Техническая спецификация LED-дисплея LTD-5221AJF - Высота цифры 0.56 дюйма - AlInGaP желто-оранжевый - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTD-5221AJF — это высокопроизводительный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого, яркого отображения цифр при низком энергопотреблении. Его основная функция — обеспечение высокой читаемости для цифровых приборов, потребительской электроники и панелей промышленного управления.

Ключевое преимущество данного устройства заключается в использовании полупроводникового материала Aluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP) для светодиодных чипов. Эта материаловая система известна своей высокой световой эффективностью и отличной чистотой цвета в красно-желто-оранжевом спектре. Дисплей имеет светло-серый фон и белый цвет сегментов, что обеспечивает высокий контраст, делая символы легко читаемыми даже при различном окружающем освещении.

Данный дисплей классифицируется как устройство с низким током, специально протестированное и отобранное для оптимальной работы при малых токах накачки. Он спроектирован для обеспечения отличного внешнего вида символов, высокой яркости и широкого угла обзора, гарантируя видимость с разных ракурсов. Цельная конструкция обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы, что делает его подходящим для применений, где важна долговечность.

1.1 Ключевые особенности и целевые применения

Ключевые особенности продукта включают высоту цифры 0.56 дюйма (14.22 мм), что обеспечивает хороший баланс между размером и читаемостью. Сегменты непрерывные и однородные, обеспечивая чистый и профессиональный эстетический вид. Низкое энергопотребление является значительным преимуществом для устройств с батарейным питанием или чувствительных к энергии.

Устройство классифицируется по световой интенсивности, то есть модули сортируются на группы (бины) на основе их светового потока, что обеспечивает единообразие яркости для нескольких дисплеев в одном изделии. Это критически важно для таких применений, как многозначные панельные индикаторы или табло.

Типичные целевые рынки и применения включают портативное измерительное оборудование, медицинские приборы, автомобильные приборные панели (для вспомогательных дисплеев), органы управления бытовой техникой, POS-терминалы и промышленные таймеры/счетчики. Его надежность и производительность делают его предпочтительным выбором как для потребительской, так и для профессиональной электроники.

2. Подробный анализ технических параметров

Электрические и оптические характеристики LTD-5221AJF указаны для стандартных условий испытаний при температуре окружающей среды (TA) 25°C. Детальное понимание этих параметров необходимо для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

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

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которую может безопасно рассеивать один светодиодный сегмент без перегрева.
• Пиковый прямой ток на сегмент:90 мА. Допускается только в импульсном режиме (ширина импульса 0.1 мс, скважность 1/10), например, в схемах с мультиплексированием, для достижения более высокой мгновенной яркости.
• Постоянный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается со скоростью 0.33 мА/°C при повышении температуры окружающей среды выше 25°C. Это снижение номинала критически важно для управления тепловым режимом.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может повредить PN-переход светодиода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C. Этот широкий диапазон обеспечивает работоспособность в жестких условиях.
• Температура пайки:Устройство выдерживает температуру пайки 260°C в течение 3 секунд в точке на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры описывают работу устройства в нормальных условиях эксплуатации.

• Средняя сила света (Iv):Составляет от 320 мккд (мин.) до 700 мккд (тип.) при прямом токе (IF) 1 мА. Этот исключительно низкий ток накачки подчеркивает его эффективность. Интенсивность измеряется с использованием фильтра, имитирующего фотопическую чувствительность человеческого глаза (кривая МКО).
• Прямое напряжение на сегмент (VF):Обычно 2.6 В, максимум 2.6 В при IF=20 мА. Минимум составляет 2.05 В. Этот параметр важен для проектирования схемы ограничения тока.
• Пиковая длина волны излучения (λp):611 нм. Это длина волны, на которой интенсивность излучаемого света максимальна, определяющая желто-оранжевый цвет.
• Доминирующая длина волны (λd):605 нм. Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, тесно связанная с цветовой точкой.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):17 нм. Это указывает на чистоту цвета; более узкая ширина означает более насыщенный, чистый цвет.
• Обратный ток на сегмент (IR):Максимум 100 мкА при обратном напряжении (VR) 5В.
• Коэффициент соответствия силы света (Iv-m):Максимум 2:1. Этот параметр определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментами в пределах одной цифры при работе в одинаковых условиях (IF=1мА), обеспечивая равномерность.

3. Система сортировки и категоризации

В спецификации явно указано, что устройство \"категоризировано по силе света\". Это подразумевает процесс сортировки на бины.

3.1 Сортировка по силе света

Хотя в данном документе не указаны конкретные коды бинов, практика предполагает тестирование каждого дисплея или партии светодиодов и их сортировку на группы (бины) на основе измеренного светового потока при стандартном испытательном токе (например, 1 мА или 20 мА). Это позволяет производителям закупать дисплеи с гарантированной минимальной яркостью или в определенном диапазоне яркости, обеспечивая визуальную согласованность всех цифр в многозначном дисплее. Конструкторам необходимо обращаться к конкретной документации производителя по сортировке для получения доступных кодов и спецификаций, когда согласованность является критическим требованием проекта.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются \"типичные электрические/оптические характеристические кривые\", которые являются важным инструментом для понимания поведения устройства за пределами точечных данных в таблицах.

4.1 Интерпретация типичных кривых

Хотя конкретные графики не приведены в предоставленном тексте, стандартные кривые для таких устройств обычно включают:

• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Эта нелинейная кривая показывает зависимость напряжения на светодиоде от протекающего через него тока. Она критически важна для выбора соответствующего токоограничивающего резистора или проектирования драйверов постоянного тока. \"Колено\" этой кривой находится в районе типичного значения VF.
• Сила света в зависимости от прямого тока (Светотехническая характеристика):Этот график показывает, как световой поток увеличивается с ростом тока накачки. Обычно он линеен в определенном диапазоне, но может насыщаться при очень высоких токах. Кривая подтверждает высокую эффективность при низких токах (что видно по испытательной точке 1 мА для Iv).
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Эта кривая демонстрирует тепловое снижение светового потока. При повышении температуры эффективность светодиода снижается, что приводит к уменьшению силы света при том же токе накачки. Это подчеркивает важность снижения номинального тока, указанного в предельных эксплуатационных параметрах.
• Кривая спектрального распределения:Этот график показал бы относительную интенсивность излучаемого света на разных длинах волн с центром вокруг пика 611 нм и шириной, определяемой параметром полуширины 17 нм.

Конструкторам следует использовать эти кривые для прогнозирования работы в нестандартных условиях, таких как различные токи накачки или рабочие температуры.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры и допуски

Физические контуры и критические размеры устройства приведены на чертеже (упоминается, но не показан). Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм (0.01 дюйма), если иное не указано в примечании к конкретному элементу. Эта информация критически важна для разводки печатной платы, обеспечения правильного проектирования посадочного места и вырезов, а также для механической интеграции в корпус конечного изделия.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

LTD-5221AJF — это двухразрядный дисплей с общим анодом. Внутренняя схема и таблица соединения выводов необходимы для правильного подключения.

• Конфигурация:Общий анод. Это означает, что аноды всех светодиодов для каждой цифры соединены вместе внутри. Для включения сегмента соответствующий вывод катода должен быть переведен в низкий уровень (подключен к земле или стоку тока), в то время как общий анод для этой цифры переводится в высокий уровень (подключается к VCC через токоограничивающий резистор).
• Распиновка:18-выводное устройство имеет конкретное назначение для катодов сегментов A-G и десятичной точки (D.P.) как для Цифры 1, так и для Цифры 2, а также два вывода общего анода (по одному на цифру). Вывод 1 помечен как \"Не подключен\" (N.C.).
• Десятичная точка:В спецификации указано \"Rt. Hand Decimal\", что указывает на положение десятичной точки относительно цифр.

Эта конфигурация с общим анодом часто предпочтительна в системах на основе микроконтроллеров, где выводы ввода-вывода лучше работают на сток тока (низкий уровень), чем на источник тока (высокий уровень).

6. Рекомендации по пайке и сборке

Предельные эксплуатационные параметры предоставляют ключевой параметр пайки: устройство выдерживает пиковую температуру 260°C в течение 3 секунд, измеренную на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это соответствует типичным профилям бессвинцовой пайки оплавлением.

6.1 Рекомендуемые практики

• Пайка оплавлением:Используйте стандартный профиль бессвинцовой пайки оплавлением с пиковой температурой, не превышающей 260°C. Время выше температуры ликвидуса (например, 217°C) следует контролировать, чтобы минимизировать термическое напряжение на пластиковом корпусе и внутренних проводных соединениях.
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с регулировкой температуры. Нагревайте контактную площадку печатной платы, а не непосредственно вывод дисплея, и ограничьте время контакта, чтобы предотвратить перегрев.
• Очистка:Используйте чистящие растворители, совместимые с пластиковым материалом дисплея, чтобы избежать изменения цвета или деградации.
• Хранение:Храните в сухой антистатической среде в указанном диапазоне температур (-35°C до +85°C), чтобы предотвратить поглощение влаги (что может вызвать \"эффект попкорна\" при пайке оплавлением) и повреждение от электростатического разряда.

7. Соображения по проектированию приложений

7.1 Проектирование схемы управления

Правильное проектирование схемы управления имеет первостепенное значение для производительности и долговечности.

• Ограничение тока:ВСЕГДА используйте токоограничивающий резистор, включенный последовательно с каждым общим анодом (для статического управления), или используйте драйвер постоянного тока. Значение резистора можно рассчитать по закону Ома: R = (Vcc - VF) / IF. Например, при Vcc = 5В, VF = 2.6В и желаемом IF = 10 мА: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ом.
• Работа при низком токе:Устройство характеризуется вплоть до 1 мА на сегмент. Для сверхнизкопотребляющих применений работа при 1-2 мА может обеспечить достаточную видимость при минимальном энергопотреблении.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных дисплеев стандартным является мультиплексирование. Это включает последовательное включение общего анода одной цифры в каждый момент времени при подаче данных сегментов для этой цифры. Номинальный пиковый ток (90 мА при скважности 1/10) позволяет использовать более высокие импульсные токи для компенсации уменьшенной скважности, сохраняя воспринимаемую яркость. Средний ток на сегмент по-прежнему должен соответствовать номинальному постоянному току.
• Интерфейс с микроконтроллером:Для дисплеев с общим анодом выводы микроконтроллера, подключенные к катодам сегментов, должны быть сконфигурированы как выходы. Чтобы включить сегмент, установите соответствующий вывод в состояние LOW. Чтобы выключить его, установите состояние HIGH (или высокий импеданс, если возможно). Выводы общего анода обычно управляются внешними транзисторами (например, PNP BJT или P-канальными MOSFET), способными обеспечивать суммарный ток цифры.

7.2 Тепловой менеджмент

Хотя светодиоды эффективны, они все же выделяют тепло. В проекте необходимо учитывать коэффициент снижения номинала постоянного тока 0.33 мА/°C. Если ожидается, что дисплей будет работать в условиях высокой температуры окружающей среды (например, внутри герметичного корпуса или рядом с другими источниками тепла), максимально допустимый постоянный ток должен быть соответственно уменьшен. Обеспечьте адекватную вентиляцию или теплоотвод при работе на токе, близком к максимальному номинальному.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Основное отличие LTD-5221AJF заключается в его материальной технологии и оптимизации для низких токов.

• По сравнению с традиционными светодиодами GaAsP или GaP:Технология AlInGaP предлагает значительно более высокую световую эффективность и лучшую температурную стабильность, что приводит к более ярким дисплеям с более стабильным цветом в зависимости от температуры и срока службы.
• По сравнению со стандартными светодиодами средней яркости:Это устройство специально \"протестировано и отобрано\" для работы при низких токах. Многие стандартные семисегментные индикаторы характеризуются при 20 мА; этот гарантирует работу при 1 мА, что делает его превосходным для применений, критичных к батарейному питанию.
• По сравнению с синими/зелеными/белыми светодиодными дисплеями:Желто-оранжевый цвет (605-611 нм) обеспечивает отличную видимость и часто считается менее утомительным для глаз в условиях слабого освещения по сравнению с цветами более короткой длины волны. Он также обычно имеет более высокую световую отдачу, чем ранние синие или белые светодиоды.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую с вывода микроконтроллера 3.3В без токоограничивающего резистора?

О: Нет. Вы всегда должны использовать механизм ограничения тока (резистор или драйвер постоянного тока). Даже если Vcc (3.3В) близко к VF (2.05-2.6В), отсутствие резистора позволит протекать чрезмерному току, что может повредить как светодиод, так и вывод микроконтроллера.

В: В чем разница между \"Пиковой длиной волны излучения\" и \"Доминирующей длиной волны\"?

О: Пиковая длина волны (λp=611нм) — это физический пик спектра излучаемого света. Доминирующая длина волны (λd=605нм) — это длина волны чистого монохроматического света, который казался бы человеческому наблюдателю имеющим тот же цвет, что и светодиод. Они часто близки, но не идентичны.

В: Коэффициент соответствия равен 2:1. Означает ли это, что один сегмент может быть в два раза ярче другого?

О: Да, спецификация допускает такое максимальное отклонение при одинаковых испытательных условиях. Для большинства применений это отклонение не является заметно критичным. Если требуется исключительная равномерность, обратитесь к производителю для получения вариантов более жесткой сортировки или рассмотрите возможность использования дисплеев из одной производственной партии.

В: Могу ли я использовать этот дисплей в уличном применении?

О: Диапазон рабочих температур (-35°C до +85°C) поддерживает многие уличные условия. Однако прямое воздействие солнечного света и погодных условий требует нанесения защитного покрытия на печатную плату и установки защитного окна над дисплеем для предотвращения УФ-деградации пластика и проникновения влаги. Высокий контраст светло-серого/белого лицевой панели способствует читаемости при солнечном свете.

10. Практические примеры проектирования и использования

10.1 Пример: Дисплей портативного мультиметра

В портативном цифровом мультиметре энергоэффективность критически важна. LTD-5221AJF может управляться током 1-2 мА на сегмент в мультиплексированной конфигурации. Микроконтроллер со встроенными сегментами драйвера светодиодов может эффективно управлять 2-4 цифрами. Широкий угол обзора позволяет пользователю считывать показания с различных углов, а высокий контраст обеспечивает читаемость как в условиях слабого освещения лаборатории, так и в более яркой обстановке. Низкое прямое напряжение также помогает максимизировать срок службы батареи при использовании источника питания 3В или 4.5В.

10.2 Пример: Промышленный таймер/счетчик

Для панельного промышленного таймера ключевыми являются надежность и видимость. Надежность твердотельного светодиодного дисплея превосходит старые технологии, такие как вакуумно-люминесцентные индикаторы (VFD), с точки зрения устойчивости к ударам/вибрации и срока службы. Стабильность материала AlInGaP гарантирует, что цвет и яркость дисплея не будут значительно меняться в течение многих лет непрерывной работы. Конфигурация с общим анодом упрощает интерфейс с модулями цифровых выходов промышленных ПЛК, которые часто имеют общие схемы заземления.

11. Введение в принцип технологии

LTD-5221AJF основан на полупроводниковой технологии Aluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP), выращенной на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). Эта материаловая система позволяет точно настраивать ширину запрещенной зоны полупроводника путем регулировки соотношений Al, In, Ga и P. Большая ширина запрещенной зоны соответствует излучению света с более короткой длиной волны (большей энергией). Используемый здесь состав создает запрещенную зону, которая приводит к испусканию фотонов в желто-оранжевой области (около 611 нм) при рекомбинации электронов с дырками на PN-переходе под прямым смещением.

\"Непрозрачная подложка GaAs\" имеет значение. Ранние красные светодиоды использовали прозрачную подложку GaP, но слои AlInGaP лучше согласуются по кристаллической решетке с GaAs. Сама подложка поглощает часть генерируемого света, но современные конструкции чипов используют такие методы, как распределенные брэгговские отражатели (DBR) или присоединение пластины к прозрачным подложкам (например, GaP) в устройствах более высокого класса для повышения эффективности вывода света. Тот факт, что в этой спецификации упоминается непрозрачная подложка, указывает на стандартную, экономичную конструкцию чипа.

12. Технологические тренды и контекст

Хотя данная спецификация датируется 2000 годом, базовая технология AlInGaP остается высоко актуальной для красных, оранжевых и желтых светодиодов благодаря своей эффективности и цветовой стабильности. Однако общий ландшафт дисплеев эволюционировал.

• Тренд на интеграцию:Современные приложения часто используют матричные OLED- или LCD-дисплеи для большей гибкости в отображении текста и графики. Однако семисегментные светодиоды остаются непревзойденными для простых, ярких, недорогих цифровых индикаторов, где не требуется настройка.
• Улучшение эффективности:Постоянные исследования в области материалов AlInGaP и конструкции чипов (таких как тонкопленочные flip-chip конструкции) продолжают повышать световую отдачу (люмен на ватт), позволяя создавать еще более яркие дисплеи при более низких токах или с меньшим тепловыделением.
• Смешение цветов:Для полноцветных применений красные светодиоды AlInGaP комбинируются с синими и зелеными светодиодами на основе нитрида индия-галлия (InGaN). Желто-оранжевый вариант, такой как LTD-5221AJF, находит свою нишу в монохромных применениях, где желателен его специфический цвет и высокая эффективность.
• Интеграция драйверов:Современный тренд — интеграция светодиодного дисплея с драйверной ИС в одном корпусе или модуле, что упрощает проектирование и сокращает количество компонентов, хотя, возможно, за счет более высокой стоимости единицы.

В заключение, LTD-5221AJF представляет собой зрелое, оптимизированное решение для конкретной и долговременной потребности: надежного, яркого, низкопотребляющего цифрового отображения.