Техническая документация LTS-3403JS - Семисегментный светодиодный индикатор - Желтый AlInGaP - Высота цифры 0.8 дюйма

1. Обзор продукта

LTS-3403JS — это монохромный семисегментный буквенно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения цифр. Его основная функция — визуальное представление цифр (0-9) и некоторых ограниченных символов путем выборочного включения отдельных светодиодных сегментов. Основная технология основана на полупроводниковом материале Aluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP), который создан для излучения света в желтой области спектра. Этот конкретный выбор материала обеспечивает баланс эффективности, яркости и чистоты цвета. Устройство относится к типу с общим катодом, что означает, что катоды (отрицательные выводы) светодиодных сегментов соединены внутри, упрощая схему управления при использовании драйверов с током стока. Физический дизайн отличается светло-серой лицевой панелью с белыми контурами сегментов, что повышает контрастность и читаемость при включении сегментов.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлен детальный разбор пределов работы и характеристик устройства в заданных условиях.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Для надежной работы не рекомендуется эксплуатация на этих пределах или близко к ним.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:40 мВт. Это максимальное количество электрической мощности, которое может быть преобразовано в тепло и свет одним сегментом без риска повреждения.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА. Этот ток допустим только в импульсном режиме со скважностью 1/10 и длительностью импульса 0.1 мс. Он используется для кратковременных вспышек высокой интенсивности.
• Постоянный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Этот номинал линейно снижается со скоростью 0.33 мА/°C при повышении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C — процесс, известный как деградация номинала.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Превышение этого напряжения в обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• 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 расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки компонента во время волновой пайки или пайки оплавлением.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные рабочие параметры, измеренные при температуре окружающей среды (Ta) 25°C в указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света (I_V):Диапазон от 320 мккд (мин.) до 700 мккд (макс.), с подразумеваемым типичным значением, при прямом токе (I_F) 1 мА на сегмент. Это мера воспринимаемой яркости светового потока.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):588 нм (тип.). Это длина волны, на которой оптическая выходная мощность наибольшая, определяющая желтый цвет.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический (чистый) желтый цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):587 нм (тип.). Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, близко соответствующая пиковой длине волны.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Диапазон от 2.05 В (мин.) до 2.6 В (макс.) при I_F= 20 мА. Это падение напряжения на светодиоде, когда он проводит ток.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (макс.) при приложенном обратном напряжении (V_R) 5 В.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):2:1 (макс.). Это определяет максимально допустимое отклонение яркости между разными сегментами одной цифры или между цифрами, обеспечивая равномерный внешний вид.

Примечание по измерению:Сила света измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, приближенной к фотопической (дневной) спектральной чувствительности человеческого глаза, как определено МКО (Международной комиссией по освещению).

3. Объяснение системы сортировки (бининг)

В документации указано, что устройство "Классифицировано по силе света". Это относится к послепроизводственному процессу сортировки, известному как "бининг". Во время производства небольшие вариации в эпитаксиальном росте и обработке материала AlInGaP могут привести к различиям в ключевых параметрах, таких как прямое напряжение (V_F) и сила света (I_V). Чтобы обеспечить согласованность для конечного пользователя, произведенные устройства тестируются и сортируются в определенные "бины" или группы на основе этих измеренных значений. Для LTS-3403JS основным критерием бининга является сила света при 1 мА, что подтверждается указанными минимальным (320 мккд) и максимальным (700 мккд) значениями. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты из определенного бина по интенсивности, если их приложение требует строго согласованных уровней яркости на нескольких дисплеях.

4. Анализ характеристических кривых

В документации 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):Показывает экспоненциальную зависимость. Кривая укажет типичное V_Fпри стандартных токах управления, таких как 1 мА и 20 мА.
• Сила света в зависимости от прямого тока:Демонстрирует, как световой поток увеличивается с током, обычно почти линейно в рабочем диапазоне, прежде чем потенциально насытиться при очень высоких токах.
• Сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Иллюстрирует уменьшение светового потока при повышении температуры перехода, что является критическим фактором для теплового управления в приложениях с высокой яркостью или высокой температурой.
• Спектральное распределение:График относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий пик около 588 нм и полуширину, подтверждающий излучение желтого цвета.

Эти кривые необходимы разработчикам для моделирования поведения дисплея в различных рабочих условиях, не указанных явно в таблице.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры

Устройство имеет определенные физические размеры. Все размеры указаны в миллиметрах (мм) со стандартным допуском ±0.25 мм (0.01 дюйма), если не указано иное на чертеже размеров. Ключевой особенностью является высота цифры 0.8 дюйма, что соответствует 20.32 мм, определяя размер символа.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

LTS-3403JS выполнен в 18-выводном корпусе. Распиновка следующая: Выводы 4, 6, 12 и 17 являются общими анодами. Катоды сегментов назначены на конкретные выводы: A(2), B(15), C(13), D(11), E(5), F(3), G(14). Кроме того, он имеет как левую (L.D.P, вывод 7), так и правую (R.D.P, вывод 10) десятичные точки. Выводы 1, 8, 9, 16 и 18 отмечены как "No Pin" (вероятно, не используются или присутствуют только механически). Внутренняя схема показывает конфигурацию с общим катодом для основных сегментов цифры, что означает, что все катоды сегментов разделены, а аноды общие. Десятичные точки доступны индивидуально.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Предельные эксплуатационные параметры предоставляют ключевой параметр пайки: устройство может выдерживать максимальную температуру 260°C до 3 секунд во время процесса пайки. Это типично для профилей волновой пайки или инфракрасного оплавления. Крайне важно не превышать этот тепловой предел, чтобы предотвратить повреждение внутренних проводных соединений, светодиодного кристалла или пластикового корпуса. Разработчики должны следовать стандартным рекомендациям JEDEC или IPC для проектирования посадочного места на печатной плате, обеспечивая правильный размер и расстояние контактных площадок для облегчения формирования качественного паяного соединения и избежания замыканий. Устройство должно храниться в оригинальном влагозащитном пакете до использования, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "вспучивание" (растрескивание корпуса) во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

LTS-3403JS подходит для широкого спектра применений, требующих четких и надежных цифровых дисплеев, включая:

• Контрольно-измерительное оборудование:Мультиметры, частотомеры, источники питания.
• Промышленные системы управления:Панельные измерительные приборы, индикаторы процессов, таймеры.
• Потребительская электроника:Аудиооборудование (усилители, ресиверы), кухонная техника.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборы и индикаторы (при соблюдении экологических характеристик).
• Портативные устройства с низким энергопотреблением:Где его превосходные характеристики при низком токе (вплоть до 1 мА/сегмент) являются значительным преимуществом для времени работы от батареи.

7.2 Особенности проектирования

• Ограничение тока:Светодиоды — это устройства, управляемые током. Последовательный токоограничивающий резистор обязателен для каждого общего анода или должен использоваться драйвер постоянного тока, чтобы предотвратить превышение максимального постоянного тока, особенно поскольку V_Fможет варьироваться.
• Мультиплексирование:Для многоразрядных дисплеев обычно используется мультиплексирование (быстрое циклическое переключение питания между разрядами) для уменьшения количества выводов и потребляемой мощности. Конструкция LTS-3403JS с общим катодом хорошо подходит для этого. Номинал пикового тока (60 мА) позволяет использовать более высокие импульсные токи во время мультиплексирования для достижения воспринимаемой яркости.
• Угол обзора:Особенность "широкого угла обзора" полезна для применений, где дисплей может просматриваться с нецентральных позиций.
• Тепловое управление:Несмотря на низкую мощность, в условиях высокой температуры окружающей среды или при работе на более высоких токах следует обращать внимание на кривую деградации номинала для постоянного тока.

8. Техническое сравнение и отличия

Ключевые отличительные преимущества LTS-3403JS на основе его документации:

• Материал (AlInGaP):По сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP, AlInGaP предлагает значительно более высокую световую отдачу и лучшую температурную стабильность, что приводит к более яркому и стабильному выходному сигналу.
• Работа при низком токе:Его характеристика и тестирование для отличной работы при токах всего 1 мА на сегмент выделяют его для сверхнизкопотребляющих приложений, где другие дисплеи могут быть тусклыми или нестабильными.
• Согласование сегментов:Устройство тестируется на согласование сегментов, обеспечивая равномерную яркость по всем сегментам цифры, что критично для профессионального внешнего вида.
• Корпус с высоким контрастом:Светло-серая лицевая панель с белыми сегментами обеспечивает высокий контраст даже при выключенном питании, улучшая общую читаемость.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?

А: Нет. Типичное прямое напряжение составляет 2.05-2.6В. Подключение его напрямую к 5В без токоограничивающего резистора вызовет чрезмерный ток, что разрушит светодиод. Последовательный резистор должен быть рассчитан на основе напряжения питания (например, 5В), V_Fсветодиода и желаемого I_F.

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

А: Пиковая длина волны — это физический пик спектра излучаемого света. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая соответствует цвету света. Для монохроматического источника, такого как этот желтый светодиод, они очень близки (587 нм против 588 нм).

В: Максимальный постоянный ток составляет 25 мА, но условие испытания для V_F— 20 мА. Что мне использовать для проектирования?

А: 20 мА — это стандартное условие испытаний и обычная рабочая точка для хорошей яркости. Вы можете проектировать на 20 мА. Номинал 25 мА — это абсолютный максимум; проектирование вблизи этого предела без учета тепловых факторов не рекомендуется для долгосрочной надежности.

В: Как использовать левую и правую десятичные точки?

А: Это независимые светодиоды. Вывод 7 (L.D.P) — это катод для левой десятичной точки, а вывод 10 (R.D.P) — для правой. Чтобы включить одну из них, необходимо подключить ее катодный вывод к земле (через резистор) и подать напряжение на один из общих анодов (выводы 4, 6, 12, 17).

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование однозначного индикатора вольтметра, питаемого от источника 5В, с целевым током сегмента 10 мА для достаточной яркости.

1. Конфигурация схемы:Используйте конфигурацию с общим катодом. Подключите все катоды сегментов (A-G, DP) к отдельным выводам ввода-вывода микроконтроллера через токоограничивающие резисторы. Соедините все четыре общих анода (выводы 4, 6, 12, 17) вместе с шиной питания 5В.
2. Расчет резистора:Предполагая наихудший случай V_F2.6В при 10 мА. Значение резистора R = (V_{питания}- V_F) / I_F= (5В - 2.6В) / 0.01А = 240 Ом. Подойдет стандартный резистор на 220 или 270 Ом. Рассеиваемая мощность на резисторе P = I²R = (0.01)²* 240 = 0.024 Вт, поэтому стандартный резистор на 1/4 Вт подойдет.
3. Интерфейс с микроконтроллером:Для отображения цифры (например, '7') микроконтроллер установит свои выводы, подключенные к сегментам A, B и C, в логический НИЗКИЙ уровень (потребляя ток), в то время как остальные будут в ВЫСОКОМ. Это замыкает цепь от 5В (анод) через светодиод и резистор к земле микроконтроллера, зажигая сегменты A, B и C.
4. Расширение мультиплексирования:Для 4-разрядного дисплея потребуется четыре модуля LTS-3403JS. Соедините все соответствующие катоды сегментов вместе (все выводы 'A' вместе и т.д.). Общие аноды каждого дисплея будут управляться отдельно транзисторным ключом. Микроконтроллер быстро переключается, включая анод одной цифры за раз, одновременно выводя шаблон сегментов для этой цифры. Инерция зрения создает впечатление, что все цифры горят одновременно.

11. Принцип работы

LTS-3403JS работает на принципе электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Активный материал — AlInGaP. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение перехода (примерно 2В), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемых фотонов — в данном случае желтый свет около 587-588 нм. Каждый сегмент цифры — это отдельный светодиод со своим собственным p-n переходом. Конфигурация с общим катодом означает, что n-сторона (катод) всех этих переходов для основной цифры соединена внутри, в то время как p-стороны (аноды) разделены для индивидуального управления сегментами.

12. Тенденции в технологиях

Хотя дискретные семисегментные светодиодные дисплеи, такие как LTS-3403JS, остаются актуальными для конкретных применений благодаря своей простоте, высокой яркости и надежности, общие тенденции в технологиях отображения сместились. Для сложной буквенно-цифровой или графической информации матричные светодиодные дисплеи, OLED и LCD теперь преобладают из-за их гибкости. Однако в нише высокоярких, низкопотребляющих, простых цифровых индикаторов технологии AlInGaP и особенно более новые технологии AllnGaP-on-GaP (прозрачная подложка) продолжают предлагать превосходную эффективность и яркость по сравнению со старыми материалами. Тренд в таких дискретных дисплеях направлен в сторону более высокой эффективности (больше света на мА), более низких рабочих напряжений и потенциально многоцветных или RGB-совместимых одиночных корпусов, хотя монохромные дисплеи, подобные этому, сохранятся для экономически чувствительных и критичных к надежности применений, где их конкретные преимущества имеют первостепенное значение.