Техническая документация на светодиодный матричный индикатор LTP-2157AKD - Высота 2.0 дюйма - Матрица 5x7 - Гиперкрасный (650нм) - 40мВт/точка

1. Обзор изделия

LTP-2157AKD — это твердотельный модуль алфавитно-цифрового индикатора, предназначенный для применений, требующих четкого, яркого и надежного визуального вывода. Его основная функция — отображение символов и знаков с использованием матрицы индивидуально адресуемых светоизлучающих диодов (СИД). Основные области применения включают панели управления промышленного оборудования, приборы, терминалы точек продаж, дисплеи медицинского оборудования и различную потребительскую электронику, где достаточно простого монохромного символьного индикатора.

Основной принцип работы основан на конфигурации матрицы 5x7. Это означает, что каждый символ формируется путем включения определенного паттерна в сетке из 5 столбцов и 7 строк светодиодных пикселей. Путем избирательной подачи прямого напряжения на линии анода (строка) и катода (столбец), соответствующие каждому требуемому пикселю, включаются определенные точки для создания узнаваемых форм, таких как буквы и цифры. Устройство использует схему мультиплексирования, при которой строки активируются последовательно с высокой частотой, создавая восприятие стабильного, полностью освещенного символа, одновременно минимизируя количество необходимых выводов драйвера и потребляемую мощность.

2. Технические параметры: Подробная объективная интерпретация

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики определены при стандартных условиях испытаний при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Ключевой параметр, Средняя сила света (Iv), имеет типичное значение 3500 микрокандел (µкд) при пиковом токе (Ip) 32мА и скважности 1/16. Это указывает на высокую яркость, подходящую для хорошо освещенных сред. Минимальное указанное значение составляет 1650 µкд, что определяет нижнюю границу производительности изделия.

Цветовые характеристики определяются полупроводниковым материалом AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Пиковая длина волны излучения (λp) составляет обычно 650 нанометров (нм), что помещает его в гиперкрасную область видимого спектра. Доминирующая длина волны (λd) указана как 639 нм. Разница между пиковой и доминирующей длиной волны, наряду с полушириной спектральной линии (Δλ) 20 нм, описывает спектральную чистоту и конкретный оттенок излучаемого красного цвета. Указано соотношение соответствия силы света 2:1 (макс.), означающее, что яркость самого тусклого сегмента в символе должна быть не менее половины яркости самого яркого сегмента при одинаковых условиях управления, обеспечивая равномерный внешний вид.

2.2 Электрические и тепловые характеристики

Абсолютные максимальные режимы определяют пределы эксплуатации, за которыми может произойти необратимое повреждение. Средняя рассеиваемая мощность на точку составляет 40 милливатт (мВт). Пиковый прямой ток на точку может достигать 90мА для импульсного режима, в то время как средний прямой ток на точку имеет базовый номинал 15мА при 25°C, линейно снижаясь на 0.2 мА/°C с ростом температуры. Это снижение номинала критически важно для теплового менеджмента и долгосрочной надежности. Максимальное обратное напряжение на точку составляет 5В.

В типичных рабочих условиях (Прямой ток IF=20мА) прямое напряжение на сегмент (VF) варьируется от 2.1В (мин.) до 2.6В (макс.). Этот параметр важен для проектирования схемы ограничения тока в драйвере. Обратный ток (IR) очень мал, обычно от 2.3 до 2.8 микроампер (мкА) при максимальном обратном напряжении 5В, что указывает на хорошие диодные характеристики.

Устройство рассчитано на рабочий диапазон температур от -35°C до +85°C, с идентичным диапазоном температур хранения. Такой широкий диапазон делает его пригодным для суровых условий. Максимальная температура пайки указана как 260°C в течение максимум 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки, что дает четкие рекомендации для процессов сборки печатных плат.

3. Механическая информация и данные по корпусу

Заявленная высота матрицы дисплея составляет 2.0 дюйма (50.8 мм). Габаритные размеры корпуса приведены на подробном чертеже со всеми размерами в миллиметрах. Допуски изготовления обычно составляют ±0.25 мм (0.01 дюйма), если не указано иное на чертеже. Физический корпус имеет серую лицевую панель с белым цветом точек, что улучшает контраст при выключенных светодиодах и рассеивает свет при их включении.

Схема подключения выводов имеет решающее значение для правильного сопряжения. Устройство имеет 14-выводную конфигурацию. Внутренняя схема представляет собой стандартное включение с общим катодом для столбцов, при этом аноды для 7 строк выведены на отдельные выводы. Важно отметить внутренние соединения: Вывод 4 и Вывод 11 соединены внутри (оба являются Катодом для Столбца 3), а Вывод 5 и Вывод 12 соединены внутри (оба являются Анодом для Строки 4). Эти соединения сделаны для упрощения внутренней разводки и не влияют на внешнюю логику управления.

4. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные электрические и оптические характеристические кривые. Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Этот график показывает экспоненциальную зависимость, важную для определения необходимого напряжения питания для заданного тока управления.
• Сила света в зависимости от прямого тока:Эта кривая показывает, как световой выход увеличивается с током, обычно имея почти линейную зависимость в рабочем диапазоне до падения эффективности при очень высоких токах.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Это демонстрирует эффект теплового тушения, когда выходная мощность светодиода уменьшается с ростом температуры перехода. Понимание этого является ключевым для применений с высокими температурами окружающей среды или плохим теплоотводом.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий концентрацию светового выхода вокруг пика 650нм с определенной полушириной 20нм.

Эти кривые позволяют разработчикам оптимизировать производительность и понимать компромиссы между яркостью, эффективностью, током управления и тепловым менеджментом.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Сборка должна соответствовать указанному профилю пайки, чтобы предотвратить повреждение. Максимально допустимая температура пайки составляет 260°C, и компонент должен подвергаться этой температуре не более 3 секунд. Обычно это достигается с использованием контролируемого процесса пайки оплавлением с профилем, который плавно повышает температуру, выдерживает на пике и охлаждает в заданных пределах. Ручная пайка паяльником требует особой осторожности для локализации тепла и избегания превышения этих параметров.

Для хранения устройство должно храниться в указанном диапазоне температур от -35°C до +85°C в среде с низкой влажностью. Рекомендуется использовать компоненты в течение их срока годности и соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР) при обращении для защиты чувствительных полупроводниковых переходов.

6. Рекомендации по применению и соображения по проектированию

6.1 Типовые схемы включения

LTP-2157AKD требует внешней схемы драйвера. Распространенная конструкция использует микроконтроллер с достаточным количеством выводов ввода-вывода или специализированную микросхему драйвера светодиодного дисплея (например, MAX7219 или аналогичную). Драйвер должен реализовывать мультиплексирование: он последовательно активирует каждую из 7 строк анодов, одновременно предоставляя данные катодов столбцов для этой конкретной строки. Частота обновления должна быть достаточно высокой (обычно >100 Гц), чтобы избежать видимого мерцания. Ограничивающие ток резисторы обязательны для каждой линии столбца (или интегрированы в драйвер), чтобы установить прямой ток на желаемое значение (например, 20мА для типичной яркости). Расчет значения резистора: R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If, где Vcc — напряжение питания, Vf — прямое напряжение светодиода (~2.6В макс.), Vdriver_sat — напряжение насыщения драйвера, а If — желаемый прямой ток.

6.2 Соображения по проектированию

• Источник питания:Убедитесь, что источник питания может обеспечить требуемый пиковый ток. При потенциально включенных 5 столбцах на строку и пиковом токе до 20мА на точку, одна строка может потреблять 100мА. Блок питания должен выдерживать такую импульсную нагрузку.
• Теплоотвод:Хотя отдельные точки рассеивают максимум 40мВт, непрерывная работа многих точек может генерировать значительное тепло. Обеспечьте адекватную вентиляцию или теплоотвод при работе в условиях высоких температур окружающей среды или на максимальных режимах.
• Угол обзора и контраст:Конструкция с серой лицевой панелью/белыми точками обеспечивает хороший контраст в выключенном состоянии. Учитывайте предполагаемый угол обзора при установке дисплея; яркость светодиодов часто максимальна по оси.
• Программное обеспечение:Прошивка микроконтроллера должна включать карту шрифтов (таблицу поиска, определяющую паттерн 5x7 для каждого символа) и процедуру мультиплексирования.

7. Техническое сравнение и дифференциация

Основным отличием этого дисплея является использование технологии светодиодов AlInGaP Hyper Red. По сравнению со старыми красными светодиодами на основе GaAsP (фосфида арсенида галлия), AlInGaP предлагает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к большей яркости при том же токе управления или эквивалентной яркости при меньшей мощности. Он также обеспечивает лучшую чистоту цвета и стабильность в зависимости от температуры и времени.

По сравнению с простым 7-сегментным индикатором, матрица 5x7 предлагает гораздо большую гибкость, способную отображать полный набор алфавитно-цифровых символов (A-Z, 0-9, знаки) и даже простую графику, тогда как 7-сегментный индикатор ограничен в основном цифрами и несколькими буквами. Компромиссом является увеличение сложности как аппаратной части (больше выводов драйвера), так и программного обеспечения (генерация символов).

8. Часто задаваемые вопросы на основе технических параметров

В: Могу ли я управлять этим дисплеем постоянным током без мультиплексирования?

О: Технически да, но это крайне неэффективно и не рекомендуется. Одновременное включение всех 35 точек при 20мА потребовало бы потребления тока 700мА и значительного тепловыделения. Мультиплексирование является стандартным и предпочтительным методом, снижающим энергопотребление и количество выводов.

В: В чем разница между Пиковой длиной волны излучения (650нм) и Доминирующей длиной волны (639нм)?

О: Пиковая длина волны — это точка максимальной интенсивности в спектральном выходе. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны монохроматического света, которая казалась бы человеческому глазу имеющей тот же цвет. Разница возникает потому, что светодиод излучает спектр света (шириной 20нм), а не одну чистую длину волны.

В: Распиновка показывает два вывода для Столбца 3 и два вывода для Строки 4. Нужно ли подключать оба?

О: Нет, эти выводы соединены внутри. Достаточно подключить любой один из них. Это внутреннее соединение является особенностью производства для упрощения разводки кристалла. Подключение обоих не навредит, но является избыточным.

В: Как рассчитать среднее энергопотребление?

О: Для мультиплексированного дисплея средний ток примерно равен (Количество горящих точек в полностью освещенном символе / Общее количество точек) * Ток на точку * Скважность. Например, для символа, использующего 24 горящие точки при 20мА со скважностью 1/7 (7 строк): Ср. ток ≈ (24/35) * 20мА * (1/7) ≈ 2мА на символ. Умножьте на количество символов для общей нагрузки.

9. Практический пример применения

Сценарий: Проектирование простого однозначного индикатора температуры для промышленной печи.

Требуется отображать температуру от 0 до 199°C. Микроконтроллер считывает датчик температуры. Используется один дисплей LTP-2157AKD. У микроконтроллера ограниченное количество выводов, поэтому он использует сдвиговый регистр с последовательным входом/параллельным выходом (например, 74HC595) для управления 5 катодами столбцов и использует 7 своих выводов ввода-вывода для управления анодами строк через транзисторные ключи (для работы с более высоким током строк).

Прошивка включает шрифт 5x7 для цифр 0-9 и символа градуса. Процедура мультиплексирования выполняется по прерыванию таймера. Дисплей показывает стабильные, яркие красные цифры, читаемые с расстояния в несколько футов в заводских условиях. Широкий рабочий диапазон температур дисплея (-35°C до +85°C) обеспечивает надежность даже при нагреве внешнего корпуса контроллера печи. Высокий контраст серой лицевой панели предотвращает засветку при ярком промышленном освещении.

10. Принцип технологии и тренды

10.1 Основной принцип технологии

Генерация света основана на электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. При подаче прямого напряжения электроны из n-слоя AlInGaP рекомбинируют с дырками из p-слоя. Это событие рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная ширина запрещенной зоны материала AlInGaP определяет длину волны (цвет) излучаемых фотонов, в данном случае красный свет около 650нм. Непрозрачная подложка GaAs поглощает любой свет, излучаемый вниз, повышая общую эффективность за счет отражения большего количества света из верхней части устройства. Матрица 5x7 создается путем осаждения и формирования множества крошечных светодиодных чипов или одного структурированного кристалла на общей подложке, с взаимосвязанными линиями анодов и катодов.

10.2 Отраслевые тренды

Хотя дискретные матричные индикаторы 5x7, такие как LTP-2157AKD, остаются актуальными для конкретных, чувствительных к стоимости применений, более широкие отраслевые тренды движутся в сторону интегрированных решений. К ним относятся:

- Массивы компонентов для поверхностного монтажа (SMD):Меньший занимаемый объем, более простая автоматизированная сборка.

- Дисплеи со встроенным контроллером/драйвером:Модули со встроенными контроллерами, общающимися по SPI или I2C, что значительно снижает нагрузку на ресурсы микроконтроллера.

- Более высокое разрешение и цветность:Движение в сторону матриц с более мелким шагом и полноцветных RGB-дисплеев для более детальной графики.

- Альтернативные технологии:В некоторых применениях OLED (органические светодиодные) дисплеи предлагают превосходную контрастность и углы обзора, хотя часто по более высокой цене и с другими характеристиками срока службы.

Непреходящими преимуществами дискретных светодиодных матриц, подобных этой, являются их исключительная надежность, долгий срок службы, высокая яркость, простота и низкая стоимость для задач монохромного символьного отображения, что обеспечивает их продолженное использование в промышленных и встраиваемых системах.