Техническая спецификация LTS-2801AJE - Семисегментный LED-индикатор - Красный цвет - 0.28 дюйма - 2.6В

1. Обзор продукта

LTS-2801AJE — это высокопроизводительный одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения цифр. Его основная функция — визуальное представление цифр от 0 до 9 и некоторых букв путем выборочного включения семи отдельных светодиодных сегментов (обозначенных от A до G) и дополнительной десятичной точки (D.P.). Устройство использует передовые красные светодиодные чипы на основе AS-AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), эпитаксиально выращенные на подложке из арсенида галлия (GaAs). Эта технология материалов выбрана благодаря высокой эффективности и отличной светоотдаче в красном спектре. Дисплей имеет характерную серую лицевую панель с белой разметкой сегментов, что обеспечивает высокую контрастность между включенным и выключенным состояниями для оптимальной читаемости при различном освещении.

Основными областями применения этого компонента являются промышленные приборы, потребительская электроника, контрольно-измерительное оборудование, автомобильные приборные панели (для вторичных дисплеев) и бытовая техника, где требуется компактный, надежный и энергоэффективный цифровой индикатор. Его твердотельная конструкция обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы по сравнению с устаревшими технологиями, такими как вакуумно-люминесцентные дисплеи (VFD) или лампы накаливания.

1.1 Ключевые преимущества и особенности

LTS-2801AJE включает несколько конструктивных особенностей, которые способствуют его производительности и простоте использования в электронных схемах.

• Высота цифры 0.28 дюйма (7.0 мм):Предлагает размер символа, подходящий для монтажа на панели, где пространство ограничено, но необходима читаемость с умеренного расстояния.
• Непрерывные однородные сегменты:Сегменты спроектированы с одинаковой шириной и равномерностью свечения, что обеспечивает профессиональный и целостный вид отображаемых символов.
• Низкое энергопотребление:Спроектирован для эффективной работы при стандартных токах управления светодиодами, что делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или с учетом энергосбережения.
• Отличный внешний вид символов и высокая контрастность:Дизайн «серый на белом» в сочетании с ярко-красным свечением создает четкие, хорошо очерченные символы, которые легко читать.
• Высокая яркость:Технология AlInGaP обеспечивает высокую силу света, гарантируя видимость в условиях яркого освещения.
• Широкий угол обзора:Конструкция светодиодного чипа и корпуса обеспечивает широкий угол обзора, позволяя считывать информацию с дисплея под разными углами без значительной потери яркости или контрастности.
• Надежность твердотельной технологии:Как светодиодное устройство, оно обладает высокой устойчивостью к ударам и вибрации, мгновенным включением и длительным сроком службы с минимальной деградацией со временем.
• Сортировка по силе света:Устройства проходят тестирование и сортировку (бинирование) для обеспечения стабильного уровня яркости, что критически важно для многоразрядных дисплеев, где ключевым фактором является равномерность.
• Бесcвинцовый корпус:Устройство соответствует директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ), используя экологически безопасные материалы в конструкции.

2. Технические параметры: Подробный объективный анализ

В этом разделе представлен детальный объективный анализ ключевых электрических и оптических параметров, указанных в спецификации, с объяснением их значимости для инженеров-конструкторов.

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Эти характеристики определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или близко к ним не гарантируется, и в надежных конструкциях ее следует избегать.

• Рассеиваемая мощность на сегмент (70 мВт):Максимально допустимая мощность, которая может рассеиваться в виде тепла одним светодиодным сегментом при непрерывной работе. Превышение этого значения может привести к перегреву и ускоренной деградации светодиодного чипа.
• Пиковый прямой ток на сегмент (90 мА @ 1 кГц, скважность 10%):Максимальный мгновенный ток, который сегмент может выдержать в импульсном режиме. Скважность 10% и частота 1 кГц являются критическими параметрами; средний ток все равно должен контролироваться, чтобы оставаться в пределах номинального непрерывного тока. Этот параметр актуален для схем мультиплексирования или ШИМ-диммирования с высокими пиковыми токами.
• Непрерывный прямой ток на сегмент (25 мА):Максимальный постоянный ток, рекомендуемый для непрерывного свечения одного сегмента. В спецификации указан коэффициент снижения номинала 0.33 мА/°C при температуре окружающей среды (Ta) выше 25°C. Это означает, что если рабочая среда горячее, максимальный безопасный непрерывный ток линейно уменьшается. Например, при 85°C максимальный ток составит приблизительно: 25 мА - [ (85°C - 25°C) * 0.33 мА/°C ] = 25 мА - 19.8 мА = 5.2 мА. Это снижение номинала критически важно для обеспечения надежности в высокотемпературных применениях.
• Обратное напряжение на сегмент (5 В):Максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном направлении смещения к светодиодному сегменту. Превышение этого значения может вызвать внезапный пробой и отказ светодиодного перехода. Конструкции схем должны гарантировать, что этот предел не будет превышен, часто для этого используются защитные диоды в матричных конфигурациях.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения (-35°C до +85°C):Определяет пределы температуры окружающей среды для надежной работы и нерабочего хранения. Рабочие характеристики гарантируются в этом диапазоне; работа за его пределами может привести к дрейфу параметров или отказу.
• Условия пайки (260°C в течение 3 секунд, на 1/16 дюйма ниже плоскости установки):Предоставляет рекомендации по волновой пайке или пайке оплавлением для предотвращения термического повреждения пластикового корпуса и внутренних проводных соединений. Соблюдение этих условий обязательно при сборке печатной платы.

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

Это типичные рабочие параметры, измеренные в указанных условиях испытаний. Они являются основой для проектирования схемы.

• Средняя сила света (I_V):Мин: 200 мккд, Тип: 600 мккд @ I_F=1мА. Это световой поток (в микроканделах) при очень низком токе управления. Он указывает на базовую эффективность светодиода. Широкий диапазон (200-600) предполагает процесс бинирования, при котором устройства сортируются по яркости.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Тип: 2.05В, Макс: 2.6В @ I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при протекании указанного тока. Это критически важно для расчета значения токоограничивающего резистора. Использование типичного значения для расчета дает номинальную конструкцию, но использование максимального значения гарантирует правильный подбор резистора даже для устройства с высоким V_F, предотвращая чрезмерный ток.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):632 нм @ I_F=20мА. Это длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. Она определяет воспринимаемый цвет (красный).
• Доминирующая длина волны (λ_d):624 нм @ I_F=20мА. Это единственная длина волны, которую человеческий глаз воспринимает как соответствующий цвет света светодиода. Она часто ближе к визуальному восприятию, чем пиковая длина волны, особенно для широкополосных источников.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):20 нм @ I_F=20мА. Этот параметр указывает на спектральную чистоту или ширину полосы излучаемого света. Значение 20 нм является типичным для стандартного красного светодиода AlInGaP, что означает, что световой выход распределен в диапазоне длин волн шириной приблизительно 20 нм с центром вокруг пиковой длины волны.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Макс: 100 мкА @ V_R=5В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда светодиод смещен в обратном направлении при максимальном номинальном напряжении.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):2:1 @ I_F=1мА. Это определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментом в одном устройстве. Соотношение 2:1 означает, что самый тусклый сегмент будет как минимум в два раза менее ярким, чем самый яркий, что обеспечивает визуальную однородность отображаемого символа.

3. Объяснение системы бинирования

В спецификации явно указано, что устройства \"категоризированы по силе света\". Это относится к распространенной практике в производстве светодиодов, известной как \"бинирование\". Из-за присущих вариаций в процессе эпитаксиального роста полупроводников и изготовления, светодиоды из одной производственной партии могут иметь слегка различные характеристики, в основном прямое напряжение (V_F) и силу света (I_V).

Чтобы обеспечить единообразие для конечного пользователя, особенно в многоразрядных дисплеях, где несколько устройств используются рядом, производители тестируют и сортируют (бинируют) светодиоды после производства. LTS-2801AJE бинируется в первую очередь по силе света, как указано. Это означает, что в пределах заданного заказа или рулона дисплеи будут иметь гарантированную минимальную яркость и максимальное отклонение (подразумеваемое коэффициентом соответствия 2:1 для каждого устройства и бинированием между устройствами). Хотя в этой краткой спецификации это не подробно описано, полная спецификация закупки будет определять конкретные коды бинов для интенсивности (например, BIN 1: 200-300 мккд, BIN 2: 300-400 мккд и т.д.). Конструкторам, требующим точного соответствия яркости на нескольких дисплеях, следует указывать код бина при заказе.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаются \"Типичные электрические / оптические характеристические кривые\" на последней странице. Хотя конкретные графики не предоставлены в тексте, мы можем вывести их стандартное содержание и полезность на основе типичных спецификаций светодиодов.

4.1 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Этот график отображает зависимость тока через сегмент светодиода от напряжения на нем. Он показывает экспоненциальную зависимость, характерную для диода. \"Колено\" этой кривой, обычно около 1.8В-2.0В для красных светодиодов AlInGaP, — это точка, где проводимость начинает значительно возрастать. Кривая позволяет конструкторам понять значение V_Fпри токах, отличных от тестовых 20мА, что важно для маломощных или ШИМ-управляемых конструкций.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Это одна из самых важных кривых. Она показывает, как световой поток (в мккд или мкд) увеличивается с ростом тока управления. Для большинства светодиодов эта зависимость примерно линейна в значительном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Этот график помогает конструкторам выбрать рабочий ток для достижения желаемого уровня яркости, балансируя между эффективностью и сроком службы устройства.

4.3 Зависимость силы света от температуры окружающей среды

Эта кривая иллюстрирует, как световой поток уменьшается с увеличением температуры окружающей среды (T_a). Эффективность светодиода падает с ростом температуры перехода. Этот график критически важен для применений, работающих в условиях, отличных от комнатной температуры, так как он количественно определяет потерю яркости, которую необходимо компенсировать за счет запаса по конструкции или управления температурным режимом.

4.4 Относительное спектральное распределение мощности

Этот график отображает интенсивность излучаемого света в спектре длин волн. Он показал бы один пик около 632 нм (согласно λ_p) с шириной, определяемой Δλ (20 нм). Эта информация жизненно важна для проектирования оптических систем, применений с цветовыми датчиками или когда требуется определенный спектральный состав.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Габаритные размеры и чертеж

Спецификация включает подробный размерный чертеж (обозначенный как \"ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ\"). Ключевые спецификации такого чертежа обычно включают:

• Общую высоту, ширину и глубину дисплейного модуля.
• Высоту цифры и размеры сегментов.
• Точное расстояние между выводами (пинами), их диаметр и длину.
• Расположение десятичной точки относительно цифры.
• Расположение любых монтажных отверстий или штифтов.
• Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Этот чертеж необходим для создания посадочного места на печатной плате, проектирования выреза на передней панели и обеспечения правильной механической посадки.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

Устройство имеет 10-пиновую однострочную конфигурацию. Распиновка четко определена:

1. Катод E
2. Катод D
3. Общий анод
4. Катод C
5. Катод D.P. (Десятичная точка)
6. Катод B
7. Катод A
8. Общий анод
9. Катод G
10. Катод F

Внутренняя схема показывает, что этоКонфигурация с общим анодом. Это означает, что аноды всех светодиодных сегментов (и десятичной точки) соединены внутри с двумя общими выводами (Pin 3 и Pin 8, которые, вероятно, соединены внутри). Чтобы включить сегмент, соответствующий катодный вывод должен быть переведен в низкий логический уровень (земля или сток тока), в то время как положительное напряжение подается на вывод(ы) общего анода. Эта конфигурация распространена и часто легко сопрягается с выводами GPIO микроконтроллера, настроенными как открытый сток, или с внешними микросхемами драйверов с токовым стоком.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Спецификация предоставляет конкретные условия пайки:260°C в течение 3 секунд, при этом волна припоя или тепло при оплавлении должны прикладываться на расстоянии 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки корпуса.Это критический параметр процесса.

• Цель:Обеспечить достаточный нагрев контактных площадок на выводах для формирования надежного соединения, не подвергая основной пластиковый корпус дисплея чрезмерной температуре, что может вызвать коробление, изменение цвета или внутреннее повреждение проводных соединений, соединяющих светодиодные чипы с выводами.
• Влияние на конструкцию:При проектировании печатной платы разводка контактных площадок должна обеспечивать правильное растекание и смачивание припоем с учетом тепловой массы выводов. Рекомендуемое расстояние ниже плоскости установки помогает инженерам-технологам правильно настроить профиль машины волновой пайки или печи оплавления.
• Условия хранения:Хотя помимо диапазона температур хранения (-35°C до +85°C) явно не указано, стандартной практикой является хранение компонентов, чувствительных к влаге, в сухой упаковке. Если устройство подвергалось воздействию окружающей влажности, перед пайкой может потребоваться процесс прокалки (сушки) для предотвращения \"эффекта попкорна\" (внутреннего расслоения, вызванного быстрым расширением пара во время оплавления).

7. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

7.1 Типовые схемы включения

Для дисплея с общим анодом, такого как LTS-2801AJE, базовая схема управления включает:

1. Токоограничивающие резисторы:Резистор должен быть включен последовательно с каждым катодным выводом (или каждой группой сегментов при мультиплексировании). Значение резистора (R_limit) рассчитывается по закону Ома: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Использование максимального значения V_F(2.6В) обеспечивает безопасную работу. Для питания 5В и желаемого тока I_Fв 20мА: R = (5В - 2.6В) / 0.02А = 120 Ом. Подойдет стандартный резистор на 120 Ом или 150 Ом.
2. Схема управления:Катоды могут управляться непосредственно выводами микроконтроллера, если они могут потреблять требуемый ток (например, 20мА на сегмент). Для многоразрядного мультиплексирования или более высоких токов рекомендуются специализированные микросхемы драйверов (такие как классический декодер/драйвер BCD-7-сегментный 7447 или современные микросхемы драйверов светодиодов с постоянным током). Они упрощают программное управление и обеспечивают лучшее регулирование тока.
3. Мультиплексирование:Для управления несколькими разрядами с меньшим количеством выводов используется техника мультиплексирования. Общие аноды разных разрядов включаются поочередно с высокой частотой, в то время как применяются соответствующие паттерны катодов для этого разряда. Человеческий глаз воспринимает все разряды как постоянно включенные из-за инерции зрения. Это требует более высокого пикового тока на сегмент для поддержания средней яркости (оставаясь в пределах номинального пикового тока 90мА) и тщательной синхронизации в программном обеспечении/прошивке.

7.2 Конструктивные соображения

• Угол обзора:Располагайте дисплей так, чтобы основное направление взгляда находилось в пределах его широкого угла обзора, обычно перпендикулярно лицевой панели.
• Управление яркостью:Яркость можно регулировать, изменяя ток управления (через значение резистора) или используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) на катоде или аноде. ШИМ более эффективна и обеспечивает линейное регулирование яркости.
• Защита от ЭСР:Светодиоды чувствительны к электростатическому разряду (ЭСР). Обращайтесь с ними с соблюдением соответствующих мер предосторожности от ЭСР во время сборки. В суровых условиях эксплуатации рассмотрите возможность добавления устройств подавления переходных напряжений на входных линиях.
• Тепловой режим:Хотя само устройство рассеивает мало тепла, работа при высоких температурах окружающей среды требует снижения номинального тока, как указано. Обеспечьте адекватную вентиляцию, если несколько дисплеев или других теплообразующих компонентов расположены близко друг к другу.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя эта спецификация относится к конкретной детали, LTS-2801AJE можно объективно сравнить с другими технологиями отображения:

• По сравнению с большими/меньшими семисегментными светодиодами:Цифра 0.28\" — это вариант среднего размера. Меньшие цифры (0.2\") экономят место, но их труднее читать с расстояния. Большие цифры (0.5\"

  Терминология спецификаций LED

  Полное объяснение технических терминов LED

  Фотоэлектрическая производительность

  Термин	Единица/Обозначение	Простое объяснение	Почему важно
  Световая отдача	лм/Вт (люмен на ватт)	Световой выход на ватт электроэнергии, выше означает более энергоэффективный.	Прямо определяет класс энергоэффективности и стоимость электроэнергии.
  Световой поток	лм (люмен)	Общий свет, излучаемый источником, обычно называется "яркостью".	Определяет, достаточно ли свет яркий.
  Угол обзора	° (градусы), напр., 120°	Угол, где интенсивность света падает наполовину, определяет ширину луча.	Влияет на диапазон освещения и равномерность.
  Цветовая температура	K (Кельвин), напр., 2700K/6500K	Теплота/холодность света, низкие значения желтоватые/теплые, высокие беловатые/холодные.	Определяет атмосферу освещения и подходящие сценарии.
  Индекс цветопередачи	Безразмерный, 0–100	Способность точно передавать цвета объектов, Ra≥80 хорошо.	Влияет на аутентичность цвета, используется в местах с высоким спросом, таких как торговые центры, музеи.
  Допуск по цвету	Шаги эллипса МакАдама, напр., "5-шаговый"	Метрика постоянства цвета, меньшие шаги означают более постоянный цвет.	Обеспечивает равномерный цвет по всей партии светодиодов.
  Доминирующая длина волны	нм (нанометры), напр., 620нм (красный)	Длина волны, соответствующая цвету цветных светодиодов.	Определяет оттенок красных, желтых, зеленых монохромных светодиодов.
  Спектральное распределение	Кривая длина волны против интенсивности	Показывает распределение интенсивности по длинам волн.	Влияет на цветопередачу и качество цвета.

  Электрические параметры

  Термин	Обозначение	Простое объяснение	Соображения по проектированию
  Прямое напряжение	Vf	Минимальное напряжение для включения светодиода, как "порог запуска".	Напряжение драйвера должно быть ≥Vf, напряжения складываются для последовательных светодиодов.
  Прямой ток	If	Значение тока для нормальной работы светодиода.	Обычно постоянный ток, ток определяет яркость и срок службы.
  Максимальный импульсный ток	Ifp	Пиковый ток, допустимый в течение коротких периодов, используется для диммирования или вспышек.	Ширина импульса и коэффициент заполнения должны строго контролироваться, чтобы избежать повреждения.
  Обратное напряжение	Vr	Максимальное обратное напряжение, которое светодиод может выдержать, сверх может вызвать пробой.	Схема должна предотвращать обратное соединение или скачки напряжения.
  Тепловое сопротивление	Rth (°C/W)	Сопротивление теплопередаче от чипа к припою, ниже лучше.	Высокое тепловое сопротивление требует более сильного рассеивания тепла.
  Устойчивость к ЭСР	В (HBM), напр., 1000В	Способность выдерживать электростатический разряд, выше означает менее уязвимый.	В производстве необходимы антистатические меры, особенно для чувствительных светодиодов.

  Тепловой менеджмент и надежность

  Термин	Ключевой показатель	Простое объяснение	Влияние
  Температура перехода	Tj (°C)	Фактическая рабочая температура внутри светодиодного чипа.	Каждое снижение на 10°C может удвоить срок службы; слишком высокая вызывает спад света, смещение цвета.
  Спад светового потока	L70 / L80 (часов)	Время, за которое яркость падает до 70% или 80% от начальной.	Прямо определяет "срок службы" светодиода.
  Поддержание светового потока	% (напр., 70%)	Процент яркости, сохраняемый после времени.	Указывает на сохранение яркости при долгосрочном использовании.
  Смещение цвета	Δu′v′ или эллипс МакАдама	Степень изменения цвета во время использования.	Влияет на постоянство цвета в сценах освещения.
  Термическое старение	Деградация материала	Ухудшение из-за длительной высокой температуры.	Может вызвать падение яркости, изменение цвета или отказ разомкнутой цепи.

  Упаковка и материалы

  Термин	Распространенные типы	Простое объяснение	Особенности и применение
  Тип корпуса	EMC, PPA, Керамика	Материал корпуса, защищающий чип, обеспечивающий оптический/тепловой интерфейс.	EMC: хорошая термостойкость, низкая стоимость; Керамика: лучшее рассеивание тепла, более длительный срок службы.
  Структура чипа	Фронтальный, Flip Chip	Расположение электродов чипа.	Flip chip: лучшее рассеивание тепла, более высокая эффективность, для высокой мощности.
  Фосфорное покрытие	YAG, Силикат, Нитрид	Покрывает синий чип, преобразует часть в желтый/красный, смешивает в белый.	Различные фосфоры влияют на эффективность, CCT и CRI.
  Линза/Оптика	Плоская, Микролинза, TIR	Оптическая структура на поверхности, контролирующая распределение света.	Определяет угол обзора и кривую распределения света.

  Контроль качества и сортировка

  Термин	Содержимое бинов	Простое объяснение	Цель
  Бин светового потока	Код, напр. 2G, 2H	Сгруппировано по яркости, каждая группа имеет минимальные/максимальные значения люменов.	Обеспечивает равномерную яркость в той же партии.
  Бин напряжения	Код, напр. 6W, 6X	Сгруппировано по диапазону прямого напряжения.	Облегчает согласование драйвера, улучшает эффективность системы.
  Бин цвета	5-шаговый эллипс МакАдама	Сгруппировано по цветовым координатам, обеспечивая узкий диапазон.	Гарантирует постоянство цвета, избегает неравномерного цвета внутри устройства.
  Бин CCT	2700K, 3000K и т.д.	Сгруппировано по CCT, каждый имеет соответствующий диапазон координат.	Удовлетворяет различным требованиям CCT сцены.

  Тестирование и сертификация

  Термин	Стандарт/Тест	Простое объяснение	Значение
  LM-80	Тест поддержания светового потока	Долгосрочное освещение при постоянной температуре, запись спада яркости.	Используется для оценки срока службы светодиода (с TM-21).
  TM-21	Стандарт оценки срока службы	Оценивает срок службы в реальных условиях на основе данных LM-80.	Обеспечивает научный прогноз срока службы.
  IESNA	Общество инженеров по освещению	Охватывает оптические, электрические, тепловые методы испытаний.	Признанная отраслью основа для испытаний.
  RoHS / REACH	Экологическая сертификация	Гарантирует отсутствие вредных веществ (свинец, ртуть).	Требование доступа на рынок на международном уровне.
  ENERGY STAR / DLC	Сертификация энергоэффективности	Сертификация энергоэффективности и производительности для освещения.	Используется в государственных закупках, программах субсидий, повышает конкурентоспособность.