LTC-5623JD LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Ziffernhöhe - Hyper Rote Farbe - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-5623JD ist ein Vierfach-Sieben-Segment-Licht-emittierende-Diode (LED)-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, eine klare, helle numerische Anzeige für verschiedene elektronische Geräte und Instrumente bereitzustellen. Die Kernanwendung liegt in Szenarien, die die Darstellung numerischer Daten erfordern, wie z. B. in Prüfgeräten, Industrie-Steuerungen, Haushaltsgeräten und Panel-Messgeräten.

Die Schlüsselpositionierung des Bauteils liegt in seiner Ausgewogenheit von Zeichengröße, Helligkeit und Zuverlässigkeit. Es nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Halbleitertechnologie für seine LED-Chips, speziell in einer Hyper-Rot-Farbe. Diese Technologie bietet Vorteile in Effizienz und Lichtstärke im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP. Die Anzeige verfügt über eine graue Front mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert.

Ihre Kernvorteile, wie im Datenblatt aufgeführt, umfassen ein kontinuierlich gleichmäßiges Segment-Erscheinungsbild, geringen Leistungsbedarf, ausgezeichnetes Zeichen-Erscheinungsbild, hohe Helligkeit und Kontrast, einen weiten Betrachtungswinkel und die Zuverlässigkeit von Festkörperbauteilen. Das Bauteil ist außerdem nach Lichtstärke kategorisiert und wird in einer bleifreien, RoHS-konformen Bauform angeboten.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Parameter definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist der maximal zulässige Leistungsverlust als Wärme für ein einzelnes Segment (z. B. Segment 'A'). Eine Überschreitung kann den Halbleiterübergang überhitzen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Es ist nützlich für Multiplexing-Schemata, bei denen höhere Momentanströme verwendet werden, um eine wahrgenommene Helligkeit zu erreichen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear um 0,28 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximale Dauerstrom ungefähr: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,28 mA/°C) = 8,2 mA.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Bauteil kann innerhalb dieses gesamten Bereichs funktionieren und gelagert werden.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist kritisch für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten zu verhindern.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):320 μcd (min), 700 μcd (typ) bei einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA. Dies quantifiziert die Lichtausgabe. Das Bauteil wird basierend auf diesem Parameter gebinnt/kategorisiert.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):650 nm (typ) bei IF=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgabe am stärksten ist.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typ) bei IF=20mA. Dies zeigt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet ein monochromatischeres Licht.
• Dominante Wellenlänge (λd):639 nm (typ) bei IF=20mA. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die 'Hyper Rote' Farbe definiert.
• Durchlassspannung pro Segment (Vf):2,1V (min), 2,6V (typ) bei IF=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem beleuchteten Segment. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (Ir):100 μA (max) bei einer Sperrspannung (Vr) von 5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; das Bauteil ist nicht für den Dauerbetrieb in Sperrrichtung vorgesehen.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (Iv-m):2:1 (max). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb eines Bauteils und gewährleistet so ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt besagt, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert, dass Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtausgabe bei einem Standard-Teststrom (typischerweise 1mA oder 20mA) sortiert (gebinnt) werden. Obwohl spezifische Bin-Codes in diesem Auszug nicht angegeben sind, beinhaltet die gängige Praxis alphanumerische Codes (z. B. B1, B2, C1), die Bereiche der Lichtstärke darstellen. Dies ermöglicht es Entwicklern, Anzeigen mit konsistenten Helligkeitsstufen für ihre Anwendung auszuwählen. Das enge 2:1-Intensitätsabgleichverhältnis stellt weiterhin visuelle Konsistenz über alle Segmente einer einzelnen Ziffer und zwischen den Ziffern sicher.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinienkurven\" auf der letzten Seite. Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt basierend auf der LED-Technologie ableiten:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Dieser Graph würde die für eine Diode typische exponentielle Beziehung zeigen. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die notwendige Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen, was für den Entwurf stabiler Konstantstrom-Treiber wesentlich ist.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Dies zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Das Verständnis dieser Entlastung ist entscheidend für Anwendungen, die in erhöhten Temperaturumgebungen betrieben werden.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~650nm und die ~20nm Halbwertsbreite zeigt und damit die Hyper-Rot-Farbspezifikation bestätigt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil hat eine Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,2 mm). Die Maßzeichnung (im Text nicht vollständig detailliert) würde kritische Maße für das Leiterplatten-Footprint-Design liefern: Gesamtlänge, -breite und -höhe; Ziffern-zu-Ziffern-Abstand; Segmentabmessungen; sowie Stiftlänge, -durchmesser und -abstand. Die Hinweise geben an, dass alle Maße in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm sind. Ein kritischer Hinweis ist die Stiftspitzen-Verschiebungstoleranz von ±0,4 mm, die empfiehlt, die Pin-Löcher auf der Hauptplatte mit einem Durchmesser (ψ) von 1,0 mm zu entwerfen, um diese potenzielle Fehlausrichtung beim Einstecken aufzunehmen.

5.2 Pin-Verbindung und Polarität

Die LTC-5623JD verwendet einegemeinsame AnodeKonfiguration. Dies bedeutet, dass die Anoden der LEDs für jede Ziffer intern miteinander verbunden und zu separaten Pins (Ziffern 1-4) herausgeführt sind, während die Kathoden für jeden Segmenttyp (A-G, DP) über alle Ziffern hinweg gemeinsam genutzt und zu einzelnen Pins herausgeführt sind. Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 1: Kathode E, Pin 2: Kathode D, Pin 3: Kathode DP, Pin 4: Kathode C, Pin 5: Kathode G, Pin 6: Gemeinsame Anode Ziffer 4, Pin 7: Kathode B, Pin 8: Gemeinsame Anode Ziffer 3, Pin 9: Gemeinsame Anode Ziffer 2, Pin 10: Kathode F, Pin 11: Kathode A, Pin 12: Gemeinsame Anode Ziffer 1. Das interne Schaltbild würde diese Multiplexing-Anordnung klar zeigen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste bereitgestellte Richtlinie ist die Löttemperaturgrenze: maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein Standardprofil für bleifreies Reflow-Löten. Entwickler müssen sicherstellen, dass ihr Leiterplatten-Montageprozess dieser Grenze entspricht, um Gehäuserisse, Linsendeformation oder Schäden am internen Chip und den Bonddrähten zu verhindern. Für Wellenlöten sollte die Kontaktzeit minimiert werden. Ein ordnungsgemäßer Umgang zur Vermeidung elektrostatischer Entladung (ESD) wird ebenfalls empfohlen, obwohl nicht explizit angegeben, da LEDs Halbleiterbauteile sind.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für eine Anzeige mit gemeinsamer Anode beinhaltet die Treiberschaltung typischerweise, dass die gemeinsamen Anoden-Pins über Ziffern-Auswahl-Transistoren (z. B. PNP- oder P-Kanal-MOSFETs) mit einer positiven Versorgungsspannung (Vcc) verbunden werden. Die Segment-Kathoden-Pins werden über strombegrenzende Widerstände und Segment-Treiber-Transistoren oder einen dedizierten LED-Treiber-IC mit Masse verbunden. Eine Multiplexing-Technik wird verwendet: Eine Ziffer wird jeweils durch Aktivieren ihrer Anode beleuchtet, während die entsprechenden Kathoden für die gewünschte Zahl dieser Ziffer aktiviert werden. Dieser Zyklus wiederholt sich schnell über alle vier Ziffern und erzeugt die Illusion, dass alle Ziffern gleichzeitig leuchten. Diese Methode reduziert die Anzahl der benötigten Treiber-Pins von 32 (4 Ziffern * 8 Segmente) auf 12 (4 Anoden + 8 Kathoden).

7.2 Designberechnungen

Berechnung des Strombegrenzungswiderstands:Angenommen eine 5V-Versorgung (Vcc), eine typische Segment-Durchlassspannung (Vf) von 2,6V und ein gewünschter Segmentstrom (Iseg) von 10 mA für normale Helligkeit. Der Widerstandswert R = (Vcc - Vf) / Iseg = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω. Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens I²R = (0,01)² * 240 = 0,024 W betragen, daher ist ein Standard-1/8W- oder 1/10W-Widerstand ausreichend.

Spitzenstrom beim Multiplexing:Um einen durchschnittlichen Segmentstrom von 10 mA mit einem 1/4 Tastverhältnis (für vier Ziffern) zu erreichen, müsste der Spitzenstrom während seines aktiven Zeitfensters 40 mA betragen. Dies liegt innerhalb der absoluten maximalen Spitzenstrombelastbarkeit von 90 mA, muss aber gegen die Dauerstrom-Entlastung geprüft werden, wenn die Anzeige in einer heißen Umgebung betrieben wird.

7.3 Betrachtungswinkel und Lesbarkeit

Die Spezifikation des weiten Betrachtungswinkels stellt sicher, dass die Anzeige auch bei seitlicher Betrachtung lesbar bleibt. Die graue Front und die weißen Segmente verbessern den Kontrast, wodurch die Ziffern klar vom Hintergrund abstehen, was sowohl in dunklen als auch in hell erleuchteten Umgebungen vorteilhaft ist.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTC-5623JD differenziert sich durch mehrere Faktoren. Die Verwendung vonAlInGaP Hyper RotTechnologie bietet im Allgemeinen eine höhere Lumenausbeute und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren roten LED-Technologien wie GaAsP, was zu einer helleren und konsistenteren Ausgabe führt. Die0,56-Zoll-Ziffernhöheplatziert sie in einer spezifischen Größenkategorie, größer als 0,3-Zoll-Anzeigen für bessere Sichtbarkeit auf Distanz, aber potenziell kleiner als 1-Zoll-Anzeigen, die in größeren Panels verwendet werden. DieVierfach-Ziffern-, gemeinsame-Anode-Konfiguration mit Dezimalpunkt rechtsist ein Standard-, aber wesentliches Merkmals-Set für viele numerische Anzeigeanwendungen. Ihrweiter Betriebstemperaturbereich(-35°C bis +105°C) macht sie geeignet für industrielle und automotive Umgebungen, in denen Temperatur-Extreme üblich sind, und bietet so einen Vorteil gegenüber Anzeigen mit engeren Bereichen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Ein typischer MCU-Pin kann nur 20-25mA liefern/aufnehmen, was der Gesamtstrom für den Pin ist. Da diese Anzeige Multiplexing verwendet, könnte ein einzelnes Segment 10-40mA benötigen, und die gemeinsame Anode für eine ganze Ziffer würde die Summe der Ströme für alle beleuchteten Segmente benötigen (z. B. 8 Segmente * 10mA = 80mA). Daher sind externe Transistoren oder ein dedizierter Treiber-IC zwingend erforderlich.

F: Warum gibt es einen Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (650nm) und dominanter Wellenlänge (639nm)?

A: Die Spitzenwellenlänge ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge wird basierend auf der photopischen Antwortkurve (CIE) des menschlichen Auges berechnet. Das Auge ist für bestimmte Wellenlängen empfindlicher, daher kann die \"wahrgenommene\" Farbe (dominant) bei einer anderen Wellenlänge liegen als das physikalische Maximum.

F: Die Lagertemperatur beträgt bis zu 105°C. Kann ich sie bei 260°C löten?

A: Ja, aber mit kritischer Zeitsteuerung. Die Lagerbewertung gilt für langfristige, nicht betriebene Bedingungen. Die Lötbewertung (260°C für 3s) ist ein kurzfristiger, extremer thermischer Prozess, den das Gehäuse zu ertragen ausgelegt ist, wenn das Profil strikt eingehalten wird. Das Überschreiten der Zeit oder Temperatur kann Schäden verursachen.

10. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwurf einer Digitalvoltmeter-Anzeige.Ein Entwickler erstellt ein 4-stelliges DC-Voltmeter mit einem Bereich von 0-20V. Er wählt die LTC-5623JD aufgrund ihrer klaren Lesbarkeit. Der Analog-Digital-Wandler (ADC) und der Mikrocontroller verarbeiten die Eingangsspannung. Die Firmware des MCU berechnet die anzuzeigenden Ziffern (z. B. 12,34) und steuert die Anzeige über eine Multiplexing-Routine. Die gemeinsamen Anoden-Pins sind über PNP-Transistoren mit dem MCU verbunden, um die 5V-Versorgung nacheinander zu jeder Ziffer zu schalten. Die Segment-Kathoden-Pins sind über ein 74HC595-Schieberegister oder einen dedizierten LED-Treiber wie den MAX7219 mit dem MCU verbunden, der auch die Konstantstrom-Senken bereitstellt. Strombegrenzungswiderstände sind in Reihe mit den Segmentleitungen platziert. Die Firmware stellt sicher, dass die Bildwiederholfrequenz über 60 Hz liegt, um sichtbares Flackern zu vermeiden. Der weite Betriebstemperaturbereich ermöglicht es, das Voltmeter in einer Werkstatt-Garage zu verwenden, wo die Temperaturen erheblich variieren können.

11. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet (für dieses AlInGaP-Material etwa 2,1-2,6V), über ein Segment angelegt wird (Anode positiv relativ zur Kathode), werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In einem direkten Bandabstand-Halbleiter wie AlInGaP setzt diese Rekombination Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandabstandsenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt, in diesem Fall Hyper Rot (~639-650 nm). Das Kunststoffgehäuse dient dazu, den empfindlichen Halbleiterchip zu verkapseln und zu schützen, die Lichtausgabe für eine optimale Betrachtung zu formen und die mechanische Schnittstelle (Pins) für die Leiterplattenmontage bereitzustellen.

12. Technologietrends

Während Sieben-Segment-Anzeigen ein Grundnahrungsmittel für numerische Anzeigen bleiben, entwickelt sich die breitere Landschaft weiter. Es gibt einen Trend zu höherer Integration, bei der die Treiberelektronik in das Anzeigemodul selbst eingebettet ist, was das Design des Host-Systems vereinfacht. Die Verwendung von AlInGaP für Rot/Orange/Bernstein ist etabliert, aber für Vollfarbfähigkeit können Anzeigen verschiedene LED-Technologien kombinieren (z. B. InGaN für Blau/Grün) oder zu Punktmatrix-OLED- oder Micro-LED-Panels übergehen, die mehr Flexibilität bei der Darstellung von Zeichen und Grafiken bieten. Für Anwendungen, die sehr hohe Helligkeit, weiten Temperaturbereich, lange Lebensdauer und Einfachheit erfordern, bleiben diskrete LED-Sieben-Segment-Anzeigen wie die LTC-5623JD jedoch eine robuste und kosteneffektive Lösung. Entwicklungen in der Verpackungstechnik könnten zu noch kleineren Bauformen oder oberflächenmontierbaren Versionen für die automatisierte Montage führen.