LTC-2723JF 7-Segment LED-Anzeige Datenblatt - 0,28-Zoll Ziffernhöhe - Gelborange Farbe - 2,6V Durchlassspannung - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTC-2723JF ist ein hochleistungsfähiges, vierstelliges 7-Segment-Alphanumerik-Displaymodul. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung klarer, heller numerischer und begrenzter alphanumerischer Anzeigen in einer Vielzahl von elektronischen Geräten. Die Kernanwendung liegt in Geräten, die eine kompakte, mehrstellige numerische Anzeige mit hervorragender Sichtbarkeit erfordern, wie z.B. Mess- und Prüfgeräte, Industrie-Bedienfelder, Kassenterminals und Unterhaltungselektronik.

Die Schlüsselpositionierung des Bauteils liegt in seiner Ausgewogenheit von Größe, Helligkeit und Energieeffizienz. Mit einer Ziffernhöhe von 0,28 Zoll (7 mm) bietet es eine gut lesbare Anzeige, ohne übermäßig viel Platz auf der Frontplatte zu beanspruchen. Die Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Technologie ist ein wesentlicher Vorteil, der eine überlegene Lumenausbeute und eine markante, gesättigte gelborange Farbe im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP-LEDs bietet. Dies führt zu den Kernvorteilen hoher Helligkeit, ausgezeichnetem Kontrast und einem weiten Betrachtungswinkel, was die Lesbarkeit selbst in hell beleuchteten Umgebungen oder aus schrägen Blickwinkeln sicherstellt.

Der Zielmarkt umfasst Designer und Ingenieure von Embedded Systems, Instrumentierung und Industriehardware, die eine zuverlässige, einfach anzuschließende Displaylösung benötigen. Ihr Multiplex-Gemeinschaftskathoden-Design vereinfacht die Treiberschaltung, reduziert die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-I/O-Pins und externen Komponenten, was ein entscheidender Vorteil für kosten- und platzsensitive Anwendungen ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C definiert. Die primäre Metrik ist die durchschnittliche Lichtstärke (I_V), die einen typischen Wert von 600 µcd (Mikrocandela) aufweist, wenn sie mit einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA pro Segment betrieben wird. Die Spezifikation gibt einen Bereich von mindestens 200 µcd bis zu einem Maximum an und gewährleistet so ein Grundniveau an Helligkeit. Diese Intensität wird mit einem Sensor und Filter gemessen, die auf die CIE photopische Hellempfindlichkeitskurve kalibriert sind, welche die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges annähert.

Die Farbcharakteristika werden durch Wellenlängenparameter definiert. Die Peak-Emissionswellenlänge (λ_p) beträgt typischerweise 611 nm, was in den gelborangen Bereich des sichtbaren Spektrums fällt. Die dominante Wellenlänge (λ_d), eine wahrnehmungsrelevantere Farbmessgröße, beträgt typischerweise 605 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von 17 nm deutet auf ein relativ schmales Emissionsband hin, was zur Reinheit und Sättigung der gelborangen Farbe beiträgt. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m) ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was bedeutet, dass der Helligkeitsunterschied zwischen Segmenten den Faktor zwei nicht überschreiten sollte, um ein einheitliches Erscheinungsbild über die gesamte Anzeige zu gewährleisten.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften sind entscheidend für den Schaltungsentwurf. Die Durchlassspannung pro Segment (V_F) beträgt typischerweise 2,6V bei einem Standardteststrom von 20 mA. Das Minimum ist mit 2,05V angegeben. Dieser Parameter ist wesentlich für die Berechnung der Vorwiderstandswerte und der Stromversorgungsanforderungen. Der Sperrstrom pro Segment (I_R) beträgt maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V und gibt die Leckageeigenschaften des Bauteils im ausgeschalteten Zustand an.

Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen. Der zulässige Dauer-Durchlassstrom pro Segment beträgt 25 mA, muss jedoch oberhalb von 25°C linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C entlastet werden. Für gepulsten Betrieb ist unter bestimmten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) ein Spitzen-Durchlassstrom von 60 mA zulässig. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt 70 mW. Das Bauteil ist für einen Betriebs- und Lagertemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt, was es für industrielle und anspruchsvolle Umgebungsanwendungen geeignet macht. Die Löttemperaturfestigkeit gibt an, dass das Bauteil 260°C für 3 Sekunden in einem Abstand von 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene aushält, was eine kritische Information für Leiterplatten-Montageprozesse ist.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet auf einen Produktions-Binning-Prozess hin, bei dem Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung unter Standardtestbedingungen (wahrscheinlich I_F=1mA) sortiert werden. Während die spezifischen Bin-Codes in diesem Auszug nicht detailliert sind, ermöglicht ein solches System Käufern die Auswahl von Teilen mit garantierten Mindesthelligkeitswerten, was die Konsistenz im visuellen Erscheinungsbild von Endprodukten sicherstellt, insbesondere wenn mehrere Anzeigen nebeneinander verwendet werden. Diese Kategorisierung ist ein wesentliches Merkmal der Qualitätskontrolle und Differenzierung.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält einen Abschnitt für "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Kurven im bereitgestellten Text nicht dargestellt sind, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I_F-V_F-Kurve):Diese nichtlineare Beziehung zeigt, wie die Spannung mit dem Strom ansteigt. Sie ist entscheidend für den Entwurf der Treiberschaltung, um sicherzustellen, dass die LED in ihrem sicheren und effizienten Bereich arbeitet.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_V-I_F-Kurve):Diese Kurve zeigt die Abhängigkeit der Lichtleistung vom Treiberstrom. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, sättigt jedoch bei höheren Strömen. Dies beeinflusst Entscheidungen zur Ansteuerung der Anzeige für optimale Helligkeit im Verhältnis zu Leistungsaufnahme und Lebensdauer.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtleistung abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt. Das Verständnis dieser Entlastung ist kritisch für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Ein Diagramm, das die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um das 611 nm Maximum, und die Farbreinheit veranschaulicht.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil wird in einem Standard-LED-Displaygehäuse geliefert. Der Abschnitt "Gehäuseabmessungen" enthält die mechanische Umrisszeichnung, obwohl die spezifischen Millimeterabmessungen im Textauszug nicht aufgeführt sind. Der Hinweis gibt an, dass alle Abmessungen in Millimetern mit Toleranzen von ±0,25 mm angegeben sind, sofern nicht anders angegeben. Diese Zeichnung ist wesentlich für das Leiterplatten-Footprint-Design, um sicherzustellen, dass der Ausschnitt in der Frontplatte korrekt dimensioniert ist und die Pins mit den Leiterplattenpads ausgerichtet sind.

Das Gehäuse weist ein "graues Gesicht und weiße Segmente"-Erscheinungsbild auf, was den Kontrast durch Reduzierung von Reflexionen von den nicht beleuchteten Bereichen (dem Gesicht) erhöht, während es eine saubere, lichtstreuende Oberfläche für die beleuchteten Segmente bietet. Der Dezimalpunkt rechts ist in das Gehäuse integriert. Die Polarität ist durch die Pinbelegung und die Gemeinschaftskathoden-Architektur klar definiert.

6. Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die LTC-2723JF verwendet einemultiplexierte Gemeinschaftskathoden-Konfiguration. Dies ist ein kritischer Designaspekt. Das interne Schaltbild (referenziert, aber nicht gezeigt) würde offenbaren, dass jede der vier Ziffern ihre Kathodenverbindung teilt. Die Anoden für entsprechende Segmente (A, B, C, D, E, F, G, DP) über alle Ziffern hinweg sind intern miteinander verbunden.

Die detaillierte Pinbelegung ist wie folgt: Pin 1 ist die Gemeinschaftskathode für Ziffer 1, Pin 8 für Ziffer 4, Pin 11 für Ziffer 3 und Pin 14 für Ziffer 2. Pin 12 ist eine spezielle Gemeinschaftskathode für die unteren linken, mittleren und rechten Doppelpunkte-Segmente (L1, L2, L3), die wahrscheinlich für die Zeitdarstellung (z.B. 12:34) verwendet werden. Die Segmentanoden sind auf andere Pins verteilt (z.B. Pin 13 für Anode A und L1, Pin 15 für Anode B und L2, Pin 2 für Anode C und L3, Pin 3 für DP, usw.). Die Pins 4, 9 und 10 sind als "Keine Verbindung" oder "Kein Pin" markiert. Diese Pinbelegung muss für das korrekte Funktionieren des Multiplex-Schemas genau eingehalten werden.

7. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Montagerichtlinie ist die Löttemperaturspezifikation: Das Bauteil hält 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll (1,6 mm) unterhalb der Auflageebene aus. Dies ist eine Standardbewertung für Wellenlöt- oder Reflow-Lötprozesse. Designer müssen sicherstellen, dass ihr Leiterplatten-Montageprofil diesen thermischen Stress nicht überschreitet. Für manuelles Löten sollte ein temperaturgeregeltes Lötgerät mit minimaler Kontaktzeit pro Pin verwendet werden.

Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen für LEDs gelten: Vermeiden Sie mechanische Belastung der Epoxidlinse, schützen Sie vor elektrostatischer Entladung (ESD) während der Handhabung und lagern Sie in geeigneten antistatischen, feuchtigkeitskontrollierten Umgebungen, wenn es nicht unmittelbar nach dem Öffnen der versiegelten Verpackung verwendet wird.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die häufigste Anwendung wird von einem Mikrocontroller angesteuert. Aufgrund des Multiplex-Gemeinschaftskathoden-Designs muss der Mikrocontroller eine Scanning-Technik verwenden. Er setzt das Muster für eine einzelne Ziffer auf den gemeinsamen Anodenleitungen (Segmente A-G, DP) und aktiviert dann (zieht Strom auf Masse) den entsprechenden Gemeinschaftskathoden-Pin für diese Ziffer. Nach einer kurzen Zeitspanne (z.B. 1-5 ms) wechselt er zur nächsten Ziffer und durchläuft so alle vier Ziffern schnell zyklisch. Das menschliche Auge nimmt dies aufgrund der Nachbildwirkung als kontinuierlich beleuchtete Anzeige wahr. Diese Methode reduziert die benötigten I/O-Pins von (7 Segmente + 1 DP) * 4 Ziffern = 32 Pins auf 7 Segment-Pins + 4 Ziffer-Pins + 3 Doppelpunkt-Pins = 14 Pins, eine erhebliche Einsparung.

Externe Komponenten umfassen typischerweise Vorwiderstände in Reihe mit jeder Segmentanodenleitung. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, eine typische V_Fvon 2,6V und einen gewünschten I_Fvon 10 mA beträgt der Widerstand (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ohm. Da die Anzeige multiplexiert ist, kann der Momentanstrom während der aktiven Zeit jeder Ziffer höher sein, um die gleiche Durchschnittshelligkeit zu erreichen; beispielsweise ergibt eine Ansteuerung mit 40 mA Spitzenstrom bei einem Tastverhältnis von 25% einen Durchschnitt von 10 mA.

8.2 Designhinweise und Best Practices

• Treiberauswahl:Stellen Sie sicher, dass der Mikrocontroller oder dedizierte Treiber-IC genügend Strom für die Gemeinschaftskathoden-Pins senken kann (die Summe der Ströme aller beleuchteten Segmente in einer Ziffer).
• Aktualisierungsrate:Halten Sie eine Gesamtaktualisierungsrate über 60 Hz ein, um sichtbares Flackern zu vermeiden. Bei 4 Ziffern sollte die Scan-Zeit jeder Ziffer weniger als ~4 ms betragen.
• Helligkeitsregelung:Die Helligkeit kann in der Software einfach durch Anpassen des Tastverhältnisses des Multiplexing oder des Spitzentreiberstroms (innerhalb der absoluten Grenzen) gesteuert werden.
• Einschaltreihenfolge:Vermeiden Sie das Anlegen von Signalen an Segmentanoden, wenn keine Kathode aktiv ist, da dies zu undefinierten Zuständen und potenziellem Latch-Up führen kann.
• Betrachtungswinkel:Nutzen Sie den weiten Betrachtungswinkel, indem Sie die Anzeige senkrecht zur erwarteten primären Blickrichtung des Benutzers montieren.

9. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu älteren roten GaAsP-LED-Anzeigen bietet die AlInGaP-Technologie in der LTC-2723JF eine deutlich höhere Lumenausbeute. Das bedeutet, sie erzeugt mehr Licht (höhere Candela-Leistung) bei gleichem elektrischem Eingangsstrom, was zu geringerem Stromverbrauch bei gegebener Helligkeit oder höherer maximaler Helligkeit führt. Die gelborange Farbe (605-611 nm) wird subjektiv oft als heller und aufmerksamkeitsstärker wahrgenommen als Standardrot und kann in Umgebungen mit rotem Umgebungslicht eine bessere Leistung bieten.

Im Vergleich zu größeren Ziffernanzeigen bietet die 0,28-Zoll-Größe einen kompakten Platzbedarf, ideal für tragbare oder dicht gepackte Instrumente. Im Vergleich zu Flüssigkristallanzeigen (LCDs) bietet dieses LED-Display überlegene Helligkeit, breitere Betrachtungswinkel und schnellere Ansprechzeiten und benötigt keine Hintergrundbeleuchtung, was das Design vereinfacht. Der Hauptnachteil ist der höhere Stromverbrauch als bei einem LCD, insbesondere wenn mehrere Segmente beleuchtet sind.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Wie berechne ich den korrekten Vorwiderstandswert?

A: Verwenden Sie die Formel R = (V_CC- V_F) / I_F. Verwenden Sie für die erste Berechnung die typische V_Faus dem Datenblatt (2,6V). Wählen Sie einen I_Fbasierend auf Ihrer gewünschten Helligkeit, bleiben Sie unter dem maximalen Dauerstrom von 25 mA. Beachten Sie, dass dies pro Segment gilt. Für ein multiplexiertes Design wird der momentane I_Fhöher sein, um die gleiche Durchschnittshelligkeit zu erreichen.

F: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten (nicht multiplexierten) Strom betreiben?

A: Technisch ja, indem Sie die Kathode jeder Ziffer unabhängig auf Masse legen und die Segmente direkt ansteuern. Dies erfordert jedoch viel mehr I/O-Pins (32+) und ist in Bezug auf Mikrocontroller-Ressourcen und Stromverbrauch sehr ineffizient. Das multiplexierte Design ist der vorgesehene und optimale Anwendungsfall.

F: Was ist der Zweck des "Lichtstärke-Anpassungsverhältnisses"?

A: Dieses 2:1-Verhältnis gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit. Es garantiert, dass kein Segment innerhalb eines Bauteils unter gleichen Bedingungen mehr als doppelt so hell ist wie ein anderes Segment. Dies verhindert, dass einige Ziffern oder Segmente merklich dunkler oder heller erscheinen, was visuell ablenkend wäre.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für den normalen Betrieb innerhalb der spezifizierten Strom- und Temperaturgrenzen ist kein Kühlkörper erforderlich. Die maximale Verlustleistung von 70 mW pro Segment wird unter typischen Bedingungen leicht vom Gehäuse und den Leiterplattenbahnen abgeführt. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung, wenn bei hohen Umgebungstemperaturen nahe der Maximalbewertung gearbeitet wird.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer Digitalmultimeter-Anzeige.Die LTC-2723JF ist eine ausgezeichnete Wahl für eine 4-stellige Multimeter-Anzeige. Das Design würde einen Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) umfassen, der Spannung, Strom oder Widerstand misst. Der Mikrocontroller verarbeitet den Messwert und wandelt ihn in die entsprechenden 7-Segment-Codes für die vier Ziffern um, wobei er die Dezimalpunktposition basierend auf dem Messbereich handhabt.

Die Firmware implementiert einen Timer-Interrupt zur Verwaltung des Multiplex-Scans. Vier Mikrocontroller-Pins werden als Open-Drain- oder starke Senken-Ausgänge konfiguriert, die mit den vier Ziffernkathoden (Pins 1, 14, 11, 8) verbunden sind. Sieben andere Pins werden als Push-Pull-Ausgänge konfiguriert, die über 180-Ohm-Vorwiderstände mit den Segmentanoden (A, B, C, D, E, F, G) verbunden sind. Die DP-Anode (Pin 3) würde bei Bedarf mit einem achten Pin verbunden.

Alle 2,5 ms (für eine Gesamtaktualisierungsrate von 100 Hz) löst der Timer-Interrupt aus. Die Firmware schaltet alle Ziffernkathoden aus, aktualisiert die Segmentanodenausgänge, um das Muster für die nächste Ziffer in der Sequenz anzuzeigen, und aktiviert dann nur den Kathoden-Pin dieser Ziffer. Dieser Prozess wiederholt sich kontinuierlich. Die gelborange Farbe bietet einen hohen Kontrast zum grauen Gesicht und gewährleistet Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen, wie sie bei einem Handmultimeter auftreten.

12. Funktionsprinzip

Das grundlegende Prinzip ist die Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Das AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Material ist ein Halbleiter mit direkter Bandlücke. Bei Vorspannung in Durchlassrichtung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) werden Elektronen aus dem N-Typ-Gebiet und Löcher aus dem P-Typ-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts diktiert – in diesem Fall gelborange (~605-611 nm). Das graue Gesicht und das weiße Segmentmaterial wirken als Diffusor und Kontrastverstärker, formen und lenken das Licht der winzigen LED-Chips in die erkennbaren Segmente.

13. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-LED-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren LED-Materialien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) für rote, orange und gelbe Farben dar. Sie bietet eine weit überlegene interne Quanteneffizienz und Temperaturstabilität, was bedeutet, dass mehr elektrische Energie in Licht umgewandelt wird und die Helligkeit über einen weiten Temperaturbereich besser erhalten bleibt. Diese Technologie ermöglichte die Entwicklung von hochhellen, hocheffizienten LEDs, die für Außen- und Automobilanwendungen geeignet sind, lange vor der weit verbreiteten Einführung von Hochleistungs-Weißlicht-LEDs.

Während moderne Displays oft Punktmatrix-OLEDs oder TFT-LCDs für Vollgrafik verwenden, bleibt die 7-Segment-LED-Anzeige aufgrund ihrer extremen Einfachheit, Robustheit, niedrigen Kosten und perfekten Eignung für reine numerische Anzeigen hochrelevant. Ihr Entwicklungstrend konzentriert sich auf die Steigerung der Effizienz (Lumen pro Watt), die Verbesserung der Kontrastverhältnisse (dunklere Gesichter, hellere Segmente) und das Angebot einer größeren Vielfalt an Gehäusegrößen und Farben innerhalb der AlInGaP- und InGaN (für blau/grün/weiß) Materialsysteme. Die in Bauteilen wie der LTC-2723JF verwendete Multiplexing-Technik ist eine klassische und dauerhafte Lösung für das Problem der Steuerung mehrerer Anzeigeelemente mit einer begrenzten Anzahl von Steuerleitungen.