Техническая спецификация LTD-2601JS - Семисегментный светодиодный индикатор - Желтый AlInGaP - Высота цифры 0.28 дюйма - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 70мВт

1. Обзор продукта

LTD-2601JS представляет собой двухразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения числовой информации. Его основная функция — визуальное представление цифр и некоторых ограниченных символов с помощью индивидуально адресуемых сегментов. Основная технология использует полупроводниковый материал AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), специально разработанный для излучения света в желтой части спектра. Этот выбор материала дает преимущества в эффективности и чистоте цвета по сравнению со старыми технологиями. Устройство имеет серую лицевую панель с белой разметкой сегментов, обеспечивающую высокую контрастность для оптимальной читаемости при различных условиях освещения. Оно классифицируется как индикатор с общим анодом, что является стандартной конструкцией, упрощающей мультиплексирование в многоразрядных приложениях.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Дисплей обладает несколькими ключевыми преимуществами, определяющими его рыночную позицию. Высота цифры 0.28 дюйма (7 мм) предлагает компактный, но читаемый формат, подходящий для панельных приборов, измерительного оборудования, бытовой техники и промышленных интерфейсов управления, где важен каждый миллиметр пространства. Использование технологии AlInGaP обеспечивает высокую световую интенсивность и отличное качество изображения символов, гарантируя видимость даже в условиях яркого освещения. Широкий угол обзора является еще одной важной особенностью, позволяющей точно считывать информацию с дисплея с различных позиций, что крайне важно для панельного оборудования. Устройство также сортируется по световой интенсивности, что означает распределение изделий по группам для обеспечения стабильной яркости, и поставляется в бессвинцовом корпусе, соответствующем директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), что делает его пригодным для мировых рынков со строгими экологическими нормами. Целевой рынок включает разработчиков контрольно-измерительного оборудования, POS-терминалов, автомобильных приборных панелей (вторичные дисплеи) и бытовой техники, требующей надежных, не требующих обслуживания цифровых индикаторов.

2. Подробный анализ технических параметров

Тщательное понимание электрических и оптических параметров имеет решающее значение для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

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

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которую может безопасно рассеивать в виде тепла один светодиодный сегмент. Превышение этого предела грозит тепловой деградацией полупроводникового перехода.
• Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА. Это максимальный мгновенный импульс тока, который может выдержать сегмент, что обычно актуально для схем мультиплексирования с импульсами высокой скважности.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Это рекомендуемый максимальный ток для стационарного (DC) режима работы. Указан коэффициент снижения номинала 0.28 мА/°C, что означает, что максимально допустимый непрерывный ток уменьшается при повышении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C для предотвращения перегрева.
• Обратное напряжение на сегмент:5 В. Приложение обратного смещающего напряжения выше этого значения может вызвать пробой и повредить светодиод.
• Диапазон рабочих и температур хранения:от -35°C до +105°C. Устройство рассчитано на работу и хранение в этом широком температурном диапазоне, что подходит для большинства промышленных и бытовых сред.

2.2 Электрические и оптические характеристики (при Ta=25°C)

Это типичные параметры производительности в указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света (Iv):200 (мин.), 600 (тип.) мккд при прямом токе (If) 1 мА. Этот параметр, измеренный с фильтром, имитирующим чувствительность человеческого глаза (кривая МКО), количественно определяет воспринимаемую яркость. Широкий диапазон указывает на использование системы сортировки.
• Пиковая длина волны излучения (λp):588 нм (тип.) при If=20мА. Это длина волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна, определяющая желтый цвет.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту; более узкая ширина означает более насыщенный, чистый желтый цвет.
• Доминирующая длина волны (λd):587 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом как соответствующая цвету светодиода, тесно связанная с пиковой длиной волны.
• Прямое напряжение на сегмент (Vf):2.05 (мин.), 2.6 (тип.) В при If=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при протекании тока. Это имеет решающее значение для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток на сегмент (Ir):100 мкА (макс.) при Vr=5В. Это небольшой ток утечки, когда светодиод находится под обратным смещением при максимальном номинальном значении.
• Коэффициент соответствия силы света:2:1 (макс.). Это определяет максимально допустимое отклонение яркости между сегментами в пределах одной цифры или между цифрами, обеспечивая равномерный внешний вид.
• Перекрестные помехи:≤2.5%. Этот параметр измеряет непреднамеренное свечение соседнего сегмента при включении соседнего сегмента, вызванное внутренним оптическим отражением или электрической утечкой.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации явно указано, что устройство \"сортируется по силе света\". Это подразумевает процесс сортировки после производства.

• Сортировка по силе света:Спецификация Iv показывает минимум 200 мккд и типичное значение 600 мккд при 1мА. Изделия тестируются и сортируются по различным группам интенсивности (например, высокой яркости, стандартной яркости). Разработчики могут выбрать конкретную группу для применений, требующих одинаковой яркости на нескольких дисплеях или в производственных партиях.
• Сортировка по длине волны/цвету:Хотя явно не детализирована с несколькими группами, жесткие спецификации для пиковой (588 нм) и доминирующей (587 нм) длины волны указывают на строгий контроль процесса. Для критически важных применений, требующих соответствия цвета, дальнейшая сортировка по длине волны может быть доступна в качестве опции по запросу.
• Сортировка по прямому напряжению:Диапазон Vf (от 2.05В до 2.6В) предполагает некоторое естественное разброс. Для конструкций, чувствительных к напряжению питания или стремящихся к точному согласованию тока в мультиплексированных массивах, выбор светодиодов из узкой группы Vf может быть важным.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя предоставленный отрывок PDF упоминает \"ТИПИЧНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ / ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ КРИВЫЕ\", конкретные графики не включены в текст. Основываясь на стандартном поведении светодиодов, эти кривые обычно включают:

• Кривая тока от напряжения (I-V):Этот график покажет экспоненциальную зависимость между прямым током (If) и прямым напряжением (Vf). Он необходим для определения требуемого напряжения питания для желаемого тока и для проектирования драйверов постоянного тока.
• Сила света от прямого тока (L-I кривая):Этот график показывает, как световой выход увеличивается с током. Обычно он линеен при низких токах, но может насыщаться при более высоких токах из-за теплового спада и снижения эффективности. Эта кривая помогает оптимизировать ток накачки для желаемой яркости и эффективности.
• Сила света от температуры окружающей среды:Эта кривая иллюстрирует, как световой выход уменьшается с ростом температуры перехода. Понимание этого снижения номинала критически важно для применений, работающих в условиях высоких температур.
• Кривая спектрального распределения:График относительной оптической мощности в зависимости от длины волны, показывающий пик около 588 нм и спектральную полуширину около 15 нм, подтверждающий характеристики желтого цвета.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры и допуски

Дисплей соответствует стандартному формату DIP (Dual In-line Package) для монтажа в отверстия. Ключевые размерные примечания из спецификации включают: все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Допуск смещения кончика вывода составляет ±0.4 мм, что важно для размещения отверстий на печатной плате. Отмечены конкретные меры контроля качества: посторонний материал на сегменте должен быть ≤10 мил, загрязнение чернилами на поверхности ≤20 мил, изгиб должен быть ≤1/100, а пузыри внутри материала сегмента должны быть ≤10 мил.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

Устройство имеет 10 выводов в один ряд. Внутренняя принципиальная схема показывает, что это тип с общим анодом с двумя отдельными выводами общего анода (вывод 6 для цифры 2, вывод 9 для цифры 1). Каждый сегмент (A, B, C, D, E, F, G и десятичная точка) имеет свой собственный выделенный катодный вывод. Эта конфигурация стандартна для мультиплексирования: путем последовательного включения одного общего анода (цифры) и управления соответствующими катодными выводами для сегментов этой цифры, несколькими цифрами можно управлять с уменьшенным количеством выводов ввода-вывода.

6. Рекомендации по пайке и сборке

В спецификации указаны конкретные условия пайки для предотвращения теплового повреждения во время сборки печатной платы: \"Условия пайки: 1/16 дюйма ниже плоскости установки в течение 3 секунд при 260°C.\" Это относится к волновой пайке. Наконечник паяльника должен быть расположен на 1.6 мм (1/16\") ниже пластикового корпуса дисплея, а время контакта не должно превышать 3 секунд при максимальной температуре 260°C. Это предотвращает плавление пластикового корпуса или повреждение внутренних проводящих соединений из-за чрезмерного нагрева. Для пайки оплавлением профиль не должен превышать максимальную номинальную температуру, полученную из температуры хранения (+105°C) плюс запас прочности, хотя конкретный профиль оплавления не предоставлен. Компоненты должны храниться в оригинальных влагозащитных пакетах в контролируемой среде для предотвращения поглощения влаги, что может вызвать \"эффект попкорна\" во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления — мультиплексирование. Микроконтроллер использует два вывода ввода-вывода в качестве селекторов цифр (сток тока для общих анодов через транзисторы) и 8 выводов ввода-вывода (или сдвиговый регистр) для стока тока для катодов сегментов. Токоограничивающий резистор требуется последовательно с каждым катодом сегмента или с каждым общим анодом. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (Vcc - Vf\_led) / I\_desired. Учитывая, что Vf обычно составляет 2.6В при 20мА, при питании 5В, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ом. Для мультиплексированной работы мгновенный ток на сегмент может быть выше (например, 20мА), но средний ток, с учетом скважности, должен оставаться в пределах непрерывного номинала.

7.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательные резисторы или драйверы постоянного тока. Никогда не подключайте светодиод напрямую к источнику напряжения.
• Частота мультиплексирования:Используйте частоту обновления, достаточно высокую, чтобы избежать видимого мерцания (обычно >60 Гц на цифру). Инерция зрения интегрирует свет.
• Угол обзора:Расположите дисплей так, чтобы основное направление обзора находилось в пределах указанного широкого угла обзора для наилучшей контрастности.
• Защита от ЭСР:Хотя явно не указано, светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. Обращайтесь с ними с соблюдением мер предосторожности от ЭСР во время сборки.
• Отвод тепла:В приложениях с высокой яркостью или высокой температурой окружающей среды убедитесь, что разводка печатной платы позволяет отводить некоторое количество тепла от корпуса светодиода, особенно если работа ведется близко к максимальному непрерывному току.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми красными светодиодными дисплеями на основе GaAsP (фосфида арсенида галлия), технология AlInGaP в LTD-2601JS предлагает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к более ярким дисплеям при том же токе или эквивалентной яркости при меньшей мощности. Желтый цвет (587-588 нм) находится в области высокой чувствительности для дневного зрения человека, что субъективно делает его ярче, чем красные или зеленые светодиоды с аналогичной излучаемой мощностью. По сравнению с современными боковыми или матричными дисплеями, семисегментный формат проще в управлении и декодировании, предлагая более низкую системную стоимость для чисто числовых приложений. Его корпус для монтажа в отверстия обеспечивает надежное механическое крепление по сравнению с поверхностным монтажом, что полезно в приложениях, подверженных вибрации.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

• В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью микроконтроллера на 3.3В?О: Да. Типичное Vf составляет 2.6В, поэтому при питании 3.3В остается запас 0.7В для токоограничивающего резистора. Значение резистора будет меньше: R = (3.3 - 2.6) / I\_desired. Убедитесь, что желаемый ток достижим в пределах возможностей вывода микроконтроллера по источнику/стоку тока.
• В: Какова цель коэффициента снижения номинала для непрерывного тока?О: Коэффициент снижения номинала (0.28 мА/°C) учитывает сниженную способность рассеивания тепла при более высоких температурах окружающей среды. При температуре окружающей среды 85°C максимально допустимый непрерывный ток составляет 25мА - [0.28мА/°C * (85°C-25°C)] = 25мА - 16.8мА = 8.2мА. Работа выше этого сниженного тока грозит превышением максимальной температуры перехода.
• В: В спецификации упоминается \"Десятичная точка справа\". Что это значит?О: Это указывает на положение сегмента десятичной точки. \"Десятичная точка справа\" означает, что десятичная точка расположена справа от цифры, что является стандартным соглашением для отображения дробных чисел (например, \"12.3\").
• В: Требуется ли радиатор?О: Для типичной работы при токе до 20мА на сегмент в умеренной температуре окружающей среды специальный радиатор не требуется. Сама печатная плата действует как теплоотвод. Однако для непрерывной работы при абсолютных максимальных номиналах или в условиях высоких температур следует рассмотреть вопросы теплового управления.

10. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование индикации для простого цифрового вольтметра.Разработчику нужен двухразрядный дисплей для отображения напряжений от 0.0 до 9.9В для настольного источника питания. LTD-2601JS выбран за свою читаемость и простой интерфейс. АЦП микроконтроллера считывает напряжение, преобразует его в десятичное число и ищет 7-сегментные коды для цифры десятков, единиц и десятичной точки. Два NPN-транзистора используются для переключения выводов общего анода (Цифры 1 и 2) на землю. Восемь выводов ввода-вывода микроконтроллера, каждый с последовательным резистором 120 Ом, подключены к катодам сегментов (A-G и DP). Прошивка мультиплексирует цифры на частоте 100 Гц. Серый фон/белые сегменты обеспечивают отличную контрастность на черной панели источника питания. Высокая яркость гарантирует видимость в хорошо освещенной лаборатории. Соответствие бессвинцовым стандартам соответствует экологическим стандартам компании для новых продуктов.

11. Введение в принцип работы

Основной принцип — электролюминесценция в полупроводниковом P-N переходе. Материал AlInGaP является полупроводником с прямой запрещенной зоной. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода (примерно равный Vf), электроны из N-области инжектируются через переход в P-область, а дырки из P-области перемещаются в N-область. Эти инжектированные неосновные носители (электроны на P-стороне, дырки на N-стороне) рекомбинируют с основными носителями. В материале с прямой запрещенной зоной, таком как AlInGaP, значительная часть этих рекомбинаций является излучательной, то есть они высвобождают энергию в виде фотонов (света). Конкретная энергия фотона, а значит, и его длина волны (цвет), определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается точными соотношениями алюминия, индия, галлия и фосфора. Непрозрачная подложка GaAs помогает отражать свет вверх, увеличивая прямую силу света. Каждый сегмент представляет собой отдельный светодиодный кристалл, а комбинация зажженных сегментов образует желаемую цифру или символ.

12. Технологические тренды и разработки

Хотя семисегментные дисплеи для монтажа в отверстия, такие как LTD-2601JS, остаются актуальными для прототипирования, образовательных наборов и применений, требующих надежного механического крепления, общая тенденция в отрасли решительно смещается в сторону корпусов для поверхностного монтажа (SMD). SMD-светодиоды предлагают меньшую занимаемую площадь, меньшую высоту, пригодность для автоматизированной сборки и часто лучшие тепловые характеристики за счет прямого крепления к печатной плате. Для дисплеев становятся все более распространенными интегрированные драйверные ИС, объединяющие светодиодную матрицу со схемой сканирования, а иногда даже с последовательными интерфейсами связи (такими как I2C или SPI), что резко снижает нагрузку на ввод-вывод микроконтроллера и программное обеспечение. Что касается материалов, то хотя AlInGaP отлично подходит для красного, оранжевого и желтого цветов, InGaN (нитрид индия-галлия) доминирует на рынке синих, зеленых и белых светодиодов благодаря более широкой настраиваемости запрещенной зоны. Для дисплеев будущего технологии micro-LED и mini-LED обещают еще более высокую плотность, яркость и эффективность, хотя в настоящее время они ориентированы на высокоразрешающие видеоэкраны, а не на простые сегментные индикаторы. Однако непреходящий принцип семисегментного формата обеспечивает его полезность в экономически эффективных, критичных к читаемости числовых приложениях в обозримом будущем.