Техническая спецификация LTS-3361JG: 7-сегментный светодиодный индикатор, высота цифры 0.3 дюйма (7.62 мм), прямое напряжение 2.6 В, зеленый (572 нм)

1. Обзор продукта

LTS-3361JG представляет собой одноразрядный 7-сегментный алфавитно-цифровой индикаторный модуль, использующий полупроводниковую технологию AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Основная функция данного устройства — обеспечение высокочитаемого числового и ограниченного алфавитно-цифрового вывода в электронном оборудовании. Его основное применение — контрольно-измерительные приборы, бытовая электроника, панели управления промышленного оборудования и любые устройства, требующие четкого, яркого числового отображения.

Устройство характеризуется высотой цифры 0.3 дюйма (7.62 мм), что обеспечивает отличный баланс между размером дисплея и компактностью. Он имеет серый лицевой экран с белыми сегментами — комбинация, разработанная для обеспечения высокой контрастности и оптимальной читаемости при различном освещении. Использование материала AlInGaP, выращенного на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs), является ключевым для его производительности, обеспечивая высокую яркость и эффективность в зеленой части спектра.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

LTS-3361JG предлагает несколько явных преимуществ, определяющих его позицию на рынке:

• Высокая яркость и контрастность:Кристаллы AlInGaP обеспечивают силу света в диапазоне от 200 до 800 мкд при низком токе накачки 1 мА, гарантируя видимость даже в условиях яркого освещения.
• Низкое энергопотребление:Спроектирован для эффективности, требует минимальной мощности, что делает его подходящим для устройств с батарейным питанием или чувствительных к энергопотреблению приложений.
• Отличный внешний вид символов и однородность:Сегменты являются сплошными и однородными, обеспечивая чистый, профессиональный вид цифр без зазоров или неровностей.
• Широкий угол обзора:Оптическая конструкция обеспечивает четкую читаемость с широкого диапазона углов, улучшая пользовательский опыт.
• Надежность твердотельного устройства:Как светодиодное устройство, оно предлагает длительный срок службы, устойчивость к ударам и надежность, превосходящую старые технологии, такие как дисплеи на основе нитей накаливания.
• Сортировка по силе света:Устройства сортируются по интенсивности, что позволяет разработчикам выбирать компоненты для обеспечения одинаковой яркости нескольких индикаторов в одном изделии.

Целевой рынок включает разработчиков контрольно-измерительного оборудования, автомобильных приборных панелей (вторичные дисплеи), бытовой техники, медицинских устройств и промышленных систем управления, где требуется надежный, четкий и эффективный числовой дисплей.

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен детальный, объективный анализ ключевых технических параметров, указанных в спецификации.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Эти параметры определяют световой выход и цветовые свойства дисплея.

• Средняя сила света (I_V):Диапазон от 200 мкд (мин.) до 800 мкд (тип.) при прямом токе (I_F) 1 мА. Это воспринимаемая яркость, измеренная датчиком с фильтром, соответствующим фотопической реакции человеческого глаза (кривая МКО). Широкий диапазон указывает на процесс сортировки; разработчики должны учитывать это различие или указывать более узкий диапазон для однородного внешнего вида.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм. Это воспринимаемый цвет света, помещающий его в зеленую область спектра. Это ключевой параметр для приложений, требующих определенного цвета.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):571 нм (тип.). Это длина волны, на которой спектральное распределение мощности максимально, очень близко к доминирующей длине волны, что указывает на спектрально чистый зеленый выход.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (тип.). Это измерение спектральной ширины полосы. Значение 15 нм относительно узкое, что подтверждает хорошую чистоту цвета для зеленого светодиода.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):2:1 (макс.). Это максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментом в одном устройстве. Соотношение 2:1 или менее обеспечивает приемлемую однородность по всей цифре.

2.2 Электрические характеристики

Эти параметры критически важны для проектирования схемы и управления питанием.

• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.6 В (макс.) при I_F=20 мА. Типичное значение составляет около 2.05 В. Это падение напряжения необходимо учитывать при проектировании схемы ограничения тока. Схема драйвера должна обеспечивать не менее 2.6 В для гарантированного свечения сегмента при номинальном токе.
• Непрерывный прямой ток на сегмент (I_F):25 мА (макс.) при 25°C. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на один сегмент без риска повреждения.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА (макс.) в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Это позволяет использовать схемы мультиплексирования или кратковременное превышение тока для увеличения воспринимаемой яркости.
• Снижение номинального тока:Максимальный непрерывный ток должен линейно снижаться на 0.33 мА/°C для температур окружающей среды (T_a) выше 25°C. Это важное соображение по тепловому управлению.
• Обратное напряжение на сегмент (V_R):5 В (макс.). Превышение этого напряжения в обратном смещении может необратимо повредить светодиодный переход.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (макс.) при V_R=5 В. Это ток утечки при обратном смещении светодиода.
• Рассеиваемая мощность на сегмент (P_D):70 мВт (макс.). Рассчитывается как V_F* I_F, этот предел определяет тепловую нагрузку каждого сегмента.

2.3 Тепловые и климатические параметры

• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C. Устройство подходит для промышленных и расширенных коммерческих сред.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +85°C.
• Температура пайки:Выдерживает максимум 260°C до 3 секунд, измеряется на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки. Это совместимо со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство "Сортируется по силе света". Это подразумевает процесс сортировки.

• Сортировка по силе света:Широкий диапазон I_V (200-800 мкд) предполагает, что светодиоды после производства сортируются по различным группам интенсивности. Для приложений, требующих одинаковой яркости нескольких дисплеев (например, многоразрядной панели), необходимо указывать компоненты из одной группы интенсивности.
• Сортировка по прямому напряжению:Хотя явно не указано как сортировка, предоставленный диапазон (2.05 В тип., 2.6 В макс.) указывает на естественное разброс. В прецизионных приложениях или больших массивах согласование напряжения также может быть важным для равномерного распределения тока.
• Сортировка по длине волны:Доминирующая длина волны указана как одно типичное значение (572 нм). Для данного продукта сортировка по длине волны, вероятно, очень узкая или не является основным критерием, так как указан один зеленый цвет.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I-V кривая):Эта нелинейная кривая показывает зависимость между приложенным напряжением и результирующим током. "Коленное" напряжение составляет около 2.0 В, после чего ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения, что требует источника постоянного тока для стабильной яркости.
• Сила света в зависимости от прямого тока (I-L кривая):Эта кривая, как правило, линейна в широком диапазоне. Сила света приблизительно пропорциональна прямому току, что позволяет управлять яркостью с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции) или аналоговой регулировки тока.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Для светодиодов AlInGaP световой выход обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Спецификация снижения номинального прямого тока напрямую связана с управлением этим тепловым эффектом для поддержания яркости и долговечности.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик около 571-572 нм с указанной полушириной 15 нм.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Физические размеры

Корпус представляет собой стандартный одноразрядный 7-сегментный светодиодный индикатор. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Ключевые размеры включают общую высоту, ширину и глубину корпуса, высоту цифры (7.62 мм) и расстояние между сегментами. Точная посадочная площадь критически важна для разводки печатной платы (ПП).

5.2 Распиновка и идентификация полярности

LTS-3361JG является устройством собщим катодом. Это означает, что все катоды светодиодных сегментов соединены внутри с общими выводами (выводы 1 и 6), в то время как каждый анод сегмента имеет свой собственный вывод. Чтобы зажечь сегмент, его соответствующий анодный вывод должен быть переведен в состояние HIGH (положительное напряжение через токоограничивающий резистор), а общий катодный вывод(ы) должен быть подключен к земле (LOW).

Подключение выводов:

1. Общий катод

2. Анод F (правый верхний сегмент)

3. Анод G (центральный сегмент)

4. Анод E (правый нижний сегмент)

5. Анод D (нижний сегмент)

6. Общий катод

7. Анод DP (десятичная точка)

8. Анод C (левый нижний сегмент)

9. Анод B (левый верхний сегмент)

10. Анод A (верхний сегмент)

Примечание: Выводы 1 и 6 являются общими катодами и должны быть соединены вместе на печатной плате для обеспечения равномерного распределения тока.

5.3 Внутренняя принципиальная схема

Внутренняя схема показывает десять выводов, подключенных к восьми светодиодным элементам (сегменты A-G плюс DP). Два общих катодных вывода (1 и 6) соединены внутри. Эта конфигурация является стандартной для одноразрядного дисплея с общим катодом.

6. Рекомендации по пайке и сборке

• Пайка оплавлением:Совместима со стандартными процессами SMT-пайки оплавлением. Максимальная номинальная температура пайки составляет 260°C в течение 3 секунд. Рекомендуется использовать стандартный бессвинцовый профиль с пиковой температурой между 245-250°C, чтобы оставаться в пределах этого лимита.
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с регулировкой температуры, установленной на максимум 350°C, и ограничьте время контакта менее 3 секунд на вывод, чтобы предотвратить тепловое повреждение пластикового корпуса и внутренних проводных соединений.
• Очистка:Используйте только чистящие средства, совместимые со светодиодной эпоксидной смолой и пластиковыми материалами. Избегайте ультразвуковой очистки, если не подтверждена ее безопасность для конкретного корпуса.
• Меры предосторожности от ЭСР (электростатического разряда):Хотя явно не указано, светодиоды обычно чувствительны к ЭСР. Обращайтесь с соответствующими мерами предосторожности от ЭСР (заземленные рабочие места, антистатические браслеты).
• Условия хранения:Храните в сухой, антистатической среде в указанном диапазоне температур (от -35°C до +85°C).

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления —мультиплексирование. Для многоразрядных дисплеев микроконтроллер последовательно активирует общий катод каждого разряда, одновременно выводя шаблон сегментов для этого разряда на общие анодные линии. Это значительно сокращает необходимое количество выводов драйвера. Для подачи достаточного тока на сегменты часто используется микросхема драйвера постоянного тока или массив транзисторов.

Расчет токоограничивающего резистора:Необходим для прямого управления. Формула: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Пример: Для питания 5 В, V_F=2.2 В и I_F=10 мА: R = (5 - 2.2) / 0.01 = 280 Ом. Используйте ближайшее стандартное значение (например, 270 Ом или 330 Ом). При прямом управлении требуется один резистор на каждый анод сегмента.

7.2 Соображения по проектированию

• Управление яркостью:Используйте ШИМ на катодных или анодных драйверах для затемнения дисплея. Это более эффективно, чем изменение постоянного тока.
• Угол обзора:Размещайте дисплей с учетом его широкого угла обзора, чтобы обеспечить оптимальную видимость для конечного пользователя.
• Тепловое управление:Соблюдайте рекомендации по снижению номинального тока для приложений с высокой температурой окружающей среды. Обеспечьте достаточную площадь медной разводки на ПП или вентиляцию при работе на максимальных или близких к ним токах.
• Развязка:Разместите небольшой керамический конденсатор (например, 100 нФ) рядом с выводами питания дисплея для подавления шума, особенно в мультиплексированных схемах.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими каккрасные светодиоды GaAsP, LTS-3361JG на основе AlInGaP предлагает значительно более высокую яркость и эффективность при заданном токе. По сравнению с некоторыми современнымибелыми или синими светодиодами с люминофором, он обеспечивает чистый, насыщенный зеленый цвет без сложностей и потерь эффективности, связанных с преобразованием люминофора.

Его основное отличие заключается в конкретной комбинации:высота цифры 0.3 дюйма, конфигурация с общим катодом, чистое зеленое излучение AlInGaP и сортировка по интенсивности. Конкурирующие продукты могут использовать другие технологии кристаллов (например, InGaN для синего/зеленого), иметь другой цвет корпуса (например, черный экран) или быть с общим анодом.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3 В?

О: Возможно, но с осторожностью. Типичное V_Fсоставляет 2.05 В, а выходное высокое напряжение вывода GPIO (V_OH) при питании 3.3 В может быть всего 2.64 В. Запас по напряжению (3.3 В - 2.6 В = 0.7 В) минимален для токоограничивающего резистора. Безопаснее использовать транзистор или микросхему драйвера для сопряжения с микроконтроллером.

В2: Почему есть два общих катодных вывода (1 и 6)?

О: Это сделано для механической симметрии и улучшенного распределения тока. Подключение обоих выводов к земле на вашей печатной плате помогает сбалансировать токовую нагрузку, потенциально улучшая однородность яркости сегментов и долгосрочную надежность.

В3: В чем разница между пиковой длиной волны излучения и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны излучения (λ_p) — это физический пик излучаемого светового спектра. Доминирующая длина волны (λ_d) — это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, соответствующая цвету источника света. Для монохроматического источника, такого как этот зеленый светодиод, они очень близки.

В4: Как добиться одинаковой яркости в многоразрядной конструкции?

О: 1) Используйте схему драйвера постоянного тока. 2) При необходимости реализуйте программную калибровку или ШИМ-регулировку для каждого разряда. 3) Самое главное — указывайте и используйте светодиоды из одной группы силы света у вашего поставщика.

10. Пример внедрения в проект

Сценарий: Проектирование простого 4-разрядного дисплея вольтметра.

1. Выбор компонентов:Четыре индикатора LTS-3361JG выбраны за их читаемость и зеленый цвет, который часто ассоциируется со статусом "включено" или "нормально".
2. Схема управления:Выбрана схема мультиплексирования. Микроконтроллер с 12 выводами ввода-вывода (8 для анодов сегментов A-G, DP и 4 для катодов разрядов) может управлять всем дисплеем.
3. Проектирование схемы:Анодные линии сегментов соединены параллельно для всех четырех разрядов. Общие катодные выводы каждого разряда (1 и 6) соединены вместе, а затем подключены к стоку на NPN-транзисторе. Микроконтроллер включает один транзистор (разряд) за раз, одновременно выводя соответствующий 7-сегментный код на анодные линии. Частота обновления установлена выше 60 Гц, чтобы избежать мерцания.
4. Расчет тока:Для мультиплексированного дисплея мгновенный ток на сегмент может быть выше для достижения той же средней яркости. Если скважность составляет 1/4 (4 разряда), чтобы получить средний I_{F_ср}5 мА, мгновенный ток во время его активного периода должен быть I_{F_мгн}= I_{F_ср}/ Скважность = 5 мА / 0.25 = 20 мА. Это находится в пределах непрерывного номинала, но должно быть проверено на соответствие пиковому номиналу для выбранной частоты мультиплексирования.
5. Разводка печатной платы:Индикаторы размещены с точным интервалом согласно чертежу размеров. Дорожки для соединений общего катода сделаны шире, чтобы выдерживать суммарный ток сегментов, когда разряд полностью зажжен (например, цифра '8').

11. Введение в принцип технологии

LTS-3361JG основан наполупроводниковом материале AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Это полупроводник III-V группы, где атомы алюминия, индия, галлия и фосфора расположены в кристаллической решетке. При прямом смещении электроны и дырки рекомбинируют в активной области PN-перехода, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретное соотношение Al, In, Ga и P в кристалле определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света. Для зеленого излучения около 572 нм требуется точный состав.

Кристаллы изготавливаются нанепрозрачной подложке из GaAs (арсенида галлия). Эта подложка поглощает часть генерируемого света, но сама система материалов AlInGaP является высокоэффективной. Свет излучается с верхней поверхности кристалла. Серый лицевой экран и белый рассеиватель сегментов корпуса помогают повысить контрастность, поглощая окружающий свет и эффективно рассеивая излучаемый зеленый свет от кристалла соответственно.

12. Технологические тренды

Хотя данный конкретный продукт использует зрелую и надежную технологию AlInGaP, общие тренды рынка светодиодных дисплеев включают:

• Повышение эффективности:Постоянные исследования в области материаловедения направлены на улучшение внутренней квантовой эффективности (IQE) и эффективности извлечения света (LEE) всех цветов светодиодов, снижая энергопотребление при той же яркости.
• Миниатюризация:Наблюдается тенденция к уменьшению шага пикселей и повышению плотности дисплеев, хотя для отдельных 7-сегментных устройств размер 0.3 дюйма остается популярным стандартом для читаемости.
• Интеграция:Все больше дисплеев интегрируют микросхему драйвера непосредственно в корпус модуля, упрощая внешнюю схему для разработчиков.
• Альтернативные технологии:Для полноцветных или высокоразрешающих приложений развиваются такие технологии, как MicroLED и продвинутые OLED. Однако для простых, надежных, ярких и недорогих одноразрядных числовых индикаторов светодиоды на основе AlInGaP и InGaN остаются доминирующими благодаря своей надежности, долговечности и простоте.

LTS-3361JG представляет собой хорошо оптимизированное решение в своей нише, балансируя производительность, стоимость и надежность на основе устоявшейся физики полупроводников и технологий корпусирования.