Техническая спецификация LED дисплея LTD-322JR - Высота цифры 0.3 дюйма - Прямое напряжение 2.6В - Супер красный цвет

1. Обзор продукта

LTD-322JR - это одноразрядный семисегментный LED дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого, яркого числового отображения. Его основная функция - визуальное представление числовых символов (0-9) и некоторых ограниченных алфавитно-цифровых символов путем выборочного включения отдельных LED сегментов. Устройство изготовлено с использованием полупроводникового материала AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенного на непрозрачной подложке GaAs (арсенид галлия). Эта технология материалов специально выбрана за свою эффективность в производстве высокояркого красного света. Дисплей имеет черный лицевой экран, что значительно повышает контрастность за счет поглощения окружающего света, и белые сегменты, которые при включении светятся ярким супер красным цветом. Физическая высота цифры составляет 0.3 дюйма (7.62 мм), что делает его подходящим для панелей среднего размера, где важна читаемость с умеренного расстояния.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Ключевые преимущества этого дисплея проистекают из его технологии AlInGaP LED и конструкции. Он предлагает высокую световую силу, отличный внешний вид символов с непрерывными равномерными сегментами и широкий угол обзора, обеспечивая читаемость с различных позиций. Он работает с низкими требованиями к мощности, способствуя энергоэффективности конечного применения. Твердотельная конструкция обеспечивает присущую надежность и длительный срок службы без движущихся частей. Это сочетание характеристик делает LTD-322JR идеальным для целевых рынков, включая промышленную контрольно-измерительную аппаратуру (например, панельные счетчики, контроллеры процессов), бытовую технику (например, микроволновые печи, таймеры стиральных машин), испытательное и измерительное оборудование, а также любые встраиваемые системы, требующие прочного, яркого и четкого числового дисплейного интерфейса.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен объективный и подробный анализ технических характеристик устройства, определенных в спецификации.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы нагрузки, за которыми может произойти необратимое повреждение устройства. Работа на этих пределах или за ними не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которая может быть безопасно рассеяна в виде тепла одним включенным сегментом при непрерывной работе на постоянном токе.
• Пиковый прямой ток на сегмент:90 мА. Этот ток допустим только в импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс. Он позволяет кратковременно превышать номинал для достижения более высокой мгновенной яркости, например, в мультиплексированных дисплеях.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Это рекомендуемый максимальный ток для стационарной (DC) работы одного сегмента при комнатной температуре. Номинал линейно снижается на 0.33 мА/°C по мере увеличения температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C, что означает уменьшение допустимого непрерывного тока для предотвращения перегрева.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Приложение обратного напряжения смещения выше этого значения может привести к пробою PN перехода светодиода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на работу и хранение в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Температура пайки:Максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на 1.6 мм ниже плоскости установки. Это критический параметр для процессов волновой пайки или пайки оплавлением для предотвращения термического повреждения LED чипов или корпуса.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Средняя световая сила (I_V):200 мккд (мин), 600 мккд (тип.) при прямом токе (I_F) 1 мА. Это количественно определяет воспринимаемую яркость светового выхода. Широкий диапазон указывает на систему сортировки по интенсивности.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):639 нм (тип.) при I_F=20мА. Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна, помещая ее в область "супер красного" или "красно-оранжевого" видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм (тип.). Это измеряет ширину полосы излучаемого света, указывая на относительно чистый, монохроматический красный цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):631 нм (тип.). Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, тесно связанная с цветовой точкой.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.0 В (мин), 2.6 В (тип.) при I_F=20мА. Это падение напряжения на LED сегменте при протекании указанного тока. Это имеет решающее значение для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (макс.) при обратном напряжении (V_R) 5В. Это небольшой ток утечки, когда светодиод находится под обратным смещением.
• Коэффициент соответствия световой силы (I_V-m):2:1 (макс.). Это определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментом в одной цифре, обеспечивая равномерный внешний вид.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство "категоризировано по световой силе". Это подразумевает процесс сортировки после производства.

3.1 Сортировка по световой силе

Из-за присущих вариаций в процессе производства полупроводников, отдельные LED чипы демонстрируют небольшие различия в эффективности светового выхода. Для обеспечения единообразия для конечного пользователя, светодиоды тестируются и сортируются в различные группы (бины) интенсивности на основе измеренной световой силы при стандартном тестовом токе (например, 1мА). Указанный диапазон от 200 до 600 мккд предполагает наличие нескольких бинов. Разработчики могут выбирать бины, соответствующие требованиям их приложения к равномерности яркости. Соотношение соответствия световой силы 2:1 для сегментов в одном устройстве - это более жесткий допуск, применяемый после сортировки.

4. Анализ кривых производительности

Хотя предоставленный отрывок спецификации упоминает "Типичные электрические / оптические характеристические кривые", конкретные графики не включены в текст. Основываясь на стандартном поведении светодиодов, эти кривые обычно иллюстрируют следующие зависимости, которые критически важны для проектирования схем:

4.1 Прямой ток vs. Прямое напряжение (Вольт-амперная характеристика)

Этот график показывает экспоненциальную зависимость между током, протекающим через светодиод, и напряжением на нем. "Напряжение колена", около типичных 2.6В, - это точка, где ток начинает значительно увеличиваться. Для стабильной работы драйверы должны регулировать ток, а не напряжение.

4.2 Световая сила vs. Прямой ток

Эта кривая демонстрирует, как световой выход увеличивается с увеличением прямого тока. Обычно она линейна в широком диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и падения эффективности.

4.3 Световая сила vs. Температура окружающей среды

Световой выход светодиода уменьшается с повышением температуры перехода. Эта кривая необходима для применений, работающих в широком диапазоне температур, чтобы понять потребности в компенсации яркости.

4.4 Спектральное распределение

График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик при ~639 нм и спектральную ширину ~20 нм, подтверждающий чистоту цвета.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство имеет стандартный 10-контактный корпус типа SIL (однорядный). Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Ключевые размеры включают общую высоту, ширину, глубину, размер окна цифры и расстояние между выводами (шаг), что критически важно для разводки печатной платы.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

LTD-322JR - этодуплексный дисплей с общим катодом. Это означает, что он содержит две независимые цифры (Цифра 1 и Цифра 2) в одном корпусе, каждая со своим собственным общим катодным выводом. Распиновка следующая:

• Вывод 1: Анод G (Сегмент G)
• Вывод 2: Нет соединения
• Вывод 3: Анод A (Сегмент A)
• Вывод 4: Анод F (Сегмент F)
• Вывод 5: Общий катод (Цифра 2)
• Вывод 6: Анод D (Сегмент D)
• Вывод 7: Анод E (Сегмент E)
• Вывод 8: Анод C (Сегмент C)
• Вывод 9: Анод B (Сегмент B)
• Вывод 10: Общий катод (Цифра 1)

Конфигурация "общий катод" означает, что все катоды (отрицательные выводы) светодиодов для данной цифры соединены вместе внутри. Чтобы включить сегмент, его соответствующий анодный вывод должен быть переведен в высокий уровень (или подключен к источнику тока через резистор), в то время как общий катод для этой цифры должен быть подключен к земле (низкий уровень). Эта конфигурация очень распространена и упрощает мультиплексирование.

5.3 Внутренняя принципиальная схема

Внутренняя схема визуально представляет электрические соединения, описанные выше. Она показывает два набора из семи светодиодов (сегменты A-G), каждый набор имеет общее катодное соединение для Цифры 1 и Цифры 2 соответственно. Анод каждого соответствующего сегмента (например, Сегмент A Цифры 1 и Сегмент A Цифры 2) - это отдельные выводы, позволяющие независимое управление.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Соблюдение указанного профиля пайки критически важно для предотвращения повреждений.

6.1 Параметры пайки оплавлением

Абсолютный максимальный параметр указывает пиковую температуру 260°C в течение максимум 3 секунд, измеренную на 1.6 мм ниже плоскости установки (обычно поверхность печатной платы). Это соответствует стандартным профилям бессвинцовой пайки оплавлением (например, IPC/JEDEC J-STD-020). Скорости предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения должны контролироваться в соответствии со спецификациями сборки печатной платы. Следует избегать теплового удара.

6.2 Обращение и хранение

Устройства должны храниться в оригинальных влагозащитных пакетах с осушителем в контролируемой среде (в пределах диапазона хранения от -35°C до +85°C). Во время обращения следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) для защиты чувствительных LED переходов.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления - этомультиплексирование. Поскольку дисплей имеет две цифры с отдельными общими катодами, микроконтроллер может быстро переключаться между включением Цифры 1 и Цифры 2. Для каждого цикла цифры он устанавливает соответствующий общий катод в низкий уровень и подает правильный паттерн высоких сигналов на анодные выводы сегментов (через токоограничивающие резисторы). Инерция зрения человеческого глаза объединяет эти быстрые импульсы в стабильное двухразрядное число. Этот метод значительно сокращает необходимое количество выводов ввода/вывода микроконтроллера по сравнению со статическим (DC) управлением.

7.2 Соображения при проектировании

• Токоограничивающие резисторы:Необходимы для каждой анодной линии. Значение резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Используя типичное V_F2.6В при 20мА и питание 5В, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ом. Часто используется немного большее значение (например, 150 Ом) для увеличения срока службы и учета вариаций V_{питания} variations.
• Частота мультиплексирования:Должна быть достаточно высокой, чтобы избежать видимого мерцания, обычно выше 60-100 Гц. Служебный цикл для каждой цифры в 2-разрядном мультиплексировании составляет 1/2, поэтому пиковый ток может быть выше номинального постоянного тока для поддержания средней яркости (как разрешено пиковым номиналом 90мА).
• Угол обзора:Широкий угол обзора полезен, но учитывайте основное направление обзора при проектировании механического корпуса.
• Улучшение контрастности:Черный лицевой экран обеспечивает присущую контрастность. Убедитесь, что окно дисплея или накладка не создают отражений или бликов, которые могут снизить читаемость.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми LED технологиями, такими как стандартные красные светодиоды GaAsP (фосфид арсенида галлия), технология AlInGaP, используемая в LTD-322JR, предлагает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к большей яркости при том же токе управления. Она также обеспечивает лучшую чистоту цвета и стабильность в зависимости от температуры и срока службы. По сравнению с современными альтернативами, ее ключевыми отличительными особенностями являются конкретная высота цифры 0.3 дюйма в дуплексной конфигурации с общим катодом, супер красная цветовая точка (~639 нм) и категоризация по световой силе, которая помогает достичь равномерности дисплеев при использовании нескольких устройств.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Можно ли управлять этим дисплеем с микроконтроллера на 3.3В?

Да, но необходим тщательный расчет. При V_F2.6В, запас по напряжению (3.3В - 2.6В = 0.7В) мал. Используя формулу R = 0.7В / I_F, для тока 10мА потребуется резистор 70 Ом. При 20мА требуемый резистор 35 Ом оставляет почти никакого запаса для вариаций V_{питания}или V_F, потенциально затемняя дисплей. Более надежно использовать питание 5В для LED сегментов, управляемых через транзисторы или драйверную микросхему от микроконтроллера на 3.3В.

9.2 В чем разница между "пиковой" и "доминирующей" длиной волны?

Пиковая длина волны (λ_p):Единственная длина волны, на которой оптическая мощность излучения физически максимальна.Доминирующая длина волны (λ_d):Длина волны монохроматического света, который казался бы стандартному человеческому наблюдателю имеющим тот же цвет, что и выход светодиода. Она рассчитывается из полного спектра светодиода и функций согласования цветов CIE. Для светодиода с узким спектром, такого как этот, они часто близки по значению.

9.3 Как добиться равномерной яркости при мультиплексировании?

Убедитесь, что процедура мультиплексирования имеет равное время включения для каждой цифры. Поскольку яркость пропорциональна среднему току, вы можете настроить ток сегмента (через значения резисторов или настройки драйвера) для компенсации служебного цикла. Для 2-разрядного мультиплексирования со служебным циклом 1/2 вы можете управлять каждым сегментом с пиковым током 40мА (в пределах номинала 90мА), чтобы достичь среднего значения 20мА, соответствующего условию тестирования на постоянном токе для яркости.

10. Пример внедрения в проект

Сценарий:Проектирование простого двухразрядного индикатора температуры для контроллера промышленной печи. Микроконтроллер имеет ограниченное количество выводов ввода/вывода.
Реализация:LTD-322JR идеально подходит. Его дуплексная конструкция с общим катодом требует всего 8 выводов ввода/вывода для управления (7 анодов сегментов + 1 вывод для переключения двух общих катодов, используя транзистор при необходимости). Высокая яркость и широкий угол обзора обеспечивают читаемость температуры на заводском цеху. Технология AlInGaP обеспечивает стабильную работу при повышенных температурах окружающей среды вблизи печи. Разработчик выбирает светодиоды из одного бина световой силы, чтобы гарантировать одинаковую яркость обеих цифр. Токоограничивающие резисторы рассчитаны для питания 5В и мультиплексированного пикового тока 30мА на сегмент, обеспечивая яркое, без мерцания отображение.

11. Введение в принцип технологии

AlInGaP - это полупроводник III-V группы. При прямом смещении электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретная ширина запрещенной зоны сплава AlInGaP определяет длину волны излучаемого света, которая в данном случае находится в красной области (~639 нм). Использование непрозрачной подложки GaAs помогает удерживать свет внутри структуры, направляя больше его вверх через верхнюю часть чипа для более высокой эффективности извлечения по сравнению со старыми конструкциями с прозрачной подложкой. Черный эпоксидный корпус поглощает рассеянный свет, улучшая контрастность.

12. Тенденции в технологии

Хотя AlInGaP остается доминирующей технологией для высокоэффективных красных, оранжевых и желтых светодиодов, текущие исследования сосредоточены на улучшении эффективности при более высоких токах управления (снижение "падения эффективности") и повышении надежности. Для дисплеев тенденция направлена на более высокую плотность пикселей (меньшие цифры/дискретные светодиоды) и интеграцию электроники драйверов непосредственно в корпус ("интеллектуальные дисплеи"). Однако для стандартных сегментных числовых дисплеев, таких как LTD-322JR, технология является зрелой, с акцентом на снижение стоимости, более жесткую сортировку для равномерности и улучшенное тепловое управление для применений с высокой надежностью.