Техническая документация LTP-2088AKD - 8x8 светодиодная матрица 2.3 дюйма - AlInGaP Hyper Red - 2.6В прямое напряжение - 40мВт рассеиваемая мощность

1. Обзор изделия

LTP-2088AKD — это одноцветный 8x8 матричный светодиодный модуль отображения, предназначенный для представления буквенно-цифровой и символьной информации. Его основная функция — обеспечение надёжного, маломощного визуального интерфейса вывода в электронных системах. Ключевое преимущество этого устройства заключается в использовании светодиодных кристаллов AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) Hyper Red, которые обеспечивают баланс производительности и эффективности. Дисплей имеет серую лицевую панель с белыми сегментами, что улучшает контрастность и читаемость. Он категоризирован по световой силе, что обеспечивает постоянство яркости между производственными партиями. Устройство допускает горизонтальное соединение, позволяя создавать более широкие многосимвольные дисплеи без сложной коммутации. Его совместимость со стандартными кодами символов, такими как USASCII и EBCDIC, делает его универсальным для интеграции в различные цифровые системы, требующие простого текстового вывода.

2. Подробный разбор технических характеристик

2.1 Оптические характеристики

Оптические параметры определены при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Ключевой параметр, Средняя сила света (I_V), имеет типичное значение 3500 мккд (микрокандел) при испытательном условии I_p=32мА и скважности 1/16. Минимальное указанное значение составляет 1650 мккд, максимальный предел не указан, что указывает на фокус на соблюдении минимального порога яркости. Устройство излучает в красном спектре с пиковой длиной волны излучения (λ_p) 650 нм и доминирующей длиной волны (λ_d) 639 нм, измеренными при I_F=20мА. Спектральная чистота указана шириной спектральной линии на полувысоте (Δλ) 20 нм. Критический параметр для многоточечных дисплеев — коэффициент соответствия силы света (I_V-m), который указан как максимум 2:1. Это означает, что самая яркая точка в матрице не будет более чем в два раза ярче самой тусклой точки при одинаковых рабочих условиях, что обеспечивает равномерный внешний вид.

2.2 Электрические характеристики

Электрические параметры также указаны при T_A=25°C. Прямое напряжение (V_F) для любой отдельной светодиодной точки составляет типично 2.6В при I_F=20мА, максимум 2.8В при более высоком импульсном токе I_F=80мА. Минимальное V_Fсоставляет 2.1В при 20мА. Обратный ток (I_R) ограничен максимумом 100 мкА при приложенном обратном напряжении (V_R) 5В, что указывает на хорошие диодные характеристики.

2.3 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Средняя рассеиваемая мощность на точку не должна превышать 40 мВт. Пиковый прямой ток на точку составляет 90 мА. Средний прямой ток на точку равен 15 мА при 25°C с коэффициентом снижения 0.2 мА/°C, что означает, что допустимый постоянный ток уменьшается при повышении температуры окружающей среды выше 25°C. Максимальное обратное напряжение на точку — 5В. Устройство рассчитано на рабочий температурный диапазон от -35°C до +85°C и идентичный диапазон температур хранения. Паяемость указана для волновой или конвекционной пайки: устройство может выдерживать 260°C в течение 3 секунд в точке на 1/16 дюйма (примерно 1.59 мм) ниже плоскости установки корпуса.

3. Механическая информация и данные о корпусе

Высота матрицы дисплея составляет 2.3 дюйма (58.42 мм). Габаритные размеры корпуса приведены на подробном чертеже со всеми размерами в миллиметрах. Производственный допуск для этих размеров составляет ±0.25 мм (или ±0.01 дюйма), если на чертеже не указано иное. Такая точность важна для механической установки в панели или корпуса.

4. Подключение выводов и внутренняя схема

Устройство использует 16-выводную конфигурацию для подключения. Распиновка разработана для матричного управления по X-Y. Выводы 1-4 и 9-12 являются анодами для столбцов 1-4 и 8-5 соответственно. Выводы 5-8 и 13-16 являются катодами для строк 5-8 и 4-1 соответственно. Эта конкретная компоновка крайне важна для проектирования правильной схемы управления. Внутренняя схема показывает, что 64 светодиода (8 строк x 8 столбцов) расположены в конфигурации с общим катодом для строк. Это означает, что для зажигания конкретной точки её соответствующий анод столбца должен быть подан на высокий уровень (приложено положительное напряжение), в то время как катод её строки — на низкий (заземлён). Для отображения символов используются методы мультиплексирования для сканирования строк или столбцов.

5. Объяснение системы сортировки

В документации явно указано, что устройство "категоризировано по световой силе". Это указывает на процесс сортировки, при котором произведённые экземпляры сортируются на основе измеренной светоотдачи (в мккд) в стандартных условиях испытаний. Экземпляры, попадающие в определённые диапазоны интенсивности, группируются вместе. Это позволяет разработчикам выбирать дисплеи с одинаковой яркостью для конкретного применения, предотвращая заметные различия между разными экземплярами в продукте. Хотя в этом документе это не подробно описано, типичная сортировка для таких дисплеев может включать несколько градаций интенсивности (например, высокая яркость, стандартная яркость).

6. Анализ характеристических кривых

В документации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Эти графики, обычно включаемые в полные версии документации, визуально представляют взаимосвязь ключевых параметров. Ожидаемые кривые включают: Прямой ток vs. Прямое напряжение (I-V кривая), показывающая экспоненциальную зависимость и позволяющая рассчитать напряжение драйвера; Сила света vs. Прямой ток, показывающая, как светоотдача увеличивается с током, часто сублинейным образом при высоких токах; Сила света vs. Температура окружающей среды, показывающая снижение выходной мощности при повышении температуры; и, возможно, кривую спектрального распределения, изображающую относительную мощность по длинам волн в районе 650 нм. Анализ этих кривых необходим для оптимизации условий управления и понимания работы при нестандартных температурах.

7. Рекомендации по пайке и сборке

Основная рекомендация — абсолютный максимальный параметр температуры пайки: 260°C в течение 3 секунд, измеренный на 1.59 мм (1/16") ниже плоскости установки корпуса. Это стандартный параметр для волновой или конвекционной пайки. Разработчики должны убедиться, что их профиль пайки не превышает этот предел, чтобы предотвратить повреждение внутренних светодиодных кристаллов, проводных соединений или пластикового корпуса. Для ручной пайки следует использовать паяльник с контролем температуры с минимальным временем контакта. Во время сборки всегда следует соблюдать надлежащие процедуры защиты от электростатического разряда (ЭСР), поскольку светодиоды чувствительны к статическому электричеству.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Эта матрица 8x8 идеально подходит для применений, требующих компактного, низкоразрешенного текста или простой графики. Типичные области применения включают: промышленные панели управления для отображения кодов состояния или простых сообщений; испытательное и измерительное оборудование для показа числовых значений или единиц измерения; потребительскую электронику, такую как простые табло или информационные дисплеи; и образовательные наборы для изучения взаимодействия с микроконтроллерами и мультиплексирования.

8.2 Соображения при проектировании

Схема управления:Требуется микроконтроллер с достаточным количеством выводов ввода-вывода или специализированные ИС драйверов светодиодов (например, сдвиговые регистры с выходами постоянного тока). Схема должна реализовывать мультиплексирование для циклического переключения между 8 строками (или столбцами).
Ограничение тока:Резисторы или драйверы постоянного тока обязательны для каждого анодного столбца (или каждой точки, в зависимости от конструкции), чтобы установить прямой ток и предотвратить превышение абсолютных максимальных параметров.
Рассеиваемая мощность:Ограничения в 40мВт на точку и 15мА среднего тока должны соблюдаться в схеме мультиплексирования. Например, при мультиплексировании со скважностью 1/8 мгновенный ток на точку может быть выше 15мА, но *средний* ток за полный цикл должен быть рассчитан так, чтобы оставаться в пределах.
Угол обзора:Особенность "широкого угла обзора" полезна, но точное угловое распределение света не указано. Для применений с широким углом обзора рекомендуется оценка на прототипе.
Соединение:Возможность горизонтального соединения упрощает создание многоразрядных дисплеев. Необходимо спланировать механическое выравнивание и электрическое соединение между модулями.

9. Техническое сравнение и отличительные особенности

Ключевым отличием LTP-2088AKD является использование технологии AlInGaP Hyper Red. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные красные светодиоды GaAsP (фосфид арсенида галлия), AlInGaP предлагает значительно более высокую световую отдачу. Это означает, что он может производить больше света (более высокую силу света) при том же электрическом токе, что напрямую способствует его особенности "низкого энергопотребления". Он также обычно обеспечивает лучшую стабильность длины волны в зависимости от температуры и срока службы. Дизайн с серой лицевой панелью и белыми сегментами улучшает контрастность по сравнению с полностью красными или зелёными корпусами, особенно в условиях высокой внешней освещённости. Явная категоризация по силе света (сортировка) является преимуществом для применений, требующих однородности.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чём разница между пиковой длиной волны излучения (650нм) и доминирующей длиной волны (639нм)?
О: Пиковая длина волны — это точка максимальной мощности в спектральном выходе. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны монохроматического света, которая создавала бы такое же воспринимаемое цветовое ощущение (оттенок), как и выход светодиода. Разница обусловлена формой спектральной кривой светодиода, которая имеет некоторую ширину.

В: Как рассчитать необходимый последовательный резистор для точки?
О: Используйте закон Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В, типичного V_F2.6В и желаемого I_F20мА: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ом. Для консервативного проектирования, гарантирующего, что ток никогда не превысит целевое значение, используйте максимальное V_F(2.8В).

В: Могу ли я управлять им постоянным напряжением без ограничения тока?
О: Нет. Прямое напряжение светодиода имеет допуск и уменьшается с температурой. Постоянное напряжение, близкое к V_F, может вызвать тепловой разгон, когда увеличивающийся ток нагревает светодиод, понижая V_F, вызывая ещё больший ток, что приводит к отказу. Всегда используйте ограничение тока.

В: Что означает коэффициент соответствия силы света 2:1 для моего проекта?
О: Это гарантирует визуальную однородность. В худшем случае одна точка может быть в два раза ярче другой. Для большинства буквенно-цифровых дисплеев это соотношение приемлемо и не отвлекает. Для графики, требующей точных уровней серого, это может быть важным соображением.

11. Пример проекта и использования

Сценарий: Создание 4-символьного буквенно-цифрового дисплея для контроллера температуры.
Проектирование:Четыре модуля LTP-2088AKD соединены горизонтально. Используется один микроконтроллер (например, ATmega328P). Из-за ограниченного количества выводов ввода-вывода используются два 8-битных сдвиговых регистра последовательный вход/параллельный выход (например, 74HC595) для управления 32 анодами столбцов (8 столбцов x 4 дисплея). 8 катодов строк (общие для всех дисплеев из-за соединения) управляются напрямую 8 выводами микроконтроллера, сконфигурированными как выходы с открытым стоком/стоком, каждый с транзистором для большей токовой способности.
Программное обеспечение:Прошивка реализует процедуру мультиплексирования. Она устанавливает шаблон для одной строки (через сдвиговые регистры), а затем активирует (заземляет) только соответствующий катод этой строки. Она быстро циклически переключает все 8 строк (например, частота сканирования 1-2 кГц). Инерция зрения создаёт иллюзию стабильного изображения.
Расчёт тока:Для отображения всех точек в строке с максимальной яркостью мгновенный ток на точку может быть установлен на 25мА. При скважности 1/8 средний ток на точку составляет 25мА / 8 = 3.125мА, что значительно ниже среднего номинала 15мА. Общий ток питания достигает пика, когда горит целая строка: 8 точек/дисплей * 4 дисплея * 25мА = 800мА. Блок питания и транзисторы драйверов строк должны быть рассчитаны соответствующим образом.

12. Принцип работы

LTP-2088AKD основан на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Материальная система AlInGaP является полупроводником с прямой запрещённой зоной. При прямом смещении (положительное напряжение на аноде относительно катода) электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав алюминия, индия, галлия и фосфида определяет энергию запрещённой зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае красный около 650 нм. Непрозрачная подложка GaAs помогает отражать свет вверх, улучшая внешнюю эффективность извлечения света с верхней части кристалла. Матрица 8x8 формируется путём индивидуального соединения 64 этих крошечных светодиодных кристаллов в сетку строк-столбцов в едином корпусе.

13. Тенденции в технологиях

Дискретные матричные дисплеи, такие как LTP-2088AKD, представляют собой зрелую технологию. Современные тенденции в технологиях отображения движутся в сторону большей интеграции и различных форм-факторов. Интегрированные светодиодные матричные модули со встроенными контроллерами (интерфейс I2C или SPI) становятся всё более распространёнными, упрощая проектные усилия для конечного пользователя. Для новых проектов, требующих небольших буквенно-цифровых дисплеев, сегментные ЖК-дисплеи или OLED часто предлагают более низкое энергопотребление и более гибкое форматирование. Однако традиционные светодиодные матрицы сохраняют преимущества в определённых нишах: чрезвычайно высокая яркость для уличного использования или просмотра при высокой внешней освещённости, широкий рабочий температурный диапазон, длительный срок службы и надёжность в суровых промышленных условиях. Базовая технология светодиодных кристаллов AlInGaP продолжает совершенствоваться, с постоянными исследованиями по увеличению эффективности (люмен на ватт) и улучшению чистоты цвета, что приносит пользу всем применениям красных светодиодов, включая матричные дисплеи.