Техническая документация LTC-2621JE - Светодиодный индикатор 0.28 дюйма - Красный AlInGaP - Прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

LTC-2621JE представляет собой компактный высокопроизводительный трёхразрядный цифровой индикаторный модуль. Его основная функция — обеспечение чёткого и яркого отображения числовой информации в различном электронном оборудовании. Основная технология основана на использовании красных светодиодных чипов AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), изготовленных на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). Данная материаловая система известна своей высокой эффективностью и превосходной чистотой цвета в красном спектре. Устройство имеет серый корпус с белыми сегментами, что повышает контрастность и улучшает читаемость при различном освещении. Индикатор классифицируется по световому потоку, что гарантирует стабильный уровень яркости между производственными партиями.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Дисплей разработан для применений, где пространство ограничено, но критически важна высокая видимость. Его ключевые преимущества проистекают из твердотельной светодиодной конструкции, обеспечивающей превосходную надёжность и долговечность по сравнению с другими технологиями отображения, такими как вакуумно-люминесцентные (VFD) или жидкокристаллические (LCD) индикаторы. Основные целевые рынки включают промышленную контрольно-измерительную аппаратуру, испытательное и измерительное оборудование, платёжные терминалы, медицинские приборы и приборные панели автомобилей. Низкое энергопотребление устройства делает его пригодным как для сетевых, так и для портативных устройств с батарейным питанием.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлена объективная и детальная интерпретация ключевых технических параметров, указанных в документации.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Сила света является критически важным параметром. При стандартном испытательном токе 1 мкА, типичная средняя сила света (Iv) составляет 900 мккд, с минимальным значением 320 мккд. Такая классификация гарантирует минимальный уровень яркости. При более высоком токе накачки 10 мА типичная сила света значительно возрастает до 12 000 мккд, демонстрируя возможности устройства для применений, требующих высокой яркости. Доминирующая длина волны (λd) указана как 624 нм, а пиковая длина волны излучения (λp) составляет 632 нм при токе 20 мА, что однозначно определяет его как красный светодиод. Полуширина спектральной линии (Δλ) в 20 нм указывает на относительно чистый, насыщенный красный цвет. Соответствие силы света между сегментами гарантируется в пределах соотношения 2:1 при токе 1 мА, что обеспечивает равномерный внешний вид всего индикатора.

2.2 Электрические параметры

Прямое напряжение (Vf) на сегмент обычно составляет 2.6 В с максимальным значением 2.6 В при прямом токе (If) 20 мА. Это стандартное напряжение для светодиодов AlInGaP. Обратный ток (Ir) указан максимальным значением 100 мкА при приложенном обратном напряжении (Vr) 5 В, что характеризует ток утечки диода. Абсолютные максимальные параметры определяют пределы эксплуатации: непрерывный прямой ток 25 мА на сегмент (с линейным снижением выше 25°C на 0.33 мА/°C), пиковый прямой ток 90 мА для импульсного режима (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) и максимальное обратное напряжение 5 В. Рассеиваемая мощность на сегмент ограничена 70 мВт.

2.3 Тепловые и климатические характеристики

Устройство рассчитано на рабочий температурный диапазон от -35°C до +85°C, что делает его пригодным для работы в жёстких условиях. Диапазон температур хранения идентичен. Критическим параметром сборки является температура пайки: устройство может выдерживать максимум 260°C в течение не более 3 секунд, измеренной на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки. Это стандартное требование для процессов бессвинцовой пайки оплавлением.

3. Объяснение системы сортировки (бининга)

В документации указано, что устройство "классифицируется по силе света". Это подразумевает систему бининга, при которой изделия сортируются и маркируются на основе измеренного светового потока при определённом испытательном токе (вероятно, 1 мА). Бины гарантируют, что разработчики получают светодиоды с одинаковой яркостью, что крайне важно для многоразрядных индикаторов во избежание неравномерной подсветки. Хотя конкретная структура кодов бинов в данном отрывке не детализирована, типичные бины определяются диапазоном значений силы света (например, Бин A: 320-450 мккд, Бин B: 450-600 мккд и т.д.). Для данной конкретной детали не упоминается бининг по напряжению или длине волны, что говорит о жёстком контроле этих параметров в процессе производства.

4. Анализ характеристических кривых

В документации упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые". Хотя конкретные графики в тексте не приведены, мы можем сделать вывод об их стандартном содержании и значимости для проектирования.

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

Эта кривая является фундаментальной. Она показывает зависимость между током, протекающим через сегмент светодиода, и напряжением на нём. Для светодиодов AlInGaP кривая демонстрирует резкое включение при приблизительно 1.8-2.0 В, после чего напряжение увеличивается лишь незначительно при большом увеличении тока. Разработчики используют эту кривую для выбора соответствующих токоограничивающих резисторов в своей схеме управления, чтобы обеспечить стабильную работу и предотвратить тепловой пробой.

4.2 Зависимость силы света от прямого тока

Этот график показывает, как световой выход масштабируется с током накачки. Как правило, зависимость почти линейна при низких токах, но может проявлять признаки снижения эффективности (падение КПД) при очень высоких токах из-за тепловых и электрических эффектов. Кривая помогает разработчикам сбалансировать требования к яркости с энергопотреблением и долговечностью устройства.

4.3 Зависимость силы света от температуры окружающей среды

Световой выход светодиода уменьшается с ростом температуры p-n-перехода. Эта кривая количественно определяет данную зависимость, показывая относительную силу света как функцию температуры окружающей среды (или корпуса). Это критически важно для применений, работающих в широком температурном диапазоне, так как информирует о необходимости компенсации яркости или снижения номинальных параметров.

4.4 Спектральное распределение

Спектральный график показал бы относительную мощность излучения по длинам волн, с центром около 632 нм и указанной полушириной 20 нм. Это подтверждает цветовую точку и чистоту цвета.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габариты и контурный чертёж

Устройство выполнено в стандартном корпусе светодиодного индикатора. Высота цифры составляет 0.28 дюйма (7.0 мм). Габаритные размеры корпуса приведены в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм (0.01"), если не указано иное. Чертёж обычно показывает общую длину, ширину и высоту корпуса, расстояние между цифрами, размеры сегментов и шаг выводов.

5.2 Конфигурация выводов и идентификация полярности

Устройство имеет 16-выводную конфигурацию, хотя не все позиции заняты (выводы 9, 10, 11, 14 указаны как "Нет соединения" или "Вывод отсутствует"). Это мультиплексированный индикатор с общим анодом. Это означает, что аноды светодиодов для каждой цифры соединены вместе внутри корпуса (выводы 2, 5, 8 для цифр 1, 2, 3 соответственно, и вывод 13 для левого двоеточия/индикаторов L1, L2, L3). Катоды отдельных сегментов (A-G, DP) являются общими для всех цифр. Вывод 1 идентифицирован как катод сегмента D. Правильная идентификация вывода 1 крайне важна для корректной ориентации при сборке печатной платы. Правая десятичная точка (DP) управляется через свой собственный катод на выводе 3.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Ключевой рекомендацией является максимальный температурный профиль пайки: пиковая температура 260°C в течение не более 3 секунд, измеренная в точке на 1.6 мм ниже плоскости установки корпуса. Это стандартный профиль оплавления JEDEC для компонентов, чувствительных к термическому напряжению. Настоятельно рекомендуется следовать рекомендуемому производителем профилю оплавления, если он предоставлен в отдельном примечании по применению. Применяются общие меры предосторожности при обращении: избегайте механических нагрузок на выводы и лицевую часть из стекла/эпоксидной смолы, храните в антистатических и контролируемых по влажности средах, если это указано, и соблюдайте меры защиты от электростатического разряда (ESD) при обращении.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

LTC-2621JE требует внешней схемы управления из-за своей мультиплексированной конструкции с общим анодом. Типичная реализация использует микроконтроллер с достаточным количеством линий ввода-вывода или специализированную микросхему драйвера светодиодных индикаторов (например, MAX7219 или аналогичную). Микроконтроллер последовательно активирует общий анод одной цифры (подавая на него высокий уровень), одновременно выводя паттерн катодов для требуемых сегментов этой цифры. Этот процесс быстро повторяется для всех трёх цифр, полагаясь на инерционность зрения для создания стабильного, без мерцания изображения. Токоограничивающие резисторы обязательны на каждой линии катода сегмента (или внутри микросхемы драйвера) для установки прямого тока, обычно в диапазоне 5-20 мА в зависимости от требуемой яркости.

7.2 Соображения при проектировании

• Коэффициент мультиплексирования:Для 3 цифр коэффициент заполнения мультиплексирования составляет 1/3. Для достижения той же средней яркости, что и у статически управляемой цифры, пиковый импульсный ток может быть до трёх раз выше, но он не должен превышать абсолютный максимальный пиковый ток в 90 мА.
• Частота обновления:Частота сканирования цифр должна быть достаточно высокой, чтобы избежать видимого мерцания, обычно выше 60 Гц на цифру, что даёт общую частоту обновления дисплея >180 Гц.
• Угол обзора:В документации заявлен широкий угол обзора. Для оптимальной читаемости индикатор должен быть установлен перпендикулярно основному направлению взгляда.
• Последовательность включения питания:Убедитесь, что схема управления не подаёт обратные напряжения или чрезмерные токовые броски во время включения или выключения питания.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению со старыми технологиями, такими как красные светодиоды на основе GaAsP (фосфид арсенида галлия), технология AlInGaP в LTC-2621JE предлагает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к большей яркости при том же токе накачки или меньшему энергопотреблению при той же яркости. Цвет является более насыщенным, "истинно" красным по сравнению с оранжево-красным оттенком многих светодиодов GaAsP. По сравнению с современными бокового свечения или матричными дисплеями, данное устройство предлагает классический, высокочитаемый 7-сегментный формат, идеальный для числовых данных. Его основным отличием является сочетание небольшого размера цифр 0.28" с преимуществами производительности материала AlInGaP.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим индикатором с помощью постоянного напряжения без ограничения тока?

О: Нет. Светодиоды являются токоуправляемыми устройствами. Подача постоянного напряжения, особенно близкого к прямому напряжению или превышающего его, вызовет неконтролируемый рост тока, что может привести к разрушению сегментов светодиода. Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или источник постоянного тока.

В: Сила света указана при 1 мА и 10 мА. Могу ли я интерполировать для других токов?

О: Приблизительно, да. Зависимость примерно линейна при низких токах. Однако для точного проектирования, особенно при высоких токах, обратитесь к типичной кривой зависимости силы света от прямого тока, если она доступна.

В: Каково назначение выводов "Нет соединения"?

О: Вероятно, они являются механическими заполнителями для сохранения стандартного 16-выводного корпуса DIP (Dual In-line Package), что обеспечивает совместимость со стандартными панелями и разметкой печатных плат, даже если внутренняя схема их не использует.

В: Как управлять индикаторами двоеточия (L1, L2, L3)?

О: Сегменты двоеточия имеют общий анод на выводе 13. Их индивидуальные катоды соединены с катодами сегментов A, B и C (выводы 15, 12 и 6 соответственно). Чтобы зажечь, например, L1, необходимо активировать общий анод на выводе 13, одновременно подавая низкий уровень на катод сегмента A (вывод 15).

10. Пример проектирования и использования

Пример: Проектирование дисплея для портативного цифрового мультиметра

Разработчик создаёт компактный цифровой мультиметр. Ключевые требования: низкое энергопотребление для увеличения времени работы от батареи, высокая яркость для использования на улице и малые габариты. LTC-2621JE является отличным кандидатом. Разработчик выбирает ток накачки 8 мА на сегмент в мультиплексном режиме. Используя коэффициент заполнения 1/3, пиковый импульсный ток составляет 24 мА, что хорошо в пределах лимита в 90 мА. Используется микроконтроллер со встроенными сегментами драйвера светодиодов. Конструкция с серым корпусом и белыми сегментами обеспечивает высокую контрастность даже при прямом солнечном свете. Низкое прямое напряжение минимизирует потери мощности в схеме управления. Размер цифр 0.28" позволяет компактно разместить компоненты на печатной плате, сохраняя хорошую читаемость. Широкий рабочий температурный диапазон обеспечивает надёжную работу от холодного гаража до горячей приборной панели автомобиля.

11. Введение в принцип работы

LTC-2621JE основан на полупроводниковой электролюминесценции. Структура чипа AlInGaP формирует p-n-переход. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область, где они рекомбинируют. В AlInGaP эта рекомбинация в основном высвобождает энергию в виде фотонов (света) в диапазоне красных длин волн (~624-632 нм). Непрозрачная подложка GaAs поглощает любой свет, излучаемый вниз, повышая общую эффективность извлечения света с верхней части чипа. Свет проходит через эпоксидную линзу, отлитую в форму желаемого сегмента, которая также обеспечивает защиту от окружающей среды.

12. Технологические тренды и контекст

Технология AlInGaP представляла собой значительный прорыв в производительности видимых светодиодов, особенно для красного, оранжевого и жёлтого цветов, когда была коммерциализирована в 1990-х годах. Она в значительной степени заменила менее эффективные технологии GaAsP и GaP в высокопроизводительных применениях. Тренд в модулях отображения был направлен в сторону более высокой интеграции (включение драйвера в корпус дисплея), корпусов для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки и разработки полноцветных RGB матричных дисплеев. Однако простые, надёжные и экономичные 7-сегментные индикаторы, такие как LTC-2621JE, остаются крайне актуальными для применений, где требуется только числовая информация, благодаря их непревзойдённой читаемости, простоте интерфейса и проверенной надёжности в полевых условиях. Текущая разработка в области материалов для светодиодов, таких как микро-светодиоды, сосредоточена на сверхвысокой плотности и эффективности, но для стандартных сегментных индикаторов AlInGaP и InGaN (для синего/зелёного) продолжают оставаться основными рабочими технологиями.