LTD-322JR LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll Ziffernhöhe - 2,6V Durchlassspannung - Super Rot - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-322JR ist eine einstellige 7-Segment-LED-Anzeige, die für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung numerischer Zeichen (0-9) und einiger begrenzter alphanumerischer Symbole durch selektive Ansteuerung ihrer einzelnen LED-Segmente. Das Bauteil ist aus AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial gefertigt, das auf einem nicht-transparenten GaAs (Galliumarsenid) Substrat gewachsen wird. Diese Materialtechnologie wird speziell für ihre Effizienz bei der Erzeugung von hochhellen rotem Licht gewählt. Die Anzeige verfügt über eine schwarze Front, die den Kontrast durch Absorption von Umgebungslicht deutlich erhöht, und weiße Segmente, die bei Stromversorgung in einer lebhaften Super-Rot-Farbe leuchten. Die physikalische Ziffernhöhe beträgt 0,3 Zoll (7,62 mm), was sie für mittelgroße Panels geeignet macht, bei denen Lesbarkeit aus mäßiger Entfernung wichtig ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser Anzeige ergeben sich aus ihrer AlInGaP-LED-Technologie und ihrem Design. Sie bietet hohe Lichtstärke, ausgezeichnetes Zeichenbild mit kontinuierlich gleichmäßigen Segmenten und einen weiten Betrachtungswinkel, was Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen sicherstellt. Sie arbeitet mit geringem Leistungsbedarf und trägt so zur Energieeffizienz in der Endanwendung bei. Die Festkörperbauweise bietet inhärente Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ohne bewegliche Teile. Diese Kombination von Merkmalen macht die LTD-322JR ideal für Zielmärkte wie Industriemessgeräte (z.B. Panel-Meter, Prozessregler), Konsumgeräte (z.B. Mikrowellenherde, Waschmaschinen-Timer), Prüf- und Messtechnik sowie jedes eingebettete System, das eine robuste, helle und klare numerische Anzeigeschnittstelle benötigt.

2. Technische Parameter im Detail

Dieser Abschnitt bietet eine objektive und detaillierte Analyse der im Datenblatt definierten Spezifikationen 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 wird nicht garantiert.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen beleuchteten Segment unter kontinuierlichem Gleichstrombetrieb 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 ermöglicht kurze Übersteuerungsperioden, um eine höhere momentane Helligkeit zu erreichen, z.B. in multiplexgesteuerten Anzeigen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dies ist der empfohlene Maximalstrom für den stationären (DC) Betrieb eines einzelnen Segments bei Raumtemperatur. Der Wert verringert sich linear um 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt, was bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom abnimmt, um Überhitzung zu verhindern.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Gehäuse zu verhindern.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

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

• Mittlere Lichtstärke (I_V):200 μcd (min), 600 μcd (typ) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Dies quantifiziert die wahrgenommene Helligkeit der Lichtausgabe. Der weite Bereich deutet auf ein Binning-System für die Intensität hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):639 nm (typ) bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist, was sie in den "Super-Rot"- oder "Rot-Orange"-Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typ). Dies misst die Bandbreite des emittierten Lichts und deutet auf eine relativ reine, monochromatische rote Farbe hin.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm (typ). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die eng mit dem Farbort zusammenhängt.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,0 V (min), 2,6 V (typ) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem LED-Segment, wenn der spezifizierte Strom fließt. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 μA (max) bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dies ist der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.
• Lichtstärke-Verhältnis (I_V-m):2:1 (max). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb einer einzelnen Ziffer und gewährleistet so ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortiervorgang nach der Fertigung.

3.1 Binning der Lichtstärke

Aufgrund inhärenter Schwankungen im Halbleiterfertigungsprozess weisen einzelne LED-Chips leichte Unterschiede in der Lichtausbeute auf. Um Konsistenz für den Endanwender zu gewährleisten, werden die LEDs getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standard-Teststrom (z.B. 1mA) in verschiedene Intensitätsklassen (Bins) sortiert. Der angegebene Bereich von 200 bis 600 μcd deutet auf mehrere Bins hin. Entwickler können Bins entsprechend den Helligkeitsgleichförmigkeitsanforderungen ihrer Anwendung auswählen. Das 2:1-Intensitätsverhältnis für Segmente innerhalb eines Bauteils ist eine engere Toleranz, die nach dem Binning angewendet wird.

4. Analyse der Kennlinien

Während der bereitgestellte Datenblattauszug "Typische elektrische / optische Kennlinien" erwähnt, sind die spezifischen Grafiken nicht im Text enthalten. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise die folgenden Beziehungen veranschaulichen, die für den Schaltungsentwurf kritisch sind:

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Grafik zeigt die exponentielle Beziehung zwischen dem durch eine LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Die "Kniespannung", etwa bei den typischen 2,6V, ist der Punkt, an dem der Strom signifikant zu steigen beginnt. Treiber müssen den Strom, nicht die Spannung, regeln, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Durchlassstrom zunimmt. Sie ist über einen weiten Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency-Droop-Phänomens sättigen.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausgabe nimmt ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Diese Kurve ist für Anwendungen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten, wesentlich, um den Bedarf an Helligkeitskompensation zu verstehen.

4.4 Spektrale Verteilung

Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~639 nm und die spektrale Breite von ~20 nm zeigt und die Farbreinheit bestätigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil hat ein standardmäßiges 10-poliges Single-In-Line (SIL) Gehäuse. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige Abmessungen sind die Gesamthöhe, -breite, -tiefe, die Größe des Ziffernfensters und der Abstand zwischen den Pins (Raster), der für das PCB-Layout entscheidend ist.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Die LTD-322JR ist eineduplex gemeinsame KathodeAnzeige. Das bedeutet, sie enthält zwei unabhängige Ziffern (Ziffer 1 und Ziffer 2) in einem Gehäuse, jede mit ihrem eigenen gemeinsamen Kathodenanschluss. Die Pinbelegung ist wie folgt:

• Pin 1: Anode G (Segment G)
• Pin 2: Keine Verbindung
• Pin 3: Anode A (Segment A)
• Pin 4: Anode F (Segment F)
• Pin 5: Gemeinsame Kathode (Ziffer 2)
• Pin 6: Anode D (Segment D)
• Pin 7: Anode E (Segment E)
• Pin 8: Anode C (Segment C)
• Pin 9: Anode B (Segment B)
• Pin 10: Gemeinsame Kathode (Ziffer 1)

Die "gemeinsame Kathode"-Konfiguration bedeutet, dass alle Kathoden (negative Anschlüsse) der LEDs für eine bestimmte Ziffer intern miteinander verbunden sind. Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Anodenpin auf High-Pegel gesetzt werden (oder über einen Widerstand an eine Stromquelle angeschlossen werden), während die gemeinsame Kathode für diese Ziffer mit Masse (Low) verbunden sein muss. Diese Konfiguration ist sehr verbreitet und vereinfacht das Multiplexen.

5.3 Internes Schaltbild

Das interne Diagramm stellt die oben beschriebenen elektrischen Verbindungen visuell dar. Es zeigt zwei Sätze von sieben LEDs (Segmente A-G), wobei jeder Satz eine gemeinsame Kathodenverbindung für Ziffer 1 bzw. Ziffer 2 teilt. Die Anode für jedes entsprechende Segment (z.B. Segment A von Ziffer 1 und Segment A von Ziffer 2) sind separate Pins, die eine unabhängige Steuerung ermöglichen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Die Einhaltung des spezifizierten Lötprofils ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden.

6.1 Reflow-Lötparameter

Der absolute Maximalwert gibt eine Spitzentemperatur von 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden an, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene (typischerweise die PCB-Oberfläche). Dies entspricht standardmäßigen bleifreien Reflow-Profilen (z.B. IPC/JEDEC J-STD-020). Die Aufheiz-, Halte-, Reflow- und Abkühlraten sollten gemäß den PCB-Montagespezifikationen gesteuert werden. Thermischer Schock sollte vermieden werden.

6.2 Handhabung und Lagerung

Bauteile sollten in ihrer original Feuchtigkeitssperrbeutel mit Trockenmittel in einer kontrollierten Umgebung (innerhalb des -35°C bis +85°C Lagerbereichs) gelagert werden. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, um die empfindlichen LED-Übergänge zu schützen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode istMultiplexen. Da die Anzeige zwei Ziffern mit separaten gemeinsamen Kathoden hat, kann ein Mikrocontroller schnell zwischen der Beleuchtung von Ziffer 1 und Ziffer 2 wechseln. Für jeden Ziffernzyklus setzt er die entsprechende gemeinsame Kathode auf Low und legt das korrekte Muster von High-Signalen an die Segment-Anodenpins an (über strombegrenzende Widerstände). Die Nachbildwirkung des menschlichen Auges verschmilzt diese schnellen Pulse zu einer stabilen zweistelligen Zahl. Diese Methode reduziert die benötigte Anzahl von Mikrocontroller-I/O-Pins im Vergleich zur statischen (DC) Ansteuerung drastisch.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzungswiderstände:Essentiell für jede Anodenleitung. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Unter Verwendung der typischen V_Fvon 2,6V bei 20mA und einer 5V-Versorgung, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Ein etwas höherer Wert (z.B. 150 Ω) wird oft verwendet, um die Lebensdauer zu erhöhen und Schwankungen in V_versorgung variations.
• Multiplexfrequenz:Sollte hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden, typischerweise über 60-100 Hz. Das Tastverhältnis für jede Ziffer in einem 2-stelligen Multiplex ist 1/2, daher kann der Spitzenstrom höher als der DC-Nennwert sein, um die durchschnittliche Helligkeit beizubehalten (wie durch den 90mA Spitzenwert erlaubt).
• Betrachtungswinkel:Der weite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber die primäre Betrachtungsrichtung sollte beim mechanischen Gehäuseentwurf berücksichtigt werden.
• Kontrastverbesserung:Die schwarze Front bietet inhärenten Kontrast. Stellen Sie sicher, dass das Anzeigefenster oder die Abdeckung keine Reflexionen oder Blendung einführt, die die Lesbarkeit verringern könnten.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren LED-Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet die in der LTD-322JR verwendete AlInGaP-Technologie eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom führt. Sie bietet auch bessere Farbreinheit und Stabilität über Temperatur und Lebensdauer. Im Vergleich zu zeitgenössischen Alternativen sind ihre Hauptunterscheidungsmerkmale die spezifische 0,3-Zoll-Ziffernhöhe in einer gemeinsame-Kathode-Duplex-Konfiguration, der Super-Rot-Farbpunkt (~639 nm) und die Kategorisierung nach Lichtstärke, die hilft, gleichmäßige Anzeigen bei der Verwendung mehrerer Einheiten zu erreichen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

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

Ja, aber eine sorgfältige Berechnung ist erforderlich. Mit einer V_Fvon 2,6V ist die Spannungsreserve (3,3V - 2,6V = 0,7V) gering. Unter Verwendung der Formel R = 0,7V / I_F, für einen 10mA Strom würden Sie einen 70 Ω Widerstand benötigen. Bei 20mA lässt der erforderliche 35 Ω Widerstand fast keine Reserve für Schwankungen in V_versorgungoder V_Fübrig, was die Anzeige möglicherweise abdunkelt. Es ist zuverlässiger, eine 5V-Versorgung für die LED-Segmente zu verwenden, gesteuert über Transistoren oder einen Treiber-IC vom 3,3V-Mikrocontroller aus.

9.2 Was ist der Unterschied zwischen "peak" und "dominant" Wellenlänge?

Spitzenwellenlänge (λ_p):Die einzelne Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe physikalisch am höchsten ist.Dominante Wellenlänge (λ_d):Die Wellenlänge von monochromatischem Licht, die für einen standardmäßigen menschlichen Beobachter die gleiche Farbe wie die Ausgabe der LED zu haben scheint. Sie wird aus dem vollen Spektrum der LED und den CIE-Farbwertfunktionen berechnet. Für eine schmalbandige LED wie diese liegen sie oft nahe beieinander.

9.3 Wie erreiche ich gleichmäßige Helligkeit beim Multiplexen?

Stellen Sie sicher, dass die Multiplexroutine für jede Ziffer gleiche Einschaltzeiten hat. Da die Helligkeit proportional zum Durchschnittsstrom ist, können Sie den Segmentstrom (über Widerstandswerte oder Treibereinstellungen) anpassen, um das Tastverhältnis zu kompensieren. Für einen 2-stelligen Multiplex mit 1/2 Tastverhältnis könnten Sie jedes Segment mit 40mA Spitzenstrom (innerhalb des 90mA Nennwerts) ansteuern, um einen Durchschnitt von 20mA zu erreichen, was der DC-Testbedingung für die Helligkeit entspricht.

10. Design-in Fallstudie

Szenario:Entwurf einer einfachen zweistelligen Temperaturanzeige für einen Industrieofen-Controller. Der Mikrocontroller hat begrenzte I/O-Pins.
Umsetzung:Die LTD-322JR ist ideal. Ihr Duplex-Gemeinsame-Kathode-Design benötigt nur 8 I/O-Pins zur Steuerung (7 Segment-Anoden + 1 Pin zum Umschalten der beiden gemeinsamen Kathoden, ggf. unter Verwendung eines Transistors). Die hohe Helligkeit und der weite Betrachtungswinkel stellen sicher, dass die Temperatur auf einer Werkstattetage lesbar ist. Die AlInGaP-Technologie gewährleistet stabile Leistung bei den erhöhten Umgebungstemperaturen in der Nähe des Ofens. Der Entwickler wählt LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin, um zu garantieren, dass beide Ziffern gleich hell erscheinen. Strombegrenzungswiderstände werden für eine 5V-Versorgung und einen multiplexen Spitzenstrom von 30mA pro Segment berechnet, was eine helle, flimmerfreie Anzeige bietet.

11. Einführung in das Technologieprinzip

AlInGaP ist ein III-V-Verbindungshalbleiter. Bei Durchlassvorspannung werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen (Licht) freisetzen. Die spezifische Bandlückenenergie der AlInGaP-Legierung bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts, die in diesem Fall im roten Bereich (~639 nm) liegt. Die Verwendung eines nicht-transparenten GaAs-Substrats hilft, das Licht innerhalb der Struktur zu halten und mehr davon durch die Oberseite des Chips nach oben zu lenken, was im Vergleich zu älteren transparenten Substratdesigns zu einer höheren Extraktionseffizienz führt. Das schwarze Epoxidgehäuse absorbiert Streulicht und verbessert den Kontrast.

12. Technologietrends

Während AlInGaP eine dominante Technologie für hocheffiziente rote, orange und gelbe LEDs bleibt, konzentriert sich die laufende Forschung auf die Verbesserung der Effizienz bei höheren Treiberströmen (Reduzierung des "Efficiency Droop") und die Erhöhung der Zuverlässigkeit. Für Displays geht der Trend zu höheren Pixeldichten (kleinere Ziffern/diskrete LEDs) und der Integration von Treiberelektronik direkt in das Gehäuse ("intelligente Displays"). Für Standard-Segment-Numerikanzeigen wie die LTD-322JR ist die Technologie jedoch ausgereift, mit Schwerpunkt auf Kostenreduzierung, engerem Binning für Gleichförmigkeit und verbessertem thermischen Management für Hochzuverlässigkeitsanwendungen.