Техническая документация на светодиодный индикатор LTS-2801AJR - Высота цифры 0.28 дюйма - Супер красный цвет - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTS-2801AJR — это высокопроизводительный одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль. Его основная функция — обеспечение четкого и надежного отображения цифр и ограниченного набора буквенно-цифровых символов в электронных устройствах. Основная область применения — маломощные измерительные приборы, потребительская электроника, панели управления промышленного оборудования и любые устройства, требующие яркого, легко читаемого цифрового индикатора.

Устройство построено на основе передовой технологии светодиодов AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Эта система полупроводниковых материалов известна своей высокой эффективностью и превосходной чистотой цвета в красно-оранжевом и янтарном спектре. Использование прозрачной подложки GaAs дополнительно повышает эффективность вывода света, способствуя высокой яркости дисплея. Дисплей имеет серую лицевую панель с белой разметкой сегментов, что обеспечивает высокую контрастность при их подсветке, улучшая читаемость при различных условиях освещения.

Определяющей характеристикой данного дисплея является его оптимизация для работы при низких токах. Он специально тестируется и отбирается для исключительно хорошей работы при токах накачки всего от 1 мА на сегмент, что делает его идеальным для устройств с питанием от батарей или энергочувствительных приложений. Сегменты также подобраны для обеспечения одинаковой силы света при этих низких токах, гарантируя равномерный вид цифры.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Размер цифры:Высота символа составляет 0.28 дюйма (7.0 мм), что обеспечивает компактную, но хорошо читаемую область отображения.
• Качество сегментов:Обеспечивает непрерывное, равномерное свечение по всей площади каждого сегмента без видимых зазоров или "горячих точек".
• Энергоэффективность:Спроектирован для работы при очень низком энергопотреблении, позволяя работать от 1 мА на сегмент и выше.
• Оптические характеристики:Обеспечивает превосходный вид символов благодаря высокой яркости и высокой контрастности на сером фоне.
• Угол обзора:Обеспечивает широкий угол обзора благодаря конструкции светодиодного кристалла и дизайну корпуса.
• Надежность:Обладает надежностью твердотельного устройства без движущихся частей и длительным сроком службы, характерным для светодиодной технологии.
• Стабильность параметров:Устройства категоризируются (рассортировываются по бинам) по силе света, что гарантирует предсказуемые уровни яркости в производстве.

2. Подробный анализ технических характеристик

В этом разделе представлен детальный объективный анализ технических параметров устройства, определенных в техническом описании. Понимание этих спецификаций имеет решающее значение для правильного проектирования схемы и обеспечения надежной работы.

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

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

• Рассеиваемая мощность на сегмент:Максимум 70 мВт. Превышение этого значения может привести к перегреву и ускоренной деградации светодиодного кристалла.
• Пиковый прямой ток на сегмент:Максимум 90 мА, но только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Это позволяет кратковременно достигать высокой яркости, например, в мультиплексированных дисплеях или для стробоскопических эффектов.
• Постоянный прямой ток на сегмент:Максимум 25 мА при 25°C. Этот параметр линейно снижается на 0.33 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды (Ta) выше 25°C. Например, при 50°C максимальный постоянный ток составит примерно 25 мА - (0.33 мА/°C * 25°C) = 16.75 мА.
• Обратное напряжение на сегмент:Максимум 5 В. Светодиоды имеют низкое напряжение обратного пробоя. Превышение этого значения может вызвать мгновенный отказ p-n перехода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +85°C. Устройство рассчитано на промышленный температурный диапазон.
• Температура пайки:Выдерживает максимум 260°C в течение до 3 секунд, измеряется на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это критически важно для процессов пайки оплавлением.

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

Это типичные рабочие параметры в указанных условиях испытаний. Проектирование должно основываться на этих значениях.

• Средняя сила света (I_V):Составляет от 200 мккд (мин.) до 480 мккд (тип.) при прямом токе (I_F) 1 мА. Это подтверждает его пригодность для приложений с очень низким током. Сила света будет масштабироваться с током.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):Обычно 639 нм. Это длина волны, на которой оптическая мощность излучения наибольшая, что помещает его в область спектра "супер красного" цвета.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):Обычно 20 нм. Это указывает на спектральную чистоту; более узкая ширина означает более монохроматический (чистый) цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):Обычно 631 нм. Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая может незначительно отличаться от пиковой длины волны.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):Составляет от 2.0 В (мин.) до 2.6 В (тип.) при I_F=20 мА. Это падение напряжения на светодиоде при его свечении. Ограничивающий резистор всегда требуется последовательно с каждым сегментом или общим анодом.
• Обратный ток на сегмент (I_R):Максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5 В. Это небольшой ток утечки, когда светодиод смещен в обратном направлении.
• Коэффициент согласования силы света (I_V-m):Максимум 2:1 при I_F=1 мА. Это означает, что яркость самого тусклого сегмента будет не менее половины яркости самого яркого сегмента в пределах одной цифры, обеспечивая равномерность.

Примечание по измерению:Сила света измеряется с использованием датчика и фильтра, откалиброванных по фотопической функции светимости CIE, которая аппроксимирует чувствительность человеческого глаза.

3. Система бинирования и категоризации

В техническом описании указано, что устройства "категоризированы по силе света". Это относится к распространенной практике в производстве светодиодов, известной как "бинирование".

• Бинирование по силе света:Из-за естественных вариаций в процессе эпитаксиального роста полупроводника и изготовления, светодиоды из одной производственной партии могут иметь несколько разную яркость. Производители тестируют каждое устройство и сортируют их по разным "бинам" на основе измеренной силы света при стандартном испытательном токе (например, 1 мА или 20 мА). Это позволяет клиентам выбрать бин, соответствующий их конкретным требованиям к яркости, обеспечивая единообразие внешнего вида конечного продукта. Типичное значение I_Vдля LTS-2801AJR в 480 мккд, вероятно, представляет собой конкретный бин или центр распределения.
• Бинирование по прямому напряжению:Хотя для данной детали это явно не упоминается, также распространено бинирование светодиодов по прямому напряжению (V_F). Это важно для конструкций, где напряжение питания строго ограничено или где критически важно точное согласование тока между несколькими светодиодами.
• Бинирование по длине волны:Для приложений, критичных к цвету, светодиоды также сортируются по доминирующей или пиковой длине волны, чтобы обеспечить постоянный оттенок. Узкие типичные значения для λ_p(639 нм) и λ_d(631 нм) свидетельствуют о хорошей внутренней цветовой стабильности данной технологии AlInGaP.

4. Анализ характеристических кривых

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.

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Этот график показывает, как световой выход увеличивается с ростом прямого тока. Обычно он нелинейный, особенно при очень низких токах. Кривая подтверждает работоспособность устройства при 1 мА и показывает прирост яркости, достижимый за счет увеличения тока до максимального значения.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Эта кривая показывает взаимосвязь между напряжением на светодиоде и током, протекающим через него. Она необходима для расчета значения ограничивающего резистора. Кривая по своей природе экспоненциальна, но для целей проектирования используется типичное V_Fпри предполагаемом рабочем токе.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Световой выход светодиода уменьшается с ростом температуры перехода. Эта кривая критически важна для понимания теплового снижения параметров. Линейное снижение, указанное для постоянного тока (0.33 мА/°C), является практическим упрощением этой зависимости для предотвращения перегрева.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную оптическую мощность в зависимости от длины волны. Он иллюстрирует пик при ~639 нм и полуширину 20 нм, подтверждая узкое, чистое красное излучение.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство имеет стандартный корпус одноразрядного семисегментного светодиодного индикатора. Ключевые размерные примечания из технического описания:

• Все основные размеры указаны в миллиметрах (мм).
• Стандартный допуск на размеры составляет ±0.25 мм (что эквивалентно ±0.01 дюйма).
• Конкретные размеры (не указанные в текстовом отрывке) определяли бы общую длину, ширину и высоту корпуса, размер окна цифры, расстояние между выводами (контактами), а также длину и диаметр выводов. Они критически важны для проектирования посадочного места на печатной плате и механического соответствия внутри корпуса устройства.

5.2 Подключение выводов и полярность

LTS-2801AJR — это дисплей собщим анодом. Это означает, что аноды (положительные стороны) всех светодиодных сегментов соединены внутри с общими выводами. Катоды (отрицательные стороны) отдельных сегментов выведены на отдельные выводы.

Распиновка (10-выводная конфигурация):

1. Вывод 1: Катод сегмента E
2. Вывод 2: Катод сегмента D
3. Вывод 3: Общий анод 1
4. Вывод 4: Катод сегмента C
5. Вывод 5: Катод десятичной точки (D.P.)
6. Вывод 6: Катод сегмента B
7. Вывод 7: Катод сегмента A
8. Вывод 8: Общий анод 2
9. Вывод 9: Катод сегмента G
10. Вывод 10: Катод сегмента F

Внутренняя принципиальная схема:На схеме показано, что два общих анодных вывода (3 и 8) соединены внутри. Эта конструкция с двумя анодами помогает распределять ток и может использоваться для резервирования или в определенных схемах мультиплексирования. Все катоды сегментов и катод десятичной точки независимы.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Соблюдение этих рекомендаций необходимо для обеспечения надежности и предотвращения повреждений в процессе сборки.

• Пайка оплавлением:Устройство выдерживает пиковую температуру 260°C в течение максимум 3 секунд. Эту температуру следует измерять на расстоянии 1.6 мм ниже корпуса (плоскости установки на печатной плате). Стандартные профили бессвинцовой пайки оплавлением (IPC/JEDEC J-STD-020) обычно применимы, но конкретный предел 260°C/3с должен соблюдаться.
• Ручная пайка:Если необходима ручная пайка, используйте паяльник с регулировкой температуры. Ограничьте время контакта на каждый вывод до 3-5 секунд, чтобы предотвратить чрезмерную передачу тепла к светодиодному кристаллу через выводы.
• Очистка:Используйте подходящие, неагрессивные растворители для очистки после пайки. Избегайте ультразвуковой очистки, если не подтверждена ее безопасность для данного корпуса.
• Меры предосторожности от ЭСР (электростатического разряда):Хотя это явно не указано, светодиоды являются полупроводниковыми приборами и могут быть чувствительны к ЭСР. Рекомендуются стандартные процедуры обращения с ЭСР (заземленные рабочие места, антистатические браслеты) во время сборки.
• Условия хранения:Храните в оригинальной влагозащищенной упаковке в среде в пределах указанного диапазона температур хранения (от -35°C до +85°C) и при низкой влажности, чтобы предотвратить окисление выводов.

7. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

7.1 Типовые схемы включения

Прямое управление от микроконтроллера:Для дисплея с общим анодом общие выводы подключаются к положительному напряжению питания (например, +5В) через ограничивающий резистор или, что более распространено, к выводу GPIO микроконтроллера, сконфигурированному как выход, установленный в логическую "единицу" (или управляются через PNP-транзистор для более высокого тока). Каждый катодный вывод сегмента подключается к выводу GPIO микроконтроллера. Чтобы зажечь сегмент, соответствующий катодный вывод переводится в логический "ноль" (земля), замыкая цепь.

Расчет ограничивающего резистора:Это обязательно для каждого подключения общего анода или каждого катода сегмента (в зависимости от топологии управления). Используя типичное прямое напряжение (V_F= 2.6 В) и желаемый прямой ток (I_F), значение резистора R рассчитывается по закону Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В и I_F=10 мА: R = (5В - 2.6В) / 0.01А = 240 Ом. Номинальная мощность резистора должна быть не менее I_F²* R.

7.2 Соображения при проектировании

• Мультиплексирование:Для управления несколькими разрядами с меньшим количеством выводов микроконтроллера используется мультиплексирование. Разряды включаются по одному с высокой скоростью (например, 1-5 мс на разряд). Способность LTS-2801AJR выдерживать пиковые токи (90 мА импульсный) делает его подходящим для мультиплексированных приложений, где мгновенная яркость должна быть выше, чтобы компенсировать уменьшенную скважность.
• Низкопотребляющее проектирование:Используйте возможность работы при 1 мА для устройств с батарейным питанием. При 1 мА на сегмент и питании 5В потребляемая мощность на один горящий сегмент составляет примерно (5В - 2.6В) * 0.001А = 2.4 мВт.
• Угол обзора:Размещайте дисплей с учетом его широкого угла обзора, чтобы обеспечить читаемость для конечного пользователя.
• Теплоотвод:В приложениях, работающих при высоком постоянном токе или в условиях высокой температуры окружающей среды, обеспечьте адекватную вентиляцию. Соблюдайте кривую снижения тока выше 25°C.

8. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя прямое сравнение с другими номерами деталей не предоставлено, ключевые отличительные особенности LTS-2801AJR можно вывести из его характеристик:

• По сравнению со стандартными красными светодиодами GaAsP/GaP:Использование технологии AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу (больше светового потока на мА тока) и лучшую чистоту цвета (более насыщенный красный) по сравнению со старыми материалами светодиодов. Это приводит к более высокой яркости и меньшему энергопотреблению.
• По сравнению с дисплеями с большими цифрами:Цифра высотой 0.28 дюйма предлагает баланс между размером и читаемостью, подходит для компактных устройств, где более крупный дисплей (например, 0.5 дюйма или 1 дюйм) был бы физически нецелесообразен.
• По сравнению с дисплеями без тестирования на низких токах:Явное тестирование и отбор на отличные характеристики при низком токе (1 мА) являются ключевой особенностью. Не все семисегментные дисплеи гарантируют равномерную яркость и правильную работу при таких низких уровнях управления.
• По сравнению с дисплеями с общим катодом:Конфигурация с общим анодом часто предпочтительнее при подключении к микроконтроллерам, которые лучше отдают ток, чем принимают его (хотя многие современные МК симметричны). Выбор зависит от конструкции схемы управления.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую от системы на микроконтроллере с напряжением 3.3В?

О: Да, но вы должны пересчитать ограничивающий резистор. Используя V_{питания}=3.3В, V_F=2.6В и I_F=5 мА: R = (3.3В - 2.6В) / 0.005А = 140 Ом. Убедитесь, что световой выход при 5 мА достаточен для вашего приложения.

В: Почему есть два общих анодных вывода (3 и 8)?

О: Они соединены внутри. Это обеспечивает гибкость в трассировке печатной платы и помогает распределить общий анодный ток (который является суммой токов всех горящих сегментов) между двумя выводами, уменьшая плотность тока на каждый вывод и повышая надежность.

В: В чем разница между пиковой длиной волны (639 нм) и доминирующей длиной волны (631 нм)?

О: Пиковая длина волны — это та, на которой физическая оптическая мощность излучения наибольшая. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны, которая создавала бы такое же цветовое восприятие для человеческого глаза, рассчитанная на основе полного спектра. Чувствительность человеческого глаза влияет на этот расчет, заставляя значения различаться.

В: Как отобразить десятичную точку?

О: Десятичная точка — это отдельный светодиод со своим катодом на выводе 5. Чтобы зажечь ее, подключите общие аноды к V+ и переведите вывод 5 на землю (через ограничивающий резистор, общий с сегментами или отдельный).

10. Практический пример применения

Сценарий: Проектирование простого цифрового термометра с батарейным питанием.

1. Выбор компонентов:LTS-2801AJR выбран за работу при низком токе для максимального увеличения срока службы батареи. Выбран микроконтроллер как минимум с 8 выводами ввода-вывода (7 для сегментов, 1 для управления общим анодом).
2. Проектирование схемы:Общие анодные выводы (3 и 8) соединены вместе и затем подключены к выводу GPIO микроконтроллера через PNP-транзистор (чтобы выдерживать суммарный ток сегментов, если все включены). Каждый катод сегмента (выводы 1,2,4,5,6,7,9,10) подключен к отдельному выводу GPIO микроконтроллера. Ограничивающий резистор установлен между положительной шиной питания микроконтроллера и эмиттером PNP-транзистора (или последовательно с каждым катодом при прямом управлении). Значение рассчитывается для желаемой яркости, например, при 2 мА на сегмент.
3. Программное обеспечение:Микроконтроллер считывает показания датчика температуры, преобразует значение в десятичное число и ищет соответствующие шаблоны сегментов (например, в таблице "7-сегментного шрифта"). Затем он переводит соответствующие катодные выводы в низкий уровень, одновременно устанавливая вывод управления общим анодом в высокий уровень для отображения цифры.
4. Результат:Четкий, читаемый дисплей температуры с минимальным энергопотреблением, подходящий для портативного устройства.

11. Введение в принцип технологии

Основная технология — это светодиод AlInGaP. Свет генерируется в процессе, называемом электролюминесценцией. Когда прямое напряжение прикладывается к полупроводниковому P-N переходу, электроны из материала N-типа рекомбинируют с дырками из материала P-типа в активной области. Эта рекомбинация высвобождает энергию в виде фотонов (частиц света). Конкретная длина волны (цвет) света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, которая задается путем точного контроля соотношений алюминия, индия, галлия и фосфида во время роста кристалла. Прозрачная подложка GaAs позволяет большему количеству генерируемого света выходить из кристалла по сравнению с поглощающими подложками, увеличивая общую внешнюю эффективность. Свет от этих крошечных кристаллов затем формируется и направляется пластиковым корпусом, образуя узнаваемый семисегментный рисунок.

12. Отраслевые тенденции и разработки

Эволюция семисегментных индикаторов следует более широким тенденциям светодиодных технологий. Хотя базовая форм-фактор остается неизменно полезной, лежащая в основе технология продолжает развиваться. Сам AlInGaP представлял собой значительный скачок по сравнению со старыми материалами. Текущие тенденции могут включать:

• Еще более высокая эффективность:Постоянные исследования в области эпитаксиальных структур и методов вывода света направлены на получение большего количества люменов на ватт, что позволяет создавать более яркие дисплеи при том же токе или увеличивать срок службы батареи.
• Интеграция:Некоторые современные дисплеи интегрируют микросхему драйвера ("контроллер") непосредственно в корпус, упрощая интерфейс для системного проектировщика (хотя это более распространено в матричных и алфавитно-цифровых дисплеях, чем в базовых семисегментных).
• Альтернативные цвета и материалы:В то время как данная деталь использует AlInGaP для красного цвета, другие материалы, такие как InGaN, используются для синих, зеленых и белых светодиодов. Принцип работы при низком токе и высокой яркости применим ко всем этим технологиям.
• Повышенная долговечность для специфических условий:Для суровых условий окружающей среды разработки в области герметизации корпусов и материалов повышают устойчивость к влаге, химическим веществам и экстремальным температурам.

LTS-2801AJR, сфокусированный на проверенной технологии AlInGaP, оптимизированной для работы при низких токах, представляет собой зрелое, надежное и высокопрактичное решение в рамках этой постоянно развивающейся технологической среды.