном столбце. Программное обеспечение вашего микроконтроллера использует эту карту во время сканирования мультиплексирования.

11. Практический пример проектирования

Рассмотрим проектирование простого цифрового термометра с 3-разрядным индикатором с использованием трех дисплеев LTP-2157AKY. Система потребует датчик температуры, микроконтроллер (например, 8-битный МК) и схему драйвера. Микроконтроллер считывает показания датчика, преобразует значение в BCD или пользовательскую карту шрифтов и управляет дисплеями. Из-за количества выводов (3 дисплея * 14 выводов = 42 вывода при прямом управлении) схема мультиплексирования обязательна. Проектирование будет включать: 1) Соединение всех соответствующих выводов строк (анодов) трех дисплеев вместе (создание 7 общих линий анодов). 2) Отдельное соединение выводов столбцов (катодов) каждого дисплея (создание 3 дисплея * 5 столбцов = 15 линий катодов). 3) Использование микроконтроллера с 7+15=22 линиями ввода-вывода (или меньше с внешними сдвиговыми регистрами или расширителями портов) для сканирования общих строк и последовательного включения соответствующих столбцов для каждой цифры на высокой частоте. Токоограничивающие резисторы будут размещены либо на общих линиях анодов, либо на индивидуальных линиях катодов.

12. Принцип работы

LTP-2157AKY основан на принципе электролюминесценции полупроводникового P-N перехода. При прямом смещении электроны из N-слоя AlInGaP рекомбинируют с дырками из P-слоя в активной области. Это событие рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны 595 нм (янтарно-желтый) определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала AlInGaP, которая задается в процессе выращивания кристалла. Непрозрачная подложка GaAs помогает отражать свет вверх, повышая общую эффективность вывода света с верхней поверхности кристалла.

13. Технологические тренды

С момента выпуска этой спецификации (2002) технология светодиодных дисплеев значительно продвинулась. Хотя формат матрицы 5x7 точек остается рабочей лошадкой для простых дисплеев, базовая технология эволюционировала. Светодиоды AlInGaP стали более эффективными и долговечными. Кроме того, стали распространены новые варианты дисплеев: 1)Матрицы с более высокой плотностью:8x8, 16x16 и более крупные графические матрицы теперь распространены и недороги. 2)Светодиоды для поверхностного монтажа (SMD):Современные конструкции часто используют отдельные SMD светодиоды, размещенные на печатной плате для формирования матрицы, что обеспечивает большую гибкость проектирования. 3)Органические светодиодные дисплеи (OLED):Обеспечивают высокую контрастность, широкие углы обзора и гибкие форм-факторы, хотя могут иметь другие ограничения по сроку службы и условиям окружающей среды. 4)Дисплеи со встроенным контроллером:Современные модули часто включают встроенный контроллер (например, HD44780 для символьных ЖК-дисплеев или специализированные драйверы светодиодных матриц), что упрощает требования к интерфейсу до нескольких линий данных и управления. Однако фундаментальные принципы проектирования для управления мультиплексированной светодиодной матрицей, подробно описанные для LTP-2157AKY, остаются непосредственно применимыми ко многим современным проектам с дискретными светодиодными матрицами.