Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Hauptmerkmale und Vorteile
- 1.2 Physikalische Beschreibung
- 2. Detaillierte technische Spezifikationen
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (Ta=25°C)
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 4. Analyse der Leistungskurven
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung
- 5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 7. Anwendungsvorschläge
- 7.1 Typische Anwendungsszenarien
- 7.2 Designüberlegungen und Treiberschaltung
- 8. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 10. Design- und Anwendungsfallstudie
- 11. Einführung in das technische Prinzip
- 12. Technologietrends und Kontext
1. Produktübersicht
Die LTC-2621JG ist ein kompaktes, leistungsstarkes dreistelliges numerisches Anzeigemodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von drei Ziffern numerischer Daten mittels Festkörper-LED-Technologie. Die eingesetzte Kerntechnologie basiert auf AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Epitaxieschichten, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind und speziell für die Erzeugung hocheffizienter grüner Lichtemission entwickelt wurden. Dieses Materialsystem wurde aufgrund seiner überlegenen Lichtausbeute und Farbreinheit im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP gewählt, was zu exzellenter Helligkeit und Zeichendarstellung selbst bei niedrigeren Treiberströmen führt. Das Bauteil ist als Anzeige mit gemeinsamem Anode und Multiplexing kategorisiert, was bedeutet, dass alle Anoden für jede Ziffer intern miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht eine effiziente Steuerung mehrerer Ziffern mit einer reduzierten Anzahl von Mikrocontroller-I/O-Pins durch Zeitmultiplexverfahren.
1.1 Hauptmerkmale und Vorteile
Die Anzeige bietet mehrere deutliche Vorteile, die sie für ein breites Spektrum an industriellen, konsumenten- und messtechnischen Anwendungen geeignet macht.
- Optische Leistung:Sie verfügt über eine Zeichenhöhe von 0,28 Zoll (7,0 mm) mit durchgehenden, gleichmäßigen Segmenten ohne Lücken für ein sauberes, professionelles Erscheinungsbild. Die Kombination aus hoher Helligkeit und hohem Kontrast gewährleistet eine ausgezeichnete Lesbarkeit unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen. Ein großer Betrachtungswinkel ermöglicht es, die Anzeige auch aus schrägen Positionen klar abzulesen.
- Elektrische Effizienz:Das Bauteil hat einen geringen Leistungsbedarf, was zu einem energieeffizienten Systemdesign beiträgt. Der Einsatz von AlInGaP-Technologie bietet eine hohe Lichtstärke bei relativ niedrigem Durchlassstrom.
- Zuverlässigkeit und Konsistenz:Als Festkörperbauelement bietet es hohe Zuverlässigkeit ohne bewegliche Teile und ist resistent gegen Stöße und Vibrationen. Die Einheiten werden nach Lichtstärke kategorisiert, was eine konsistente Helligkeit zwischen verschiedenen Anzeigen sicherstellt – entscheidend für Produkte mit mehreren Einheiten.
- Umweltkonformität:Das Gehäuse ist bleifrei und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), wodurch es für den Einsatz in Produkten geeignet ist, die in Märkten mit strengen Umweltvorschriften verkauft werden.
1.2 Physikalische Beschreibung
Die Anzeige hat eine graue Frontplatte, die Umgebungslicht absorbiert und den Kontrast verbessert. Die Segmente selbst emittieren bei Stromversorgung weißes Licht, das durch die graue Front scheint und die sichtbaren Zeichen erzeugt. Diese Kombination wurde für optimale Lesbarkeit gewählt. Das Bauteil ist eine dreistellige Anzeige, kann also Zahlen von 000 bis 999 anzeigen.
2. Detaillierte technische Spezifikationen
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter. Das Verständnis dieser Grenzwerte und Kenngrößen ist für ein zuverlässiges Schaltungsdesign unerlässlich.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder jenseits dieser Grenzen ist nicht garantiert und sollte vermieden werden.
- Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher als Wärme von einem einzelnen LED-Segment abgeführt werden kann. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung, reduzierter Lebensdauer oder Ausfall führen.
- Spitzendurchlassstrom pro Segment:60 mA (bei 1 kHz, 25% Tastverhältnis). Dies ist der maximale Momentanstrom, den ein Segment unter gepulsten Bedingungen verkraften kann. Für kontinuierlichen Gleichstrombetrieb ist der Nenndurchlassstrom der begrenzende Faktor.
- Durchlassstrom pro Segment (kontinuierlich):25 mA bei 25°C. Dieser Strom muss linear um 0,28 mA/°C reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Beispielsweise wäre bei 85°C der maximal zulässige kontinuierliche Strom: 25 mA - [0,28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16,8 mA =8,2 mA.
- Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer Sperrvorspannung größer als dieser Wert kann zum Durchbruch und zur Beschädigung des LED-Übergangs führen.
- Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses breiten Temperaturbereichs ausgelegt, was es für raue Umgebungen geeignet macht.
- Lötbedingungen:260°C für 3 Sekunden, wobei die Lötspitze mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Bauteils positioniert sein muss. Dies ist eine Standardrichtlinie für bleifreie Reflow-Profile, um thermische Schäden während der Montage zu verhindern.
2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (Ta=25°C)
Dies sind die typischen Leistungsparameter, die unter spezifizierten Testbedingungen gemessen wurden. Entwickler sollten diese Werte für Schaltungsberechnungen verwenden.
- Mittlere Lichtstärke (IV):320 μcd (Min), 692 μcd (Typ) bei IF= 1 mA. Dies ist ein Maß für die Lichtausbeute. Der weite Bereich deutet auf ein Binning-System hin; Entwickler müssen den Minimalwert berücksichtigen, um bei allen Einheiten ausreichende Helligkeit sicherzustellen.
- Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):571 nm (Typ) bei IF= 20 mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert, im grünen Bereich des Spektrums.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (Typ). Dies gibt die spektrale Reinheit an; eine schmalere Breite bedeutet eine reinere, gesättigtere grüne Farbe.
- Dominante Wellenlänge (λd):572 nm (Typ). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die der Spitzenwellenlänge dieser grünen LED nahekommt.
- Durchlassspannung pro Segment (VF):2,05 V (Min), 2,6 V (Typ) bei IF= 20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Der Wert des strombegrenzenden Widerstands muss unter Verwendung des maximalen VFberechnet werden, um den minimal erforderlichen Strom zu garantieren.
- Sperrstrom pro Segment (IR):100 μA (Max) bei VR= 5 V. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihrer maximalen Nennwerte in Sperrrichtung vorgespannt ist.
- Lichtstärke-Abgleichverhältnis:2:1 (Max). Dies spezifiziert, dass der Helligkeitsunterschied zwischen zwei beliebigen Segmenten innerhalb des "ähnlichen Lichtbereichs" (typischerweise innerhalb einer Ziffer oder über Ziffern hinweg) den Faktor zwei nicht überschreitet. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit.
3. Erklärung des Binning-Systems
Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies bezieht sich auf einen nachgelagerten Binning-Prozess.
- Lichtstärke-Binning:Nach der Fertigung werden die LEDs getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem Standardteststrom (in diesem Fall 1 mA) sortiert (gebinned). Die LTC-2621JG hat einen spezifizierten Minimalwert von 320 μcd und einen typischen Wert von 692 μcd. Die Einheiten werden in Bins mit engeren Intensitätsbereichen gruppiert (z.B. 320-400 μcd, 400-500 μcd usw.). Dies ermöglicht es Kunden, ein Bin für eine konsistente Helligkeit über mehrere Anzeigen in einem Produkt hinweg auszuwählen. Das Datenblatt gibt den Gesamtbereich an; spezifische Bincodes sind typischerweise beim Hersteller für die Bestellung verfügbar.
- Durchlassspannung:Obwohl nicht explizit als gebinned erwähnt, deutet der angegebene Bereich (2,05V bis 2,6V) auf natürliche Schwankungen hin. Für Designs, bei denen der Stromverbrauch oder das Treiberschaltungsdesign kritisch ist, kann es notwendig sein, den Hersteller nach Spannungs-Bins zu konsultieren.
4. Analyse der Leistungskurven
Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische/optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung ableiten.
- Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (IV/ IF-Kurve):Dieser Graph würde zeigen, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom zunimmt. Er ist typischerweise nichtlinear, wobei der Wirkungsgrad (Lichtausbeute pro mA) bei sehr hohen Strömen oft abnimmt. Diese Kurve hilft Entwicklern, einen Betriebsstrom zu wählen, der Helligkeit und Effizienz in Einklang bringt.
- Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (VF/ IF-Kurve):Dies zeigt die exponentielle I-V-Kennlinie der LED-Diode. Sie ist entscheidend für das Design der strombegrenzenden Schaltung.
- Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve veranschaulicht, wie die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Sie ist entscheidend für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Treiberströmen arbeiten, da sie möglicherweise eine Reduzierung der Nennwerte oder eine Kühlung erforderlich macht.
- Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative optische Leistung über die Wellenlängen zeigt, zentriert um 571-572 nm mit einer Halbwertsbreite von ~15 nm, was die grüne Lichtemission bestätigt.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung
Das Bauteil verwendet ein Standard-Dual-Inline-Gehäuse (DIP) für die Durchsteckmontage auf Leiterplatten. Wichtige dimensionale Hinweise sind: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, und die allgemeine Toleranz beträgt ±0,25 mm (ca. ±0,01 Zoll), sofern nicht für ein bestimmtes Merkmal eine andere Angabe gemacht wird. Entwickler müssen auf die detaillierte mechanische Zeichnung (im vorliegenden Text nicht vollständig detailliert) für genaue Lochabstände, Pindurchmesser, Gehäusebreite, -höhe und Zeichenabstand zurückgreifen, um genaue Leiterplatten-Footprints zu erstellen und einen korrekten Sitz im Gehäuse sicherzustellen.
5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis
Die Anzeige hat 16 Pinpositionen, obwohl nicht alle mit physischen Pins bestückt sind (Pin 10, 11 und 14 sind als "NO PIN" aufgeführt). Pin 9 ist "NO CONNECTION". Das interne Schaltbild zeigt eine gemultiplextes Common-Anode-Konfiguration.
- Gemeinsame Anoden:Pin 2, 5, 8 und 13 sind gemeinsame Anoden-Pins. Pin 2 steuert Ziffer 1, Pin 5 steuert Ziffer 2 und Pin 8 steuert Ziffer 3. Pin 13 ist eine gemeinsame Anode für die drei Doppelpunkt-Anzeige-LEDs (L1, L2, L3).
- Segment-Kathoden:Die anderen Pins sind Kathoden für spezifische Segmente (A, B, C, D, E, F, G, DP) und Anzeigen. Um beispielsweise Segment 'A' auf Ziffer 1 zu leuchten, muss der Schaltkreis die Kathode für Segment A (Pin 15) mit Masse verbinden, während eine positive Spannung an die Anode für Ziffer 1 (Pin 2) angelegt wird.
- Rechter Dezimalpunkt:Die Beschreibung vermerkt "Rt.Hand Decimal", und Pin 3 ist die Kathode für D.P. (Dezimalpunkt), was darauf hinweist, dass sich der Dezimalpunkt rechts von den drei Ziffern befindet.
6. Löt- und Montagerichtlinien
Die Einhaltung der spezifizierten Lötbedingungen ist für die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend.
- Handlöten:Falls Handlöten notwendig ist, lautet die Richtlinie, einen Lötkolben bei 260°C für maximal 3 Sekunden pro Pin anzusetzen. Die Lötspitze muss mindestens 1,6 mm unterhalb der Auflageebene des Anzeigekörpers positioniert werden, um zu verhindern, dass übermäßige Hitze die Pins hinaufsteigt und den internen Epoxidharz oder die Bonddrähte beschädigt.
- Wellen- oder Reflow-Löten:Für automatisierte Prozesse ist ein Standard-Temperaturprofil für bleifreies Löten mit einem Maximum von 260°C geeignet. Der Lager- und Betriebstemperaturbereich des Bauteils (-35°C bis +85°C) zeigt, dass es typische SMT-Reflow-Thermalzyklen verkraften kann, obwohl das Durchsteckgehäuse darauf hindeutet, dass Wellenlöten die primär vorgesehene Methode ist.
- Lagerbedingungen:Bauteile sollten in ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel in einer Umgebung innerhalb des Lagertemperaturbereichs (-35°C bis +85°C) und bei niedriger Luftfeuchtigkeit gelagert werden, um eine Oxidation der Anschlüsse zu verhindern.
7. Anwendungsvorschläge
7.1 Typische Anwendungsszenarien
Die LTC-2621JG ist ideal für jedes eingebettete System, das eine klare, zuverlässige und stromsparende numerische Anzeige erfordert.
- Test- und Messgeräte:Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile, Sensoranzeigen.
- Industrielle Steuerungen:Pultinstrumente für Temperatur, Druck, Drehzahl, Zähleranzeigen an Maschinen.
- Konsumgeräte:Mikrowellenherde, Digitaluhren, Tuner von Audiogeräten, Personenwaagen.
- Automobilzubehör:Instrumente und Anzeigen für Zusatzsysteme (Spannung, Temperatur).
7.2 Designüberlegungen und Treiberschaltung
Das Design mit dieser Anzeige erfordert besondere Aufmerksamkeit für die Ansteuerungsmethode.
- Multiplexing-Treiber:Ein Mikrocontroller muss sequentiell die gemeinsame Anode jeder Ziffer (Pin 2, 5, 8) mit einer hohen Aktualisierungsrate (typischerweise >100 Hz) aktivieren, während er das entsprechende Segment-Kathodenmuster für diese Ziffer ausgibt. Diese Nachbildwirkung erzeugt die Illusion, dass alle Ziffern gleichzeitig leuchten. Die Doppelpunkt-Anode (Pin 13) kann separat angesteuert oder in die Multiplexing-Sequenz einbezogen werden.
- Strombegrenzung:Jede Segment-Kathodenleitung muss einen seriellen strombegrenzenden Widerstand haben. Der Widerstandswert wird berechnet mit R = (Vversorgung- VF) / IF. Verwenden Sie den maximalen VF-Wert (2,6V) aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der minimal gewünschte IF-Strom immer erreicht wird. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und einem Ziel-IFvon 10 mA: R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ω. Ein Standardwiderstand von 220 Ω oder 270 Ω wäre geeignet.
- Verlustleistung:Stellen Sie sicher, dass die Leistung pro Segment (VF* IF) 70 mW nicht überschreitet, und reduzieren Sie den kontinuierlichen Strom bei hohen Umgebungstemperaturen, wie in Abschnitt 2.1 beschrieben.
- Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ermöglicht Flexibilität bei der Montageposition relativ zum Benutzer.
8. Technischer Vergleich und Differenzierung
Im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien und älteren LED-Typen bietet die LTC-2621JG spezifische Vorteile.
- Vergleich mit Standard-GaP-Grün-LEDs:AlInGaP-Technologie bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu helleren Anzeigen bei gleichem Strom oder gleichwertiger Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Die Farbe ist auch ein lebhafteres, reineres Grün.
- Vergleich mit LCD-Anzeigen:LEDs sind selbstleuchtend, d.h. sie erzeugen ihr eigenes Licht und bieten überlegene Helligkeit und Lesbarkeit bei schwachem Licht oder direktem Sonnenlicht ohne Hintergrundbeleuchtung. Sie haben auch eine viel schnellere Ansprechzeit und einen weiteren Betriebstemperaturbereich. Der Nachteil ist im Allgemeinen ein höherer Stromverbrauch, wenn viele Segmente angezeigt werden.
- Vergleich mit größeren oder kleineren Ziffernanzeigen:Die 0,28-Zoll-Höhe bietet eine gute Balance zwischen Sichtbarkeit und Leiterplattenplatzbedarf und liegt zwischen kleineren Indikatoren und größeren Pultinstrumenten.
- Vergleich mit nicht gebinnten Anzeigen:Die Kategorisierung nach Lichtstärke ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für Anwendungen, die visuelle Konsistenz über mehrere Einheiten hinweg erfordern, wie z.B. in einer Produktlinie oder einem Schaltschrank mit mehreren identischen Anzeigen.
9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F1: Was ist der Zweck der "NO PIN"- und "NO CONNECTION"-Pins?
A1: "NO PIN" bedeutet, dass der physische Pin im Gehäuse weggelassen wird, was eine Lücke in der Pinreihe hinterlässt. "NO CONNECTION" (Pin 9) bedeutet, dass ein physischer Pin existiert, aber nicht elektrisch mit etwas innerhalb der Anzeige verbunden ist. Diese werden oft eingefügt, um den Gehäuse-Footprint mit anderen Anzeigen in einer Familie zu standardisieren, die diese Pins möglicherweise verwenden.
F2: Wie berechne ich den passenden strombegrenzenden Widerstand?
A2: Verwenden Sie die Formel R = (Vversorgung- VF) / IF. Verwenden Sie in Ihrer Berechnung stets denmaximalen VFWert aus dem Datenblatt (2,6V), um sicherzustellen, dass unter allen Bedingungen der gewünschte Mindeststrom fließt. Wählen Sie einen Standardwiderstandswert, der gleich oder etwas niedriger als Ihr berechneter Wert ist.
F3: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten Gleichstrom ohne Multiplexing ansteuern?
A3: Technisch gesehen ja, aber es ist höchst ineffizient. Sie müssten alle drei Ziffernanoden miteinander verbinden und jedem Segmentkathoden kontinuierlich Strom zuführen. Dies würde im Vergleich zu einem gemultiplexten Design das Dreifache des Stroms (für drei identische Ziffern) ziehen und würde wahrscheinlich die maximalen Nenndurchlassströme überschreiten, wenn alle Segmente eingeschaltet wären. Multiplexing ist die vorgesehene und optimale Methode.
F4: Was bedeutet "Lichtstärke-Abgleichverhältnis 2:1" in der Praxis?
A4: Es bedeutet, dass innerhalb eines definierten "ähnlichen Lichtbereichs" (wahrscheinlich innerhalb einer Anzeige) das dunkelste Segment nicht weniger als halb so hell wie das hellste Segment sein wird. Dies stellt sicher, dass die Zahl "8" (alle Segmente an) gleichmäßig aussieht und nicht einige Segmente merklich dunkler als andere sind.
10. Design- und Anwendungsfallstudie
Szenario: Entwurf einer Digitalvoltmeter-Anzeige
Ein Entwickler entwirft ein 0-30V DC Voltmeter. Der ADC des Mikrocontrollers liest die Spannung, wandelt sie in einen Wert zwischen 0,00 und 30,00 um und muss ihn auf drei Ziffern und einem Dezimalpunkt anzeigen (zeigt Zehntel Volt an, z.B. "12,3").
- Hardware-Schnittstelle:Der Entwickler verwendet 4 Mikrocontroller-Pins, die als digitale Ausgänge konfiguriert sind, um die drei Ziffernanoden (Pin 2,5,8) und die Doppelpunkt/Dezimalpunkt-Anode (Pin 13) zu steuern. 8 andere Pins werden als digitale Ausgänge konfiguriert (oder verwenden ein Schieberegister), um die Segmentkathoden (A-G, DP) zu steuern.
- Software-Routine:Die Firmware führt einen Timer-Interrupt mit 500 Hz aus. In jedem Interrupt-Zyklus:
- Alle Anoden-Pins AUSschalten.
- Das Segmentmuster für Ziffer 1 (die Hunderterstelle) an die Kathoden-Pins ausgeben.
- Den Anoden-Pin für Ziffer 1 (Pin 2) EINschalten.
- Eine kurze Verzögerung abwarten.
- Wiederholen für Ziffer 2 (Zehnerstelle, Pin 5) und Ziffer 3 (Einerstelle, Pin 8), einschließlich der Dezimalpunkt-Kathode (Pin 3), wenn Ziffer 2 aktiv ist. - Stromberechnung:Angestrebt wird ein Segmentstrom von 5 mA für gute Helligkeit und niedrigen Stromverbrauch, bei einer 5V-Versorgung: R = (5V - 2,6V) / 0,005A = 480 Ω. Ein 470 Ω-Widerstand wird in Reihe mit jeder der 8 Segmentkathodenleitungen platziert.
- Ergebnis:Die Anzeige zeigt eine stabile, helle 3-stellige Spannungsanzeige mit Dezimalpunkt und verbraucht minimal Mikrocontroller-I/O und Leistung.
11. Einführung in das technische Prinzip
Das grundlegende Betriebsprinzip basiert auf der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Im AlInGaP-Materialsystem, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Diffusionsspannung des Übergangs (ca. 2V) übersteigt, werden Elektronen aus dem N-Typ-Gebiet und Löcher aus dem P-Typ-Gebiet über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Gebiet (den Quantentöpfen der AlInGaP-Epitaxieschicht) rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Lichtteilchen) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphid-Atome bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt. Für die LTC-2621JG ist diese Zusammensetzung so eingestellt, dass Photonen mit einer Wellenlänge um 572 nm erzeugt werden, die das menschliche Auge als grünes Licht wahrnimmt. Die graue Frontplatte wirkt als kontrastverstärkender Filter, der Umgebungslicht absorbiert, um die emittierten grünen Segmente heller und schärfer erscheinen zu lassen.
12. Technologietrends und Kontext
Anzeigen wie die LTC-2621JG repräsentieren einen ausgereiften und hochoptimierten Bereich der Optoelektronik. Der Trend bei solchen Indikator-Anzeigen ging hin zu erhöhter Effizienz (mehr Licht pro Watt), verbesserter Konsistenz durch fortschrittliches Binning und Einhaltung von Umweltvorschriften (bleifrei, halogenfrei). Während neuere Technologien wie OLEDs Flexibilität und hohen Kontrast bieten, behalten traditionelle segmentierte LED-Anzeigen starke Positionen in Anwendungen, die hohe Helligkeit, extreme Zuverlässigkeit, weiten Temperaturbereich und niedrige Kosten pro Ziffer erfordern. Der Wechsel von älterem GaP:N zu AlInGaP war ein bedeutender Schritt in der Leistung von grünen und gelben LEDs. Zukünftige Entwicklungen könnten sich auf weitere Effizienzsteigerungen und Integration konzentrieren, wie z.B. Anzeigen mit integrierten Treibern oder seriellen Schnittstellen (wie I2C oder SPI), was den für das Multiplexing erforderlichen Mikrocontroller-Aufwand reduziert. Dennoch bleibt die grundlegende Durchsteck-Multiplex-Common-Anode-Anzeige aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit und direkten Schnittstellenfähigkeit mit universellen Mikrocontrollern ein grundlegendes und weit verbreitetes Bauteil.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |