Техническое описание светодиодного индикатора LTS-5701AKF - Высота цифры 0.56 дюйма - Желто-оранжевый цвет - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 70мВт - Технический документ на английском языке

1. Обзор продукта

LTS-5701AKF представляет собой одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой индикатор, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения цифр или ограниченного набора буквенно-цифровых символов. Его основная функция — обеспечение визуального вывода путем выборочного включения сегментов (от A до G и десятичной точки) для формирования символов. Устройство изготовлено по технологии полупроводников на основе фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), выращенных на подложке из арсенида галлия (GaAs). Эта материаловая система выбрана специально из-за ее эффективности в генерации высокояркого желто-оранжевого света. Индикатор имеет серую лицевую панель, которая повышает контрастность за счет снижения отражения окружающего света, и белые контуры сегментов для четкого определения символов в неактивном состоянии. Он классифицируется как индикатор с общим анодом, что означает внутреннее соединение анодов всех светодиодных сегментов, упрощающее организацию цепи питания в типичных схемах на основе микроконтроллеров.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данного дисплея обусловлены его конструкцией и дизайном на основе AlInGaP. Он обеспечивает высокую световую интенсивность и превосходную контрастность, гарантируя читаемость даже в условиях яркого освещения. Широкий угол обзора является ключевой особенностью для применений, где на дисплей могут смотреть с разных позиций. Его надежность как твердотельного устройства, отсутствие движущихся частей и прочная полупроводниковая конструкция обеспечивают длительный срок службы и устойчивость к ударам и вибрации. Низкое энергопотребление делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных приборов. Данный набор характеристик ориентирован на рынки, включая промышленную инструментальную технику (например, панельные счетчики, таймеры, счетчики), бытовую технику (например, микроволновые печи, кофеварки), автомобильные приборные панели (для вспомогательных дисплеев), испытательное и измерительное оборудование, а также любые встраиваемые системы, требующие простого и надежного числового отображения.

2. Углубленный анализ технических параметров

В данном разделе представлена детальная и объективная интерпретация ключевых электрических и оптических параметров, указанных в техническом описании, с пояснением их значимости для инженеров-проектировщиков.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Эти параметры определяют предельные значения нагрузки, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не являются условиями нормальной работы.

• Рассеиваемая мощность на сегмент (70 мВт): Это максимальное количество электрической мощности, которое может быть преобразовано в тепло (и свет) одним сегментом без риска повреждения. Превышение этого предела, обычно из-за подачи слишком высокого тока или прямого напряжения, может привести к перегреву, ускоренному старению (деградации светового потока) или катастрофическому отказу.
• Пиковый прямой ток на сегмент (60 мА при скважности 1/10, длительность импульса 0,1 мс): Данный параметр допускает кратковременные импульсы тока, превышающие номинальный постоянный ток. Это полезно для схем мультиплексирования или для достижения мгновенно более высокой яркости. Указанные скважность и длительность импульса критически важны; работа при 60 мА вне этих импульсных условий небезопасна.
• Постоянный прямой ток на сегмент (25 мА): Максимальный постоянный ток, который может быть приложен к сегменту неограниченно долго при заданных условиях температуры окружающей среды. В техническом описании указан коэффициент снижения номинала 0.33 мА/°C выше 25°C. Например, при температуре окружающей среды (Ta) 85°C максимально допустимый постоянный ток составит: 25 мА - [(85°C - 25°C) * 0.33 мА/°C] = 25 мА - 19.8 мА = 5.2 mAЭто снижение номинала критически важно для управления тепловым режимом.
• Reverse Voltage per Segment (5 V): Максимальное напряжение, которое можно приложить в обратном направлении (катод положителен относительно анода), не вызывая пробоя. Превышение этого значения может повредить PN-переход светодиода.
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Определяет допустимые условия окружающей среды для надежной работы и хранения в нерабочем состоянии.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Это типичные параметры производительности, измеренные в определенных условиях испытаний (Ta=25°C, если не указано иное).

• Средняя сила света (I_V): Мин: 800 мккд, Тип: 1667 мккд при I_F=1мА. Это мера воспринимаемой яркости светящегося сегмента. Широкий диапазон указывает на систему сортировки (см. Раздел 3). Конструкторы должны использовать минимальное значение для расчётов яркости в наихудшем случае.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F): Тип: 2.05В, Макс: 2.6В при I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при протекании указанного тока. Оно имеет решающее значение для расчета необходимого значения токоограничивающего резистора: R = (V_{питания} - V_F) / I_FИспользование максимального значения V_F обеспечивает достаточный запас по напряжению.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p): 661 нм. Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения светодиода максимальна. Для желто-оранжевых светодиодов AlInGaP она обычно находится в янтарной/красно-оранжевой области спектра.
• Доминирующая длина волны (λ_d): 605 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая соответствует цвету света светодиода. Это более релевантный параметр для спецификации цвета, чем пиковая длина волны.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): 17 нм. Это указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света. Меньшее значение означает более монохроматический (чистый цвет) выход.
• Обратный ток на сегмент (I_R): Максимум: 100 мкА при V_R=5В. Это небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении светодиода в пределах его максимального номинала.
• Коэффициент соответствия световой силы: 2:1 (макс.). Это определяет максимально допустимое соотношение между самой яркой и самой тусклой сегментами в пределах одной цифры или между цифрами в многоразрядной системе. Соотношение 2:1 означает, что самый яркий сегмент может быть не более чем в два раза ярче самого тусклого, что обеспечивает равномерный внешний вид.

3. Объяснение системы бининга

В техническом описании указано, что устройство "категоризировано по силе света". Это подразумевает процесс бининга или сортировки после производства. Из-за присущих вариаций в эпитаксиальном наращивании полупроводника и изготовлении чипов, светодиоды демонстрируют разброс ключевых параметров. Чтобы обеспечить единообразие для конечного пользователя, производители тестируют и сортируют (распределяют по бинам) светодиоды на группы с близко совпадающими характеристиками.

Биннинг по силе света: Широкий диапазон, указанный для средней силы света (от 800 до 1667 мккд), предполагает, что устройства сортируются по различным бинам интенсивности. Заказ на поставку LTS-5701AKF может содержать указание конкретного кода бина интенсивности (например, минимального уровня интенсивности), чтобы гарантировать определенный уровень яркости для применения. Конструкторам следует обратиться к подробной документации производителя по бинированию для получения информации о доступных кодах.

Бинирование по длине волны/цвету: Хотя явные диапазоны min/typ/max для доминирующей длины волны, помимо типичных 605 нм, не детализированы, устройства AlInGaP также обычно подвергаются бинированию по цвету (доминирующая длина волны или координаты цветности), чтобы обеспечить единообразный оттенок для всех сегментов и цифр на дисплее. Отклонения за пределы указанного бина будут визуально заметны как различные оттенки желто-оранжевого цвета.

4. Performance Curve Analysis

В техническом описании упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики не приведены в тексте, мы можем сделать вывод об их стандартном содержании и важности.

Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (I_F-V_F Кривая): Эта нелинейная кривая показывает, как V_F увеличивается с ростом I_F. Она демонстрирует экспоненциальную зависимость, типичную для диода. "Колено" этой кривой находится в районе типичного V_F (2.05V-2.6V). Этот график крайне важен для понимания динамического сопротивления светодиода и для проектирования эффективных схем управления, особенно при использовании ШИМ для регулировки яркости.

Сила света в зависимости от прямого тока (I_V-I_F Кривая): Эта кривая показывает, что световой поток приблизительно пропорционален прямому току в нормальном рабочем диапазоне. Однако эффективность (люмены на ватт) часто достигает пика при токе ниже максимального номинального значения. Работа светодиода при очень высоких токах приводит к тепловому насыщению и снижению эффективности.

Сила света в зависимости от температуры окружающей среды (I_V-T_a Кривая): Для светодиодов AlInGaP сила света обычно уменьшается с ростом температуры перехода. Эта кривая количественно определяет это снижение номинальных характеристик, что критически важно для применений, работающих при высоких температурах окружающей среды. Она напрямую связана с коэффициентом снижения тока, указанным в разделе Absolute Maximum Ratings.

Относительная интенсивность в зависимости от длины волны (кривая спектрального распределения): Эта колоколообразная кривая показывает интенсивность излучаемого света в спектре, с центром на пиковой длине волны (661 нм) и шириной, определяемой полушириной (17 нм). Она подтверждает цветовые характеристики светодиода.

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Габаритные размеры корпуса и чертеж

Устройство использует стандартный 10-выводной одноразрядный корпус для семисегментного светодиодного индикатора. Ключевые размерные примечания из технического описания включают: все размеры указаны в миллиметрах, общие допуски составляют ±0,25 мм, если не указано иное. Указан специальный допуск на смещение кончиков выводов: +/- 0,4 мм, что важно для проектирования посадочного места на печатной плате для обеспечения правильного совмещения и паяемости. Точные размеры высоты, ширины, высоты цифры (14,22 мм), размера сегмента и шага выводов определены в чертеже корпуса (упоминаются, но не детализируются в тексте). Инженеры должны получить полный механический чертеж для точной компоновки печатной платы.

5.2 Подключение выводов и идентификация полярности

Распиновка чётко определена:

• Выводы 3 и 8: Общий анод (CA). Они соединены внутри и должны быть подключены к положительному напряжению питания.
• Выводы 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10: Катоды для сегментов E, D, C, DP (Decimal Point), B, A, F, G соответственно. Эти выводы подключаются к земле (или стоку тока) через токоограничивающий резистор для зажигания соответствующего сегмента.

Описание "Rt. Hand Decimal" в номере детали указывает, что десятичная точка расположена с правой стороны цифры. Полярность чётко обозначена как Common Anode (общий анод). Подача обратной полярности (подключение CA к земле, а катода к V+) не зажжёт сегмент и, если обратное напряжение превысит 5В, может повредить устройство.

5.3 Внутренняя принципиальная схема

The referenced diagram would show the internal electrical connections: eight individual LED chips (seven segments plus decimal point), each with its anode connected to the common anode pins (3 & 8) and its cathode connected to its respective dedicated pin. This confirms the common anode topology.

6. Рекомендации по пайке и сборке

В техническом описании указано конкретное условие пайки: "1/16 дюйма ниже плоскости установки в течение 3 секунд при 260°C". Это спецификация волновой пайки. Это означает, что выводы могут быть погружены в волну припоя на глубину примерно 1,6 мм (1/16") ниже пластикового корпуса индикатора не более чем на 3 секунды, при температуре ванны припоя 260°C. Это предотвращает передачу избыточного тепла по выводам и повреждение внутренних LED-чипов или пластикового корпуса.

Важные замечания:

• Пайка оплавлением: При использовании пайки оплавлением (обычно для SMT-компонентов, но данный компонент является выводным) необходимо тщательно контролировать температурный профиль. Максимально допустимая температура корпуса компонента в процессе сборки не должна быть превышена. Пиковая температура корпуса, как правило, должна поддерживаться ниже максимальной температуры хранения (85°C) или в соответствии с более конкретным профилем оплавления, если он предоставлен производителем.
• Очистка: После пайки используйте только чистящие средства, совместимые с пластиковым материалом дисплея, чтобы избежать растрескивания или помутнения.
• Обращение: Избегайте механических нагрузок на выводы. Соблюдайте меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) при обращении и сборке.
• Хранение: Хранить в указанном диапазоне температур (-35°C до +85°C) в условиях низкой влажности и антистатической среды.

7. Рекомендации по применению и вопросы проектирования

7.1 Типовые схемы применения

The most common drive method is multiplexing, especially for multi-digit displays. Since it's a common anode display, the anodes (pins 3 & 8) would be connected to a microcontroller's I/O pins configured as outputs set HIGH (or to a transistor used as a high-side switch). The cathodes for all segments (A-G, DP) would be connected to current sink drivers, which could be discrete transistors, dedicated LED driver ICs (like 74HC595 shift registers with constant current, or MAX7219), or microcontroller pins with sufficient sink capability. A current-limiting resistor is required in series with each cathode path (or a single resistor per common anode if current is regulated per digit). The resistor value is calculated as: R = (V_{питания} - V_F - V_CE(нас) или V_{отбросить}) / I_F. Используйте максимальное V_F для безопасной конструкции.

7.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока: Всегда используйте токоограничивающий резистор или драйвер постоянного тока. Никогда не подключайте светодиод напрямую к источнику напряжения.
• Частота мультиплексирования: For multiplexed displays, use a refresh rate high enough to avoid visible flicker (typically >60 Hz per digit). The duty cycle determines the average current. For N digits, the peak current per segment can be up to N times the desired average current, but must not exceed the peak current rating (60mA under specified conditions).
• Угол обзора: Расположите дисплей с учетом его широкого угла обзора, чтобы обеспечить видимость для конечного пользователя.
• Усиление контраста: Серый лицевой слой помогает, но для условий с высоким уровнем окружающего освещения рассмотрите возможность добавления контрастного фильтра или козырька.
• Тепловой менеджмент: Соблюдайте действующие правила снижения номинальных характеристик при высоких температурах окружающей среды. Обеспечьте достаточную вентиляцию, если несколько дисплеев используются в ограниченном пространстве.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими технологиями семисегментных индикаторов:

• по сравнению со стандартными светодиодами GaAsP или GaP (красными, зелеными): AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу (больше светового потока на мА) и лучшую температурную стабильность, что приводит к более ярким дисплеям с более стабильными характеристиками.
• по сравнению с ЖК-дисплеями: Светодиоды являются излучающими (сами производят свет), что делает их хорошо видимыми в темноте без подсветки, в то время как отражающие ЖК-дисплеи требуют окружающего освещения. Светодиоды также имеют гораздо более быстрое время отклика и более широкий диапазон рабочих температур. Однако ЖК-дисплеи, как правило, потребляют значительно меньше энергии для статического отображения.
• В сравнении с VFD (вакуумно-люминесцентными дисплеями): VFD могут обеспечивать высокую яркость и широкие углы обзора, но требуют относительно высоких напряжений питания и являются более хрупкими. Светодиоды более прочны, требуют более низких напряжений и имеют больший срок службы.
• В рамках технологии AlInGaP дисплеев: LTS-5701AKF отличается конкретной высотой цифр 0,56", желто-оранжевым цветом, конфигурацией с общим анодом, десятичной точкой справа и категоризированной (рассортированной) световой силой, что обеспечивает определенный уровень качества и согласованности для профессионального применения.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью 5В микроконтроллера без токоограничивающего резистора, если использую ограничение тока вывода ввода-вывода?
A: Нет. Полагаться исключительно на внутреннее ограничение тока вывода микроконтроллера для светодиода небезопасно и ненадежно. Ограничение вывода предназначено для защиты, а не для установки точной рабочей точки. Прямое напряжение светодиода составляет ~2.1-2.6В. Подключение его напрямую к выводу с напряжением 5В приведет к попытке пропустить очень высокий ток, что может повредить как вывод микроконтроллера, так и светодиод. Внешний токоограничивающий резистор обязателен.

Q2: Почему есть два общих анодных вывода (3 и 8)?
A: Это распространенная практика проектирования для улучшения распределения тока и надежности. Общий ток всех светящихся сегментов поступает на общий анод. Наличие двух параллельных выводов снижает токовую нагрузку и тепловое напряжение на каждом отдельном выводе и внутренних соединительных проводах, увеличивая срок службы и позволяя достичь более высокой общей яркости.

В3: Световая интенсивность указана при 1 мА, а прямое напряжение — при 20 мА. Что следует использовать для проектирования?
A: Используйте оба значения, но для разных расчетов. Используйте V_F @ 20 мА (или ваш выбранный рабочий ток) для расчета номинала последовательного резистора. Используйте I_V vs. I_F зависимости (от вольт-амперной характеристики) для оценки яркости при выбранном вами рабочем токе. Точка 1 мА I_V является стандартизированной контрольной точкой для сравнения и сортировки.

В4: Что означает "Бессвинцовый корпус (в соответствии с RoHS)"?
A: Это означает, что материалы, используемые при изготовлении устройства, включая покрытие выводов припоем, соответствуют директиве об ограничении использования опасных веществ (RoHS). В частности, это указывает на отсутствие свинца (Pb), ртути, кадмия, шестивалентного хрома и определенных огнезащитных составов (PBB, PBDE) сверх допустимых уровней. Это важно для соответствия экологическим нормам на большинстве мировых рынков.

10. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Простой 4-разрядный дисплей вольтметра. Четыре цифры LTS-5701AKF могут использоваться для отображения напряжения от 0.000 до 19.99V. Микроконтроллер с АЦП будет измерять напряжение. Дисплей будет мультиплексированным: микроконтроллер будет вычислять, какие сегменты зажигать для каждой цифры, и быстро циклически переключать четыре общих анода, управляя общими катодными линиями для сегментов активной цифры. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы ограничить пиковый ток на сегмент в зависимости от скважности мультиплексирования (например, скважность 1/4 означает, что пиковый ток может в 4 раза превышать желаемый средний ток яркости).

Пример 2: Промышленный таймер/счетчик. В условиях производства устройство может подсчитывать изделия на сборочной линии. Высокая яркость и широкий угол обзора LTS-5701AKF позволяют операторам видеть показания счетчика на расстоянии. Его прочная твердотельная конструкция выдерживает вибрацию. Конструкция должна обеспечивать читаемость дисплея в условиях освещения цеха, возможно, потребуется солнцезащитный козырек.

11. Введение в технологические принципы

LTS-5701AKF основан на фосфиде алюминия-индия-галлия (Al_xIn_yGa_1-x-yP) полупроводниковая технология. Это полупроводниковое соединение типа III-V, в котором относительные пропорции алюминия (Al), индия (In) и галлия (Ga) определяют ширину запрещенной зоны материала. Ширина запрещенной зоны напрямую определяет длину волны (цвет) света, излучаемого при рекомбинации электронов и дырок в p-n-переходе. AlInGaP особенно эффективен для генерации света в желтой, оранжевой, янтарной и красной областях спектра. Эпитаксиальные слои выращиваются на подложке из арсенида галлия (GaAs). При приложении прямого напряжения, превышающего контактную разность потенциалов перехода, электроны инжектируются в P-область, а дырки — в N-область. Их рекомбинация в активной области высвобождает энергию в виде фотонов (света). Серая лицевая панель поглощает окружающий свет для повышения контрастности, в то время как белые сегментные контуры служат ориентиром для неактивных сегментов.

12. Тенденции и развитие технологий

Хотя традиционные семисегментные светодиодные индикаторы, такие как LTS-5701AKF, остаются высоко востребованными для конкретных применений благодаря своей простоте, надежности и экономической эффективности, в технологии дисплеев наблюдаются более широкие тенденции. В целом происходит переход к более высокой степени интеграции и адресуемости. Это включает распространение матричных светодиодных дисплеев и OLED, которые обеспечивают полную алфавитно-цифровую и графическую функциональность. Интегрированные драйверные решения (например, управляемые по I2C или SPI микросхемы драйверов светодиодов) становятся стандартом, упрощая взаимодействие с микроконтроллером. Что касается материалов, то хотя AlInGaP является зрелой и эффективной технологией для своего цветового диапазона, исследования продолжаются в направлении повышения эффективности (люмен на ватт), цветопередачи и стабильности в условиях изменения температуры и в течение срока службы. Для нишевых применений, требующих предельной простоты, надежности и конкретного числового вывода, дискретные семисегментные индикаторы останутся жизнеспособным и часто оптимальным решением. Тренд для таких компонентов — еще более низкое энергопотребление, более высокая световая отдача и, возможно, уменьшение форм-фактора при сохранении удобочитаемости.