Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Hauptmerkmale und Vorteile
- 2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Elektrische und optische Kenngrößen
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 4. Analyse der Leistungskurven
- 5. Mechanische und Verpackungsinformationen
- 5.1 Gehäuseabmessungen
- 5.2 Pinbelegung und internes Schaltbild
- 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. Funktionsprinzip
- 12. Technologietrends
1. Produktübersicht
Die LTC-5723JD ist ein Hochleistungs-Vierfach-Sieben-Segment-Anzeigemodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung numerischer Daten über vier separate Ziffern, von denen jede aus sieben einzeln ansteuerbaren Segmenten plus einem Dezimalpunkt besteht. Die zugrundeliegende Technologie ist die Verwendung von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Leuchtdiodenchips, die für ihre hohe Effizienz und ausgezeichnete Lichtausbeute im roten Spektrum bekannt sind. Diese Chips werden auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gefertigt, was zum Kontrast und zur Gesamtleistung beiträgt. Die Anzeige verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was die Lesbarkeit durch einen kontrastreichen Hintergrund für die leuchtend roten Segmente verbessert. Diese Kombination ist besonders effektiv bei verschiedenen Lichtverhältnissen und stellt sicher, dass die angezeigten Informationen gut erkennbar sind.
Das Bauteil ist für Multiplex-Betrieb ausgelegt und nutzt eine gemeinsame Kathoden-Konfiguration für jede Ziffer. Dieses Design reduziert die Anzahl der benötigten Ein-/Ausgangspins von einem ansteuernden Mikrocontroller oder einer Schaltung erheblich und macht es zu einer platzsparenden und kosteneffizienten Lösung für mehrstellige Anzeigen. Durch sequentielles Aktivieren jeder Ziffer mit hoher Frequenz erscheinen alle vier Ziffern für das menschliche Auge kontinuierlich beleuchtet – eine Standardtechnik bei multiplexgesteuerten LED-Anzeigen. Die LTC-5723JD wird nach Lichtstärke kategorisiert, d.h. Einheiten werden nach spezifischen Helligkeitsbereichen sortiert und verkauft, sodass Entwickler Bauteile auswählen können, die präzise Anwendungsanforderungen an Gleichmäßigkeit oder Mindesthelligkeit erfüllen.
1.1 Hauptmerkmale und Vorteile
Die Anzeige bietet mehrere deutliche Vorteile, die sie für eine breite Palette industrieller, kommerzieller und messtechnischer Anwendungen geeignet macht.
- Optische Leistung:Sie bietet hohe Helligkeit und hohen Kontrast, was ein ausgezeichnetes Zeichenbild und Lesbarkeit selbst in hell beleuchteten Umgebungen gewährleistet. Der große Betrachtungswinkel ermöglicht eine klare Ablesbarkeit aus verschiedenen Positionen, nicht nur direkt von vorne.
- Elektrische Effizienz:Das Bauteil hat einen geringen Leistungsbedarf pro Segment, was zu einem niedrigeren Gesamtsystemverbrauch beiträgt. Der Einsatz der hocheffizienten AlInGaP-Technologie ist zentral für diese Leistung.
- Design und Zuverlässigkeit:Sie verfügt über durchgehend gleichmäßige Segmente, die ein sauberes, professionelles Erscheinungsbild ohne sichtbare Unterbrechungen in den beleuchteten Balken bieten. Als Festkörperbauelement bietet sie im Vergleich zu mechanischen oder vakuumbasierten Anzeigen eine überlegene Zuverlässigkeit und Lebensdauer, da es keine beweglichen Teile oder Glühfäden gibt, die verschleißen können.
- Physikalische Eigenschaften:Mit einer Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,2 mm) bietet sie eine große, leicht lesbare numerische Anzeige, die sich für Panel-Messgeräte, Prüfausrüstung und andere Geräte eignet, bei denen Daten aus der Ferne überwacht werden müssen.
2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen elektrischen, optischen und physikalischen Parameter. Das Verständnis dieser Spezifikationen ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und einen zuverlässigen Betrieb innerhalb der Grenzwerte des Bauteils.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte im Normalbetrieb vermieden werden.
- Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen LED-Segment unter allen Bedingungen sicher als Wärme abgeführt werden kann.
- Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Er wird verwendet, um eine sehr hohe momentane Helligkeit zu erreichen, z.B. in Multiplex-Schemata.
- Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert nimmt oberhalb von 25°C linear mit einer Rate von 0,28 mA/°C ab. Für einen zuverlässigen Dauerbetrieb muss der Dauerstrom bei steigender Umgebungstemperatur reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern.
- Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann den LED-Übergang zerstören.
- Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
- Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist kritisch für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Gehäuse zu verhindern.
2.2 Elektrische und optische Kenngrößen
Diese Parameter werden typischerweise bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen und definieren die normale Betriebsleistung des Bauteils.
- Mittlere Lichtstärke (IV):340 μcd (Min), 700 μcd (Typ) bei einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA. Dies ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit eines Segments. Der weite Bereich zeigt an, dass das Bauteil in verschiedenen Helligkeitsklassen verfügbar ist.
- Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):650 nm (Typ) bei IF=20 mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist, was sie in den hellroten Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (Typ) bei IF=20 mA. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere (reinfarbigere) Ausgabe.
- Dominante Wellenlänge (λd):639 nm (Typ) bei IF=20 mA. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des Lichts am besten repräsentiert.
- Durchlassspannung (VF):2,1V (Typ), 2,6V (Max) bei IF=20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
- Sperrstrom (IR):100 μA (Max) bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihres Maximalwerts in Sperrrichtung vorgespannt ist.
- Lichtstärke-Abgleichverhältnis (IV-m):2:1 (Max) bei IF=1 mA. Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten desselben Bauteils und gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit.
Hinweis zur Messung:Die Lichtstärke wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve annähernd entspricht, um sicherzustellen, dass die Werte der menschlichen Helligkeitswahrnehmung entsprechen.
3. Erklärung des Binning-Systems
Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies bezieht sich auf eine gängige Praxis in der LED-Fertigung, die als Binning bekannt ist.
- Lichtstärke-Binning:Aufgrund inhärenter Schwankungen im Halbleiterfertigungsprozess können LEDs aus derselben Produktionscharge leicht unterschiedliche Helligkeitsausgaben haben. Hersteller testen und sortieren (binnen) diese LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (z.B. 1 mA) in Gruppen. Die LTC-5723JD ist mit einer Mindestintensität von 340 μcd und einer typischen von 700 μcd erhältlich. Spezifische Bestellcodes oder Suffixe entsprechen wahrscheinlich verschiedenen Helligkeitsklassen (z.B. eine Standardklasse und eine Hochhelligkeitsklasse). Entwickler können die benötigte Klasse angeben, um Konsistenz über mehrere Anzeigen in einem Produkt hinweg zu gewährleisten oder eine Mindesthelligkeitsanforderung zu erfüllen.
- Wellenlängen-/Farb-Binning:Obwohl im bereitgestellten Auszug nicht explizit detailliert, können AlInGaP-LEDs auch nach dominanter oder Spitzenwellenlänge gebinnt werden, um einen konsistenten Rotton über alle Segmente und Bauteile hinweg sicherzustellen. Die engen typischen Werte für λp(650 nm) und λd(639 nm) deuten auf eine gute inhärente Farbkonsistenz hin.
4. Analyse der Leistungskurven
Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische/optische Kennlinienkurven\". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:
- Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (IF-VF-Kurve):Diese nichtlineare Kurve zeigt, wie viel Spannung benötigt wird, um einen bestimmten Durchlassstrom zu erreichen. Sie ist wesentlich für den Entwurf der Treiberschaltung, insbesondere für Konstantstromtreiber.
- Lichtstärke vs. Durchlassstrom (IV-IF-Kurve):Diese Kurve zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, sättigt aber bei sehr hohen Strömen. Sie hilft, den Betriebsstrom zu bestimmen, der für eine gewünschte Helligkeitsstufe benötigt wird.
- Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (IV-Ta-Kurve):Diese zeigt, wie die Helligkeit mit steigender Umgebungs- (oder Sperrschicht-) Temperatur abnimmt. Diese Entlastung ist kritisch für Anwendungen, die in Hochtemperaturumgebungen arbeiten.
- Relative Intensität vs. Wellenlänge (Spektrum):Eine Darstellung, die die Verteilung der Lichtausgabe über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenemissionswellenlänge. Sie definiert die Farbcharakteristik der LED.
5. Mechanische und Verpackungsinformationen
5.1 Gehäuseabmessungen
Die mechanische Zeichnung liefert kritische Abmessungen für das Leiterplatten-Layout und Panel-Ausschnitte. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige Merkmale sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Gehäuses, der Abstand zwischen den Ziffern, die Größe und Position der Befestigungsstifte und die Position des Dezimalpunkts relativ zu den Ziffern. Entwickler müssen sich an diese Abmessungen halten, um einen korrekten physischen Sitz und Ausrichtung auf der Endproduktmontage zu gewährleisten.
5.2 Pinbelegung und internes Schaltbild
Das Bauteil hat eine 12-Pin-Konfiguration. Das interne Schaltbild zeigt eine multiplexgesteuerte gemeinsame-Kathoden-Architektur.
- Pinbelegung:
1: Anode E
2: Anode D
3: Anode DP (Dezimalpunkt)
4: Anode C
5: Anode G
6: Gemeinsame Kathode (Ziffer 4)
7: Anode B
8: Gemeinsame Kathode (Ziffer 3)
9: Gemeinsame Kathode (Ziffer 2)
10: Anode F
11: Anode A
12: Gemeinsame Kathode (Ziffer 1) - Schaltungsarchitektur:Alle ähnlichen Segment-Anoden (z.B. alle \"A\"-Segmente von Ziffer 1-4) sind intern mit einem einzigen Pin verbunden. Jede Ziffer hat ihren eigenen dedizierten gemeinsamen Kathoden-Pin. Um ein bestimmtes Segment auf einer bestimmten Ziffer zu beleuchten, muss der entsprechende Anoden-Pin auf High-Pegel gesetzt (oder mit einer Stromquelle verbunden) werden, und der entsprechende Kathoden-Pin der Ziffer muss auf Low-Pegel (Masse) gesetzt werden. Diese Struktur minimiert die benötigten Ansteuerleitungen von 32 (4 Ziffern * 8 Segmente) auf nur 12 (7 Segment-Anoden + 1 DP-Anode + 4 Ziffern-Kathoden).
6. Löt- und Montagerichtlinien
Die Einhaltung des spezifizierten Lötprofils ist zwingend erforderlich, um Schäden zu verhindern.
- Reflow-Lötparameter:Die maximal zulässige Temperatur an der Anschlussstelle ist 260°C, und diese Temperatur darf nicht länger als 3 Sekunden aufrechterhalten werden. Das Profil sollte so ausgelegt sein, dass es innerhalb dieses Fensters bleibt. Vorheizen ist notwendig, um thermischen Schock zu minimieren.
- Handlöten:Falls Handlöten notwendig ist, sollte ein temperaturgeregeltes Lötgerät verwendet werden. Die Kontaktzeit pro Pin sollte minimiert werden, idealerweise auf weniger als 3 Sekunden, unter Verwendung einer Spitze mit geringer Wärmekapazität.
- Reinigung:Verwenden Sie nur Reinigungsmittel, die mit der Kunststofffront und den Epoxidmaterialien der Anzeige kompatibel sind. Aggressive Lösungsmittel sollten vermieden werden.
- Lagerbedingungen:Das Bauteil sollte in seiner original Feuchtigkeitssperrbeutel in einer Umgebung innerhalb des Lagertemperaturbereichs (-35°C bis +85°C) und bei niedriger Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Wenn der Beutel geöffnet wurde, sollten die Bauteile innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens verwendet oder vor dem Löten getrocknet werden, falls sie Feuchtigkeit aufgenommen haben.
7. Anwendungsvorschläge
7.1 Typische Anwendungsszenarien
- Test- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Oszilloskope, Netzteile und Frequenzzähler.
- Industrielle Steuerungen und Instrumentierung:Panel-Messgeräte für Temperatur, Druck, Durchfluss und Füllstand; Prozess-Timer; Zähleranzeigen.
- Konsumenten- und kommerzielle Elektronik:Point-of-Sale-Systeme, Waagen, Radiowecker und Geräteanzeigen.
- Automobil-Zubehör:Instrumente und Diagnosewerkzeuge (sofern die Umgebungsspezifikationen erfüllt sind).
7.2 Designüberlegungen und Treiberschaltung
- Multiplex-Treiber:Ein Mikrocontroller oder ein dedizierter Anzeigetreiber-IC (z.B. MAX7219, TM1637) wird fast immer benötigt. Die Firmware oder Hardware muss die vier Ziffern schnell durchschalten (typischerweise >100 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.
- Strombegrenzung:Jede Anoden- oder Kathodenleitung muss über geeignete strombegrenzende Widerstände verfügen oder von einer Konstantstromquelle angesteuert werden. Der Widerstandswert wird mit R = (Vversorgung- VF) / IF berechnet. Für eine 5V-Versorgung und einen Ziel-IF von 10 mA mit einem typischen VF von 2,1V ist R = (5 - 2,1) / 0,01 = 290 Ω. Ein 270 Ω oder 330 Ω Widerstand wäre geeignet.
- Verlustleistung:Berechnen Sie die Gesamtleistung für den Worst-Case (alle Segmente einer Ziffer an). Mit 8 Segmenten à 10 mA und VF=2,1V beträgt die Leistung pro Ziffer 8 * 0,01 * 2,1 = 0,168W. Stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung dies bewältigen kann.
- Betrachtungswinkel und Montage:Positionieren Sie die Anzeige hinter dem Panel-Ausschnitt, sodass die Blende den großen Betrachtungswinkel nicht behindert. Sorgen Sie für eine gleichmäßige Rückseitenunterstützung, um Belastungen der Pins zu vermeiden.
8. Technischer Vergleich und Differenzierung
Im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien und LED-Typen:
- vs. LCD:LEDs sind selbstleuchtend (erzeugen eigenes Licht), bieten überlegene Helligkeit, größere Betrachtungswinkel und bessere Leistung bei niedrigen Temperaturen. Sie benötigen keine Hintergrundbeleuchtung. Allerdings verbrauchen sie typischerweise mehr Leistung als reflektive LCDs und haben eine feste Farbe.
- vs. andere LED-Farben (GaAsP, GaP):Die in der LTC-5723JD verwendete AlInGaP-Technologie bietet eine deutlich höhere Lumenausbeute und bessere Temperaturstabilität als ältere rote LED-Materialien wie GaAsP, was zu helleren Anzeigen mit konsistenterer Farbe über die Temperatur führt.
- vs. Einzelziffer- oder kleinere Anzeigen:Die Integration von vier Ziffern in einem Gehäuse spart Leiterplattenplatz, reduziert die Montagezeit und verbessert die Ausrichtungsgenauigkeit im Vergleich zur Verwendung von vier separaten Einzelzifferanzeigen.
- vs. Gemeinsame-Anoden-Anzeigen:Die Wahl zwischen gemeinsamer Kathode und gemeinsamer Anode wird oft durch den Treiber-IC oder die Mikrocontrollerschaltung bestimmt. Gemeinsame Kathode wird häufig mit Mikrocontrollern verwendet, die gut Strom liefern, aber weniger senken können, da sie Strom zu den Anoden liefern und NPN-Transistoren oder N-Kanal-MOSFETs verwenden können, um die höheren Kathodenströme zu senken.
9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?
A: Ja, aber Sie müssen die Durchlassspannung prüfen. Bei einem niedrigeren Treiberstrom (z.B. 5 mA) kann VF bei etwa 2,0V liegen, was 1,3V für den strombegrenzenden Widerstand lässt, was ausreichend ist. Möglicherweise müssen Sie den Zielstrom reduzieren, um die Helligkeit beizubehalten, oder einen Treiber-IC verwenden, der die Spannung zu den Segmenten erhöhen kann. - F: Warum ist der Spitzenstrom (90 mA) so viel höher als der Dauerstrom (25 mA)?
A: LEDs können sehr kurze, hochstromige Pulse ohne Überhitzung bewältigen, da die Wärmekapazität des Chips einen schnellen Temperaturanstieg verhindert. Dies wird beim Multiplexen ausgenutzt, wo jede Ziffer nur 25% der Zeit an ist (1/4 Tastverhältnis). Ein Spitzenstrom von 40-50 mA bei 25% Tastverhältnis kann die Anzeige viel heller erscheinen lassen als ein Dauerbetrieb mit 25 mA. - F: Was bedeutet \"Lichtstärke-Abgleichverhältnis 2:1\" in der Praxis?
A: Es bedeutet, dass innerhalb eines einzelnen Bauteils das dunkelste Segment unter denselben Testbedingungen nicht weniger als halb so hell wie das hellste Segment sein wird. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit über die Anzeige. Für kritische Anwendungen kann die Spezifikation einer engeren Klasse (z.B. 1,5:1) notwendig sein. - F: Wie berechne ich die Aktualisierungsrate für Multiplexing?
A: Der gesamte Zyklus zum Beleuchten aller vier Ziffern muss mit einer Rate abgeschlossen werden, die hoch genug ist, um Flackern zu vermeiden, typischerweise >60-100 Hz. Daher beträgt die Periode für jede Ziffer 1/(Aktualisierungsrate * Anzahl der Ziffern). Für eine 100 Hz Aktualisierung und 4 Ziffern ist jede Ziffer für 1/400s = 2,5 ms an. Der Mikrocontroller-Timer muss alle 2,5 ms die Ziffern wechseln.
10. Design- und Anwendungsfallstudie
Szenario: Entwurf eines einfachen 4-stelligen Voltmeters.
Ein Entwickler erstellt ein 0-30V DC Voltmeter. Die analoge Spannung wird vom ADC eines Mikrocontrollers gelesen. Der Mikrocontroller muss die LTC-5723JD-Anzeige ansteuern.
- Hardware-Design:Die I/O-Pins des Mikrocontrollers sind über 330Ω strombegrenzende Widerstände mit den 8 Anodenleitungen (A-G, DP) verbunden. Vier andere I/O-Pins sind mit den Basen von vier NPN-Transistoren (z.B. 2N3904) verbunden. Die Kollektoren dieser Transistoren sind mit den vier Kathoden-Pins (Ziffer 1-4) verbunden, und die Emitter sind mit Masse verbunden. Ein Basiswiderstand (z.B. 4,7kΩ) wird für jeden Transistor verwendet.
- Firmware-Logik:Die Firmware wandelt den ADC-Wert in vier separate Ziffern um. Sie tritt in eine Timer-Interrupt-Routine ein, die mit 400 Hz läuft. In jedem Interrupt schaltet sie alle Zifferntransistoren aus. Dann setzt sie die Anodenleitungen (über einen Port oder Schieberegister) auf das Segmentmuster für die nächste Ziffer in der Sequenz. Schließlich schaltet sie den Transistor für diese spezifische Ziffer ein. Dieser Zyklus läuft kontinuierlich.
- Helligkeitsregelung:Die Anzeigehelligkeit kann auf zwei Arten eingestellt werden: 1) Durch Ändern des Werts der strombegrenzenden Widerstände (niedrigerer Widerstand = höherer Strom = heller), innerhalb der Maximalwerte bleibend. 2) Durch Verwendung von Pulsweitenmodulation (PWM) auf den Ziffernfreigabeleitungen innerhalb der Multiplex-Routine, wodurch effektiv das Tastverhältnis für alle Ziffern gleichzeitig geändert wird.
11. Funktionsprinzip
Das grundlegende Funktionsprinzip basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Durchlassspannung der Diode überschreitet (etwa 2,1V für dieses AlInGaP-Material), werden Elektronen aus der n-dotierten Region und Löcher aus der p-dotierten Region 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 AlxInyGa1-x-yP-Legierung bestimmt die Bandabstandsenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die für dieses Bauteil im roten Spektrum liegt. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert jegliches nach unten emittierte Licht und verbessert den Kontrast, indem es interne Reflexionen verhindert, die nicht aktivierte Segmente aufleuchten lassen könnten.
12. Technologietrends
Während die in diesem Datenblatt dargestellte AlInGaP-Technologie ausgereift und hochzuverlässig ist, entwickelt sich das breitere Feld der Anzeigetechnologie weiter. Trends umfassen die Entwicklung noch effizienterer Materialien, wie solche basierend auf Galliumnitrid (GaN) für Blau und Grün, die jetzt dominieren. Für mehrstellige numerische Anzeigen gibt es einen Trend zu vollständig integrierten Modulen mit eingebauten Controllern, I2C- oder SPI-Schnittstellen und manchmal sogar eingebetteten Schriftarten und Sonderzeichen, was den Entwurf vereinfacht. Darüber hinaus bieten Punktmatrix-OLED- und Micro-LED-Anzeigen Potenzial für größere Flexibilität bei der Darstellung alphanumerischer und grafischer Informationen in ähnlichen Bauformen. Für Anwendungen, die jedoch einfache, helle, robuste und kosteneffektive numerische Anzeigen erfordern, bleiben dedizierte Sieben-Segment-LED-Anzeigen wie die LTC-5723JD aufgrund ihrer bewährten Leistung, Einfachheit und ausgezeichneten Lesbarkeit eine hochgradig praktikable und beliebte Lösung.
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. |