Техническая документация LTC-5674JG LED Display - Высота цифры 0.52 дюйма - Зеленый цвет - Прямое напряжение 2.6В - Рассеиваемая мощность 70мВт - Английская версия

1. Обзор продукта

LTC-5674JG представляет собой твердотельный трехразрядный цифровой светодиодный модуль отображения. Его основная функция — обеспечение четких, хорошо видимых числовых показаний в различных электронных устройствах и приборах. Основная технология использует светодиодные чипы AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия), установленные на непрозрачной подложке из арсенида галлия. Данная материаловая система известна своей высокой эффективностью и превосходной чистотой цвета в зеленом спектре. Устройство характеризуется серой лицевой панелью и белыми сегментами, которые совместно работают для повышения контрастности и удобочитаемости при различных условиях освещения. Дисплей предназначен для применений, требующих надежной, долговечной и энергоэффективной цифровой индикации.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Данный дисплей обладает рядом ключевых преимуществ, которые делают его подходящим для профессионального и промышленного применения. Его низкое энергопотребление является значительным плюсом для устройств с батарейным питанием или энергоэффективных решений. Отличное качество отображения символов в сочетании с высокой яркостью и контрастностью обеспечивает хорошую читаемость с расстояния и при различном окружающем освещении. Широкий угол обзора позволяет считывать информацию с позиций вне оси, что критически важно в многопользовательской среде или когда дисплей не направлен прямо на пользователя. Конструкция на основе твердотельных компонентов обеспечивает высокую надежность, отсутствие движущихся частей и устойчивость к ударам и вибрации. Устройство классифицируется по световой интенсивности (categorized for luminous intensity), то есть модули сортируются и подбираются на основе их светового потока, что позволяет разработчикам выбирать компоненты для обеспечения единообразной яркости в рамках продуктовой линейки. Наконец, исполнение, не содержащее свинец (lead-free package), гарантирует соответствие современным экологическим нормам, таким как RoHS. Целевой рынок включает промышленные панели управления, испытательное и измерительное оборудование, медицинские приборы, автомобильные приборные панели (для второстепенных дисплеев) и бытовую технику, где требуется четкое отображение числовых данных.

2. Детальный анализ технических параметров и их объективная интерпретация

В данном разделе представлен детальный объективный анализ ключевых электрических и оптических параметров, указанных в техническом описании, с объяснением их значимости для инженеров-разработчиков.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Power Dissipation Per Segment (70 mW): Это максимальное количество электрической мощности, которое может быть преобразовано в тепло (и свет) одним сегментом без риска повреждения. Превышение этого предела грозит перегревом полупроводникового перехода, что приводит к сокращению срока службы или катастрофическому отказу. Конструкторы должны обеспечить, чтобы схема управления ограничивала ток, поддерживая рассеиваемую мощность ниже этого значения, особенно при высоких температурах окружающей среды.
• Пиковый прямой ток на сегмент (60 мА @ 1 кГц, скважность 10%): Данный параметр допускает импульсный режим работы при токах, превышающих номинальный постоянный ток. Скважность 10% (включен 10% времени, выключен 90%) и частота 1 кГц предотвращают накопление тепла. Это может использоваться в схемах мультиплексирования или для достижения кратковременной повышенной яркости. Критически важно, чтобы средний ток за период времени не превышал номинального постоянного тока.
• Непрерывный прямой ток на сегмент (25 мА): Максимальный постоянный ток, который может быть бесконечно приложен к сегменту в заданных условиях (предположительно при 25°C). Это основной параметр для проектирования драйверов постоянного тока. Коэффициент снижения номинала 0,33 мА/°C выше 25°C является критически важным. Например, при 85°C максимально допустимый непрерывный ток составит: 25 мА - ((85°C - 25°C) * 0,33 мА/°C) = 25 мА - 19,8 мА = 5.2 mAТакое значительное снижение номинальных характеристик подчеркивает важность управления тепловым режимом в условиях высоких температур.
• Обратное напряжение на сегмент (5 В): Максимальное напряжение, которое может быть приложено в обратном направлении (катод положителен относительно анода) до пробоя p-n перехода светодиода. Это относительно низкое значение, типичное для светодиодов, что подчеркивает необходимость защиты в цепях, где могут возникать обратные переходные напряжения (например, во время последовательностей включения питания или при работе с индуктивными нагрузками).
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Определяет пределы температуры окружающей среды для надежной работы и нерабочего хранения. Рабочие характеристики на предельных температурах будут изменяться (например, световая интенсивность снижается при высоких температурах, прямое напряжение увеличивается при низких температурах).

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Это типичные и гарантированные параметры производительности в указанных условиях испытаний.

• Средняя сила света на сегмент (I_V): Это ключевой показатель яркости.
  • Мин/Тип/Макс: 200 / 577 / 6346 мккд при I_F=10 мА: Широкий диапазон от 200 до 6346 мккд указывает на значительный процесс бининга. The типичное значение 577 мккд является ожидаемой медианной производительностью. Designers must use the минимум значение (200 μcd) для расчетов наихудшего сценария яркости, чтобы обеспечить читаемость при любых условиях. Высокое максимальное значение демонстрирует потенциальную яркость отобранных образцов.
  • Примечание к условиям испытания: Яркость измеряется с помощью датчика, отфильтрованного в соответствии с кривой спектральной чувствительности глаза CIE для дневного зрения (V(λ)). Это гарантирует, что измерение коррелирует с человеческим восприятием яркости, а не просто с необработанной лучистой мощностью.
• Прямое напряжение на сегмент (V_F): Тип./Макс.: 2,1 / 2,6 В при I_F=20 мА. Это падение напряжения на светодиоде в рабочем режиме. максимум Значение 2.6В критически важно для проектирования источника питания или схемы управления; он должен обеспечивать как минимум это напряжение, чтобы гарантировать корректное включение всех элементов. Разброс (от 2.1В до 2.6В) обусловлен нормальными производственными допусками полупроводников.
• Пиковая длина волны излучения (λ_p): Typ: 571 нм @ I_F=20 мА. Это длина волны, на которой светодиод излучает максимальную оптическую мощность. 571 нм находится в зелено-желтой области видимого спектра. Этот параметр фиксируется составом материала AlInGaP.
• Доминирующая длина волны (λ_d): Тип.: 572 нм. Немного отличается от пиковой длины волны, это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом как соответствующая цвету светодиода. Это основной определяющий фактор отображаемого цвета.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): Typ: 15 нм. Этот параметр измеряет ширину излучаемого спектра. Значение 15 нм указывает на относительно чистый, узкополосный зелёный цвет, что желательно для высокой насыщенности цвета.
• Обратный ток на сегмент (I_R): Макс.: 100 мкА при V_R=5В. Это небольшой ток утечки, протекающий при обратном смещении светодиода на его максимальном номинальном напряжении. Обычно им пренебрегают при проектировании схем.
• Коэффициент согласования световой силы (I_V-m): Max: 2:1 @ I_F=1mA. Это критический параметр для многосегментных дисплеев. Он гарантирует, что в пределах одного устройства яркость самого тусклого сегмента будет не менее половины яркости самого яркого сегмента (соотношение 2:1). Это обеспечивает равномерный внешний вид всех цифр и сегментов.

3. Объяснение системы бинирования

В техническом описании прямо указано, что устройство \"категоризировано по силе света\". Это подразумевает процесс бинирования, при котором произведенные единицы продукции тестируются и сортируются на разные группы (бины) на основе измеренной светоотдачи при стандартном испытательном токе (вероятно, 10 мА или 20 мА).

• Назначение: Предоставить разработчикам предсказуемые и стабильные уровни яркости. Заказывая компоненты из конкретного бина, инженер может гарантировать, что все дисплеи в производственной партии будут иметь схожую яркость, избегая заметных различий между экземплярами продукта.
• Подтверждение в техническом описании: Очень широкий диапазон, указанный для силы света (от 200 до 6346 мккд), убедительно свидетельствует о том, что это общий разброс для всех бинов. Конкретный код заказа или суффикс (не указанный в данном отрывке), как правило, указывает на сорт бина.
• Влияние на дизайн: Для применений, где критически важна однородность яркости (например, приборные панели), конструктор должен указывать требуемый биновый код при заказе. Использование случайной смеси бинов может привести к неприемлемому разбросу яркости.

4. Анализ рабочих характеристик

Хотя в предоставленном отрывке PDF упоминаются "Типичные электрические / оптические характеристические кривые", конкретные графики в тексте отсутствуют. На основе стандартного поведения светодиодов мы можем сделать вывод о вероятном содержании и его важности.

4.1 Выведенная информация о кривых

• Forward Current (I_F) в зависимости от прямого напряжения (V_F) Кривая: Этот график демонстрирует экспоненциальную зависимость, характерную для диода. Он помогает разработчикам понять динамическое сопротивление светодиода и точное напряжение, необходимое для заданного тока накачки, что особенно важно при использовании простого ограничения тока на основе резистора.
• Сила света (I_V) в зависимости от прямого тока (I_F) Кривая: Это крайне важно. Это показало бы, как яркость увеличивается с ростом тока. Обычно зависимость линейна в определенном диапазоне, но насыщается при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и падения эффективности (efficiency droop). Эта кривая позволяет разработчикам находить компромисс между яркостью и энергопотреблением/тепловыделением.
• Сила света (I_V) vs. Ambient Temperature Curve: Этот график количественно определяет снижение яркости при повышении температуры. Светодиоды AlInGaP, как правило, обладают лучшими высокотемпературными характеристиками по сравнению со старыми технологиями, такими как GaP, но яркость все равно снижается. Эти данные необходимы для проектирования систем, надежно работающих во всем диапазоне температур.
• Relative Intensity vs. Wavelength (Spectrum) Curve: Это наглядно изобразит узкий пик излучения в районе 571-572 нм с полушириной 15 нм, подтверждая чистоту цвета.

Важность: Эти кривые предоставляют данные о динамических характеристиках, недоступные статическим таблицам. Они позволяют строить прогнозные модели поведения дисплея в реальных, нестандартных условиях эксплуатации.

5. Mechanical and Packaging Information

5.1 Габаритные размеры

В техническом описании содержится диаграмма \"PACKAGE DIMENSIONS\" (детали не в тексте). Ключевые характеристики типичного трехразрядного индикатора размером 0,52 дюйма включают общую длину, ширину и высоту, высоту цифры (13,2 мм), ширину сегмента и расстояние между цифрами. Определены плоскость установки и положение выводов. Все размеры имеют допуск ±0,25 мм, если не указано иное, что является стандартным для данного типа компонента и должно учитываться при проектировании посадочного места на печатной плате и вырезов на панели.

5.2 Подключение выводов и внутренняя схема

Устройство имеет общий анод конфигурация. Это означает, что аноды всех светодиодов для данного разряда соединены вместе внутри. Таблица распиновки имеет ключевое значение:

• Разряды: Common anodes for Digit 1, 2, and 3 are available on pins 12, 13, 27, 28, 29 (note: pins 13 & 28 both for Digit 2; 12 & 29 both for Digit 1; 27 for Digit 3). This duplication provides layout flexibility.
• Сегменты: Индивидуальные катоды для сегментов A-G расположены на выводах 23, 16, 17, 18, 22, 21, 20 соответственно.
• Десятичные точки: Три отдельных катодных вывода для десятичной точки каждой цифры (DP1, DP2, DP3) на выводах 26, 19/10, 24. Выводы 19 и 10 оба подключены к DP для цифры 2.
• Контакты без соединения (NC): Несколько контактов (1-11, 15, 30) обозначены как \"NO CONNECTION\". Они не имеют внутреннего электрического соединения и могут оставаться неподключенными или использоваться для механической стабильности при пайке.
• Внутренняя принципиальная схема: Это покажет общий анод для каждого разряда, подключенный к своему выводу (выводам), при этом катод каждого сегментного светодиода подключен к своему соответствующему выводу. Понимание этого крайне важно для проектирования схемы мультиплексирующего драйвера.

6. Рекомендации по пайке и сборке

В техническом описании указано одно условие пайки: На 1/16 дюйма (приблизительно 1,6 мм) ниже плоскости установки в течение 3 секунд при температуре 260°C.

• Интерпретация: Это руководство по волновой или ручной пайке. Оно указывает, что выводы могут выдерживать кратковременное погружение в припой при 260°C. Инструкция \"ниже плоскости установки\" предотвращает чрезмерный подъем припоя по выводу, что может вызвать термические или механические напряжения в корпусе компонента.
• Reflow Soldering: В техническом описании не указан профиль оплавления. Для современного монтажа SMT (хотя данное устройство, по-видимому, является выводным), вероятно, подойдет стандартный бессвинцовый профиль оплавления с пиковой температурой около 245-260°C, но необходимо контролировать максимальную температуру корпуса, чтобы она не превышала предельное значение температуры хранения (85°C).
• Общие меры предосторожности:
  • Избегайте чрезмерного механического воздействия на выводы во время установки.
  • Используйте соответствующий флюс и при необходимости обеспечьте полную очистку для предотвращения коррозии.
  • Не превышайте указанное время и температуру пайки, чтобы избежать повреждения внутренних проводных соединений или светодиодных чипов.
• Условия хранения: Хранить в указанном диапазоне от -35°C до +85°C в сухой среде для предотвращения поглощения влаги, что может вызвать «вспучивание» («popcorning») при пайке.

7. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

7.1 Типичные сценарии применения

• Industrial Control Panels: Для отображения уставок, технологических параметров (температура, давление, счетчик), показаний таймеров.
• Test & Measurement Equipment: Цифровые мультиметры, частотомеры, источники питания, осциллографы (для вторичных отсчетов).
• Медицинские приборы: Пациентские мониторы (для некритических параметров), инфузионные насосы, диагностическое оборудование.
• Автомобильный вторичный рынок/Второстепенные дисплеи: Бортовые компьютеры, манометры наддува, мониторы напряжения.
• Потребительская/Коммерческая бытовая техника: Микроволновые печи, кофеварки, фитнес-оборудование, платежные терминалы.

7.2 Ключевые аспекты проектирования

• Current Limiting: Светодиоды являются устройствами с токовым управлением. Всегда используйте токоограничивающий резистор или схему драйвера постоянного тока. Рассчитайте номинал резистора, используя максимум прямое напряжение (2.6V) и требуемый ток (≤25 mA с учетом снижения номинала от температуры) от напряжения вашего источника питания (V_{источник питания}): R = (V_{источник питания} - V_{F_max}) / I_F.
• Мультиплексирование привода: For a multi-digit общий анод display, multiplexing is the standard driving technique. A microcontroller sequentially turns on one digit's общий анод at a time while applying the катод pattern for that digit's number. The refresh rate must be high enough (typically >60 Hz) to avoid visible flicker.
  • Расчет тока: При мультиплексировании, поскольку каждый разряд включен лишь часть времени (1/3 для трехразрядного индикатора), мгновенный Ток сегмента может быть выше для достижения той же средней яркости. Если требуется средний ток 10 мА на сегмент, а у вас 3 разряда с мультиплексированием и равным коэффициентом заполнения, можно использовать пиковый мгновенный ток 30 мА. Это всё равно должно соответствовать пиковый прямой ток рейтингу (60 мА в импульсном режиме).
• Тепловой менеджмент: Учитывайте рассеиваемую мощность (максимум 70 мВт на сегмент). При непрерывном управлении несколькими сегментами в одном разряде тепло может накапливаться. Обеспечьте достаточный воздушный поток или теплоотвод при работе вблизи максимальных значений, особенно при высоких температурах окружающей среды. Помните о правиле снижения номинального тока.
• Угол обзора: Расположите дисплей так, чтобы предполагаемая ось обзора совпадала с оптимальным углом обзора устройства (как правило, перпендикулярно лицевой поверхности).
• Защита от электростатического разряда (ESD): Хотя это прямо не указано, светодиоды чувствительны к электростатическому разряду. Соблюдайте стандартные меры предосторожности при обращении с ESD во время сборки.

8. Technical Comparison and Differentiation

Хотя прямое сравнение с другими номерами деталей не приводится, мы можем выделить неотъемлемые преимущества технологии AlInGaP, используемой в данном дисплее, по сравнению с более старыми или альтернативными технологиями:

• по сравнению с традиционными зелеными светодиодами на основе GaP (фосфида галлия): AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что приводит к гораздо более ярким дисплеям при том же токе питания. Он также, как правило, обладает лучшими характеристиками при высоких температурах и стабильностью цвета.
• по сравнению с высокояркими GaN (нитрид галлия) синими/белыми светодиодами с фильтрами: Для получения зеленого света можно использовать синий GaN светодиод с люминофором (создающим белый свет) и зеленым фильтром, но это по своей природе менее эффективно, чем прямой излучающий зеленый светодиод, такой как AlInGaP, поскольку фильтр поглощает большую часть света. Прямое излучение обеспечивает более чистый цвет и более высокую эффективность для монохроматического зеленого.
• по сравнению с VFD (вакуумно-люминесцентным дисплеем) или ЖК-дисплеем с подсветкой: Этот светодиодный дисплей является твердотельным, более прочным, имеет более широкий диапазон рабочих температур и требует более простой, низковольтной схемы управления постоянным током по сравнению с VFD (которым требуется высокое напряжение). По сравнению с ЖК-дисплеями он обеспечивает превосходные углы обзора, яркость и производительность в условиях низких температур, хотя потребляет больше энергии для многосегментных индикаторов и ограничен излучением света, не формируя произвольную графику.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

1. В: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую с вывода микроконтроллера на 5В? Ответ: Нет. Вывод микроконтроллера обычно обеспечивает/потребляет максимум 20-25мА и имеет напряжение 5В (или 3.3В). Прямое напряжение светодиода составляет ~2.1-2.6В. Необходимо использовать токоограничивающий резистор. Для питания 5В и целевого тока 20мА: R = (5В - 2.6В) / 0.020А = 120Ом. Вывод МК может не обеспечивать 20мА непрерывно; используйте транзистор или драйверную микросхему.
2. В: Почему диапазон силы света такой большой (от 200 до 6346 мккд)? О: Это отражает binning Процесс. Единицы сортируются после производства. Вы будете приобретать из конкретного блока (например, блок 1000-2000 μcd), чтобы получить стабильную яркость. В техническом описании показан общий возможный разброс.
3. В: Что означает "общий анод" для моей схемотехники? О: Это означает, что вы управляете индикатором, коммутируя положительное напряжение (анод) на каждый разряд подается питание/отключается, в то время как микроконтроллер или драйверная ИС заземляет соответствующие катод выводы для зажигания определенных сегментов. Это противоположность дисплею с общим катодом.
4. Вопрос: На кривой снижения номинальных характеристик указано, что при 85°C можно использовать только 5.2 мА. Будет ли мой дисплей слишком тусклым? Ответ: Возможно. Необходимо проверить кривые зависимости силы света от тока и от температуры. При более низком токе и более высокой температуре яркость значительно падает. Для работы при высоких температурах может потребоваться изначально выбрать более яркий бин или смириться с более тусклым дисплеем. Ключевым моментом является тепловое управление для снижения температуры перехода светодиода.
5. Вопрос: Как подключить десятичные точки? A: Это отдельные светодиоды с собственными катодами (выводы 26, 19/10, 24). Обращайтесь с ними как с дополнительным сегментом ("DP"). Чтобы зажечь десятичную точку на цифре 1, необходимо заземлить вывод 26, пока анод цифры 1 находится под напряжением.

10. Практический дизайн и пример использования

Сценарий: Проектирование 3-разрядного измерителя температуры для промышленной печи.

1. Требования: Диапазон отображения 0-999°C. Работа в окружающей среде до 70°C. Должен быть четко читаем с расстояния 2 метра в хорошо освещенном цеху.
2. Выбор компонентов: LTC-5674JG подходит благодаря своему температурному диапазону (-35 до +85°C) и высокой яркости.
3. Расчет яркости: При температуре окружающей среды 70°C, снижение номинального непрерывного тока: 25 mA - ((70-25)*0.33) ≈ 25 - 14.85 = Максимальный непрерывный ток 10.15 мА. Для мультиплексирования 3 разрядов используйте скважность 1/3. Для достижения хорошей средней яркости используйте пиковый ток 25 мА (в пределах импульсного номинала 60 мА). Средний ток на сегмент = 25 мА / 3 ≈ 8.3 мА, что безопасно для температуры.
4. Схема драйвера: Используйте микроконтроллер с достаточным количеством выводов ввода-вывода. Примените 3 NPN-транзистора (или P-канальные MOSFET) для коммутации 3 выводов с общим анодом (разряды 1,2,3) к Vcc. Используйте токоограничивающие резисторы на каждой из 7 линий катодов сегментов (A-G). Десятичные точки могут не использоваться. Микроконтроллер выполняет процедуру мультиплексирования, включая по одному транзистору разряда за раз и выводя 7-сегментный код для этого разряда.
5. Тепловой режим: Установите индикатор на внешней панели, где присутствует некоторая циркуляция воздуха. Избегайте размещения непосредственно рядом с основным источником тепла на печатной плате.
6. Результат: Надежный, яркий дисплей, соответствующий требованиям к условиям окружающей среды и читаемости.

11. Введение в технологический принцип

The LTC-5674JG основан на AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия) полупроводниковая технология, выращенная на GaAs (арсенид галлия) Подложка. Данная материальная система обладает прямой запрещенной зоной, соответствующей излучению света в красной, оранжевой, желтой и зеленой областях спектра. Конкретный цвет (зеленый, 571-572 нм) достигается путем точного контроля соотношений алюминия, индия, галлия и фосфора в процессе роста кристалла. При приложении прямого напряжения к p-n-переходу происходит рекомбинация электронов и дырок, высвобождающая энергию в виде фотонов (света). Непрозрачная подложка GaAs поглощает часть излучаемого света, однако современные конструкции кристаллов и эффективные геометрии вывода света обеспечивают высокую внешнюю квантовую эффективность. «Серый лицевой слой и белые сегменты» являются частью пластикового корпуса. Серый лицевой слой (часто темно-серый или черный) служит фоном с низким коэффициентом отражения для улучшения контрастности. Белые сегменты представляют собой светорассеивающие области, расположенные непосредственно над крошечными светодиодными кристаллами, которые равномерно распределяют точечный свет по площади сегмента, создавая однородное свечение.

Терминология спецификаций светодиодов

Полное объяснение технических терминов светодиодов