Техническая спецификация LTD-323JS: 0.3-дюймовый жёлтый светодиодный цифровой индикатор - Высота цифры 7.62 мм - Прямое напряжение 2.6 В - Рассеиваемая мощность 70 мВт

1. Обзор продукта

Данное устройство представляет собой модуль цифрового индикатора с высотой цифры 0.3 дюйма (7.62 мм). Оно разработано для обеспечения чёткого, хорошо различимого числового вывода в компактном форм-факторе. Основная технология использует жёлтые светодиодные чипы на основе AlInGaP (фосфида алюминия-индия-галлия). Эти чипы изготовлены на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), что способствует контрастности и производительности дисплея. Визуальный дизайн характеризуется чёрным корпусом с белыми сегментами, что оптимизирует читаемость за счёт усиления контраста между светящимися и неактивными областями.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Дисплей предлагает несколько ключевых преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра применений. Его основные достоинства включают низкое энергопотребление, что критически важно для устройств с батарейным питанием или с высокими требованиями к энергоэффективности. Он обеспечивает высокую яркость и контрастность, гарантируя читаемость даже в условиях яркого освещения. Широкий угол обзора позволяет считывать информацию с различных позиций. Устройство отличается надёжностью твердотельной технологии, что означает отсутствие движущихся частей и, как правило, более длительный срок службы по сравнению с другими технологиями отображения. Оно классифицировано по световому потоку, что указывает на стабильные характеристики и контроль качества. Непрерывные однородные сегменты обеспечивают отличный внешний вид символов. Такое сочетание характеристик делает данный дисплей идеальным для применений, таких как приборные панели, контрольно-измерительное оборудование, потребительская электроника, промышленные средства управления и любые устройства, требующие надёжного, чёткого и эффективного числового индикатора.

2. Глубокое объективное толкование технических параметров

2.1 Фотоэлектрические характеристики

Фотометрические и колориметрические показатели определены при конкретных условиях испытаний. Средняя сила света (Iv) составляет минимум 320 мккд, типичное значение — 800 мккд, максимальное значение не указано, при измерении на прямом токе (IF) 1 мА. Этот параметр указывает на воспринимаемую яркость светящихся сегментов. Пиковая длина волны излучения (λp) составляет 588 нм (при IF=20 мА), что помещает выходной сигнал точно в жёлтую область видимого спектра. Полуширина спектральной линии (Δλ) равна 15 нм (при IF=20 мА), что описывает спектральную чистоту или узость полосы длин волн излучаемого света; меньшее значение указывает на более монохроматический цвет. Доминирующая длина волны (λd) составляет 587 нм (при IF=20 мА) — это единственная длина волны, которую человеческий глаз воспринимает как соответствующий цвет света. Сила света измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, аппроксимирующей кривую спектральной чувствительности глаза МКО, что обеспечивает соответствие измерений человеческому зрению.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют рабочие пределы и условия. Прямое напряжение на сегмент (VF) имеет типичное значение 2.6 В и максимальное 2.6 В при прямом токе 20 мА. Это падение напряжения на светодиодном сегменте при его проводимости. Обратный ток на сегмент (IR) имеет максимум 100 мкА при приложенном обратном напряжении (VR) 5 В, что указывает на уровень утечки при обратном смещении светодиода. Коэффициент соответствия силы света (IV-m) задан как 2:1 (при IF=1 мА). Этот коэффициент определяет максимально допустимое изменение яркости между разными сегментами одной цифры или между цифрами, обеспечивая визуальную однородность.

2.3 Абсолютные максимальные параметры и тепловые характеристики

Эти параметры определяют пределы, за которыми может произойти необратимое повреждение устройства. Максимальная рассеиваемая мощность на сегмент составляет 70 мВт. Пиковый прямой ток на сегмент равен 60 мА, но это допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Непрерывный прямой ток на сегмент при 25°C составляет 25 мА. Важно, что этот ток должен быть линейно снижен на 0.33 мА за каждый градус Цельсия выше 25°C. Например, при 50°C максимальный непрерывный ток будет равен 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 16.75 мА. Это снижение номинала критически важно для надёжной работы при повышенных температурах. Максимальное обратное напряжение на сегмент — 5 В. Диапазон рабочих температур и температур хранения составляет от -35°C до +85°C. Максимальная температура пайки — 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки устройства на плату.

3. Объяснение системы градации

В спецификации указано, что устройство классифицировано по силе света. Это подразумевает процесс сортировки или градации, при котором изделия группируются на основе измеренного светового потока при стандартном испытательном токе (вероятно, 1 мА или 20 мА). Это гарантирует, что клиенты получают дисплеи с одинаковым уровнем яркости. Хотя конкретные коды групп или диапазоны в этом документе не детализированы, такая система обычно предполагает разделение устройств на категории (например, высокой яркости, стандартной яркости) для удовлетворения различных требований приложений или гарантии минимального уровня производительности. Коэффициент соответствия силы света 2:1 является связанной спецификацией, контролирующей вариацию внутри одного устройства.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены ссылки на типичные электрические/оптические характеристические кривые. Хотя конкретные графики в тексте не предоставлены, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика): Показывает зависимость тока, протекающего через светодиод, от напряжения на нём. Она нелинейна, с характерным "коленом" (около типичного Vf 2.6 В), после которого ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения.Сила света в зависимости от прямого тока (Свето-токовая характеристика): Этот график показывает, как световой выход увеличивается с ростом тока накачки. Обычно он линеен в определённом диапазоне, но может насыщаться при очень высоких токах.Сила света в зависимости от температуры окружающей среды: Эта кривая демонстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры окружающей среды, подчёркивая важность теплового управления и снижения номинального тока.Спектральное распределение: График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик на 588 нм и полуширину 15 нм, подтверждающий жёлтое свечение.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритный чертёж

Габаритные размеры корпуса приведены на чертеже (на который есть ссылка, но который не детализирован в тексте). Все размеры указаны в миллиметрах (мм). Стандартный допуск для этих размеров составляет ±0.25 мм (что эквивалентно ±0.01 дюйма), если в примечании к конкретному элементу не указано иное. Этот чертёж критически важен для разводки печатной платы (ПП), обеспечивая соответствие посадочного места и расположения отверстий физическому устройству.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

Устройство имеет 10-выводную конфигурацию. Это дуплексный (двухразрядный) индикатор с общим анодом. Распиновка следующая: Вывод 1: Катод G; Вывод 2: Нет вывода (вероятно, механический заполнитель или неиспользуемый); Вывод 3: Катод A; Вывод 4: Катод F; Вывод 5: Общий анод (Цифра 2); Вывод 6: Катод D; Вывод 7: Катод E; Вывод 8: Катод C; Вывод 9: Катод B; Вывод 10: Общий анод (Цифра 1). Конфигурация "общий анод" означает, что аноды светодиодов для каждой цифры соединены вместе внутри корпуса. Чтобы зажечь сегмент, его соответствующий катодный вывод должен быть переведён в низкий уровень (подключён к земле или стоку тока), в то время как общий анодный вывод его цифры переводится в высокий уровень (подключается к положительному источнику питания через токоограничивающий резистор).

5.3 Внутренняя схема соединений

Приведена ссылка на внутреннюю схему соединений. Для двухразрядного 7-сегментного индикатора с общим анодом эта схема обычно показывает: Два узла общего анода, по одному для каждой цифры (выводы 10 и 5). Семь катодных линий (A, B, C, D, E, F, G), каждая из которых подключена к соответствующему сегментному светодиоду в обеих цифрах. Каждый сегментный светодиод (например, сегмент "A" цифры 1 и сегмент "A" цифры 2) использует один и тот же катодный вывод, но его анод подключён к соответствующему общему аноду своей цифры. Такая мультиплексная схема уменьшает общее количество выводов, необходимых для управления дисплеем.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевая спецификация сборки, приведённая здесь, касается процесса пайки. Устройство может выдерживать максимальную температуру пайки 260°C. Время воздействия должно быть ограничено максимум 3 секундами. Температура измеряется на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки компонента на печатной плате. Эта рекомендация критически важна для процессов волновой пайки или оплавления для предотвращения термического повреждения светодиодных чипов или пластикового корпуса. Для ручной пайки следует использовать паяльник с контролем температуры с минимальным временем контакта. При обращении и сборке следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР) для защиты полупроводниковых переходов.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Данный дисплей хорошо подходит для любого применения, требующего чёткой, надёжной числовой индикации. Примеры включают: Цифровые мультиметры и осциллографы. Панельные измерители напряжения, тока или температуры. Потребительские приборы, такие как микроволновые печи, цифровые часы или аудиооборудование. Панели промышленного управления и автоматизации. Контрольно-измерительное оборудование. Автомобильные дополнительные приборы (с учётом диапазона рабочих температур). Портативные устройства с батарейным питанием благодаря низкому энергопотреблению.

7.2 Соображения по проектированию и реализация схемы

При проектировании схемы управления необходимо учитывать несколько ключевых факторов:Ограничение тока: Каждый сегмент должен иметь последовательный токоограничивающий резистор. Номинал резистора рассчитывается на основе напряжения питания (Vcc), прямого напряжения светодиода (Vf, типично 2.6 В) и желаемого прямого тока (If). Например, для питания сегмента током 20 мА от источника 5 В: R = (Vcc - Vf) / If = (5В - 2.6В) / 0.020А = 120 Ом.Мультиплексирование: Для многоразрядных индикаторов с общим анодом используется мультиплексирование. Микроконтроллер последовательно активирует общий анод одной цифры, одновременно выводя шаблон сегментов для этой цифры на катодные линии. Переключение должно быть достаточно быстрым (обычно >60 Гц), чтобы избежать видимого мерцания.Специализированные микросхемы драйверов: Использование специализированных микросхем драйверов светодиодных индикаторов (например, MAX7219, TM1637) упрощает управление, обеспечивает постоянный ток и выполняет мультиплексирование внутри себя.Тепловое управление: Соблюдайте кривую снижения номинального тока выше 25°C. Обеспечьте достаточную вентиляцию, если дисплей находится в закрытом пространстве или рядом с другими теплообразующими компонентами.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими технологиями числовых индикаторов, данный жёлтый светодиодный дисплей на основе AlInGaP предлагает явные преимущества:По сравнению с красными светодиодами на основе GaAsP/GaP: Технология AlInGaP, как правило, обеспечивает более высокий КПД и яркость, а также лучшую температурную стабильность по сравнению со старыми материалами для красных светодиодов. Жёлтый цвет может обеспечивать лучшую видимость или соответствовать эстетическим предпочтениям в некоторых применениях.По сравнению с ЖК-дисплеями (жидкокристаллическими индикаторами): Светодиоды являются излучающими (сами производят свет), что делает их хорошо видимыми в условиях низкой освещённости без подсветки, в то время как отражающие ЖКИ требуют окружающего света. Светодиоды имеют гораздо более широкий угол обзора и более быстрое время отклика. Однако ЖКИ обычно потребляют значительно меньше энергии для статического отображения.По сравнению с ВФД (вакуумно-люминесцентными дисплеями): Светодиоды являются твердотельными, более прочными, имеют больший срок службы и требуют более простой, низковольтной управляющей электроники по сравнению с ВФД, которым требуется относительно высокое анодное напряжение. Ключевыми отличительными особенностями данного конкретного устройства являются высота цифры 0.3 дюйма, материал AlInGaP для жёлтого свечения, конфигурация с общим анодом и заявленные характеристики по яркости, контрастности и углу обзора.

9. Часто задаваемые вопросы на основе технических параметров

В: Какова цель "отсутствующего вывода" на выводе 2?

О: Обычно это механический заполнитель, используемый для выравнивания в процессе производства или для обеспечения симметричного количества выводов в корпусе для устойчивости на печатной плате. Он не имеет электрического соединения.

В: Как рассчитать подходящий токоограничивающий резистор?

О: Используйте закон Ома: R = (Напряжение питания - Прямое напряжение светодиода) / Желаемый прямой ток. Всегда используйте в расчёте максимальное прямое напряжение из спецификации (2.6 В), чтобы гарантировать, что ток не превысит безопасные пределы, особенно при более низких температурах.

В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью микроконтроллера на 3.3 В?

О: Да, но запас по напряжению мал. При Vf 2.6 В для токоограничивающего резистора остаётся всего 0.7 В. При 20 мА для этого требуется резистор всего 35 Ом. Яркость может быть немного ниже. Часто лучше использовать меньший ток накачки (например, 10-15 мА) или использовать драйвер, который может обеспечить источник более высокого напряжения.

В: Что означает "классифицировано по силе света" для моего проекта?

О: Это означает, что дисплеи тестируются и сортируются по яркости. При покупке вы можете получить изделия из определённой "группы" яркости. Для обеспечения единообразного внешнего вида в продукте важно указать, требуется ли вам конкретный класс яркости, или закупать все изделия для производственной партии из одной партии производителя.

В: Почему необходимо снижение номинального тока?

О: Эффективность светодиода снижается с ростом температуры. Подача того же тока на светодиод при более высокой температуре перехода приводит к выделению большего количества тепла, а не света, что потенциально может привести к тепловому разгону и отказу. Снижение номинального тока уменьшает рассеиваемую мощность и тепловыделение при высоких температурах окружающей среды, обеспечивая долгосрочную надёжность.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование двухразрядного индикатора вольтметра

Разработчик создаёт простой индикатор вольтметра постоянного тока 0-99 В. Он выбирает этот дисплей за его чёткость и размер. Система использует микроконтроллер с АЦП для измерения напряжения. Входы/выходы микроконтроллера не могут обеспечить/поглотить достаточный ток для светодиодов. Разработчик выбирает специализированную микросхему драйвера светодиодов с выходами постоянного тока и поддержкой мультиплексирования. Драйвер подключается к дисплею: выходы сегментов драйвера подключаются к катодным выводам дисплея (A-G), а два вывода управления разрядами драйвера подключаются к выводам общего анода (10 и 5). Микроконтроллер обменивается данными с драйвером через последовательный интерфейс (например, SPI или I2C), отправляя значения цифр. Драйвер обрабатывает мультиплексирование, обновляя каждую цифру с частотой 500 Гц, чтобы избежать мерцания. Ограничение тока установлено внутри драйвера на уровне 15 мА на сегмент для баланса яркости и энергопотребления, что остаётся в пределах непрерывного номинала 25 мА при ожидаемой рабочей температуре. Разводка печатной платы включает точное посадочное место из габаритного чертежа, с тепловыми перемычками на контактных площадках для выводов общего анода, которые могут нести более высокий средний ток.

11. Введение в принцип работы

Устройство работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковых материалах. Структура AlInGaP (фосфида алюминия-индия-галлия) образует p-n переход. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее потенциальный барьер перехода (прямое напряжение, Vf), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. При рекомбинации этих носителей заряда высвобождается энергия. В прямозонном полупроводнике, таком как AlInGaP, эта энергия высвобождается в основном в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещённой зоны, которая, в свою очередь, определяет длину волны (цвет) излучаемого света. Для данного устройства состав настроен на генерацию фотонов с длиной волны около 588 нм, что воспринимается как жёлтый свет. Непрозрачная подложка GaAs помогает поглощать рассеянный свет, улучшая контрастность за счёт предотвращения внутренних отражений, которые могут заставить неактивные сегменты казаться слабо освещёнными.

12. Тенденции развития

Эволюция светодиодных технологий отображения, подобных этой, следует нескольким отраслевым тенденциям:Повышение эффективности: Постоянные исследования в области материаловедения направлены на улучшение внутренней квантовой эффективности (IQE) и эффективности извлечения света для AlInGaP и других светодиодных материалов, что приводит к более высокой яркости при меньших токах.Миниатюризация: Существует постоянное стремление к уменьшению шага пикселей/цифр и уменьшению высоты корпусов при сохранении или улучшении оптических характеристик.Повышение надёжности и срока службы: Улучшения в материалах корпусов, методах крепления кристаллов и технологии люминофоров (для белых светодиодов) продолжают увеличивать срок службы и стабильность во времени и при изменении температуры.Интеграция: Тенденции включают интеграцию схем управления, ограничителей тока или даже микроконтроллеров непосредственно с модулем дисплея, упрощая процесс проектирования для конечного пользователя.Более широкие цветовые гаммы и новые материалы: Хотя данное устройство использует AlInGaP для жёлтого цвета, исследования материалов, таких как нитрид галлия (GaN) и его сплавов (InGaN, AlGaN), позволили создать высокоэффективные синие, зелёные и белые светодиоды. Поиск эффективных красных и янтарных светодиодов на основе других материальных систем остаётся активным. Для цифровых индикаторов тенденция заключается в создании более плоских, универсальных модулей, которые можно легко интегрировать в современные дизайны продуктов.