Техническая спецификация светодиодного индикатора LTS-4301JG - Высота цифры 0.4 дюйма - Зеленый AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTS-4301JG — это компактный высокопроизводительный одноразрядный цифровой дисплейный модуль, предназначенный для приложений, требующих четкого, яркого и надежного числового отображения. Его основная функция — визуальное представление цифр 0-9 и некоторых ограниченных буквенно-цифровых символов с использованием семи независимо управляемых сегментов и десятичной точки. Устройство разработано для интеграции в широкий спектр электронного оборудования, где пространство ограничено, но читаемость имеет первостепенное значение.

В индикаторе используются передовые светоизлучающие элементы на основе технологии полупроводников Aluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP). Эта материаловая система известна производством высокоэффективного излучения в красном, оранжевом, янтарном и желто-зеленом спектре. В данном конкретном устройстве она настроена на получение отчетливого зеленого цвета. Использование AlInGaP на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs) способствует высокому коэффициенту контрастности дисплея, поскольку подложка помогает предотвратить внутреннее рассеяние света, делая негорящее "серое поле" темным, а горящие "белые сегменты" — яркими и насыщенными.

Целевой рынок для этого компонента широк и охватывает промышленные панели управления, контрольно-измерительное оборудование, бытовую технику, автомобильные приборные панели (для вторичных дисплеев), медицинские устройства и терминалы точек продаж. Его ключевое ценностное предложение заключается в предложении превосходного визуального пакета — характеризующегося высокой яркостью, отличной контрастностью и широкими углами обзора — при сохранении надежности твердотельных устройств и относительно низкого энергопотребления по сравнению со старыми технологиями отображения, такими как вакуумно-люминесцентные дисплеи (VFD) или лампы накаливания.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Оптические характеристики

Оптические характеристики являются центральными для функциональности дисплея.Средняя сила света (Iv)указана с типичным значением 850 мкд (микрокандел) при прямом токе (I_F) 1 мА. Минимальное значение составляет 320 мкд, а максимальное в таблице не указано, что указывает на спецификацию, ориентированную на целевое значение. Этот параметр определяет воспринимаемую яркость сегмента в стандартных рабочих условиях. Измерение выполняется с использованием датчика и фильтра, откалиброванных по фотопической функции светимости CIE, которая имитирует спектральную чувствительность человеческого глаза при нормальном освещении, обеспечивая прямую корреляцию отчетного значения с визуальным восприятием.

Цветовые характеристики определяются параметрами длины волны.Пиковая длина волны излучения (λ_p)составляет 571 нм, это длина волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна.Доминирующая длина волны (λ_d)составляет 572 нм; это единственная длина волны монохроматического света, которая наиболее точно соответствует воспринимаемому цвету выхода светодиода. Близость этих двух значений (571 нм против 572 нм) указывает на спектрально чистый зеленый цвет с минимальным смещением между физическим пиком и воспринимаемым оттенком.Полуширина спектральной линии (Δλ)составляет 15 нм, что представляет собой полосу пропускания, в которой интенсивность излучаемого света составляет не менее половины от пикового значения. Более узкая полуширина, как правило, указывает на более насыщенный, чистый цвет.

Коэффициент соответствия силы света (I_V-m)указан как максимальный 2:1. Это критический параметр для однородности дисплея, гарантирующий, что разница в яркости между самым тусклым и самым ярким сегментом в пределах одной цифры не превышает коэффициент два при управлении в одинаковых условиях. Это соотношение жизненно важно для достижения последовательного и профессионально выглядящего числового символа.

2.2 Электрические характеристики

Электрические спецификации определяют рабочие границы и условия для надежного использования.Прямое напряжение на сегмент (V_F)имеет типичное значение 2.6В и максимальное 2.6В при I_F=20 мА. Минимальное указано как 2.05В. Это прямое напряжение характерно для технологии AlInGaP и имеет решающее значение для проектирования токоограничивающей схемы, обычно резисторов, для каждого сегмента.

TheОбратный ток на сегмент (I_R)составляет максимум 100 мкА при обратном напряжении (V_R) 5В. Этот параметр указывает на уровень тока утечки, когда светодиод смещен в обратном направлении, что, как правило, очень мало для твердотельных устройств.

Абсолютные максимальные параметрыустанавливают жесткие пределы для выживания устройства. Ключевые параметры включают:
- Непрерывный прямой ток на сегмент:25 мА (снижается линейно от 25°C).
- Пиковый прямой ток на сегмент:60 мА (допускается в импульсных условиях: скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс).
- Рассеиваемая мощность на сегмент:70 мВт.
- Обратное напряжение на сегмент:5 В.
Работа на этих пределах или их превышение рискует необратимым повреждением светодиодных кристаллов.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

Устройство рассчитано наДиапазон рабочих температурот -35°C до +85°C. Этот широкий диапазон делает его подходящим для применения в суровых условиях, от морозных уличных условий до жарких промышленных сред.Диапазон температур храненияидентичен (-35°C до +85°C).

Критическим параметром сборки являетсяТемпература пайкиспецификация: устройство может выдерживать 260°C в течение 3 секунд в точке на 1/16 дюйма (примерно 1.6 мм) ниже плоскости установки. Это стандартная ссылка для процессов волновой пайки или пайки оплавлением, направляющая производителей по настройке теплового профиля, чтобы избежать повреждения пластикового корпуса или внутренних проводных соединений.

3. Объяснение системы бининга

В спецификации явно указано, что устройствоКлассифицировано по световой силе. Это означает, что производитель использует процесс бининга или сортировки. При производстве светодиодов возникают естественные вариации выходных параметров из-за небольших различий в эпитаксиальном росте и обработке кристаллов. Для обеспечения согласованности для клиентов светодиоды тестируются после производства и сортируются в различные "бины" на основе ключевых параметров.

Для LTS-4301JG основным критерием бининга является световая сила при фиксированном испытательном токе (вероятно, 1 мА или 20 мА). Устройства группируются так, чтобы все единицы в конкретном заказе или партии имели световую силу, попадающую в определенный диапазон (например, указанный в спецификациях разброс 320-850 мкд может представлять стандартный бин, или могут быть доступные более узкие подбины). Это позволяет разработчикам выбирать индикаторы с гарантированной минимальной яркостью, обеспечивая единообразный внешний вид всех цифр в многоразрядной установке. Хотя в этой краткой спецификации не подробно описано, другие распространенные параметры бининга для цветных светодиодов могут включать доминирующую длину волны (для обеспечения цветовой согласованности) и прямое напряжение.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации упоминаютсяТипичные электрические / оптические характеристические кривые. Хотя конкретные графики не предоставлены в текстовом фрагменте, стандартные кривые для такого устройства обычно включают:

Относительная световая сила в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Этот график показывал бы, как световой выход увеличивается с увеличением управляющего тока. Для светодиодов эта зависимость, как правило, линейна в значительном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и падения эффективности. Кривая позволяет разработчикам выбрать рабочий ток, обеспечивающий желаемую яркость, без чрезмерной нагрузки на устройство или сокращения срока его службы.

Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Она необходима для определения требований к источнику питания и для расчета необходимого падения напряжения на последовательном токоограничивающем резисторе.

Относительная световая сила в зависимости от температуры окружающей среды:Световой выход светодиода уменьшается с увеличением температуры перехода. Эта кривая количественно определяет это снижение, показывая процент светового выхода, остающегося при повышенных температурах (например, при 85°C). Это критически важно для приложений, работающих в условиях высоких температур, чтобы обеспечить достаточную яркость дисплея.

Кривая спектрального распределения:Это был бы график относительной интенсивности в зависимости от длины волны, показывающий колоколообразную кривую с центром около 571-572 нм и полушириной 15 нм. Она визуально подтверждает чистоту цвета излучаемого света.

5. Механическая информация и информация об упаковке

LTS-4301JG поставляется в стандартном одноразрядном семисегментном светодиодном корпусе.Габаритные размеры корпусауказаны на чертеже, все размеры приведены в миллиметрах со стандартными допусками ±0.25 мм, если не указано иное. Физический след и расположение сегментов соответствуют отраслевым стандартным шаблонам для легкой замены и разводки печатной платы.

TheПодключение выводовчетко определено для 10-выводной конфигурации. Это конструкция сОбщим катодом, что означает, что катоды (отрицательные выводы) всех сегментов и десятичной точки соединены внутри и выведены на два общих вывода (Вывод 3 и Вывод 8). Каждый анод (положительный вывод) сегмента имеет свой собственный выделенный вывод (Выводы 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Вывод 6 специально предназначен для анода Десятичной Точки (D.P.). Эта конфигурация с общим катодом широко используется и упрощает схему управления, особенно при использовании мультиплексирования с портами ввода/вывода микроконтроллера.

TheВнутренняя схема соединенийвизуально представляет эту электрическую конфигурацию, показывая восемь отдельных светодиодов (сегменты A-G плюс DP) с разделенными анодами и соединенными вместе катодами, подключенными к общим выводам.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Как упоминалось в тепловых характеристиках, ключевая рекомендация — ограничение температуры пайки:260°C в течение 3 секунд на расстоянии 1/16 дюйма (1.6мм) ниже плоскости установки. Это критический параметр для инженеров-технологов, настраивающих печи для пайки оплавлением или машины для волновой пайки. Тепловой профиль должен быть спроектирован так, чтобы температура на выводах устройства не превышала этот предел дольше указанного времени, чтобы предотвратить растрескивание корпуса, расслоение или повреждение внутреннего крепления кристалла и проводных соединений.

Во время обращения и сборки следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD), поскольку светодиодные кристаллы чувствительны к статическому электричеству. Рекомендуется хранить и обращаться с устройствами в антистатической упаковке и использовать заземленные рабочие места.

Для очистки после пайки следует использовать стандартные процессы, совместимые с пластиковым материалом устройства (вероятно, эпоксидная смола или подобное). Изопропиловый спирт или специальные очистители для электроники, как правило, безопасны, но совместимость следует проверять при использовании агрессивных растворителей.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления для дисплея с общим катодом, такого как LTS-4301JG, — использование микроконтроллера. Каждый вывод анода сегмента подключается к выходному выводу микроконтроллера через токоограничивающий резистор. Значение этого резистора (R_limit) рассчитывается с использованием закона Ома: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Для источника питания 5В, V_F2.6В и желаемого I_F10 мА, резистор будет (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ом. Два общих катодных вывода соединяются вместе, а затем подключаются к выводу микроконтроллера, настроенному как выход, установленный на логический НИЗКИЙ уровень (0В), чтобы включить дисплей. Для управления несколькими цифрами используется мультиплексирование: сегментные линии для всех цифр соединены параллельно, а общий катод каждой цифры управляется индивидуально, включая только одну цифру за раз в быстрой последовательности. Это экономит значительное количество выводов ввода/вывода.

Для управления постоянным током или в высокопроизводительных приложениях можно использовать специализированные микросхемы драйверов светодиодов (такие как MAX7219 или TM1637). Эти микросхемы обрабатывают мультиплексирование, регулировку тока, а иногда даже внутреннюю дешифрацию цифр, значительно упрощая программное и аппаратное проектирование.

7.2 Соображения при проектировании

Ограничение тока:Никогда не подключайте светодиод непосредственно к источнику напряжения без токоограничивающего механизма (резистора или драйвера постоянного тока). Прямое напряжение — это не фиксированный порог, а характеристика протекания тока; без ограничения ток будет расти разрушительно.

Управление яркостью:Яркостью можно управлять двумя основными способами: 1) Регулировка прямого тока (через значение ограничивающего резистора в схеме с управлением напряжением). 2) Использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на линиях сегментов или общего катода. ШИМ более эффективна и обеспечивает более широкий и линейный диапазон затемнения.

Угол обзора:В спецификации заявлен "Широкий угол обзора". Для оптимальной читаемости дисплей должен быть установлен так, чтобы основное направление обзора было примерно перпендикулярно лицевой стороне дисплея. Широкий угол обеспечивает гибкость для обзора под углом.

Отвод тепла:Хотя рассеиваемая мощность на сегмент мала (макс. 70 мВт), в мультиплексированном приложении, где одновременно горят несколько сегментов, общая мощность в корпусе может складываться. Обеспечьте адекватную вентиляцию, если дисплей находится в закрытом корпусе, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды.

8. Техническое сравнение и преимущества

По сравнению со старыми семисегментными технологиями, LTS-4301JG предлагает явные преимущества:
- по сравнению с дисплеями на лампах накаливания:Значительно более низкое энергопотребление, гораздо больший срок службы (десятки тысяч часов против сотен/тысяч), более высокая устойчивость к ударам и вибрации и более холодная работа.
- по сравнению с вакуумно-люминесцентными дисплеями (VFD):Более низкое рабочее напряжение (2-5В против десятков вольт для VFD), более простая электроника управления, отсутствие необходимости в питании нити накала и, как правило, лучшая производительность в условиях высокой влажности. VFD могут предлагать более широкие углы обзора и другой цвет (часто сине-зеленый), но светодиоды, как правило, более надежны.
- по сравнению с жидкокристаллическими дисплеями (LCD):Светодиоды являются излучающими и, следовательно, самосветящимися, обеспечивая отличную видимость в условиях низкой освещенности и в темноте без подсветки. Они имеют гораздо более быстрое время отклика и более широкий диапазон рабочих температур. Однако ЖК-дисплеи потребляют значительно меньше энергии в режимах статического отображения и могут отображать более сложную графику.

Использование технологииAlInGaPв частности, по сравнению со старыми зелеными светодиодами на основе GaP (фосфида галлия), обеспечивает значительно более высокую световую эффективность, что приводит к более ярким дисплеям при том же входном токе или той же яркости при меньшей мощности. Цвет также более насыщенный и визуально привлекательный.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Какова цель наличия двух общих катодных выводов (Вывод 3 и Вывод 8)?
О: Это в основном для механической и электрической симметрии в корпусе с двухрядным расположением выводов. Это помогает сбалансировать распределение тока, если одновременно горят несколько сегментов, и обеспечивает гибкость в разводке печатной платы. Внутри эти два вывода соединены, поэтому вы можете использовать любой из них или оба вместе.

В: Могу ли я управлять этим дисплеем с системой на микроконтроллере 3.3В?
О: Да, но вы должны пересчитать токоограничивающий резистор. При V_supply3.3В и V_F2.6В, напряжение на резисторе составляет всего 0.7В. Для тока 10 мА потребуется резистор 70 Ом (0.7В / 0.01А). Убедитесь, что выходной вывод микроконтроллера может потреблять/отдавать требуемый ток.

В: Сила света указана в мкд. Насколько это ярко на практике?
О: 850 мкд (0.85 мкд) — это стандартная яркость для небольшого индикаторного светодиода. Для семисегментного индикатора, рассматриваемого в помещении при нормальном окружающем освещении, это обеспечивает четкие и легко читаемые символы. Для приложений, читаемых на солнце, потребуется гораздо более высокая яркость (десятки мкд на сегмент).

В: Что означает "Rt. Hand Decimal" в описании?
О: Это указывает, что десятичная точка расположена на правой стороне цифры, что является стандартным и наиболее распространенным расположением для цифровых индикаторов.

10. Принципы работы

Основной принцип работы основан на электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе. Кристалл AlInGaP состоит из слоев полупроводниковых материалов p-типа и n-типа. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода (примерно V_F), электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. В полупроводнике с прямой запрещенной зоной, таком как AlInGaP, значительная часть этих рекомбинаций высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала, которая формируется в процессе роста кристалла путем регулирования соотношений алюминия, индия, галлия и фосфора.

Семисегментный формат — это простой и эффективный способ представления цифр с использованием минимального количества независимо управляемых элементов (семь сегментов плюс десятичная точка). Путем включения определенных комбинаций этих сегментов могут быть сформированы все десять десятичных цифр (0-9) и некоторые буквы (такие как A, C, E, F, H, L, P и т.д.).

11. Тенденции в технологиях

Хотя дискретные семисегментные светодиодные индикаторы, такие как LTS-4301JG, остаются весьма актуальными для выделенных числовых индикаторов благодаря своей простоте, надежности и экономической эффективности, более широкие тенденции в технологиях отображения влияют на область их применения.

Интеграция:Наблюдается тенденция к интегрированным дисплейным модулям, которые включают светодиодные цифры, драйверную микросхему, а иногда и микроконтроллер в одном корпусе, общаясь через последовательные интерфейсы (I2C, SPI). Это сокращает количество компонентов и сложность проектирования для конечного пользователя.

Эволюция материалов:Технология AlInGaP является зрелой и отлично подходит для красных, оранжевых, желтых и зеленых цветов. Для чистого зеленого и сине-зеленого цвета технология нитрида индия-галлия (InGaN) часто предлагает более высокую эффективность. Будущие дисплеи могут использовать передовые светодиоды с преобразованием люминофора или массивы микро-светодиодов для еще лучшей производительности.

Сдвиг в применении:Для сложной буквенно-цифровой или графической информации все чаще используются светодиодные матричные дисплеи, OLED или TFT LCD. Однако непревзойденное преимущество семисегментного индикатора заключается в исключительной четкости для цифр, сверхнизкой стоимости и простоте использования в приложениях, где нужно показывать только числа, что гарантирует его продолженное использование в приборах, промышленных системах управления и бытовой технике в обозримом будущем. Тенденция здесь направлена на более высокую яркость, более низкое энергопотребление и, возможно, более умные, адресуемые версии этой классической форм-фактора.