Техническая спецификация светодиодного индикатора LTP-2157AKY-01 - Высота матрицы 2.0 дюйма (50.8 мм) - Янтарно-желтый - Массив 5x7 точек

1. Обзор продукта

LTP-2157AKY-01 — это алфавитно-цифровой модуль отображения с матрицей 5x7 точек и высотой матрицы 2.0 дюйма (50.8 мм). Он предназначен для обеспечения четкого, контрастного отображения символов в приложениях, требующих числового или ограниченного алфавитно-цифрового вывода. Устройство использует передовые светодиодные кристаллы AS-AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенные на подложке GaAs, которые известны своей высокой эффективностью и отличной яркостью. Дисплей имеет черный лицевой экран с белыми точками, что повышает контрастность и читаемость при различном освещении. Его основное применение — промышленные приборы, потребительская электроника и другие устройства, где требуется компактное, надежное и энергоэффективное решение для отображения.

1.1 Ключевые преимущества

• Высокая яркость и контрастность:Технология AlInGaP в сочетании с дизайном "черный экран/белая точка" обеспечивает превосходную видимость.
• Низкое энергопотребление:Спроектирован для эффективной работы, что делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или энергосберегающих приложений.
• Надежность твердотельной технологии:По сравнению с другими технологиями отображения, светодиоды предлагают длительный срок службы, устойчивость к ударам и стабильную работу.
• Отличное качество отображения символов:Формат матрицы 5x7 точек обеспечивает четкие, легко узнаваемые символы.
• Архитектура X-Y выборки:Матрица организована в конфигурации строк (анод) и столбцов (катод), что позволяет эффективно применять мультиплексирование и управление с уменьшенным количеством выводов драйвера.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный, объективный анализ ключевых электрических и оптических параметров, указанных в спецификации. Понимание этих значений критически важно для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Абсолютные максимальные допустимые режимы

Эти значения определяют предельные уровни нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа за пределами этих ограничений не рекомендуется.

• Средняя рассеиваемая мощность на точку:35 мВт. Этот предел критически важен для управления тепловым режимом. Его превышение может привести к перегреву, снижению светового потока и ускоренной деградации светодиодного кристалла.
• Пиковый прямой ток на точку:60 мА (при 1 кГц, скважность 25%). Этот рейтинг предназначен для импульсного режима работы. Средний ток в этих условиях составляет 15 мА (60 мА * 0.25), который все равно должен быть ниже номинального среднего тока.
• Средний прямой ток на точку:Базовое значение составляет 13 мА при 25°C. Важно отметить, что оно снижается на 0.17 мА/°C. Например, при температуре окружающей среды (Ta) 85°C максимально допустимый средний ток будет: 13 мА - [0.17 мА/°C * (85°C - 25°C)] = 13 мА - 10.2 мА =2.8 мА. Такое сильное снижение номинала подчеркивает необходимость тщательного теплового проектирования в условиях высоких температур.
• Обратное напряжение на точку:5 В. Приложение обратного смещающего напряжения выше этого значения может вызвать пробой p-n перехода.
• Рабочая и температура хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Условия пайки:260°C в течение 3 секунд, при этом жало паяльника должно находиться не менее чем на 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки. Это предотвращает передачу избыточного тепла по выводам и повреждение внутренних светодиодных кристаллов.

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

Это типичные параметры производительности при указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света на точку (I_V):1650 (Мин.), 3600 (Тип.) мккд. Испытано при пиковом токе (I_p) 32 мА со скважностью 1/16. Фактический средний ток составляет 2 мА. Широкий диапазон указывает на возможное бинирование по яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):595 нм (Тип.). Определяет длину волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна, что помещает ее в янтарно-желтую область видимого спектра.
• Доминирующая длина волны (λ_d):592 нм (Тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, близко соответствующая пиковой длине волны.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (Тип.). Указывает на спектральную чистоту; более узкая ширина означает более насыщенный, чистый цвет.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):
  • 2.05В (Мин.), 2.6В (Тип.) при I_F= 20 мА.
  • 2.3В (Мин.), 2.8В (Тип.) при I_F= 80 мА. Увеличение с ростом тока обусловлено последовательным сопротивлением диода.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (Макс.) при V_R= 5В. Желателен низкий обратный ток.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):2:1 (Макс.). Определяет максимально допустимое соотношение между самой яркой и самой тусклой точкой в массиве, обеспечивая равномерность внешнего вида.

3. Объяснение системы бинирования

Хотя предоставленная спецификация не детализирует формальную коммерческую структуру бинирования, указанные диапазоны параметров подразумевают внутреннюю вариативность. Разработчики должны учитывать следующие потенциальные различия между отдельными экземплярами или производственными партиями:

• Бин длины волны/цвета:Типичная доминирующая длина волны составляет 592 нм. Отдельные экземпляры могут незначительно отличаться от этого значения, что влияет на точный оттенок янтарно-желтого цвета.
• Бин силы света (яркости):Сила света имеет минимум 1650 мккд и типичное значение 3600 мккд. Такой широкий разброс предполагает, что для приложений, требующих точного согласования яркости, может потребоваться отбор или бинирование на уровне сборки.
• Бин прямого напряжения:Диапазон прямого напряжения (от 2.05В до 2.6В при 20мА) указывает на вариативность. Это важно для проектирования драйверов постоянного тока, чтобы обеспечить одинаковую яркость всех сегментов без перегрузки элементов с более высоким V_F dots.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены ссылки на типичные характеристические кривые. Эти графики, хотя и не отображены в предоставленном тексте, необходимы для понимания поведения устройства в нестандартных условиях.

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

Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Указанные точки V_Fпри 20мА и 80мА дают две опорные точки. Кривая помогает определить необходимое напряжение питания для заданного тока и позволяет рассчитать рассеиваемую мощность (V_F* I_F).

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Этот график показывает, как световой выход увеличивается с ростом тока. Для светодиодов зависимость, как правило, линейна в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Работа вблизи типичного тока (рассчитанного из спецификации: пик 32мА, скважность 1/16) обеспечивает оптимальную эффективность и долговечность.

4.3 Зависимость силы света от температуры окружающей среды

Световой выход светодиода уменьшается с ростом температуры p-n перехода. Эта характеристика в сочетании с сильным снижением номинального тока (0.17 мА/°C) подчеркивает критическую важность управления рабочей температурой устройства для поддержания стабильной яркости и надежности.

4.4 Спектральное распределение

График относительной интенсивности в зависимости от длины волны показал бы пик около 595 нм с типичной полушириной 15 нм, подтверждая янтарно-желтую цветовую точку.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Модуль дисплея имеет определенные физические размеры (представлены на чертеже в оригинальной спецификации). Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Разработчики должны учитывать эти размеры при проектировании корпусов изделий и разводке печатных плат.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

Устройство имеет 14-выводную конфигурацию. Распиновка следующая: 1. Анод Строка 5 2. Анод Строка 7 3. Катод Столбец 2 4. Катод Столбец 3 5. Анод Строка 4 6. Катод Столбец 5 7. Анод Строка 6 8. Анод Строка 3 9. Анод Строка 1 10. Катод Столбец 4 11. Катод Столбец 3 (Примечание: Вывод 4 также является Катод Столбец 3; вероятно, это опечатка в исходном тексте. Вывод 11, предположительно, является Катод Столбец 6 или другим столбцом. Для уточнения необходимо обратиться к внутренней принципиальной схеме.) 12. Анод Строка 4 (Дубликат вывода 5; вероятно, ошибка в документации) 13. Катод Столбец 1 14. Анод Строка 2

Важное примечание:Предоставленный список выводов содержит явные дубликаты (Выводы 4 и 11 для Столбца 3, Выводы 5 и 12 для Строки 4).Внутренняя принципиальная схема, указанная в спецификации, является авторитетным источником для правильного сопоставления выводов и сегментов и должна использоваться при проектировании. Согласно описанию "Катод Столбец" и "Анод Строка", дисплей использует конфигурацию с общим катодом в группе.

5.3 Внутренняя принципиальная схема

На схеме показано электрическое соединение 35 светодиодов (5 столбцов x 7 строк). Анод каждого светодиода подключен к строковой линии, а его катод — к столбцовой линии. Чтобы зажечь конкретную точку, соответствующая строковая линия должна быть переведена в высокий уровень (анод), а столбцовая линия — в низкий уровень (катод). Такая матричная структура позволяет управлять 35 точками с помощью всего 12 линий (5 строк + 7 столбцов), обеспечивая эффективное мультиплексирование.

6. Рекомендации по пайке и сборке

• Групповая пайка оплавлением:Соблюдайте указанное условие: 260°C в течение 3 секунд. Используйте контролируемый температурный профиль, чтобы избежать теплового удара.
• Ручная пайка:При необходимости используйте паяльник с регулировкой температуры. Нагревайте вывод, а не корпус устройства, и ограничьте время контакта, чтобы предотвратить передачу тепла внутрь дисплея.
• Очистка:Используйте подходящие растворители, совместимые с материалами дисплея (вероятно, эпоксидная смола и пластик). Избегайте ультразвуковой очистки, которая может повредить внутренние соединения.
• Условия хранения:Храните в сухой, антистатической среде в указанном температурном диапазоне (от -35°C до +85°C).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Промышленные панельные приборы:Отображение числовых значений напряжения, тока, температуры, давления и т.д.
• Контрольно-измерительное оборудование:Индикаторы для мультиметров, осциллографов (для настроек или базовых показаний), генераторов сигналов.
• Бытовая техника:Таймеры, весы, дисплеи аудиоаппаратуры.
• Медицинские приборы:Простые числовые индикаторы на мониторах или диагностическом оборудовании, где ключевым фактором является надежность.
• Торговое оборудование:Дисплеи цен, базовые терминалы для транзакций.

7.2 Вопросы проектирования

• Схема управления:Требуется микроконтроллер с достаточным количеством выводов GPIO или специализированная микросхема драйвера светодиодов с поддержкой мультиплексирования. Драйвер должен быть способен обеспечивать ток для строк (анодов) и принимать ток для столбцов (катодов). Ограничивающие ток резисторы обязательны для каждой строковой или столбцовой линии для установки прямого тока.
• Расчет тока:Из-за мультиплексирования мгновенный (пиковый) ток на каждый светодиод будет выше желаемого среднего тока. Для N мультиплексированных строк пиковый ток должен быть примерно в N раз больше желаемого среднего тока. Убедитесь, что этот пиковый ток не превышает абсолютный максимальный рейтинг в 60 мА.
• Тепловой менеджмент:Соблюдайте кривую снижения номинального тока. При высоких температурах окружающей среды уменьшайте ток управления или улучшайте вентиляцию. Черный лицевой экран может поглощать больше тепла из окружающей среды.
• Угол обзора:Учитывайте предполагаемое положение наблюдателя. Матричные светодиодные дисплеи часто имеют ограниченный оптимальный угол обзора.
• Защита от ЭСР:Реализуйте стандартную защиту от электростатического разряда на линиях управления, особенно если дисплей доступен пользователю.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению с другими технологиями отображения своего времени (такими как вакуумно-люминесцентные индикаторы (ВЛИ) или меньшие ЖК-дисплеи), LTP-2157AKY-01 предлагает явные преимущества:

• По сравнению с ВЛИ:Более низкое рабочее напряжение, отсутствие необходимости в нити накала или высоковольтном драйвере, более высокая прочность, больший срок службы и лучшая производительность в условиях низких температур.
• По сравнению с ЖК-дисплеями:Значительно более высокая яркость и контрастность, самосветящийся (не требуется подсветка), более широкий рабочий температурный диапазон и более быстрое время отклика. Компромиссом является более высокое энергопотребление и ограниченная возможность отображения сложной графики.
• По сравнению со стандартными светодиодами на основе GaP или GaAsP:Использование технологии AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу и яркость, что приводит к лучшей видимости в условиях яркого освещения.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим дисплеем с постоянным током 20мА на точку?

О: Не напрямую в статическом режиме для всех точек одновременно, так как это превысит предел средней рассеиваемой мощности (35 мВт/точка * 35 точек = 1.225 Вт, и 20мА * 2.6В = 52мВт/точка). Вы должны использовать мультиплексирование. При мультиплексировании со скважностью 1/7 (включение одной строки за раз) пиковый ток на точку может составить ~140 мА для достижения среднего тока 20 мА, что превышает пиковый рейтинг 60 мА. Следовательно, необходимо тщательно проектировать схему мультиплексирования и пиковый ток, чтобы оставаться в пределах как средних, так и пиковых ограничений.

В2: Почему в списке есть повторяющиеся назначения выводов?

О: Текстовый список выводов в предоставленном содержании, вероятно, содержит ошибки документации. Определяющей ссылкой являетсяВнутренняя принципиальная схемав оригинальной спецификации. Всегда используйте схему при проектировании печатной платы.

В3: Как рассчитать необходимый токоограничивающий резистор?

О: Для источника постоянного напряжения (V_CC) используйте закон Ома: R = (V_CC- V_F- V_CE(sat)) / I_F. Где V_F— прямое напряжение светодиода (для безопасности используйте максимальное значение, например, 2.8В), V_CE(sat)— напряжение насыщения транзистора драйвера столбца (если используется), а I_F— желаемый прямой ток. Для мультиплексированной схемы I_F— этопиковый current.

В4: В чем разница между пиковой и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны (λ_p) — это физическая точка максимального спектрального излучения. Доминирующая длина волны (λ_d) — это психофизический коррелят, представляющий единственную длину волны, которая соответствовала бы воспринимаемому цвету. Для монохроматических светодиодов они часто очень близки.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование простого цифрового индикатора вольтметра с использованием LTP-2157AKY-01, управляемого от 5В системы на микроконтроллере в среде с температурой до 50°C.

1. Выбор драйвера:Выберите микроконтроллер как минимум с 12 свободными выводами GPIO или используйте меньший МК вместе с последовательно-параллельным сдвиговым регистром и массивами транзисторов для управления строками/столбцами.
2. Ограничение тока:Определите максимальный средний ток на точку при 50°C: 13 мА - [0.17 мА/°C * (50-25)] = 13 мА - 4.25 мА =8.75 мА.
3. Схема мультиплексирования:Используйте мультиплексирование строк 1:7. Для достижения среднего тока 8.75 мА пиковый ток во время активности строки должен составлять ~61.25 мА (8.75 * 7). Это немного выше пикового рейтинга 60 мА. Следовательно, уменьшите целевую среднюю величину до ~8.5 мА, что даст пик 59.5 мА.
4. Расчет резистора:Предполагая V_CE(sat)драйвера столбца 0.2В и V_F(max)2.8В. Для питания анода от 5В: R = (5В - 2.8В - 0.2В) / 0.0595 А ≈ 33.6 Ом. Используйте стандартный резистор 33 Ом. Номинальная мощность: P = I²* R = (0.0595)²* 33 ≈ 0.117 Вт. Резистора на 1/4 Вт достаточно.
5. Программное обеспечение:Реализуйте прерывание по таймеру для циклического переключения между 7 строками, включая соответствующие драйверы столбцов для каждой строки на основе карты символов шрифта.

11. Принцип работы

Устройство работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Когда прямое смещающее напряжение, превышающее пороговое напряжение диода, прикладывается к отдельной светодиодной ячейке (анод строки положительный, катод столбца отрицательный), электроны и дырки рекомбинируют в активной области AlInGaP, высвобождая энергию в виде фотонов с длиной волны, определяемой шириной запрещенной зоны материала (~592-595 нм, янтарно-желтый). Матрица 5x7 адресуется путем выборочной активации одной строки (анода) за раз, обеспечивая пути стока тока на столбцах (катодах) для точек, которые должны быть подсвечены в этой строке. Этот процесс (мультиплексирование) происходит быстрее, чем может воспринять человеческий глаз, создавая стабильное изображение всех необходимых точек.

12. Технологические тренды

Хотя данный конкретный продукт использует зрелую технологию AlInGaP-on-GaAs, область светодиодных дисплеев в целом значительно эволюционировала. Актуальные тренды, относящиеся к этой категории продуктов, включают:

• Миниатюризация:Матричные дисплеи доступны с гораздо меньшим шагом пикселей и размерами корпуса.
• Полноцветные RGB-матрицы:Современные дисплеи часто интегрируют красные, зеленые и синие светодиоды в каждый пиксель, обеспечивая полноцветную графику.
• Интегрированные драйверы:Более новые модули часто включают драйверную микросхему и контроллер на плате, общаясь через последовательные интерфейсы (I2C, SPI), что значительно упрощает проектирование основной системы по сравнению с прямым мультиплексированием через GPIO.
• Более эффективные материалы:Переход от AlInGaP к еще более эффективным материалам, таким как InGaN для определенных цветов, и постоянное улучшение внутренней квантовой эффективности и вывода света.
• Альтернативные технологии:Для алфавитно-цифровых дисплеев технология OLED (органический светодиод) предлагает аналогичные преимущества самосвечения с потенциально более тонким форм-фактором и более широкими углами обзора, хотя исторически с другими соображениями по сроку службы и стоимости.

LTP-2157AKY-01 представляет собой надежное, проверенное решение для приложений, где его конкретное сочетание размера, цвета, простоты и надежности соответствует требованиям проекта.