Техническая документация LTS-547AJG - 0.52-дюймовый AlInGaP зеленый светодиодный индикатор - Высота цифры 13.2 мм - Напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTS-547AJG — это высокопроизводительный одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой индикаторный модуль, предназначенный для применений, требующих четкого и яркого отображения цифр. Его основная функция — обеспечение высокочитаемого цифрового показания. В основе технологии лежит использование полупроводникового материала AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) для светоизлучающих чипов, который известен своей способностью создавать высокоэффективный зеленый свет. Устройство имеет серый лицевой экран с белой разметкой сегментов, что оптимизирует контрастность для улучшения читаемости при различных условиях освещения. Конструкция выполнена по схеме с общим катодом, что означает, что все катоды отдельных светодиодных сегментов соединены внутри с общими выводами, упрощая проектирование схемы управления. Данный индикатор классифицируется как бессвинцовый компонент, соответствующий экологическим директивам, таким как RoHS.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Дисплей предлагает несколько ключевых преимуществ, делающих его подходящим для широкого спектра промышленных и потребительских применений. Его высокая яркость и отличная контрастность обеспечивают видимость даже в условиях яркого освещения. Широкий угол обзора позволяет считывать отображаемый символ с различных позиций без значительной потери яркости или четкости. Устройство обладает надежностью твердотельной технологии, то есть не имеет движущихся частей и устойчиво к ударам и вибрациям по сравнению с другими технологиями отображения. Для него характерно низкое энергопотребление, что делает его идеальным для устройств с питанием от батарей или энергоэффективных приборов. Непрерывные, однородные сегменты обеспечивают чистый и профессиональный внешний вид символов. Типичные целевые рынки включают контрольно-измерительное оборудование, промышленные панели управления, медицинские приборы, автомобильные приборные панели (для вторичных дисплеев), бытовую технику и любые электронные устройства, требующие компактного и надежного цифрового индикатора.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических и оптических параметров, указанных в техническом описании. Понимание этих параметров имеет решающее значение для правильного проектирования схемы и обеспечения долгосрочной надежности.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

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

• Рассеиваемая мощность на сегмент:максимум 70 мВт. Это максимальная мощность, которая может безопасно 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:максимум 60 мА, но только при определенных импульсных условиях (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс). Этот параметр предназначен для кратковременных импульсов высокого тока, используемых в схемах мультиплексирования, а не для непрерывной работы на постоянном токе.
• Непрерывный прямой ток на сегмент:максимум 25 мА при 25°C. Это ключевой параметр для проектирования тока постоянного смещения. Критически важно, что этот параметр линейно снижается выше 25°C со скоростью 0.33 мА/°C. Например, при температуре окружающей среды (Ta) 85°C максимально допустимый непрерывный ток составит: 25 мА - ((85°C - 25°C) * 0.33 мА/°C) = 25 мА - 19.8 мА =5.2 мА. Это снижение номинала имеет важное значение для управления тепловым режимом.
• Обратное напряжение на сегмент:максимум 5 В. Приложение обратного напряжения смещения выше этого значения может вызвать пробой и отказ светодиодного перехода.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения:от -35°C до +105°C. Устройство может функционировать и храниться в этом широком температурном диапазоне.
• Температура пайки:максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Это критически важно для процессов волновой пайки или оплавления, чтобы предотвратить повреждение пластикового корпуса или внутренних соединений.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные рабочие параметры, измеренные при Ta=25°C и указанных условиях испытаний. Они определяют ожидаемую производительность устройства.

• Средняя сила света (I_V):320 мккд (мин), 750 мккд (тип.) при I_F=1мА. Это мера светового потока. Широкий диапазон указывает на процесс сортировки; устройства классифицируются на основе фактически измеренной интенсивности.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p):571 нм (тип.) при I_F=20мА. Это длина волны, на которой интенсивность излучаемого света является наибольшей, что помещает его в зеленую область видимого спектра.
• Полуширина спектральной линии (Δλ):15 нм (тип.). Это указывает на спектральную чистоту или разброс излучаемых длин волн. Значение 15 нм является типичным для зеленого светодиода AlInGaP, что дает относительно чистый зеленый цвет.
• Доминирующая длина волны (λ_d):572 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, которая лучше всего соответствует цвету излучаемого света, очень близкая к пиковой длине волны.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F):2.05В (мин), 2.6В (макс.) при I_F=20мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления могла обеспечить достаточное напряжение для преодоления этого падения при желаемом токе. Изменение требует использования методов управления с ограничением тока, а не напряжения.
• Обратный ток на сегмент (I_R):100 мкА (макс.) при V_R=5В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда светодиод находится под обратным смещением в пределах своего максимального номинала.
• Коэффициент соответствия силы света (I_V-m):2:1 (макс.). Это определяет максимально допустимое соотношение между самым ярким и самым тусклым сегментом в одном устройстве при работе в одинаковых условиях (I_F=1мА). Соотношение 2:1 обеспечивает равномерный внешний вид цифры.

3. Объяснение системы сортировки

В техническом описании указано, что устройство \"Классифицировано по силе света\". Это относится к процессу сортировки, выполняемому во время производства. Из-за присущих вариаций в процессе эпитаксиального роста полупроводника и изготовления чипов светодиоды из одной производственной партии могут иметь слегка различные оптические и электрические характеристики. Чтобы обеспечить согласованность для конечного пользователя, производители тестируют и сортируют (распределяют по бинам) светодиоды в группы с близко совпадающими параметрами. Для LTS-547AJG основным параметром сортировки являетсяСила света, о чем свидетельствуют значения Мин (320 мккд) и Тип. (750 мккд). Устройства тестируются в стандартных условиях (I_F=1мА) и группируются по бинам интенсивности. Заказчики могут заказывать определенные бины для применений, требующих точного соответствия яркости на нескольких дисплеях. Прямое напряжение (V_F) также имеет указанный диапазон (от 2.05В до 2.6В), что может включать вторичную сортировку или гарантируется как максимальная/минимальная спецификация.

4. Анализ характеристических кривых

Хотя предоставленный фрагмент PDF упоминает \"Типичные электрические / оптические характеристические кривые\" на последней странице, конкретные кривые не включены в предоставленный текст. Как правило, такое техническое описание включает графики, необходимые для углубленного анализа конструкции. Основываясь на стандартных соглашениях для технических описаний светодиодов, ожидаются следующие кривые, и их анализ представлен ниже:

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

Этот график показывает зависимость тока, протекающего через светодиод, от напряжения на нем. Для светодиода это экспоненциальная кривая. \"Коленное\" напряжение — это точка, в которой ток начинает значительно увеличиваться — оно близко к типичному V_F2.6В при 20мА. Кривая демонстрирует, почему светодиоды должны управляться источником с ограничением тока; небольшое увеличение напряжения за коленом приводит к большому, потенциально разрушительному, увеличению тока. Наклон кривой также связан с динамическим сопротивлением светодиода.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Этот график показывает, как световой поток (интенсивность) увеличивается с увеличением тока управления. Для светодиодов AlInGaP зависимость, как правило, линейна в умеренном диапазоне токов, но может быть сублинейной при очень высоких токах из-за снижения эффективности (нагрев и другие нерадиационные эффекты). Эта кривая помогает разработчикам выбрать рабочий ток, обеспечивающий требуемую яркость без чрезмерной нагрузки на светодиод или снижения его эффективности.

4.3 Зависимость относительной силы света от температуры окружающей среды

Это одна из наиболее критичных кривых для надежности. Она показывает, как световой поток уменьшается с увеличением температуры окружающей среды (или перехода). Светодиоды AlInGaP особенно чувствительны к температуре, причем выходная мощность значительно падает при повышении температуры. Эта кривая в сочетании со спецификацией снижения номинала тока информирует о решениях по тепловому управлению. Если дисплей используется в горячей среде, ток, возможно, потребуется уменьшить (снижение номинала), и ожидаемая яркость будет ниже.

4.4 Спектральное распределение

График, отображающий относительную интенсивность в зависимости от длины волны. Он показал бы пик около 571-572 нм с характерной шириной (полуширина 15 нм). Эта кривая подтверждает зеленую цветовую точку и важна для применений, где требуются определенные цветовые координаты.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство имеет стандартный одноразрядный семисегментный контур. Ключевые размеры из чертежа (не полностью детализированные в тексте) обычно включают общую высоту, ширину и глубину, высоту цифры (указана как 0.52 дюйма или 13.2 мм), размеры сегментов и шаг выводов (пинов). В примечаниях указано, что все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если не указано иное. Конкретное примечание упоминает допуск смещения кончика вывода +0.4 мм, что важно для размещения отверстий на печатной плате и процессов волновой пайки для обеспечения правильного выравнивания.

5.2 Распиновка и идентификация полярности

Дисплей имеет 10 выводов с шагом 0.1 дюйма (2.54 мм), расположенных в два ряда. Предоставлена таблица соединений выводов:

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

Устройство использует конфигурацию собщим катодом. Имеется два общих катодных вывода (3 и 8), которые соединены внутри. Это обеспечивает гибкость в разводке печатной платы и может помочь распределить ток. Чтобы зажечь сегмент, его соответствующий анодный вывод должен быть подключен к положительному напряжению относительно общего катода(ов), который должен быть подключен к земле (или более низкому напряжению). Десятичная точка — это отдельный светодиод со своим собственным анодом (вывод 5).

5.3 Внутренняя принципиальная схема

Схема, предоставленная в техническом описании, визуально подтверждает архитектуру с общим катодом. Она показывает восемь независимых светодиодных чипов (сегменты A-G плюс десятичная точка). Все катоды (отрицательные стороны) соединены вместе и выведены на выводы 3 и 8. Каждый анод (положительная сторона) выведен на свой соответствующий вывод. Эта схема необходима для понимания того, как подключить дисплей к микроконтроллеру или драйверной ИС.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Соблюдение этих рекомендаций имеет решающее значение для предотвращения повреждений во время процесса сборки печатной платы.

• Метод пайки:Устройство подходит для процессов волновой пайки или пайки оплавлением.
• Температурный профиль:Абсолютная максимальная температура пайки составляет 260°C. Эта температура не должна превышаться на стыке вывода/пайки. Для оплавления подходит стандартный профиль для бессвинцовых сборок (пиковая температура ~245-250°C), но время выше температуры ликвидуса должно контролироваться.
• Время воздействия:Максимальное время воздействия при пиковой температуре составляет 3 секунды. Длительное воздействие может расплавить пластиковый корпус или повредить внутренние проволочные соединения.
• Точка измерения:Температура измеряется на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки (точка, где вывод выходит из пластикового корпуса). Это часто холоднее, чем температура контактной площадки на печатной плате.
• Очистка:Если требуется очистка, используйте растворители, совместимые с материалом пластикового корпуса светодиода, чтобы избежать растрескивания или помутнения.
• Обращение:Избегайте механических нагрузок на выводы. Используйте надлежащие меры предосторожности от электростатического разряда (ESD) во время обращения и сборки.
• Условия хранения:Храните в сухой, антистатической среде в указанном температурном диапазоне (от -35°C до +105°C). Избегайте воздействия чрезмерной влажности; если устройства хранятся в условиях высокой влажности, перед пайкой может потребоваться прогрев для предотвращения \"вспучивания\" во время оплавления.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы применения

LTS-547AJG требует внешнего механизма ограничения тока. Самый простой метод управления использует вывод GPIO микроконтроллера, подключенный к аноду сегмента через токоограничивающий резистор, с общим катодом, подключенным к земле. Значение резистора рассчитывается по формуле R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Для питания 5В и желаемого I_F20мА с типичным V_F2.6В: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ом. Будет использован резистор 120 Ом. Для мультиплексирования нескольких разрядов используются специальные драйверные ИС (такие как MAX7219 или TM1637) или транзисторные сборки для стока более высокого суммарного катодного тока.

7.2 Соображения по проектированию

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательные резисторы или драйверы постоянного тока. Никогда не подключайте светодиод напрямую к источнику напряжения.
• Мультиплексирование:При управлении несколькими разрядами пиковый импульсный ток (60мА при скважности 1/10) может использоваться для анодов сегментов, но средний ток на сегмент не должен превышать номинальный непрерывный постоянный ток при усреднении по времени.
• Рассеивание тепла:Учитывайте рабочую среду. Если дисплей находится в закрытом пространстве или при высокой температуре окружающей среды, соответственно снижайте рабочий ток, используя правило 0.33 мА/°C, чтобы обеспечить долговечность.
• Угол обзора:Широкий угол обзора является преимуществом, но для оптимальной читаемости расположите дисплей так, чтобы линия взгляда типичного наблюдателя была примерно перпендикулярна лицевой панели.
• Разводка печатной платы:Убедитесь, что посадочное место соответствует габаритному чертежу. Два общих катодных вывода могут быть соединены на печатной плате, чтобы уменьшить сопротивление дорожек и улучшить распределение тока.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с другими технологиями семисегментных индикаторов, LTS-547AJG предлагает конкретные преимущества:

• По сравнению с красными светодиодами GaAsP или GaP:Технология AlInGaP предлагает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к более ярким дисплеям при том же токе управления. Зеленый свет (около 570 нм) также находится вблизи пика чувствительности кривой фотопического зрения человека, что субъективно делает его ярче красного при той же излучаемой мощности.
• По сравнению с ЖК-дисплеями:Светодиоды являются излучающими (сами производят свет), что делает их четко видимыми в темноте без подсветки. Они имеют гораздо более быстрое время отклика, более широкий рабочий температурный диапазон и не подвержены остаточному изображению или медленному отклику при низких температурах.
• По сравнению с ВФД (вакуумно-люминесцентными дисплеями):Светодиоды более прочные, требуют гораздо более низких рабочих напряжений (3-5В против 20-50В для ВФД) и имеют более простую схему управления. Они также не требуют питания накала.
• Среди дисплеев на основе AlInGaP:Ключевыми отличительными особенностями LTS-547AJG являются его конкретная высота цифры 0.52\", конфигурация с общим катодом, дизайн серого экрана/белых сегментов для контраста и его гарантированная классификация по силе света, обеспечивающая определенный уровень согласованности яркости.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью логики 3.3В?

О: Да, но вы должны проверить прямое напряжение. При типичном V_F2.6В запас составляет всего 0.7В (3.3В - 2.6В). Токоограничивающий резистор будет очень маленьким: R = (3.3 - 2.6)/0.02 = 35 Ом. При низких токах (например, 5мА) это работает нормально. Для полной яркости при 20мА убедитесь, что ваша шина 3.3В стабильна и может обеспечить ток. Для систем 3.3В рекомендуется драйвер постоянного тока.

В2: Почему два общих катодных вывода?

О: Два вывода используются для распределения общего катодного тока, который может быть суммой до 8 сегментов (если все включены). Это снижает плотность тока в одном выводе/дорожке печатной платы, повышает надежность и обеспечивает гибкость разводки.

В3: Как рассчитать энергопотребление дисплея?

О: Для одного сегмента: P = V_F* I_F. При типичных 20мА и 2.6В, P_сегмента = 52 мВт. Для всей цифры со всеми 7 включенными сегментами (без десятичной точки), P_общая ≈ 7 * 52 мВт = 364 мВт. Всегда убеждайтесь, что это ниже общей способности рассеивания корпуса, учитывая тепловое снижение номинала.

В4: Что означает \"бессвинцовый корпус\" для моего процесса сборки?

О: Выводы устройства покрыты покрытием, совместимым с бессвинцовой пайкой (например, олово-серебро-медь). Во время сборки вы должны использовать бессвинцовую паяльную пасту и соответствующий более высокотемпературный профиль оплавления (пик ~245-250°C).

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Проектирование простого цифрового термометра для домашней/уличной метеостанции. Устройство должно отображать температуру от -35°C до 105°C (соответствует рабочему диапазону дисплея). Оно будет работать от батареи для портативности.

Выбор конструкции:

1. Выбор дисплея:LTS-547AJG подходит благодаря широкому температурному диапазону, высокой яркости (читаемость на улице) и низкому энергопотреблению (важно для времени работы от батареи). Зеленый цвет щадит глаза.

2. Схема управления:Используйте малопотребляющий микроконтроллер (например, ARM Cortex-M0+ или PIC) в спящем режиме большую часть времени, просыпаясь для обновления дисплея. Для экономии энергии и выводов используйте специальную драйверную ИС светодиодов со встроенным мультиплексированием и выходами постоянного тока. Это позволяет эффективно управлять несколькими разрядами (для десятков и единиц).

3. Установка тока:Для использования в помещении установите ток сегмента на 5-10 мА для экономии заряда батареи. Для использования на улице при ярком свете кнопка может временно увеличивать ток до 15-20 мА для максимальной яркости. Настройка тока драйверной ИС должна быть запрограммирована соответствующим образом.

4. Тепловые соображения:Если блок размещен под прямыми солнечными лучами, внутренняя температура может превысить 50°C. Согласно формуле снижения номинала, при 50°C максимальный непрерывный ток составляет 25 мА - ((50-25)*0.33) = 25 - 8.25 = 16.75 мА. Наша максимальная установка 20мА превысила бы это, поэтому конструкция должна ограничивать режим \"высокой яркости\" скважностью или длительностью импульса, чтобы поддерживать средний ток в пределах сниженного номинала при высоких температурах окружающей среды.

11. Введение в технологию

LTS-547AJG основан наAlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия)полупроводниковой технологии. Эта материальная система выращивается эпитаксиально нанепрозрачной подложке GaAs (арсенид галлия). AlInGaP является полупроводником с прямой запрещенной зоной, энергия запрещенной зоны которого может настраиваться путем изменения соотношений алюминия, индия, галлия и фосфора. Для зеленого излучения около 570-580 нм используются определенные составы. Непрозрачная подложка GaAs поглощает часть генерируемого света, что является недостатком по сравнению с устройствами, использующими прозрачные подложки (например, GaP для некоторых старых зеленых светодиодов). Однако современные процессы AlInGaP-on-GaAs достигают очень высокой внутренней квантовой эффективности, и свет излучается в основном с верхней поверхности чипа. Серый экран и белые сегменты корпуса не являются частью полупроводника; они являются частью пластиковой литьевой формы. Серый экран уменьшает отражение окружающего света, в то время как белые сегменты рассеивают зеленый свет от нижележащего светодиодного чипа, создавая однородный, яркий внешний вид сегмента.

12. Технологические тренды

Область светодиодных дисплеев продолжает развиваться. Для дискретных семисегментных индикаторов, таких как LTS-547AJG, тренды сосредоточены на повышении эффективности, увеличении яркости и расширении цветового охвата. В то время как AlInGaP доминирует в высокоэффективном красном, оранжевом, янтарном и зеленом спектре, новые материалы, такие как InGaN (нитрид индия-галлия), теперь способны производить эффективные зеленые и даже желтые светодиоды, потенциально предлагая различные цветовые точки и характеристики эффективности. Также наблюдается тенденция к более высокой интеграции, например, дисплеи со встроенными контроллерами (интерфейсы I2C или SPI), которые кардинально упрощают интерфейс с микроконтроллером. Кроме того, спрос на все более низкое энергопотребление стимулирует разработку светодиодов, обеспечивающих полезную яркость при токах ниже 1 мА для устройств Интернета вещей со сверхнизким энергопотреблением. Экологические нормы продолжают требовать устранения опасных веществ помимо свинца, влияя на материалы покрытий и упаковки.