Техническая спецификация светодиодного индикатора LTS-3403LJF - Высота цифры 0.8 дюйма - Жёлто-оранжевый цвет - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTS-3403LJF — это одноразрядный семисегментный алфавитно-цифровой дисплейный модуль, предназначенный для применений, требующих чёткой и надёжной цифровой или ограниченной алфавитно-цифровой индикации. Его основная функция — визуальный вывод цифровых данных с микроконтроллеров, логических схем или других драйверных микросхем. Ключевое преимущество устройства заключается в использовании технологии светодиодных чипов на основе фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), которая обеспечивает превосходную эффективность и чистоту цвета в жёлто-оранжевом спектре по сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP. Устройство имеет серую лицевую панель с белой разметкой сегментов, что обеспечивает отличный контраст для подсвеченных сегментов. Оно классифицировано по световому потоку, что гарантирует единообразие яркости между производственными партиями. Дисплей спроектирован для лёгкой интеграции, подходит для монтажа непосредственно на печатные платы (PCB) или в совместимые разъёмы, что делает его идеальным для панелей промышленного управления, измерительного оборудования, бытовой техники и приборов, где требуется одноразрядный индикатор.

1.1 Ключевые особенности и целевой рынок

LTS-3403LJF разработан с несколькими ключевыми особенностями, определяющими область его применения. Высота цифры 0.8 дюйма (20.32 мм) обеспечивает баланс между видимостью и компактностью, подходит для приборов с панельным монтажом, где важен как размер, так и читаемость. Непрерывные однородные сегменты обеспечивают целостный и профессиональный вид при свечении. Низкое энергопотребление и низкие требования к мощности делают его совместимым с устройствами на батарейках или системами, где критически важна энергоэффективность. Отличный внешний вид символов и широкий угол обзора являются прямым результатом технологии чипов AlInGaP и конструкции рассеивающей линзы, позволяя чётко считывать показания дисплея под разными углами. Присущая светодиодной технологии твердотельная надёжность обеспечивает длительный срок службы без изнашивающихся механических частей. Наконец, совместимость с интегральными схемами означает, что им можно управлять непосредственно выходами стандартной цифровой логики или через специализированные микросхемы драйверов дисплеев с соответствующими токоограничивающими резисторами. Целевой рынок включает разработчиков портативной электроники, встраиваемых систем, автомобильных приборных панелей (для некритичных индикаторов), медицинских устройств и любых электронных систем, требующих прочного, энергоэффективного цифрового дисплея.

2. Подробный анализ технических параметров

В спецификации представлены исчерпывающие электрические, оптические и тепловые характеристики, критически важные для правильного проектирования схемы и надёжной работы.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функции дисплея. Средняя сила света (Iv) указана с минимальным значением 320 мккд, типичным значением 900 мккд и без указания максимума, все измерения проводятся при прямом токе (If) 1 мА. Этот параметр указывает на воспринимаемую яркость одного сегмента. Низкий испытательный ток подчёркивает эффективность устройства. Цветовые характеристики определяются тремя параметрами длины волны. Пиковая длина волны излучения (λp) обычно составляет 611 нм, измеренная при If=20мА. Полуширина спектральной линии (Δλ) обычно составляет 17 нм, что указывает на спектральную чистоту или узость диапазона излучаемого света вокруг пика; меньшее значение означает более монохроматический цвет. Доминирующая длина волны (λd) обычно составляет 605 нм. Важно отметить, что сила света измеряется с использованием комбинации датчика и фильтра, аппроксимирующей кривую спектральной чувствительности глаза CIE, что обеспечивает соответствие измерений человеческому зрительному восприятию. Коэффициент соответствия силы света (Iv-m) указан как максимум 2:1, что означает, что разница в яркости между самым ярким и самым тусклым сегментом в одном устройстве не превысит коэффициент два, обеспечивая равномерный внешний вид.

2.2 Электрические параметры

Электрические характеристики определяют рабочие пределы и условия для светодиодных сегментов. Абсолютные максимальные рейтинги задают границы безопасной работы. Рассеиваемая мощность на сегмент составляет 70 мВт. Пиковый прямой ток на сегмент — 60 мА, но это допустимо только в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) для управления нагревом. Непрерывный прямой ток на сегмент составляет 25 мА при 25°C с коэффициентом снижения 0.33 мА/°C. Это означает, что максимально допустимый непрерывный ток уменьшается при повышении температуры окружающей среды выше 25°C для предотвращения перегрева. Обратное напряжение на сегмент — 5 В; превышение этого значения может повредить светодиодный переход. В стандартных рабочих условиях (Ta=25°C) прямое напряжение на сегмент (Vf) обычно составляет 2.6 В с максимумом 2.6 В при испытательном токе 10 мА. Минимум указан как 2.05 В. Обратный ток на сегмент (Ir) составляет максимум 100 мкА при приложенном обратном напряжении (Vr) 5 В, что указывает на ток утечки в выключенном состоянии.

2.3 Тепловые и экологические характеристики

Надёжность в различных условиях окружающей среды имеет решающее значение. Диапазон рабочих температур указан от -35°C до +85°C. Этот широкий диапазон позволяет дисплею работать в суровых условиях — от промышленных морозильных камер до горячих моторных отсеков. Диапазон температур хранения идентичен (-35°C до +85°C), определяя безопасные условия, когда устройство не находится под напряжением. Критическим параметром для сборки является температура пайки. В спецификации указано, что устройство может выдерживать температуру 260°C в течение 3 секунд в точке на 1/16 дюйма (примерно 1.59 мм) ниже плоскости установки. Это стандартная ссылка для процессов волновой пайки или пайки оплавлением, и разработчики должны убедиться, что профиль сборки их печатной платы не превышает эти пределы, чтобы избежать повреждения внутренних проводных соединений или самих светодиодных чипов.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство "классифицировано по силе света". Это относится к процессу сортировки, выполняемому во время производства. Из-за естественных вариаций в процессах эпитаксиального роста полупроводников и изготовления чипов светодиоды из одной производственной партии могут иметь незначительные различия в ключевых параметрах, таких как сила света и прямое напряжение. Чтобы обеспечить единообразие для конечного пользователя, производители тестируют каждое устройство и сортируют их в разные "бинны" на основе измеренных характеристик. LTS-3403LJF сортируется специально по силе света. Это означает, что когда разработчик заказывает партию этих дисплеев, разброс яркости от одного устройства к другому будет находиться в заранее определённом, контролируемом диапазоне (что подразумевается коэффициентом соответствия 2:1 внутри одного устройства и дополнительно контролируется между устройствами путём сортировки). Это важно для применений, где несколько разрядов используются рядом, так как это предотвращает заметные различия в яркости между дисплеями. В спецификации не указаны отдельные бинны для длины волны (цвета) или прямого напряжения, что предполагает жёсткий контроль процесса по этим параметрам или что сортировка для данного продукта в основном сосредоточена на интенсивности.

4. Анализ кривых характеристик

Хотя в спецификации указана страница для "Типичных электрических / оптических характеристических кривых", предоставленное содержание не включает сами графики. Обычно такие кривые неоценимы для проектирования. Ожидается увидеть кривую зависимости прямого тока от прямого напряжения (I-V), которая показывает нелинейную зависимость между током и напряжением на светодиодном переходе. Эта кривая помогает разработчикам выбрать подходящее значение токоограничивающего резистора для заданного напряжения питания. Кривая зависимости относительной силы света от прямого тока покажет, как яркость увеличивается с током, часто сублинейным образом, помогая оптимизировать компромисс между яркостью и энергопотреблением/эффективностью. Кривая зависимости относительной силы света от температуры окружающей среды критически важна для понимания того, как яркость снижается при повышении рабочей температуры, что жизненно необходимо для проектирования систем, работающих во всём диапазоне температур. Наконец, график спектрального распределения визуально изобразит интенсивность излучаемого света на разных длинах волн, с центром вокруг пика 611 нм, показывая форму и ширину спектра излучения. Разработчикам следует обратиться к полной спецификации от производителя для этих графических представлений, чтобы принимать обоснованные решения относительно тока управления и теплового режима.

5. Механическая и упаковочная информация

Механическая конструкция обеспечивает надёжную физическую интеграцию. Диаграмма габаритных размеров корпуса (не полностью детализированная в тексте) предоставит все критические размеры для проектирования посадочного места на печатной плате, включая общую длину, ширину и высоту, расстояние между выводами (шаг), диаметр и положение монтажных отверстий, а также расстояние от нижней части корпуса до плоскости установки. Таблица подключения выводов является функциональной картой 17-выводного корпуса. Она показывает, что это конфигурация с общим катодом (выводы 4, 6, 12, 17), где отрицательная сторона (катод) всех светодиодных сегментов соединена вместе внутри. Аноды для каждого сегмента (A, B, C, D, E, F, G) и левая и правая десятичные точки (L.D.P, R.D.P) выведены на отдельные выводы. Несколько выводов (1, 8, 9, 16) указаны как "NO PIN", что означает, что они физически присутствуют, но не имеют электрического соединения (вероятно, для механической стабильности в разъёме или во время пайки). Полярность чётко указана обозначением общего катода. Серая лицевая панель и белые сегменты обеспечивают визуальный интерфейс.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение во время сборки критически важно для долгосрочной надёжности. Ключевой рекомендацией является спецификация температуры пайки: 260°C в течение 3 секунд на расстоянии 1/16 дюйма ниже плоскости установки. Это указание для волновой пайки. Для пайки оплавлением применим стандартный бессвинцовый профиль с пиком 260°C, но время выше температуры ликвидуса (например, 217°C) должно контролироваться для минимизации термических напряжений. Разработчики должны убедиться, что разводка контактных площадок печатной платы соответствует рекомендуемому посадочному месту из размерного чертежа, чтобы предотвратить "гробовой эффект" или смещение. Устройство должно храниться в оригинальном влагозащитном пакете до использования, особенно если оно не предназначено для немедленной сборки, чтобы предотвратить поглощение влаги, которое может вызвать "эффект попкорна" во время оплавления. Диапазоны рабочих температур и температур хранения (-35°C до +85°C) должны соблюдаться на протяжении всей цепочки поставок и жизненного цикла продукта. Избегайте приложения механических напряжений к линзе или выводам во время обращения.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

LTS-3403LJF, будучи дисплеем с общим катодом, обычно управляется драйвером с "источником" тока. Это означает, что выводы микроконтроллера или драйверной микросхемы подключаются к анодам сегментов и подают ток для их включения, в то время как общий катодный вывод(ы) подключается к земле, обычно через транзистор, способный выдержать суммарный ток сегментов. Базовая схема включает подключение каждого анодного вывода к выводу GPIO микроконтроллера через токоограничивающий резистор. Значение этого резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vcc - Vf) / If, где Vcc — напряжение питания (например, 5В или 3.3В), Vf — прямое напряжение светодиода (обычно 2.6В), а If — желаемый прямой ток (например, 10-20 мА). Например, при питании 5В и целевом токе 15 мА: R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160 Ом. Резистор на 150 Ом будет стандартным значением. Общий катодный вывод(ы) подключается к коллектору транзистора NPN, эмиттер — к земле. Микроконтроллер будет включать транзистор для активации разряда. Для мультиплексирования нескольких разрядов (не применимо для одного разряда, но для понимания) аноды соответствующих сегментов разных разрядов соединяются вместе, а общий катод каждого разряда управляется отдельно, зажигая один разряд за другим в быстрой последовательности.

7.2 Соображения и примечания по проектированию

Необходимо учесть несколько важных аспектов.Ограничение тока:Никогда не подключайте светодиод напрямую к источнику напряжения без токоограничивающего резистора или драйвера постоянного тока, так как светодиод будет потреблять чрезмерный ток и выйдет из строя.Рассеивание тепла:Хотя светодиоды эффективны, мощность, рассеиваемая на сегмент (P = Vf * If), может достигать 65 мВт (2.6В * 25мА). В приложениях, где многие сегменты горят непрерывно, обеспечьте адекватную вентиляцию или теплоотвод, если работа ведётся вблизи максимальной температуры.Угол обзора:Широкий угол обзора полезен, но для оптимальной читаемости учитывайте основную линию взгляда пользователя при размещении дисплея в корпусе.Защита от ЭСР:Светодиоды AlInGaP могут быть чувствительны к электростатическому разряду. Применяйте стандартные меры предосторожности при обращении с ЭСР во время сборки.Развязка и помехи:В условиях электрических помех рассмотрите возможность добавления небольшого развязывающего конденсатора (например, 100 нФ) рядом с силовыми соединениями дисплея для стабилизации питания.

8. Техническое сравнение и дифференциация

LTS-3403LJF отличает в первую очередь его полупроводниковый материал: AlInGaP. По сравнению со старыми красными светодиодами на основе фосфида арсенида галлия (GaAsP), AlInGaP предлагает значительно более высокую световую отдачу (больше светового потока на единицу электрической мощности), лучшую температурную стабильность цвета и яркости, а также более насыщенный, чистый цвет в янтарной/жёлто-оранжевой/красной части спектра. По сравнению с белыми светодиодами (обычно синий светодиод + люминофор) он предлагает одно, узкополосное излучение, что может быть преимуществом в приложениях, где используется фильтрация определённой длины волны или где желательна чистота цвета без широкого спектра белого света. Его размер 0.8 дюйма заполняет нишу между меньшими индикаторами и более крупными, энергоёмкими дисплеями. Конфигурация с общим катодом является стандартной и обеспечивает совместимость с огромным количеством драйверных микросхем и конфигураций портов микроконтроллеров, предназначенных для мультиплексирования с общим катодом.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: В чём разница между пиковой длиной волны (611 нм) и доминирующей длиной волны (605 нм)?

О: Пиковая длина волны — это единственная длина волны, на которой спектр излучения имеет максимальную интенсивность. Доминирующая длина волны — это единственная длина волны монохроматического света, который казался бы человеческому глазу того же цвета, что и излучение светодиода. Они часто немного различаются. Доминирующая длина волны более актуальна для спецификации цвета.

В: Могу ли я управлять этим дисплеем с помощью микроконтроллера на 3.3В?

О: Да, но вы должны проверить прямое напряжение. Типичное Vf составляет 2.6В. При питании 3.3В падение напряжения на токоограничивающем резисторе составит всего 0.7В (3.3В - 2.6В). Для достижения тока 15 мА вам понадобится резистор R = 0.7В / 0.015А = 46.7 Ом. Это выполнимо, но ток будет более чувствителен к вариациям Vf. Обычно это приемлемо, но убедитесь, что яркость соответствует вашим потребностям.

В: Почему четыре вывода общего катода?

О: Наличие нескольких катодных выводов помогает распределить общий потребляемый ток, когда горят все сегменты. Сумма токов для 7 сегментов плюс десятичные точки может превышать 200 мА. Распределение этого тока по нескольким выводам и дорожкам печатной платы снижает плотность тока, минимизирует падение напряжения и повышает надёжность.

В: Что означает "СОВМЕСТИМО С ИС"?

О: Это означает, что электрические характеристики светодиода (прямое напряжение, требования к току) находятся в пределах, которые могут управляться непосредственно выходными выводами стандартных цифровых интегральных схем (таких как микросхемы логики CMOS или TTL или GPIO микроконтроллеров) при использовании с соответствующим токоограничивающим резистором. Это не означает, что его можно подключить напрямую без резистора.

10. Пример проектирования и использования

Рассмотрим проектирование простого цифрового термостата. Система использует микроконтроллер для считывания показаний датчика температуры и отображения уставки или текущей температуры на одном разряде (для простоты, показывая десятки градусов или код). LTS-3403LJF выбран за свою чёткость, низкое энергопотребление (важно для устройства с возможностью резервного питания от батареи) и широкий угол обзора (установлен на стене). Микроконтроллер работает от 5В. Разработчик рассчитывает значения резисторов для тока сегмента 12 мА, чтобы сбалансировать яркость и мощность: R = (5В - 2.6В) / 0.012А = 200 Ом. Используется семь резисторов по 200 Ом, по одному на каждый анод сегмента (A-G). Выводы общего катода соединены вместе и подключены к коллектору транзистора NPN 2N3904. Эмиттер транзистора подключён к земле, а его база управляется выводом GPIO микроконтроллера через резистор 10 кОм. Для отображения числа микроконтроллер устанавливает паттерн анодных выводов сегментов в высокий уровень (через резисторы) и включает транзистор, чтобы замкнуть цепь на землю. Жёлто-оранжевый цвет хорошо виден в типичных условиях внутреннего освещения. Надёжный температурный рейтинг гарантирует, что дисплей будет работать стабильно, даже если термостат установлен на горячем чердаке или в холодном гараже.

11. Введение в принцип работы

LTS-3403LJF работает на основе фундаментального принципа электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Устройство использует фосфид алюминия-индия-галлия (AlInGaP) в качестве активного полупроводникового материала. Это соединение выращивается эпитаксиально на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). Когда прямое напряжение, превышающее напряжение запрещённой зоны материала (около 2.0-2.2В для AlInGaP), прикладывается к p-n переходу, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Когда эти носители заряда рекомбинируют, они высвобождают энергию. В прямозонном полупроводнике, таком как AlInGaP, эта энергия высвобождается в основном в виде фотонов (света). Конкретная длина волны излучаемого света (в данном случае жёлто-оранжевого, около 611 нм) определяется энергией запрещённой зоны сплава AlInGaP, которая тщательно контролируется во время производства. Серая лицевая панель и белые сегменты действуют как рассеиватель и контрастный фильтр соответственно, формируя световой поток в узнаваемые цифровые сегменты.

12. Тенденции и контекст технологии

LTS-3403LJF представляет собой зрелую и оптимизированную технологию. Светодиоды AlInGaP, разработанные в 1990-х годах, в значительной степени заменили GaAsP для высокоэффективных красных, оранжевых и жёлтых индикаторов и дисплеев. Тенденция в технологии дисплеев с тех пор сместилась в сторону решений с более высокой плотностью, таких как матричные OLED, микро-светодиоды и ЖК-дисплеи для сложной графики. Однако для простых, прочных, недорогих и сверхнадёжных одноразрядных или многоразрядных цифровых дисплеев семисегментные светодиодные индикаторы остаются весьма актуальными. Их преимущества включают чрезвычайную простоту управления, очень высокую яркость и контрастность, широкий диапазон рабочих температур, мгновенное включение и долговечность, измеряемую десятками тысяч часов. Текущие разработки в этой нише сосредоточены на ещё более высокой эффективности, позволяющей использовать более низкие токи управления для той же яркости (продлевая срок службы батареи), и интеграции схемы драйвера непосредственно в корпус дисплея (так называемые "интеллектуальные дисплеи"). Основной принцип надёжного твердотельного источника света для цифровой индикации, воплощённый в LTS-3403LJF, продолжает оставаться фундаментальным строительным блоком в электронном проектировании для бесчисленных отраслей.