LTD-5721AKF LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb-Orange - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-5721AKF ist ein hochleistungsfähiges, zweistelliges numerisches LED-Anzeigemodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, helle und zuverlässige numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung visueller numerischer Daten in einem kompakten und effizienten Gehäuse. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung fortschrittlicher AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für die LED-Chips, die für hocheffiziente Lichtemission im gelb-orangen Spektrum bekannt ist. Diese Technologie, kombiniert mit einer spezifischen Chipkonstruktion auf einem nicht-transparenten GaAs-Substrat, trägt zu den wesentlichen Leistungsmerkmalen der Anzeige bei.

Das Bauteil ist als gemeinsame Anode (Common Anode) kategorisiert, eine Standardkonfiguration zur Vereinfachung der Treiberschaltung bei Mehrsegmentanzeigen. Es verfügt über einen Dezimalpunkt rechts für jede Ziffer, was Flexibilität bei der Anzeige von Bruchzahlen bietet. Das physikalische Design umfasst ein graues Ziffernfeld mit weißer Segmentfarbe, eine Kombination, die entwickelt wurde, um den Kontrast zu maximieren und die Lesbarkeit der Zeichen unter verschiedenen Lichtverhältnissen zu verbessern. Die Zeichenhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm) macht sie geeignet für Anwendungen, bei denen Informationen aus mäßiger Entfernung lesbar sein müssen, ohne übermäßig große Komponenten zu erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Dauerbetrieb der Anzeige an oder nahe diesen Grenzen wird nicht empfohlen und wird wahrscheinlich die Betriebslebensdauer verkürzen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen LED-Segment sicher als Wärme abgeführt werden kann, ohne Schäden zu verursachen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA. Diese Strombelastbarkeit gilt unter gepulsten Bedingungen (1 kHz Frequenz, 10% Tastverhältnis) und ermöglicht eine höhere momentane Helligkeit in gemultiplexten Ansteuerungsschemata.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dies ist der maximal empfohlene Gleichstrom für den Dauerbetrieb eines einzelnen Segments. Ein Derating-Faktor von 0,28 mA/°C ist spezifiziert, was bedeutet, dass der maximal zulässige Dauerstrom sinkt, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt, um Überhitzung zu verhindern.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung größer als dieser Wert kann den PN-Übergang der LED durchschlagen.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Bauteil ist für industrietaugliche Temperaturbeständigkeit ausgelegt.
• Lötbedingungen:Wellenlöten bei 260°C für maximal 3 Sekunden, unter der Bedingung, dass die Bauteiltemperatur den maximalen Temperaturwert nicht überschreitet. Dies ist für die Montage entscheidend, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Bondverbindungen zu verhindern.

2.2 Elektrische & optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta = 25°C) gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Durchschnittliche Lichtstärke (I_V):43,75 mcd (Min), 70 mcd (Typ) bei I_F= 20 mA. Dies ist ein Maß für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtleistung. Die Testbedingung wurde von 1 mA auf 20 mA revidiert, was den Standardbetriebsstrom für die Helligkeitsspezifikation angibt.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):611 nm (Typ). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts ihr Maximum erreicht.
• Spektrale Linienhalbwertsbreite (Δλ):17 nm (Typ). Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an, gemessen als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Emissionspeaks.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605 nm (Typ). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des Lichts am besten repräsentiert, berechnet aus dem Emissionsspektrum und den CIE-Farbwertfunktionen.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,05 V (Min), 2,6 V (Typ) bei I_F= 20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem LED-Segment im Betrieb. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diese Spannung bereitstellen kann.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 μA (Max) bei V_R= 5 V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die spezifizierte Sperrspannung angelegt wird.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis:2:1 (Max) für ähnliche Lichtfläche. Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen den hellsten und dunkelsten Segmenten innerhalb eines Bauteils bei identischen Ansteuerungsbedingungen und gewährleistet so visuelle Gleichmäßigkeit.

Messhinweis:Lichtstärkewerte werden mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die entwickelt wurde, um die CIE photopische Hellempfindlichkeitsfunktion anzunähern, welche die spektrale Empfindlichkeit des standardmäßigen menschlichen Auges unter normalen (photopischen) Lichtbedingungen modelliert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet auf einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung hin. Aufgrund inhärenter Schwankungen in den Prozessen der Halbleiterepitaxie und Chipfertigung können LED-Parameter wie Lichtstärke und Durchlassspannung von Charge zu Charge und sogar innerhalb einer Charge variieren.

Der Binning-Prozess umfasst das Testen jeder Einheit und das Sortieren in verschiedene Gruppen (Bins) basierend auf spezifischen gemessenen Parametern. Für die LTD-5721AKF ist das primäre Binning-Kriteriumdie durchschnittliche Lichtstärke. Die Einheiten werden gemäß ihrer gemessenen Lichtleistung beim Standard-Teststrom (20mA) gruppiert. Dies stellt sicher, dass Kunden Anzeigen mit konsistenten Helligkeitsniveaus erhalten. Obwohl in diesem kurzen Datenblatt nicht explizit detailliert, ist es für solche Anzeigen üblich, auch nach Durchlassspannung (V_F) für elektrische Konsistenz und möglicherweise nach dominanter Wellenlänge (λ_d) für Farbkonsistenz zu sortieren, obwohl die schmale Halbwertsbreite auf eine gute intrinsische Farbreinheit hindeutet.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische/optische Kennlinien" auf Seite 5. Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung basierend auf den aufgeführten Parametern ableiten.

Typische Kurven für ein solches Bauteil würden umfassen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Diese Grafik zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung wesentlich. Die Kurve zeigt eine Schwellspannung (um 2V), nach der der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung schnell ansteigt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Diese Darstellung zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop sättigen. Die Kurve validiert den 20mA-Testpunkt für die Intensitätsspezifikation.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt die Reduzierung der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur der LED. AlInGaP-LEDs sind für ihre temperaturabhängige Effizienz bekannt, wobei die Leistung typischerweise mit steigender Temperatur abnimmt. Dies informiert das Design für das thermische Management.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die den Peak bei ~611 nm und die ~17 nm Halbwertsbreite zeigt und die monochromatische gelb-orange Emission bestätigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil wird in einem standardmäßigen LED-Anzeigegehäuse geliefert. Die Maßzeichnung liefert kritische Maße für das Leiterplatten-Layout (PCB) und die mechanische Integration. Wichtige Hinweise aus der Zeichnung sind:

• Alle linearen Abmessungen sind in Millimetern (mm) angegeben.
• Die Standardtoleranz für Abmessungen beträgt ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Eine spezifische Toleranz für die Pinspitzenverschiebung ist mit ±0,4 mm angegeben, was wichtig ist, um sicherzustellen, dass die Pins bei der automatischen Bestückung korrekt mit den Leiterplattenlöchern ausgerichtet sind.

5.2 Pinbelegung & interner Schaltkreis

Das Bauteil hat 18 Pins in einer Dual-In-Line-Gehäusebauweise. Das interne Schaltbild und die Pinbelegungstabelle sind entscheidend für die korrekte elektrische Schnittstelle.

• Schaltungstyp:Gemeinsame Anode (Common Anode). Dies bedeutet, dass die Anodenanschlüsse aller LED-Segmente für jede Ziffer intern miteinander verbunden sind. Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Kathodenpin auf niedriges Potential (Masse oder Stromsenke) gezogen werden, während die gemeinsame Anode für diese Ziffer auf hohes Potential (positive Versorgung über einen Vorwiderstand) gelegt wird.
• Pinbelegung:Die detaillierte Tabelle ordnet jede Pinnummer ihrer Funktion zu: Kathode für spezifische Segmente (A-G, DP) von Ziffer 1 oder Ziffer 2 oder die gemeinsame Anode für jede Ziffer. Beispielsweise ist Pin 1 die Kathode für Segment 'E' von Ziffer 1, und Pin 14 ist die gemeinsame Anode für Ziffer 1. Diese präzise Zuordnung ist wesentlich für die Erstellung der korrekten Ansteuerungssequenz in der Mikrocontroller- oder Treiber-IC-Software.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung während der Montage ist entscheidend für die Zuverlässigkeit. Das Datenblatt liefert spezifische Lötparameter.

• Wellenlöten:Die empfohlene Bedingung ist 260°C für maximal 3 Sekunden. Der Hinweis "1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene" bezieht sich wahrscheinlich auf die Tiefe, bis zu der die Pins in die Lötwellen eintauchen sollten.
• Kritische Bedingung:Die wichtigste Einschränkung ist, dass "die Temperatur der Einheit (während der Montage) den maximalen Temperaturwert nicht überschreiten darf." Dies bedeutet, dass die Gehäusetemperatur der LED-Anzeige selbst während des gesamten Lötprozesses, einschließlich Vorwärm- und Nachwärmphasen, niemals die maximale Lagertemperatur von 105°C überschreiten darf. Die Nichteinhaltung kann zu innerer Delaminierung, Linsensprödigkeit oder Degradation der LED-Chips führen.
• Allgemeine Handhabung:Standard-ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) sollten beachtet werden, da LED-Chips empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTD-5721AKF eignet sich für eine breite Palette industrieller, kommerzieller und messtechnischer Anwendungen, die eine kompakte, helle und zuverlässige numerische Anzeige erfordern. Beispiele sind:

• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile, Sensoranzeigen.
• Industriesteuerungen:Pultinstrumente für Temperatur, Druck, Geschwindigkeit oder Zähleranzeigen an Maschinen.
• Haushaltsgeräte:Hochwertige Küchengeräte, Tuner von Audiogeräten, ältere Modelle digitaler Uhren oder Timer.
• Automobilzubehör:Instrumente und Anzeigemodule (obwohl Umweltspezifikationen für spezifische Automobilanforderungen überprüft werden sollten).

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein serieller Vorwiderstand muss für jede gemeinsame Anodenverbindung (oder pro Segment in fortgeschritteneren Konstantstrom-Treiberdesigns) verwendet werden, um den Betriebsstrom gemäß den Derating-Richtlinien auf 20 mA oder weniger einzustellen. Der Widerstandswert wird berechnet mit R = (V_versorgung- V_F- V_{treiber_sättigung}) / I_F.
• Multiplexing:Für eine zweistellige Anzeige ist Multiplexing die Standard-Ansteuerungstechnik. Die Ziffern werden nacheinander in schneller Folge beleuchtet (z.B. mit einer Frequenz >100 Hz). Dies erfordert die sequentielle Steuerung der gemeinsamen Anodenpins (Ziffern) und der Kathodenpins (Segmente). Diese Methode reduziert die Anzahl der benötigten Treiberpins und den Gesamtstromverbrauch.
• Betrachtungswinkel:Das Datenblatt gibt einen "weiten Betrachtungswinkel" an, was typisch für LED-Anzeigen mit einer diffundierenden Linse oder Oberfläche ist. Dies sollte für die mechanische Platzierung der Anzeige im Endprodukt berücksichtigt werden.
• Thermisches Management:Obwohl das Bauteil bis zu 105°C betrieben werden kann, nimmt der Lichtstromwirkungsgrad mit der Temperatur ab. Für optimale Helligkeit und Lebensdauer ist es ratsam, im Design für ausreichende Belüftung oder Kühlkörper zu sorgen, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder in hohen Umgebungstemperaturen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale der LTD-5721AKF im Vergleich zu anderen numerischen LED-Anzeigen, insbesondere älteren Technologien, umfassen:

• AlInGaP-Technologie vs. traditionelle GaAsP oder GaP:AlInGaP-LEDs bieten eine deutlich höhere Lichtausbeute und Helligkeit für rote, orange und gelbe Farben im Vergleich zu älteren Halbleitermaterialien. Dies führt zu besserer Sichtbarkeit und/oder geringerem Stromverbrauch bei gleicher wahrgenommener Helligkeit.
• Graues Ziffernfeld/Weiße Segmente:Die spezifische Farbkombination von Ziffernfeld und Segmenten ist für hohen Kontrast ausgelegt. Ein graues Ziffernfeld absorbiert mehr Umgebungslicht als ein schwarzes, reduziert Reflexionen, während die weißen Segmentbereiche helfen, das emittierte gelb-orange Licht gleichmäßig zu streuen und das Erscheinungsbild der Zeichen zu verbessern.
• Bleifreies Gehäuse (RoHS-Konformität):Das Bauteil ist so konstruiert, dass es der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) entspricht, was es für Produkte geeignet macht, die in Märkten mit strengen Umweltvorschriften verkauft werden. Dies ist ein entscheidendes Compliance-Unterscheidungsmerkmal.
• Halbleiter-Zuverlässigkeit:Wie bei allen LEDs bietet es Vorteile gegenüber mechanischen Anzeigen (wie Flip-Discs) oder Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen (VFDs) in Bezug auf Stoß-/Vibrationsfestigkeit, Sofortstartfähigkeit und lange Betriebslebensdauer.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Zweck des "Lichtstärke-Anpassungsverhältnisses" von 2:1?

A1: Dieses Verhältnis gewährleistet visuelle Konsistenz. Es garantiert, dass innerhalb einer einzelnen Anzeigeeinheit kein Segment mehr als doppelt so hell wie ein anderes Segment ist, wenn es unter identischen elektrischen Bedingungen angesteuert wird. Dies verhindert ungleichmäßig oder "fleckig" aussehende Zahlen.

F2: Kann ich diese Anzeige mit einer 5V-Versorgung betreiben?

A2: Ja, eine 5V-Versorgung ist sehr gebräuchlich. Sie müssen jedoch einen Vorwiderstand in Reihe mit jeder gemeinsamen Anode verwenden. Unter Verwendung der typischen V_Fvon 2,6V und einem Ziel-I_Fvon 20 mA wäre der Widerstandswert ungefähr (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm. Ein Standard-120Ω- oder 150Ω-Widerstand wäre geeignet, angepasst an die tatsächliche V_Fund die gewünschte Helligkeit.

F3: Was bedeutet "Gemeinsame Anode" für meinen Schaltungsentwurf?

A3: In einer gemeinsamen Anoden-Konfiguration legen Sie positive Spannung an den gemeinsamen Pin der Ziffer an, die Sie aktivieren möchten. Sie ziehen dann Strom zur Masse durch die Kathodenpins der Segmente, die Sie auf dieser Ziffer leuchten lassen möchten. Ihre Treiberschaltung (Mikrocontroller oder Treiber-IC) muss so konfiguriert sein, dass sie Strom für die Anoden liefert und Strom für die Kathoden senkt.

F4: Warum unterscheidet sich die Spitzenwellenlänge (611nm) von der dominanten Wellenlänge (605nm)?

A4: Dies ist bei LEDs normal. Die Spitzenwellenlänge ist der buchstäblich höchste Punkt auf der Emissionsspektrumkurve. Die dominante Wellenlänge wird aus dem gesamten Spektrum und der Farbantwort des menschlichen Auges berechnet; es ist die einzelne Wellenlänge von reinem Licht, die die gleiche Farbe zu haben scheint. Der Unterschied erklärt sich aus der Form und Asymmetrie des tatsächlichen Emissionsspektrums der LED.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige.

Ein Entwickler erstellt ein 0-20V DC-Voltmeter. Der Analog-Digital-Wandler (ADC) gibt einen BCD-Wert (Binary-Coded Decimal) aus. Diese BCD-Daten müssen in das 7-Segment-Format umgewandelt und auf zwei Ziffern angezeigt werden (z.B. 19,99V).

Umsetzung:

1. Ein Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins (oder ein dedizierter BCD-zu-7-Segment-Decoder/Treiber-IC) wird verwendet.

2. Die I/O-Pins des Mikrocontrollers sind mit den Segmentkathoden (A-G, DP) der LTD-5721AKF verbunden.

3. Zwei zusätzliche Mikrocontroller-Pins sind mit den beiden gemeinsamen Anoden (Ziffer 1 & Ziffer 2) verbunden.

4. In der Software wird eine Multiplexing-Routine geschrieben. Sie berechnet zuerst, welche Segmente für Ziffer 1 (Zehnerstelle) zu leuchten sind, aktiviert (setzt hoch) den Ziffer-1-Anodenpin und setzt die entsprechenden Segmentkathodenpins auf niedrig. Nach einer kurzen Verzögerung (z.B. 5ms) deaktiviert sie Ziffer 1, berechnet die Segmente für Ziffer 2 (Einerstelle), aktiviert die Ziffer-2-Anode und setzt ihre Segmentpins auf niedrig. Dieser Zyklus wiederholt sich schnell.

5. Vorwiderstände (z.B. 150Ω) werden in die gemeinsamen Anodenleitungen zwischen den Mikrocontroller-Pins und der Anzeige platziert. Der Wert wird basierend auf der Versorgungsspannung (z.B. 5V) und dem gewünschten Segmentstrom (~20mA) gewählt.

6. Das graue Ziffernfeld/weiße Segment-Design stellt sicher, dass die angezeigte Spannung unter den hellen Lichtverhältnissen einer Werkbank gut lesbar ist.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die Kern-Licht emittierende Komponente ist ein AlInGaP-LED-Chip. AlInGaP ist ein III-V-Verbindungshalbleiter. Durch präzise Kontrolle der Verhältnisse von Aluminium (Al), Indium (In), Gallium (Ga) und Phosphor (P) während des Kristallwachstumsprozesses (typischerweise über Metallorganische Chemische Gasphasenabscheidung - MOCVD) können Ingenieure die Bandlücke des Materials einstellen. Die Bandlückenenergie bestimmt direkt die Wellenlänge (Farbe) der emittierten Photonen, wenn sich Elektronen mit Löchern über den Übergang rekombinieren.

In der LTD-5721AKF ist die Zusammensetzung für Emission im gelb-orangen Bereich (~605-611 nm) eingestellt. Die Chips werden auf einem nicht-transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gefertigt. Das "graue Ziffernfeld" der Anzeige ist Teil des Kunststoffgehäuses, das einen Diffusor enthält, um das Licht vom kleinen Chip gleichmäßig über die größere Segmentfläche zu verteilen. Der interne Schaltkreis verwendet Bonddrähte, um die Anoden und Kathoden der mehreren LED-Chips (einer pro Segment pro Ziffer) mit den entsprechenden Gehäusepins zu verbinden und so die in der Pinbelegung beschriebene gemeinsame Anodenmatrix zu bilden.

12. Technologietrends

Während diskrete numerische LED-Anzeigen wie die LTD-5721AKF für spezifische Anwendungen relevant bleiben, haben sich breitere Trends in der Displaytechnologie verschoben. Für neue Designs ziehen Entwickler oft in Betracht:

• Integrierte Punktmatrix-LED-Anzeigen:Diese bieten alphanumerische und symbolische Fähigkeiten über nur Zahlen hinaus und bieten größere Flexibilität in einem ähnlichen Bauraum.
• OLED (Organische LED) Displays:Bieten überlegenen Kontrast, breitere Betrachtungswinkel und dünnere Bauformen, haben jedoch historisch gesehen andere Lebensdauer- und Kostenprofile für den industriellen Einsatz.
• TFT-LCD-Module:Bieten volle Grafikfähigkeit, Farbe und die Möglichkeit, komplexe Informationen anzuzeigen, erfordern jedoch komplexere Ansteuerelektronik und eine Hintergrundbeleuchtung.
• Trends innerhalb von LED-Anzeigen:Fortlaufende Verbesserung der Effizienz (Lumen pro Watt) für alle LED-Farben, die Entwicklung noch robusterer und temperaturbeständigerer Gehäuse sowie die Integration von Treiberelektronik direkt in das Anzeigemodul zur Vereinfachung des Systemdesigns.

Der bleibende Wert von Bauteilen wie der LTD-5721AKF liegt in ihrer Einfachheit, Robustheit, hohen Helligkeit, niedrigen Kosten für rein numerische Anwendungen und der einfachen Schnittstelle zu Mikrocontrollern, was ihren Platz im Elektronik-Ökosystem für dedizierte Anzeigefunktionen sichert.