Техническая документация на семисегментный светодиодный индикатор LTF-2502KG - Высота цифры 0.26 дюйма - Зеленый AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В - Мощность 70мВт

1. Обзор изделия

LTF-2502KG представляет собой пятиразрядный семисегментный светодиодный модуль индикации, предназначенный для отображения числовой информации. Он характеризуется высотой цифры 0.26 дюйма (6.8 мм), обеспечивая четкие и легко читаемые символы. Устройство использует светодиодные кристаллы AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), выращенные на подложке из арсенида галлия, которые известны своей высокой эффективностью и яркостью в зеленом спектре. Дисплей имеет высококонтрастный вид со светящимися белыми сегментами на черном фоне, что улучшает читаемость при различных условиях освещения. Основные целевые рынки включают потребительскую электронику, панели промышленного управления, приборы и любые приложения, требующие компактного, надежного числового дисплея с отличными визуальными характеристиками.

1.1 Ключевые особенности

• Компактная высота цифры 0.26 дюйма (6.8 мм).
• Непрерывное и равномерное свечение сегментов для однородного вида символов.
• Низкое энергопотребление, подходит для устройств с батарейным питанием.
• Отличный вид символов благодаря высокой яркости и контрастности.
• Широкий угол обзора для видимости с разных позиций.
• Высокая надежность благодаря твердотельной конструкции.
• Световой поток классифицирован (разбит на бины) для обеспечения стабильных характеристик.
• Бесcвинцовый корпус, соответствующий директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

1.2 Идентификация устройства

Партийный номер LTF-2502KG конкретно обозначает мультиплексированный индикатор с общим анодом на основе зеленых светодиодов AlInGaP и конфигурацией десятичной точки справа. Данная конфигурация оптимизирована для мультиплексированных схем управления, которые сокращают количество требуемых выводов ввода-вывода микроконтроллера.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

В данном разделе представлен детальный анализ электрических и оптических характеристик, которые определяют рабочий диапазон дисплея и служат руководством для правильного проектирования схемы.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Эти параметры определяют пределы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт. Это максимальная мощность, которая может быть безопасно рассеяна в виде тепла одним светодиодным сегментом.
• Пиковый прямой ток на сегмент:90 мА. Это допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для достижения очень высокой мгновенной яркости без перегрева.
• Постоянный прямой ток на сегмент:25 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается со скоростью 0.33 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C. Например, при 50°C максимальный постоянный ток составит приблизительно 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 16.75 мА.
• Диапазон рабочих температур:от -35°C до +85°C. Гарантируется функционирование устройства в этом диапазоне температур окружающей среды.
• Диапазон температур хранения:от -35°C до +105°C.
• Условия пайки:Устройство выдерживает волновую пайку с погружением точки пайки на 1/16 дюйма (≈1.6 мм) ниже плоскости установки в течение 3 секунд при температуре 260°C.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные эксплуатационные параметры, измеренные при Ta=25°C в указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света (I_V):Это основной показатель яркости.
  • МИН: 200 мккд, ТИП: 540 мккд при I_F= 1 мА.
  • ТИП: 5940 мккд при I_F= 10 мА. Это демонстрирует сильно нелинейную зависимость между током и световым потоком.
• Длина волны пикового излучения (λ_p):571 нм (Типичное значение). Это длина волны, на которой спектральная мощность излучения максимальна, что помещает его в зеленую область видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (Типичное значение). Это указывает на спектральную чистоту; меньшее значение означает более монохроматический свет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм (Типичное значение). Это длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, близко соответствующая пиковой длине волны.
• Прямое напряжение на кристалл (V_F):2.6 В (Типичное значение), с допуском ±0.1 В, при I_F= 20 мА. Это критически важный параметр для проектирования схемы ограничения тока.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (Максимальное значение) при V_R= 5 В. Этот параметр предназначен только для целей испытаний; работа в режиме постоянного обратного смещения запрещена.
• Коэффициент согласования силы света:2:1 (Максимальное значение). Это обеспечивает равномерность свечения сегментов, означая, что самый яркий сегмент будет не более чем в два раза ярче самого тусклого сегмента при одинаковых условиях управления.
• Перекрестные наводки:≤2.5%. Это определяет максимальное количество нежелательной световой утечки от неактивного сегмента, когда соседний сегмент включен.

3. Объяснение системы бинирования

В дисплее используется система бинирования для силы света, чтобы гарантировать стабильный уровень яркости в пределах одного устройства и между несколькими устройствами в сборке. Коды бинов (F, G, H, J, K) представляют определенные диапазоны минимальной силы света в микроканделах (мккд), измеренной при I_F= 1 мА.

• Бин F:200 - 320 мккд
• Бин G:321 - 500 мккд
• Бин H:501 - 800 мккд
• Бин J:801 - 1300 мккд
• Бин K:1301 - 2100 мккд

Влияние на проектирование:Для приложений, использующих два или более дисплея в одной сборке, настоятельно рекомендуется использовать дисплеи из одного бина, чтобы избежать заметных различий в яркости (неравномерности оттенка) между ними.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя конкретные графики не детализированы в предоставленном тексте, типичные кривые для такого устройства включали бы:

• Вольт-амперная характеристика (ВАХ):Показывает экспоненциальную зависимость между прямым напряжением и током. Кривая будет иметь напряжение колена около 2.0-2.2 В, после чего ток быстро возрастает при небольшом увеличении напряжения, что подчеркивает необходимость регулирования тока, а не напряжения.
• Зависимость силы света от прямого тока:Кривая, показывающая, что световой выход увеличивается сверхлинейно с током на низких уровнях и может приближаться к насыщению при более высоких токах. Это информирует о компромиссе между яркостью и эффективностью/рассеиваемой мощностью.
• Зависимость силы света от температуры окружающей среды:Обычно показывает отрицательный температурный коэффициент, когда световой выход уменьшается с увеличением температуры перехода. Это критически важно для проектирования в условиях высоких температур.
• Зависимость прямого напряжения от температуры окружающей среды:Обычно показывает отрицательный температурный коэффициент, означающий, что V_Fнезначительно уменьшается с ростом температуры.
• Спектральное распределение:Колоколообразная кривая с центром около 571-572 нм, с шириной, определяемой полушириной 15 нм.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Дисплей имеет стандартный корпус с двухрядным расположением выводов (DIP). Ключевые размерные примечания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах (мм).
• Общий допуск составляет ±0.25 мм, если не указано иное.
• Допуск смещения кончика вывода составляет ±0.4 мм.
• Пределы дефектов на лицевой стороне дисплея: инородные частицы ≤10 мил, загрязнение краской ≤20 мил, пузыри в сегменте ≤10 мил.
• Изгиб отражателя ограничен ≤1% от его длины.
• Рекомендуемый диаметр отверстия на печатной плате для выводов составляет 1.0 мм.

5.2 Распиновка и полярность подключения

LTF-2502KG является устройством смультиплексированным общим анодом. Это означает, что аноды светодиодов для каждой цифры соединены вместе внутри устройства, в то время как катоды для каждого типа сегментов (A-G, DP) соединены между разрядами.

Распиновка (16-выводной DIP):

• Вывод 1: Катод E
• Вывод 2: Катод D
• Вывод 3: Катод DP (Десятичная точка)
• Вывод 4: Общий анод для цифры 3
• Вывод 6: Катод G
• Вывод 8: Катод C
• Вывод 10: Общий анод для цифры 5
• Вывод 11: Общий анод для цифры 4
• Вывод 12: Катод B
• Вывод 13: Катод F
• Вывод 14: Общий анод для цифры 2
• Вывод 15: Катод A
• Вывод 16: Общий анод для цифры 1
• Выводы 5, 7, 9: Не подключены (N/C)

Внутренняя схема:Внутренняя схема покажет пять узлов общего анода (по одному на цифру), каждый из которых подключен к анодам 7 сегментов (A-G) и десятичной точки (DP) для этой конкретной цифры. Катод каждого типа сегмента (например, все сегменты 'A') соединены вместе для всех пяти цифр.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль волновой пайки

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль волновой пайки. Ключевые параметры включают:

• Стадию предварительного нагрева до температуры между 100-110°C в течение минимум 2 минут для снижения термического удара.
• Пиковую температуру пайки в диапазоне 250-260°C.
• Время нахождения в пределах 5°C от этой пиковой температуры должно составлять от 3 до 5 секунд, чтобы обеспечить правильное формирование паяного соединения без повреждения компонента.

7. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

7.1 Предостережения по проектированию и использованию

Эти пункты критически важны для надежной долгосрочной работы:

• Проектирование схемы управления:Настоятельно рекомендуется использовать управление постоянным током вместо постоянного напряжения для обеспечения стабильной яркости и защиты светодиодов. Схема должна быть спроектирована с учетом всего диапазона прямого напряжения (V_F= от 2.5 В до 2.7 В).
• Защита:Схема управления должна включать защиту от обратных напряжений и переходных скачков напряжения во время включения/выключения питания, так как они могут вызвать миграцию металла и отказ.
• Тепловой менеджмент:Рабочий ток должен быть снижен в соответствии с максимальной температурой окружающей среды. Превышение токовых или температурных пределов приводит к значительному снижению светового потока и преждевременному выходу из строя.
• Внешняя среда:Избегайте быстрых перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить образование конденсата на дисплее.
• Механические воздействия:Не прикладывайте аномальные усилия к корпусу дисплея во время сборки. Если применяется декоративная пленка, избегайте ее прямого давления на лицевую панель, так как она может сместиться.
• Бинирование для использования нескольких дисплеев:Как указано, используйте дисплеи из одного бина силы света для однородного внешнего вида.

7.2 Условия хранения

Для предотвращения окисления выводов и сохранения паяемости:

• Рекомендуется:Хранить в оригинальной влагозащитной упаковке.
• Температура:от 5°C до 30°C.
• Влажность:Ниже 60% относительной влажности.
• Управление запасами:Избегайте долгосрочного хранения больших количеств. Используйте принцип "первым пришел - первым ушел" (FIFO). Продукты, хранящиеся вне этих условий, могут потребовать повторной обработки перед использованием.

8. Типичные сценарии применения

LTF-2502KG подходит для широкого спектра приложений, требующих четкой, надежной числовой индикации:

• Контрольно-измерительное оборудование:Цифровые мультиметры, частотомеры, источники питания.
• Промышленные системы управления:Таймеры процессов, счетчики, индикаторы температуры на оборудовании.
• Потребительская электроника:Аудиоаппаратура (индикаторы громкости/дисплеи усилителей), таймеры кухонных приборов.
• Автомобильная вторичная продукция:Приборы и дисплеи для мониторинга производительности (при соблюдении требований к условиям эксплуатации).
• Медицинские устройства:Простые индикаторы параметров на некритичном оборудовании (для критически важных применений проконсультируйтесь с производителем).

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими технологиями семисегментных индикаторов:

• по сравнению с красными светодиодами GaAsP/GaP:Зеленые светодиоды AlInGaP, как правило, обеспечивают более высокую световую отдачу и яркость, что приводит к лучшей видимости и потенциально более низкому энергопотреблению при той же воспринимаемой яркости.
• по сравнению с ЖК-дисплеями:Светодиоды являются излучающими, создают собственный свет, что делает их значительно превосходящими в условиях низкой освещенности и обеспечивает более широкие углы обзора без сложностей с подсветкой. Они также, как правило, более надежны и имеют более быстрое время отклика.
• по сравнению с дисплеями с большими цифрами:Размер 0.26 дюйма обеспечивает баланс между читаемостью и экономией места на плате, что делает его идеальным для компактных устройств, где больший дисплей был бы непрактичен.
• Ключевое преимущество данной модели:Сочетание технологии AlInGaP (для эффективности), конфигурации мультиплексированного общего анода (для простоты драйвера) и классифицированной силы света (для стабильности) делает ее всесторонним выбором для экономичных серийных конструкций.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

1. В: Почему рекомендуется управление постоянным током вместо использования простого резистора с источником напряжения?
   А: Хотя последовательный резистор является распространенным решением, он обеспечивает неидеальное регулирование, потому что прямое напряжение светодиода (V_F) изменяется в зависимости от температуры и между отдельными экземплярами. Источник постоянного тока гарантирует, что ток (и, следовательно, яркость) остается стабильным независимо от этих вариаций V_F, что приводит к более равномерной и надежной работе.
2. В: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую с микроконтроллера?
   А: Для мультиплексирования - да, но не напрямую для тока сегментов. Выводы микроконтроллера имеют ограниченную способность источника/стока тока (обычно 20-25 мА). Вы должны использовать внешние драйверы (транзисторы или специализированные микросхемы драйверов светодиодов) для обработки тока сегментов (до 25 мА постоянного тока на сегмент) и более высокого суммарного тока анода цифры.
3. В: Что означает коэффициент согласования силы света 2:1 для моего проекта?
   А: Это означает, что в худшем случае один сегмент может быть в два раза ярче другого сегмента на том же дисплее при одинаковом управлении. Хорошая разводка печатной платы (равные длины дорожек/сопротивление) и правильное регулирование тока помогают минимизировать видимые различия. Для критических приложений возможна программная калибровка яркости для каждого сегмента.
4. В: Влажность хранения ниже 60% относительной влажности. Что произойдет, если хранить в более влажной среде?
   А: Высокая влажность может привести к окислению оловянного/бессвинцового покрытия на выводах, что приведет к плохой паяемости при последующем использовании детали. Это может вызвать дефектные паяные соединения во время сборки.

11. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование простого 5-разрядного таймера.

1. Выбор микроконтроллера:Выберите МК с достаточным количеством выводов ввода-вывода. Для 5-разрядного, 7-сегментного + DP мультиплексированного дисплея вам нужно 5 выводов для анодов цифр и 8 выводов для катодов сегментов, всего 13 линий управления.
2. Схема драйвера:Используйте массив низкосторонних драйверов (например, массив транзисторов Дарлингтона ULN2003A) для стока тока для 8 линий катодов. Используйте отдельные NPN-транзисторы или высокосторонний драйвер для источника тока для 5 линий анодов.
3. Установка тока:Определите требуемую яркость. Для использования в помещении 5-10 мА на сегмент может быть достаточно. Рассчитайте токоограничивающие резисторы для драйверов анодов или соответствующим образом настройте вашу микросхему драйвера постоянного тока, помня о необходимости снижения тока для максимальной температуры окружающей среды.
4. Программное обеспечение мультиплексирования:Напишите прошивку, которая поочередно перебирает каждую цифру, включая ее анод и устанавливая соответствующий паттерн катодов для значения этой цифры. Частота обновления должна быть достаточно высокой (например, >100 Гц), чтобы избежать видимого мерцания.
5. Разводка печатной платы:Убедитесь, что силовые дорожки к драйверам анодов и катодов имеют достаточную ширину. Расположите дисплей близко к драйверам, чтобы минимизировать индуктивность дорожек.

12. Введение в принцип работы

LTF-2502KG основан на полупроводниковой электролюминесценции. Когда прямое напряжение смещения, превышающее потенциал перехода диода, прикладывается к p-n переходу AlInGaP, электроны и дырки инжектируются в активную область. Их рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав слоев алюминия, индия, галлия и фосфида в эпитаксиальной структуре определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую определяет длину волны (цвет) излучаемого света — в данном случае зеленый при ~572 нм. Семисегментный формат создается путем размещения отдельных светодиодных кристаллов (или массивов кристаллов) в форме стандартных числовых сегментов, которые затем электрически соединяются в матрицу с общим анодом и мультиплексированием для минимизации внешних соединений.

13. Технологические тренды

Тренды в технологии семисегментных светодиодных индикаторов сосредоточены на нескольких ключевых областях:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения в материаловедении для AlInGaP и рост использования InGaN (для синего/зеленого/белого) направлены на достижение большего количества люмен на ватт, что позволяет создавать более яркие дисплеи или снижать энергопотребление.
• Миниатюризация:Существует постоянное стремление к уменьшению шага пикселей и повышению плотности, что позволяет размещать больше цифр или информации на той же площади, хотя диапазон 0.2"-0.5" остается популярным для удобочитаемости с учетом человеческого фактора.
• Интеграция:Все больше дисплеев включают в себя микросхему драйвера, а иногда даже простой контроллер (например, для часовых функций) в корпус модуля, упрощая схему конечного пользователя.
• Повышенная надежность и устойчивость:Улучшения в материалах корпуса и эпоксидных смолах повышают устойчивость к влаге, термоциклированию и механическим нагрузкам, расширяя диапазон рабочих сред.
• Цветовые варианты и RGB:Хотя одноколорные дисплеи, подобные этому зеленому, широко распространены, растет использование многоцветных или полноцветных RGB дисплеев в сегментах, позволяющих указывать статус (например, зеленый для нормального режима, красный для тревоги) в пределах одной цифры.

Несмотря на распространение матричных и OLED графических дисплеев, семисегментный светодиодный индикатор остается высокоэффективным по стоимости, надежным и легко читаемым решением для выделенного числового вывода, что обеспечивает его непреходящую актуальность в электронном проектировании.