Техническая спецификация LED-дисплея LTD-5721AKF - Высота цифры 0.56 дюйма - AlInGaP желто-оранжевый - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTD-5721AKF — это высокопроизводительный двухразрядный цифровой LED-дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого, яркого и надежного числового отображения. Его основная функция — визуальное представление числовых данных в компактном и эффективном корпусе. Ключевое преимущество этого устройства заключается в использовании передовой технологии AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для светодиодных чипов, которая известна высокой эффективностью излучения в желто-оранжевом спектре. Эта технология в сочетании со специфической конструкцией чипа на непрозрачной подложке GaAs способствует ключевым характеристикам производительности дисплея.

Устройство классифицируется как тип с общим анодом, что является стандартной конфигурацией для упрощения схемы управления в многосегментных дисплеях. Оно оснащено десятичной точкой справа для каждой цифры, обеспечивая гибкость при отображении дробных чисел. Физический дизайн включает серую лицевую панель с белым цветом сегментов — комбинация, разработанная для максимального контраста и улучшения читаемости символов при различных условиях освещения. Высота цифры 0.56 дюйма (14.22 мм) делает его подходящим для применений, где информация должна быть читаемой с умеренного расстояния без необходимости в чрезмерно крупных компонентах.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Абсолютные максимальные параметры определяют пределы нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Не рекомендуется непрерывная работа дисплея на этих пределах или вблизи них, так как это, вероятно, сократит срок его службы.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которую может безопасно рассеивать в виде тепла отдельный сегмент светодиода без причинения ущерба.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА. Этот номинальный ток применяется в импульсных условиях (частота 1 кГц, скважность 10%), позволяя достичь более высокой мгновенной яркости в схемах с мультиплексированием.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Это максимальный рекомендуемый постоянный ток для непрерывной работы одного сегмента. Указан коэффициент снижения номинала 0.28 мА/°C, что означает, что максимально допустимый непрерывный ток уменьшается при повышении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C для предотвращения перегрева.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Приложение обратного напряжения больше этого значения может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +105°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Условия пайки:Волновая пайка при 260°C максимум 3 секунды, при условии, что температура корпуса устройства не превышает максимальный температурный рейтинг. Это критически важно для сборки, чтобы предотвратить термическое повреждение пластикового корпуса и внутренних соединений.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измерены в стандартных условиях испытаний (Ta = 25°C) и определяют типичную производительность устройства.

• Средняя световая сила (I_V):43.75 мкд (мин.), 70 мкд (тип.) при I_F= 20 мА. Это мера мощности светового потока, воспринимаемого человеческим глазом. Условие испытания было изменено с 1 мА на 20 мА, что указывает на стандартный рабочий ток для спецификации яркости.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):611 нм (тип.). Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности излучаемого света достигает максимума.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):17 нм (тип.). Этот параметр указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света, измеренную как полная ширина на половине максимума (FWHM) пика излучения.
• Доминирующая длина волны (λ_d):605 нм (тип.). Это единственная длина волны, которая наилучшим образом представляет воспринимаемый цвет света, рассчитанный из спектра излучения и функций согласования цветов CIE.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.05 В (мин.), 2.6 В (тип.) при I_F= 20 мА. Это падение напряжения на сегменте светодиода при работе. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления могла обеспечить это напряжение.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (макс.) при V_R= 5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает при приложении указанного обратного напряжения.
• Коэффициент соответствия световой силы:2:1 (макс.) для аналогичной световой площади. Это определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментами внутри устройства при работе в одинаковых условиях, обеспечивая визуальную однородность.

Примечание к измерениям:Значения световой силы измеряются с использованием комбинации датчика и фильтра, предназначенной для аппроксимации функции световой эффективности CIE, которая моделирует спектральную чувствительность стандартного человеческого глаза при нормальных (фотопических) условиях освещения.

3. Объяснение системы сортировки (бининга)

В спецификации явно указано, что устройство "Классифицировано по световой силе". Это указывает на наличие процесса сортировки (бининга) после производства. Из-за присущих вариаций в процессах эпитаксиального роста полупроводника и изготовления чипов, параметры светодиодов, такие как световая сила и прямое напряжение, могут варьироваться от партии к партии и даже внутри одной партии.

Процесс бининга включает тестирование каждой единицы и сортировку их в разные группы (бины) на основе конкретных измеренных параметров. Для LTD-5721AKF основным критерием сортировки являетсяСредняя световая сила. Устройства группируются в соответствии с измеренной светоотдачей при стандартном тестовом токе (20 мА). Это гарантирует, что клиенты получают дисплеи с согласованными уровнями яркости. Хотя в этой краткой спецификации это явно не детализировано, для таких дисплеев также распространена сортировка по прямому напряжению (V_F) для обеспечения электрической согласованности и, потенциально, по доминирующей длине волны (λ_d) для поддержания цветовой согласованности, хотя узкая полуширина указывает на хорошую внутреннюю чистоту цвета.

4. Анализ кривых производительности

В спецификации упоминаются "Типичные кривые электрических/оптических характеристик" на странице 5. Хотя конкретные графики не предоставлены в тексте, мы можем вывести их стандартное содержание и значение на основе перечисленных параметров.

Типичные кривые для такого устройства будут включать:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая):Этот график показывает нелинейную зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на нем. Это важно для проектирования схемы ограничения тока. Кривая покажет напряжение включения (около 2 В), после чего ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения.
• Световая сила в зависимости от прямого тока (I-L кривая):Этот график демонстрирует, как светоотдача увеличивается с увеличением тока управления. Обычно она линейна в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Кривая подтверждает тестовую точку 20 мА для спецификации интенсивности.
• Световая сила в зависимости от температуры окружающей среды:Эта кривая показывает снижение светоотдачи при увеличении температуры перехода светодиода. Известно, что светодиоды AlInGaP имеют эффективность, зависящую от температуры, причем выходная мощность обычно уменьшается с повышением температуры. Это информирует о проектировании системы теплового управления.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~611 нм и полуширину ~17 нм, подтверждающий монохроматическое желто-оранжевое излучение.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство поставляется в стандартном корпусе для LED-дисплеев. Чертеж размеров предоставляет критические измерения для проектирования посадочного места на печатной плате (PCB) и механической интеграции. Ключевые примечания из чертежа включают:

• Все линейные размеры указаны в миллиметрах (мм).
• Допуск по умолчанию для размеров составляет ±0.25 мм, если не указано иное.
• Указан специальный допуск на смещение кончика вывода ±0.4 мм, что важно для обеспечения правильного совмещения выводов с отверстиями печатной платы при автоматической установке.

5.2 Подключение выводов и внутренняя схема

Устройство имеет 18 выводов в конфигурации корпуса с двухрядным расположением выводов (DIP). Внутренняя схема и таблица подключения выводов имеют решающее значение для правильного электрического интерфейса.

• Тип схемы:Общий анод. Это означает, что анодные выводы всех сегментов светодиодов для каждой цифры соединены вместе внутри. Чтобы зажечь сегмент, его соответствующий катодный вывод должен быть подключен к низкому уровню (к земле или стоку тока), в то время как общий анод для этой цифры подключен к высокому уровню (к положительному источнику питания через токоограничивающий резистор).
• Распиновка:Подробная таблица сопоставляет каждый номер вывода с его функцией: катод для конкретных сегментов (A-G, DP) цифры 1 или цифры 2, или общий анод для каждой цифры. Например, вывод 1 — это катод для сегмента 'E' цифры 1, а вывод 14 — общий анод для цифры 1. Это точное сопоставление необходимо для создания правильной последовательности управления в программном обеспечении микроконтроллера или драйвера ИС.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение во время сборки критически важно для надежности. Спецификация предоставляет конкретные параметры пайки.

• Волновая пайка:Рекомендуемое условие — 260°C максимум 3 секунды. Примечание "1/16 дюйма ниже плоскости установки", вероятно, относится к глубине, на которую выводы должны быть погружены в волну припоя.
• Критическое условие:Самое важное предостережение заключается в том, что "температура устройства (во время сборки) [не должна] превышать максимальный температурный рейтинг." Это означает, что температура корпуса самого LED-дисплея никогда не должна превышать максимальную температуру хранения 105°C в течение всего процесса пайки, включая фазы предварительного и последующего нагрева. Несоблюдение этого может вызвать внутреннее расслоение, растрескивание линзы или деградацию светодиодных чипов.
• Общее обращение:Следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD), поскольку светодиодные чипы чувствительны к статическому электричеству.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

LTD-5721AKF подходит для широкого спектра промышленных, коммерческих и измерительных применений, где требуется компактный, яркий и надежный цифровой дисплей. Примеры включают:

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, частотомеры, источники питания, индикаторы датчиков.
• Промышленные системы управления:Панельные измерители для отображения температуры, давления, скорости или счетчиков на оборудовании.
• Бытовая техника:Продвинутая кухонная техника, тюнеры аудиооборудования, старые модели цифровых часов или таймеров.
• Автомобильный вторичный рынок:Приборы и дисплейные модули (хотя спецификации окружающей среды следует проверять на соответствие конкретным автомобильным требованиям).

7.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Светодиоды — это устройства с токовым управлением. Последовательный токоограничивающий резистор должен использоваться для каждого подключения общего анода (или на сегмент в более продвинутых конструкциях с постоянным током), чтобы установить рабочий ток на уровне 20 мА или менее, в соответствии с рекомендациями по снижению номинала. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F- V_{насыщ_драйвера}) / I_F.
• Мультиплексирование:Для двухразрядного дисплея мультиплексирование является стандартной техникой управления. Цифры зажигаются по одной в быстрой последовательности (например, с частотой >100 Гц). Это требует последовательного управления выводами общего анода (цифры) и катодными выводами (сегменты). Этот метод уменьшает количество необходимых выводов драйвера и общее энергопотребление.
• Угол обзора:В спецификации заявлен "широкий угол обзора", что типично для LED-дисплеев с рассеивающей линзой или поверхностью. Это следует учитывать при механическом размещении дисплея в конечном продукте.
• Тепловое управление:Хотя устройство может работать до 105°C, световая эффективность снижается с температурой. Для оптимальной яркости и долговечности рекомендуется обеспечить адекватную вентиляцию или теплоотвод в конструкции, особенно при работе вблизи максимального тока или при высоких температурах окружающей среды.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевые отличительные факторы LTD-5721AKF по сравнению с другими цифровыми LED-дисплеями, особенно более старыми технологиями, включают:

• Технология AlInGaP против традиционных GaAsP или GaP:Светодиоды AlInGaP предлагают значительно более высокую световую эффективность и яркость для красного, оранжевого и желтого цветов по сравнению со старыми полупроводниковыми материалами. Это приводит к лучшей видимости и/или более низкому энергопотреблению при той же воспринимаемой яркости.
• Серая панель/белые сегменты:Конкретная цветовая комбинация лицевой панели и сегментов разработана для высокого контраста. Серая панель поглощает больше окружающего света, чем черная, уменьшая отражения, в то время как белые области сегментов помогают равномерно рассеивать излучаемый желто-оранжевый свет, улучшая внешний вид символов.
• Бессвинцовый корпус (соответствие RoHS):Устройство изготовлено в соответствии с директивой об ограничении использования опасных веществ (RoHS), что делает его пригодным для продуктов, продаваемых на рынках со строгими экологическими нормами. Это критически важный фактор соответствия.
• Надежность твердотельных устройств:Как и все светодиоды, он предлагает преимущества перед механическими дисплеями (например, перекидными) или вакуумно-люминесцентными дисплеями (VFD) с точки зрения устойчивости к ударам/вибрации, мгновенного включения и длительного срока службы.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какова цель "Коэффициента соответствия световой силы" 2:1?

О1: Этот коэффициент обеспечивает визуальную согласованность. Он гарантирует, что в пределах одного дисплейного модуля ни один сегмент не будет более чем в два раза ярче любого другого сегмента при работе в одинаковых электрических условиях. Это предотвращает неравномерный или "пятнистый" вид цифр.

В2: Могу ли я управлять этим дисплеем от источника питания 5В?

О2: Да, источник питания 5В очень распространен. Однако вы должны использовать токоограничивающий резистор последовательно с каждым общим анодом. Используя типичное V_F2.6В и целевой I_F20 мА, значение резистора будет примерно (5В - 2.6В) / 0.02А = 120 Ом. Подойдет стандартный резистор 120Ω или 150Ω, с корректировкой для фактического V_Fи желаемой яркости.

В3: Что означает "Общий анод" для моей схемы?

О3: В конфигурации с общим анодом вы подаете положительное напряжение на общий вывод цифры, которую хотите активировать. Затем вы стекаете ток на землю через катодные выводы сегментов, которые хотите зажечь на этой цифре. Ваша схема управления (микроконтроллер или драйвер ИС) должна быть настроена на источник тока для анодов и сток тока для катодов.

В4: Почему пиковая длина волны (611 нм) отличается от доминирующей длины волны (605 нм)?

О4: Это нормально для светодиодов. Пиковая длина волны — это буквально самая высокая точка на кривой спектра излучения. Доминирующая длина волны рассчитывается из всего спектра и цветовой реакции человеческого глаза; это единственная длина волны чистого света, который казался бы того же цвета. Разница объясняется формой и асимметрией фактического спектра излучения светодиода.

10. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование простого цифрового вольтметра.

Конструктор создает вольтметр постоянного тока 0-20В. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выводит значение в двоично-десятичном коде (BCD). Эти данные BCD необходимо преобразовать в формат 7-сегментного индикатора и отобразить на двух цифрах (например, 19.99В).

Реализация:

1. Используется микроконтроллер с достаточным количеством выводов ввода/вывода (или специализированная ИС декодера/драйвера BCD в 7-сегментный код).

2. Выводы ввода/вывода микроконтроллера подключены к катодам сегментов (A-G, DP) LTD-5721AKF.

3. Два дополнительных вывода микроконтроллера подключены к двум общим анодам (Цифра 1 и Цифра 2).

4. В программном обеспечении написана процедура мультиплексирования. Сначала она вычисляет, какие сегменты зажечь для Цифры 1 (разряд десятков), включает (устанавливает высокий уровень) вывод анода Цифры 1 и устанавливает соответствующие выводы катодов сегментов в низкий уровень. После короткой задержки (например, 5 мс) она отключает Цифру 1, вычисляет сегменты для Цифры 2 (разряд единиц), включает анод Цифры 2 и устанавливает ее выводы сегментов в низкий уровень. Этот цикл быстро повторяется.

5. Токоограничивающие резисторы (например, 150Ω) установлены на линиях общего анода между выводами микроконтроллера и дисплеем. Значение выбирается на основе напряжения питания (например, 5В) и желаемого тока сегмента (~20 мА).

6. Дизайн с серой панелью/белыми сегментами обеспечивает легкую читаемость отображаемого напряжения в условиях яркого освещения рабочего стола.

11. Введение в принцип технологии

Основным светоизлучающим компонентом является чип светодиода AlInGaP. AlInGaP — это полупроводник III-V группы. Точным контролем соотношений алюминия (Al), индия (In), галлия (Ga) и фосфора (P) в процессе роста кристалла (обычно с помощью металлоорганического химического осаждения из газовой фазы — MOCVD) инженеры могут настраивать ширину запрещенной зоны материала. Энергия запрещенной зоны напрямую определяет длину волны (цвет) фотонов, излучаемых при рекомбинации электронов с дырками на переходе.

В LTD-5721AKF состав настроен на излучение в желто-оранжевой области (~605-611 нм). Чипы изготавливаются на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). "Серая панель" дисплея является частью пластикового корпуса, который включает рассеиватель для равномерного распределения света от маленького чипа по большей площади сегмента. Внутренняя схема использует проволочные соединения для подключения анодов и катодов множества светодиодных чипов (по одному на сегмент на цифру) к соответствующим выводам корпуса, формируя матрицу с общим анодом, описанную в распиновке.

12. Тенденции в технологии

Хотя дискретные цифровые LED-дисплеи, такие как LTD-5721AKF, остаются актуальными для конкретных применений, общие тенденции в технологии дисплеев изменились. Для новых проектов конструкторы часто рассматривают:

• Интегрированные матричные LED-дисплеи:Они предлагают буквенно-цифровые и символьные возможности помимо цифр, обеспечивая большую гибкость при аналогичных габаритах.
• OLED (органические светодиодные) дисплеи:Предлагают превосходную контрастность, более широкие углы обзора и более тонкие форм-факторы, хотя исторически с другими профилями срока службы и стоимости для промышленного использования.
• Модули TFT-LCD:Обеспечивают полную графическую возможность, цвет и возможность отображения сложной информации, хотя требуют более сложной электроники управления и подсветки.
• Тенденции внутри LED-дисплеев:Продолжающееся улучшение эффективности (люмен на ватт) для всех цветов светодиодов, разработка еще более надежных и термостойких корпусов, а также интеграция электроники драйверов непосредственно в дисплейный модуль для упрощения проектирования системы.

Непреходящая ценность устройств, подобных LTD-5721AKF, заключается в их простоте, надежности, высокой яркости, низкой стоимости для чисто цифровых применений и легкости интерфейса с микроконтроллерами, что обеспечивает их место в экосистеме электроники для специализированных функций отображения.