LTD-5023AJD LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Zeichenhöhe - 2,6V Durchlassspannung - Hyper-Rot - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-5023AJD ist ein zweistelliges Siebensegment-LED-Anzeigemodul mit Dezimalpunkt. Sie verfügt über eine Zeichenhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm) und liefert eine klare und gut lesbare numerische Ausgabe, die für verschiedene Mess- und Anzeigeanwendungen geeignet ist. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Hyper-Rot LED-Chips, die epitaktisch auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind. Diese Technologie ist für ihre hohe Effizienz und exzellente Leuchtleistung bekannt. Die Anzeige hat eine hellgraue Front mit weißen Segmenten und bietet ein klassisches, kontrastreiches Erscheinungsbild, das die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Helligkeit & Kontrast:Die AlInGaP-Technologie liefert eine überlegene Lichtstärke und stellt sicher, dass die Anzeige gut sichtbar ist.
• Großer Betrachtungswinkel:Bietet gleichmäßige Helligkeit und Farbe über einen weiten Bereich von Betrachtungspositionen.
• Geringer Leistungsbedarf:Für effizienten Betrieb ausgelegt, ideal für batteriebetriebene oder energiebewusste Geräte.
• Hervorragende Zeichendarstellung:Merkmale durchgehende, gleichmäßige Segmente für eine saubere und professionelle numerische Anzeige.
• Zuverlässigkeit der Festkörpertechnik:LEDs bieten eine lange Betriebsdauer und Robustheit gegenüber Stößen und Vibrationen im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien.
• Kategorisiert nach Lichtstärke:Bauteile werden nach konsistenten Helligkeitsstufen sortiert (gebinned), was der Einheitlichkeit im Design dient.
• Bleifreies Gehäuse:Entspricht Umweltvorschriften (z.B. RoHS).

1.2 Zielmarkt

Diese Anzeige ist ideal für Anwendungen, die zuverlässige, helle und gut lesbare numerische Indikatoren erfordern. Typische Anwendungsfälle sind Prüf- und Messtechnik, Industrie-Bedienfelder, Medizingeräte, Haushaltsgeräte, Automobil-Armaturenbretter (Sekundäranzeigen) und Kassenterminals (POS).

2. Detaillierte Analyse technischer Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA (bei 1 kHz, 10% Tastverhältnis). Dieser Wert gilt für gepulsten Betrieb, um höhere momentane Helligkeit ohne Überhitzung zu erreichen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Beispielsweise beträgt der maximal zulässige Dauerstrom bei 85°C etwa: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 5,2 mA.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V. Eine Überschreitung kann den LED-Übergang zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Hält maximal 260°C für bis zu 3 Sekunden stand, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist kritisch für Reflow-Lötprozesse.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 320 μcd (min) bis 700 μcd (max) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Bei 10 mA beträgt die typische Lichtstärke 16250 μcd (16,25 mcd). Diese hohe Effizienz ist ein Markenzeichen der AlInGaP-Technologie.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):650 nm (typisch). Dies definiert das spektrale Maximum der Lichtausgabe und platziert sie im Hyper-Rot-Bereich des Spektrums.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit an; eine schmalere Breite bedeutet eine monochromatischere Farbe.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):639 nm (typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und entscheidend für die Farbangabe.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,1 V (min), 2,6 V (typisch) bei I_F=20 mA. Dieser Parameter ist wesentlich für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 μA (max) bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):2:1 (max) bei I_F=1 mA. Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsvariation zwischen Segmenten innerhalb eines Bauteils und gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit.

Hinweis: Lichtstärkemessungen verwenden einen Sensor und Filter, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entsprechen, für eine auf das menschliche Sehen bezogene Genauigkeit.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem Anzeigen basierend auf der gemessenen optischen Ausgabe bei einem Standardteststrom (wahrscheinlich 1 mA oder 10 mA) sortiert werden. Entwickler können Bins auswählen, um eine konsistente Helligkeit über mehrere Einheiten in einem Produkt hinweg sicherzustellen und sichtbare Variationen zwischen Anzeigen zu vermeiden. Obwohl spezifische Bin-Codes in diesem Auszug nicht angegeben sind, werden typische Bins durch Bereiche der Lichtstärke definiert (z.B. Bin A: 500-600 μcd, Bin B: 600-700 μcd).

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\". Obwohl im bereitgestellten Text nicht dargestellt, umfassen solche Kurven typischerweise:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom für ein Segment. Sie ist nichtlinear, mit einer Einschaltspannung von etwa 1,8-2,0V für AlInGaP, die auf die typischen 2,6V bei 20 mA ansteigt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Ein Diagramm, das zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt. Sie ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit steigender Temperatur abnimmt. AlInGaP-LEDs haben im Vergleich zu einigen anderen Materialien eine gute Hochtemperaturleistung, dennoch ist eine Entlastung (Derating) notwendig.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~650 nm und die 20 nm Halbwertsbreite zeigt.

Diese Kurven sind entscheidend, um das Bauteilverhalten unter nicht-standardisierten Bedingungen zu verstehen und die Ansteuerungsbedingungen für spezifische Anwendungsanforderungen zu optimieren (z.B. Maximierung der Helligkeit vs. Maximierung der Effizienz oder Lebensdauer).

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem Standard-Dual-Inline-Gehäuse (DIP) ausgeführt. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm (0,01\") angegeben. Der genaue Umriss, Segmentabstand, Anschlussabstand und die Gesamthöhe/-breite/-länge sind in der Abmessungszeichnung auf Seite 2 des Datenblatts definiert. Diese Zeichnung ist kritisch für das PCB-Footprint-Design und die mechanische Integration in das Endprodukt.

5.2 Pinbelegung & Interne Schaltung

Die LTD-5023AJD ist eineGemeinsame-Kathode-Anzeige. Das bedeutet, die Kathoden (negative Anschlüsse) der LEDs für jede Ziffer sind intern miteinander verbunden. Die Pinbelegung ist wie folgt:

• Pins 1-4, 15-18: Steuern die Segmente (A, B, C, D, E, F, G, DP) vonZiffer 1.
• Pins 5-13: Steuern die Segmente (A, B, C, D, E, F, G, DP) und die gemeinsame Kathode vonZiffer 2.
• Pin 14: Gemeinsame Kathode fürZiffer 1.

Das interne Schaltbild zeigt die Anordnung der 14 LED-Segmente (7 pro Ziffer, plus zwei Dezimalpunkte) und deren Verbindung zu den 18 Pins. Multiplexing ist erforderlich, um beide Ziffern anzusteuern: Durch abwechselndes Freischalten der Kathode von Ziffer 1 und Ziffer 2, während Anodensignale für die gewünschten Segmente der aktiven Ziffer bereitgestellt werden, können beide Ziffern mit weniger I/O-Leitungen gesteuert werden.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Der absolute Maximalwert spezifiziert ein Löttemperaturprofil: Das Gehäuse hält eine Spitzentemperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden stand, gemessen an einem Punkt 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene (d.h. auf der Leiterplatte nahe dem Anschluss). Dies ist ein Standardwert für bleifreie Reflow-Lötprozesse (z.B. mit SAC305-Lot). Entwickler müssen sicherstellen, dass ihr Reflow-Ofenprofil innerhalb dieser Grenzen bleibt, um Schäden an den LED-Chips oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Bereichs von -35°C bis +85°C in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit erfolgen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Um diese Anzeige anzusteuern, wird ein Mikrocontroller oder ein spezieller Treiber-IC benötigt. Für gemeinsame-Kathode-Anzeigen werden die Kathoden-Pins mit Masse verbunden (über einen Transistorschalter für Multiplexing), und die Anoden-Pins werden mit einer strombegrenzten Spannungsquelle verbunden (z.B. über einen Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber). Die Durchlassspannung (V_F) von 2,6V und der gewünschte Strom (I_F, z.B. 10-20 mA für volle Helligkeit) bestimmen den Wert des Vorwiderstands: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Wenn zwei Ziffern mit jeweils 10 mA gemultiplext werden, könnte der Spitzenstrom während der Einschaltzeit der Ziffer 10 mA betragen, aber der Durchschnittsstrom pro Segment ist niedriger, was den Stromverbrauch reduziert.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Immer Vorwiderstände oder Konstantstromtreiber verwenden. Eine LED niemals direkt an eine Spannungsquelle anschließen.
• Multiplexing:Wesentlich für mehrstellige Anzeigen, um die Pinanzahl zu minimieren. Die Aktualisierungsrate sollte hoch genug sein (>60 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.
• Wärmemanagement:Obwohl LEDs effizient sind, kann die Verlustleistung (P = V_F* I_F) pro Segment bis zu 52 mW (2,6V * 20mA) erreichen. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung, insbesondere bei hohen Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber berücksichtigen Sie die primäre Sichtlinie des Benutzers bei der Montage der Anzeige.

8. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet die AlInGaP Hyper-Rot LED eine deutlich höhere Lichtausbeute (mehr Lichtausgabe pro mA Strom) und eine bessere Leistung bei erhöhten Temperaturen. Im Vergleich zu weißen LEDs (oft blaue LED + Leuchtstoff) bietet sie eine überlegene Farbreinheit und typischerweise eine höhere Effizienz für monochromatisches rotes Licht. Die 0,56\" Zeichenhöhe ist eine gängige Größe und bietet einen guten Kompromiss zwischen Lesbarkeit und Kompaktheit im Vergleich zu kleineren (0,3\") oder größeren (0,8\") Anzeigen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (650nm) und dominanter Wellenlänge (639nm)?

A: Die Spitzenwellenlänge ist der höchste Punkt auf der spektralen Ausgangskurve. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die für das menschliche Auge die gleiche Farbe zu haben scheint. Sie unterscheiden sich oft leicht.

F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?

A: Ja. Mit einer V_Fvon 2,6V ist eine 3,3V-Versorgung ausreichend. Ein Vorwiderstand wäre: R = (3,3V - 2,6V) / 0,020A = 35 Ohm. Ein Standard-33- oder 39-Ohm-Widerstand wäre geeignet.

F: Warum ist der Spitzen-Durchlassstrom (90mA) viel höher als der Dauerstrom (25mA)?

A: Die LED kann kurze, hochstromige Pulse ohne Überhitzung verarbeiten, was hellere Anzeige-Multiplexing-Schemata ermöglicht (bei denen jede Ziffer nur einen Bruchteil der Zeit eingeschaltet ist) oder sehr helle Blitze erzeugt.

F: Was bedeutet \"AlInGaP epi auf GaAs-Substrat\"?

A: Die lichtemittierenden Schichten (die epitaktischen oder \"Epi\"-Schichten) bestehen aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid. Diese werden auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Wafer gewachsen, der strukturelle Unterstützung bietet, aber nicht das primäre lichtemittierende Material ist.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige.

Die Voltmeter-Schaltung erzeugt einen BCD-Ausgang (Binary-Coded Decimal), der einer Spannungsmessung entspricht. Ein Mikrocontroller liest diesen BCD-Wert. Er verwendet dann eine Nachschlagetabelle, um zu bestimmen, welche Segmente (A-G) für jede Ziffer beleuchtet werden sollen, um die Zahl anzuzeigen. Die I/O-Pins des Mikrocontrollers, über strombegrenzende Widerstände angeschlossen, steuern die Anoden-Pins der LTD-5023AJD. Zwei andere I/O-Pins, an Transistorschalter angeschlossen, steuern die gemeinsamen Kathoden-Pins (14 und 13). Die Software schaltet schnell zwischen der Aktivierung von Ziffer 1 und Ziffer 2 um (multiplexed), während sie die korrekten Anodenmuster für jede Ziffer sendet. Die 0,56\"-Größe bietet klare Ablesbarkeit aus typischer Arbeitsabstandentfernung, und der hohe Kontrast gewährleistet die Sichtbarkeit unter Werkstattbeleuchtung. Der geringe Stromverbrauch ist vorteilhaft, wenn das Messgerät tragbar ist.

11. Einführung in das Technologieprinzip

AlInGaP ist eine III-V-Halbleiterverbindung. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts diktiert. Für die Hyper-Rot-Farbe ist die Bandlücke so eingestellt, dass sie Photonen um 650 nm emittiert. Das GaAs-Substrat ist bei dieser Wellenlänge optisch absorbierend, daher wird das Licht typischerweise von der Oberseite des Chips extrahiert. Die Bezeichnung \"Hyper-Rot\" weist auf eine tiefe, gesättigte rote Farbe mit hoher Lichtausbeute hin.

12. Technologieentwicklungstrends

Die LED-Anzeigetechnologie entwickelt sich weiter. Während AlInGaP das dominierende Material für hocheffiziente rote und bernsteinfarbene LEDs bleibt, umfassen die Trends:

• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in Materialwissenschaft und Chipdesign ergeben mehr Lumen pro Watt und ermöglichen hellere Anzeigen bei geringerer Leistung.
• Miniaturisierung:Die Entwicklung kleinerer Chipgeometrien ermöglicht Anzeigen mit höherer Auflösung oder kleinere Gehäusegrößen.
• Verbessertes Wärmemanagement:Neue Gehäusematerialien und -designs dissipieren Wärme besser und ermöglichen höhere Treiberströme und anhaltende Helligkeit.
• Integration:Bewegung hin zu Anzeigen mit integrierten Treiber-ICs (\"intelligente Anzeigen\"), um das Systemdesign zu vereinfachen.
• Farbraum-Erweiterung:Obwohl es sich hier um ein monochromatisches Bauteil handelt, umfassen breitere Trends die Entwicklung neuer Leuchtstoffe und Direktemissionsmaterialien für einen größeren Farbbereich in Vollfarbanzeigen, wobei AlInGaP-Rot eine Schlüsselkomponente in solchen RGB-Systemen ist.