Техническая спецификация светодиодной матрицы LTP-7188KE - 0.764 дюйма (19.4 мм) - Красный AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 40 мВт

1. Обзор продукта

LTP-7188KE представляет собой твердотельный однорядный матричный дисплейный модуль 8x8. Его основная функция — обеспечение компактного и надежного отображения буквенно-цифровых символов, знаков или простой графики. Основная технология использует красные светодиодные чипы из фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), эпитаксиально выращенные на подложке из арсенида галлия (GaAs). Данная материаловая система известна своей высокой эффективностью и отличной световой силой в красно-оранжевом спектре. Устройство имеет серую лицевую панель с белыми сегментами, что повышает контрастность и читаемость при различном освещении. Его конструкция оптимизирована для применений, требующих четкой визуальной коммуникации в компактном форм-факторе, а возможность горизонтального соединения позволяет создавать более крупные многосимвольные дисплеи.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Дисплей предлагает несколько ключевых преимуществ, определяющих область его применения. Низкое энергопотребление делает его подходящим для устройств с батарейным питанием или чувствительных к мощности. Твердотельная конструкция обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы, так как отсутствуют движущиеся части или нити накала. Широкий угол обзора, обеспечиваемый однорядной конструкцией, позволяет четко видеть изображение с различных позиций, что критически важно для общественных информационных дисплеев или приборов. Совместимость со стандартными кодами символов, такими как USASCII и EBCDIC, упрощает интеграцию с микроконтроллерами и цифровыми системами. Устройство классифицируется по световой силе, что позволяет разработчикам выбирать модули с одинаковой яркостью. Основные целевые рынки включают промышленные панели управления, контрольно-измерительное оборудование, потребительскую электронику с индикацией состояния и информационные вывески, где надежность и четкость имеют первостепенное значение.

2. Подробный анализ технических параметров

Рабочие характеристики LTP-7188KE определяются комплексным набором электрических и оптических параметров, которые необходимо тщательно учитывать при проектировании схемы для обеспечения оптимальной производительности и долговечности.

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Средняя рассеиваемая мощность на точку:40 мВт. Это максимальная непрерывная мощность, которую может безопасно рассеивать один светодиодный элемент, в основном в виде тепла.
• Пиковый прямой ток на точку:90 мА. Это максимально допустимый мгновенный ток, указанный для импульсного режима с частотой 1 кГц и скважностью 18%. Превышение этого значения, даже кратковременное, может привести к катастрофическому отказу.
• Средний прямой ток на точку:15 мА. Это максимальный рекомендуемый непрерывный постоянный ток для одного светодиода для поддержания надежности в течение всего срока службы.
• Снижение прямого тока:Начиная с 25°C, максимально допустимый ток уменьшается на 0.2 мА при каждом повышении температуры окружающей среды на 1°C. Это критически важно для управления тепловым режимом.
• Обратное напряжение на точку:5 В. Приложение обратного смещающего напряжения, превышающего это значение, может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Диапазон рабочих и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на работу и хранение в пределах этого полного температурного диапазона.
• Условия пайки:260°C в течение 3 секунд, при этом жало паяльника должно находиться не менее чем на 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки корпуса. Это предотвращает тепловое повреждение светодиодных чипов во время сборки.

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

Это типичные рабочие параметры в указанных условиях испытаний, представляющие нормальное рабочее поведение устройства.

• Средняя сила света на точку (I_V):630 мккд (мин.), 1650 мккд (тип.). Измеряется при пиковом токе (I_p) 32 мА и скважности 1/16. Этот параметр определяет воспринимаемую яркость.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):632 нм (тип.). Длина волны, на которой оптическая выходная мощность наибольшая. Это помещает излучение в красную область видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (тип.). Мера спектральной чистоты; меньшее значение указывает на более монохроматический источник света.
• Доминирующая длина волны (λ_d):624 нм (тип.). Единая длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая может незначительно отличаться от пиковой длины волны.
• Прямое напряжение (V_F) любой точки:
  • 2.05В (мин.), 2.6В (тип.), 2.8В (макс.) при I_F= 20мА.
  • 2.3В (мин.), 2.8В (тип.) при I_F= 80мА (импульсный).
  Это падение напряжения на светодиоде при протекании тока. Это критически важно для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток (I_R) любой точки:100 мкА (макс.) при V_R= 5В. Небольшой ток утечки при обратном смещении светодиода.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):2:1 (макс.). Этот параметр определяет максимально допустимое соотношение между самой яркой и самой тусклой точками светодиода в массиве, обеспечивая равномерный внешний вид.

Примечание: Измерение силы света использует датчик и фильтр, аппроксимирующие кривую спектральной чувствительности глаза CIE, обеспечивая соответствие человеческому зрению.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство \"классифицировано по силе света\". Это подразумевает применение системы сортировки, хотя конкретные коды групп в этом документе не перечислены. Как правило, такая классификация включает:

• Сортировка по силе света:Светодиоды из производственной партии сортируются на группы (бины) на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе. Это позволяет клиентам приобретать дисплеи с постоянным и предсказуемым уровнем яркости, что критически важно для сборок из нескольких модулей, чтобы избежать заметных различий.
• Сортировка по длине волны (подразумеваемая):Хотя явно не указано как сортировка, жесткие спецификации на пиковую (632 нм) и доминирующую (624 нм) длину волны предполагают жесткий контроль процесса. Во многих светодиодных продуктах чипы также сортируются по длине волны (или координатам цветности для белых светодиодов), чтобы обеспечить цветовую согласованность по всему дисплею.
• Сортировка по прямому напряжению:Указанный диапазон V_F (например, от 2.05В до 2.8В при 20мА) показывает естественное разброс. Для конструкций, требующих точного согласования напряжений, модули могут быть выбраны на основе измеренного V_F.

4. Анализ рабочих характеристик

В спецификации упоминаются \"Типичные кривые электрических/оптических характеристик\". Хотя конкретные графики в тексте не приведены, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Кривая тока от напряжения (I-V):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым током и прямым напряжением. \"Пороговое\" напряжение для красных светодиодов AlInGaP составляет около 1.8-2.0В. Кривая необходима для выбора соответствующего токоограничивающего резистора или проектирования драйверов постоянного тока.
• Кривая силы света от прямого тока (L-I):Показывает, как световой выход увеличивается с током. Она, как правило, линейна в широком диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Точка измерения при скважности 1/16 (пиковый ток 32 мА) выбрана для представления эквивалентного среднего тока, избегая при этом эффектов самонагрева во время измерения.
• Кривая силы света от температуры окружающей среды:Иллюстрирует уменьшение светового выхода при повышении температуры перехода. Светодиоды AlInGaP демонстрируют меньшее тепловое тушение, чем старые технологии, такие как GaAsP, но выходная мощность все равно снижается с температурой. Эта кривая важна для проектов в высокотемпературных средах.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий колоколообразную кривую с центром около 632 нм и типичной полушириной 20 нм.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Высота матрицы устройства составляет 0.764 дюйма (19.4 мм). Чертеж габаритных размеров (упоминается, но не детализируется в тексте) обычно показывает общую длину, ширину и толщину модуля, расстояние между 16 выводами и плоскость установки. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Физическая конструкция позволяет горизонтальное соединение для формирования более длинных многосимвольных дисплеев.

5.2 Подключение выводов и внутренняя схема

Дисплей имеет 16-выводный корпус с двухрядным расположением выводов (DIP). Внутренняя схема показывает матрицу 8x8, где аноды светодиодов соединены по строкам, а катоды — по столбцам. Эта конфигурация с общим анодом подтверждается распиновкой:

• Выводы 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 — это анодные строки (для строк 5, 7, 8, 6, 3, 1, 4, 2 соответственно).
• Выводы 3, 4, 6, 10, 11, 13, 15, 16 — это катодные столбцы (для столбцов 2, 3, 5, 4, 6, 1, 7, 8 соответственно).

Эта архитектура выбора X-Y позволяет управлять 64 светодиодами с помощью всего 16 выводов за счет мультиплексирования. Чтобы зажечь конкретную точку, соответствующий анод строки должен быть переведен в высокий уровень (или на него должен быть подан ток), а катод столбца должен быть переведен в низкий уровень.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение критически важно для предотвращения повреждений. Ключевой спецификацией являются условия пайки: 260°C не более 3 секунд, при этом жало паяльника должно находиться не менее чем на 1.6 мм ниже корпуса. Это предотвращает передачу избыточного тепла по выводам и повреждение чувствительных светодиодных чипов или внутренних проводных соединений. Профили волновой пайки или оплавления должны быть спроектированы так, чтобы не превышать эту локальную тепловую нагрузку. Во время хранения устройство должно храниться в оригинальном влагозащитном пакете с осушителем в контролируемой среде (в диапазоне от -35°C до +85°C), чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать \"вспучивание\" при пайке.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Промышленные панели управления:Для отображения статуса станка, кодов ошибок или простых числовых данных.
• Контрольно-измерительное оборудование:В качестве индикатора для мультиметров, частотомеров или источников питания.
• Потребительская электроника:В аудиооборудовании (VU-метры), бытовой технике или игрушках для индикации состояния.
• Информационные дисплеи:Простые общественные вывески для времени, температуры или номеров очереди, особенно когда несколько модулей соединены вместе.
• Прототипирование и обучение:Идеально подходит для изучения взаимодействия с микроконтроллерами, мультиплексирования и драйверов дисплеев.

7.2 Соображения при проектировании

• Схема управления:Должна использовать мультиплексирование. Требуется микроконтроллер с достаточным количеством линий ввода/вывода или специализированная микросхема драйвера светодиодов (например, MAX7219) для сканирования строк и столбцов.
• Ограничение тока:Каждая линия столбца (катода) обычно требует последовательного токоограничивающего резистора. Его значение рассчитывается на основе напряжения питания, прямого напряжения светодиода (V_F) и желаемого среднего тока (не превышающего 15 мА на точку). Для мультиплексированного режима пиковый ток будет выше, но средний должен оставаться в пределах нормы.
• Рассеиваемая мощность:Рассчитайте общую мощность для всех горящих точек, чтобы убедиться, что она не превышает тепловую емкость модуля. Учитывайте снижение параметров с температурой.
• Угол обзора:Широкий угол обзора является преимуществом, но учитывайте ориентацию монтажа относительно предполагаемого зрителя.
• Частота обновления:Скорость мультиплексного сканирования должна быть достаточно высокой (обычно >60 Гц), чтобы избежать видимого мерцания.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми матричными дисплеями 8x8, использующими дискретные светодиоды или другие полупроводниковые материалы (например, GaAsP), LTP-7188KE предлагает явные преимущества:

• Материал (AlInGaP против GaAsP):AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую эффективность и лучшую производительность при повышенных температурах, что приводит к более ярким дисплеям при той же входной мощности.
• Интеграция:Как монолитный модуль с серой лицевой панелью/белыми сегментами, он обеспечивает лучший контраст, более точное выравнивание точек и более простую сборку по сравнению с созданием дисплея из 64 отдельных светодиодов.
• Надежность:Твердотельная конструкция обеспечивает превосходную устойчивость к ударам и вибрации по сравнению с дисплеями на основе нитей накала или вакуумными флуоресцентными дисплеями (VFD).
• Низкое энергопотребление:Хотя конкретные цифры эффективности не приведены, низкое V_F и хорошая сила света указывают на хорошее преобразование мощности в свет по сравнению с альтернативами на лампах накаливания или VFD.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

• В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью 5В микроконтроллера?О: Да, но вы не можете подключать светодиоды напрямую к выводам GPIO. Вы должны использовать токоограничивающие резисторы и, вероятно, транзисторные драйверы для строк/столбцов, так как выводы GPIO не могут обеспечивать/потреблять требуемые пиковые токи (до 80 мА на точку при мультиплексировании).
• В: В чем разница между пиковой длиной волны излучения и доминирующей длиной волны?О: Пиковая длина волны — это физический пик излучаемого спектра света. Доминирующая длина волны — это воспринимаемая цветовая точка на диаграмме цветности CIE. Они часто немного отличаются; доминирующая длина волна более актуальна для восприятия цвета.
• В: Почему средняя сила света измеряется при скважности 1/16?О: Это испытательное условие имитирует работу одного светодиода в полностью мультиплексированном массиве 8x8 (одна строка активна в каждый момент времени). Это позволяет проводить измерения при более высоком, легко измеряемом пиковом токе (32 мА), представляя при этом гораздо меньший средний ток (2 мА), который будет присутствовать в реальном использовании, избегая ошибок измерения из-за самонагрева.
• В: Как рассчитать значение резистора для источника постоянного напряжения?О: Используйте R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для источника питания 5В, типичного V_F 2.6В и желаемого I_F 10мА: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ом. Для консервативного проектирования используйте максимальное V_F, чтобы гарантировать, что ток не превысит пределы.

10. Практический пример применения

Сценарий: Проектирование простого 4-разрядного индикатора вольтметра.

1. Аппаратная настройка:Четыре дисплея LTP-7188KE соединены горизонтально. Микроконтроллер (например, Arduino или PIC) считывает аналоговое напряжение через свой АЦП.
2. Интерфейс:8 выводов строк каждого дисплея соединены параллельно. 8 выводов столбцов каждого дисплея подключены к отдельным линиям ввода/вывода или сдвиговому регистру, что позволяет индивидуально управлять столбцами каждого дисплея. Это создает матрицу 32 столбца (4 дисплея * 8 столбцов) на 8 строк.
3. Программное обеспечение:Микроконтроллер преобразует показания АЦП в четыре десятичные цифры. Он использует процедуру мультиплексирования: активирует Строку 1, затем устанавливает шаблоны столбцов для первого сегмента всех четырех цифр, ждет короткое время, деактивирует Строку 1, активирует Строку 2, устанавливает новые шаблоны столбцов и так далее для всех 8 строк. Этот цикл быстро повторяется.
4. Проектирование тока:Если целевой средний ток составляет 5 мА на горящую точку и предполагается наихудший случай, когда в строке горит 8 точек (по одной на цифру), пиковый ток на драйвер столбца составит 8 * 5 мА = 40 мА, что находится в пределах пикового рейтинга устройства. Выбираются соответствующие драйверы (например, ULN2003 для столбцов, транзисторы для строк), способные выдерживать этот ток.
5. Результат:Стабильный, яркий 4-разрядный дисплей, показывающий значение напряжения, причем все цифры кажутся включенными одновременно благодаря эффекту инерции зрения.

11. Принцип работы

LTP-7188KE работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом PN-переходе. Когда прикладывается прямое смещающее напряжение, превышающее напряжение включения диода (примерно 1.8-2.0В для AlInGaP), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область (квантовые ямы в слое AlInGaP). Здесь они рекомбинируют с излучением, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретная длина волны 632 нм определяется шириной запрещенной зоны состава сплава AlInGaP. Расположение матрицы 8x8 и разводка с общим анодом реализованы внутри с помощью металлических дорожек на подложке, что позволяет внешнее управление через мультиплексирование для минимизации количества необходимых выводов подключения.

12. Технологические тренды и контекст

Хотя эта конкретная деталь представляет собой зрелую технологию отображения, она существует в рамках развивающихся трендов. Использование AlInGaP представляет собой прогресс по сравнению со старыми светодиодами GaAsP, предлагая лучшую эффективность и термическую стабильность. Современные тренды в индикаторных и простых матричных дисплеях включают:

• Более высокая плотность и меньший шаг:Современные модули могут размещать больше светодиодов на меньшей площади для более высокого разрешения.
• Технология поверхностного монтажа (SMT):Более новые конструкции часто используют корпуса SMT для автоматизированной сборки, тогда как эта деталь DIP предназначена для монтажа в отверстия.
• Интегрированные драйверы:Некоторые современные матричные дисплеи поставляются со встроенными микросхемами драйверов, упрощая интерфейс до простого последовательного соединения данных (SPI/I2C).
• Альтернативные технологии:Для применений, требующих более высокой яркости, разных цветов или гибкости, появляются такие технологии, как OLED (органические светодиоды) или микро-светодиоды. Однако для многих надежных, экономически эффективных и простых применений, требующих высокой надежности и стандартного красного дисплея, традиционные светодиодные матричные модули, такие как LTP-7188KE, остаются практичным и эффективным решением.

Это устройство является примером надежной, хорошо изученной технологии, которая продолжает служить многочисленным применениям, где оптимально сочетание производительности, простоты и стоимости.