LTC-5836JG LED-Display Datenblatt - 0,52-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTC-5836JG ist ein hochleistungsfähiges, dreistelliges 7-Segment-LED-Displaymodul. Es ist für Anwendungen konzipiert, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitermaterial, das auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen ist und zur Emission von grünem Licht entwickelt wurde. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbreinheit bekannt. Das Bauteil verfügt über eine Ziffernhöhe von 0,52 Zoll (13,2 mm), was für gute Sichtbarkeit sorgt. Das Display hat eine graue Frontplatte mit weißen Segmenten, was den Kontrast erhöht und die Lesbarkeit der Zeichen unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es verwendet eine gemeinsame Anoden-Konfiguration, ein Standarddesign zur Vereinfachung der Ansteuerschaltung bei mehrstelligen Displays.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieses Displays sind seine hohe Lichtstärke, das ausgezeichnete Zeichenbild mit gleichmäßiger Segmentausleuchtung und der große Betrachtungswinkel, der die Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen sicherstellt. Seine Festkörperbauweise bietet im Vergleich zu anderen Displaytechnologien eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer. Der geringe Leistungsbedarf macht es für batteriebetriebene oder energiebewusste Geräte geeignet. Dieses Produkt richtet sich typischerweise an Industriemessgeräte, Unterhaltungselektronik (wie Uhren, Timer und Haushaltsgeräte), Prüf- und Messtechnik sowie alle Anwendungen, die eine zuverlässige, helle und gut lesbare numerische Anzeige benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die elektrischen und optischen Kenngrößen definieren die Betriebsgrenzen und die Leistung des LED-Displays. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Systemintegration entscheidend.

2.1 Lichttechnische und optische Kenngrößen

Der wichtigste optische Parameter ist die durchschnittliche Lichtstärke pro Segment. Bei einem Standard-Prüfstrom von 10 mA beträgt der typische Wert 577 Mikrocandela (µcd), mit einem spezifizierten Mindestwert von 200 µcd. Dieser hohe Helligkeitspegel gewährleistet gute Sichtbarkeit. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 571 Nanometer (nm), was sie eindeutig im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums verortet. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 15 nm, was auf eine relativ schmale und reine Farbemission hindeutet. Die dominante Wellenlänge (λd) beträgt 572 nm. Die Lichtstärkeanpassung zwischen den Segmenten ist mit einem maximalen Verhältnis von 2:1 spezifiziert, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Segmente einer Ziffer für ein einheitliches Erscheinungsbild sicherzustellen.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (VF) pro Segment ist ein kritischer Parameter für den Treiberentwurf. Bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA beträgt die typische VF 2,6 Volt, mit einem Maximum von 2,6V und einem Minimum von 2,1V. Dieser Spannungsbereich muss bei der Auswahl von Vorwiderständen oder dem Entwurf von Konstantstromtreibern berücksichtigt werden. Der Sperrstrom (IR) pro Segment ist sehr niedrig, mit einem Maximum von 100 Mikroampere (µA) bei einer Sperrspannung (VR) von 5V, was auf gute Diodeneigenschaften hindeutet.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Betrachtungen

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Die maximale kontinuierliche Verlustleistung pro Segment beträgt 70 mW. Der Spitzendurchlassstrom pro Segment beträgt 60 mA, ist jedoch nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1 kHz Frequenz, 10% Tastverhältnis), um die Wärmeentwicklung zu beherrschen. Der kontinuierliche Durchlassstrom pro Segment wird von 25 mA bei 25°C mit einer Rate von 0,33 mA/°C heruntergesetzt. Diese Derating-Kurve ist für den Entwurf zuverlässiger Systeme, die bei erhöhten Umgebungstemperaturen arbeiten, wesentlich. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -35°C bis +85°C spezifiziert, was es für ein breites Umgebungsspektrum geeignet macht.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt zeigt an, dass das Bauteil nach Lichtstärke kategorisiert wird. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem Standard-Prüfstrom (wahrscheinlich 10 mA) sortiert werden. Bins werden mit Minimal- und Maximalwerten für die Intensität definiert. Entwickler sollten sich bewusst sein, dass die Bestellung dieses Teils Displays aus einem bestimmten Intensitäts-Bin liefern kann, was die Gesamthelligkeitskonsistenz beeinflusst, insbesondere wenn mehrere Displays in einem einzigen Produkt verwendet werden. Das Datenblatt spezifiziert keine separaten Bins für Wellenlänge oder Durchlassspannung, was auf eine engere Kontrolle oder geringere Variation dieser Parameter bei dieser Produktlinie hindeutet.

4. Analyse der Leistungskurven

Während die spezifischen Kurven im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, wären typische Kennlinien für ein solches Bauteil für den Entwurf wesentlich. Diese umfassen üblicherweise:

• IU-Kennlinie (Strom vs. Spannung):Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung, entscheidend für die Bestimmung des Arbeitspunkts und den Entwurf der Ansteuerschaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, typischerweise in sublinearer Weise, und hilft, den Kompromiss zwischen Helligkeit und Leistungsaufnahme/Wärme zu optimieren.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur, was für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen kritisch ist.
• Spektrale Verteilung:Ein Diagramm, das die relative Intensität des emittierten Lichts über die Wellenlängen zeigt und die Peak- und dominante Wellenlänge bestätigt.

Ingenieure müssen diese Kurven konsultieren, um die Leistung unter nicht-standardisierten Betriebsbedingungen vorherzusagen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist in einem Standard-LED-Displaygehäuse erhältlich. Die Gehäuseabmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm angegeben. Das Pinbelegungsdiagramm ist für das PCB-Layout entscheidend. Das LTC-5836JG hat 30 Pins. Das interne Schaltbild zeigt eine gemeinsame Anoden-Konfiguration für jede der drei Ziffern, mit individuellen Kathoden für jedes Segment (A-G) und den Dezimalpunkt (D.P.). Die Pinbelegungstabelle ordnet jeden Pin sorgfältig seiner Funktion zu (z.B. Pin 3 ist gemeinsame Anode für Ziffer 1, Pin 16 ist Kathode B für Ziffer 3). Die korrekte Interpretation dieser Tabelle ist zwingend erforderlich, um Verdrahtungsfehler während des PCB-Entwurfs zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt spezifiziert eine einzige Lötbedingung: Das Bauteil kann einer Lötkolbentemperatur von 260°C für 3 Sekunden ausgesetzt werden, wobei die Lötspitze mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,59 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses positioniert sein muss. Dies ist eine Richtlinie für Handlötung oder Reparatur. Für die moderne Montage wären Wellenlöt- oder Reflow-Lötprofile üblicher. Obwohl hier nicht spezifiziert, wäre ein typisches bleifreies Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von etwa 245-260°C wahrscheinlich anwendbar, aber die thermische Masse des Gehäuses muss berücksichtigt werden. Es wird immer empfohlen, eine Prozessqualifikation durchzuführen. Der Lagertemperaturbereich beträgt -35°C bis +85°C, und Bauteile sollten für die Reflow-Lötung in feuchtigkeitsempfindlicher Verpackung aufbewahrt werden, um \"Popcorning\"-Schäden zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Artikelnummer ist LTC-5836JG. Das Suffix \"JG\" bezeichnet wahrscheinlich die grüne Farbe und eine spezifische Gehäuse- oder Leistungsvariante. Das Datenblatt detailliert nicht die Großverpackung (z.B. Röhrchen, Trays oder Spulen) oder Stückzahlen pro Verpackung. Für die Produktion müssen diese Informationen vom Lieferanten oder Distributor eingeholt werden. Das Etikett auf der Verpackung enthält typischerweise die Artikelnummer, den Los-Code und möglicherweise Intensitäts-Bin-Informationen.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Dieses Display ist ideal für jedes Gerät, das eine klare, mehrstellige numerische Anzeige benötigt. Häufige Anwendungen sind digitale Multimeter, Frequenzzähler, Prozessregelungsanzeigen, Waagen, Medizingeräte, Armaturenbrettanzeigen im Automobilbereich (für nicht-kritische Informationen), Industrietimer und Haushaltsgeräte wie Backöfen oder Mikrowellen.

8.2 Entwurfsüberlegungen

• Ansteuerschaltung:Verwenden Sie einen Konstantstromtreiber oder Vorwiderstände für jede Segmentkathode. Die gemeinsame Anode für jede Ziffer sollte geschaltet werden (z.B. durch einen Transistor), um Multiplexing zu ermöglichen, was die Anzahl der benötigten I/O-Pins von einem Mikrocontroller reduziert.
• Stromberechnung:Basierend auf der gewünschten Helligkeit und der IU-Kennlinie berechnen Sie den geeigneten Serienwiderstandswert mit der Formel: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung (verwenden Sie 2,6V für Entwurfsreserve) und IF der gewünschte Durchlassstrom (25 mA kontinuierlich nicht überschreitend) ist.
• Multiplexing:Beim Multiplexen mehrerer Ziffern muss die Aktualisierungsrate hoch genug sein (typischerweise >60 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden. Der Spitzenstrom pro Segment während der multiplexen Einschaltzeit darf die absoluten Maximalwerte nicht überschreiten.
• Wärmemanagement:Sorgen Sie für ausreichende Belüftung, wenn nahe dem Maximalstrom oder bei hohen Umgebungstemperaturen gearbeitet wird. Berücksichtigen Sie die Derating-Kurve für den Durchlassstrom.
• ESD-Schutz:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Implementieren Sie geeignete ESD-Handhabungsverfahren während der Montage.

9. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu älteren Technologien wie roten Galliumarsenidphosphid (GaAsP)-LEDs bietet die AlInGaP-Technologie im LTC-5836JG eine deutlich höhere Lumenausbeute, was zu helleren Displays bei gleichem Strom oder ähnlicher Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Die grüne Farbe wird oft als angenehmer für langes Betrachten empfunden als rot. Im Vergleich zu Punktmatrix- oder Grafik-OLEDs ist dieses 7-Segment-Display einfacher, kostengünstiger für rein numerische Anwendungen und bietet typischerweise höhere Helligkeit und längere Lebensdauer, obwohl ihm alphanumerische oder grafische Fähigkeiten fehlen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck der \"gemeinsamen Anoden\"-Konfiguration?

A: Bei einem gemeinsamen Anoden-Display sind alle Anoden der LEDs einer Ziffer miteinander verbunden und an einen einzigen Pin angeschlossen. Dies ermöglicht es dem Mikrocontroller, durch Anlegen von Spannung (über einen Schalter) an diese gemeinsame Anode zu steuern, welche Ziffer aktiv ist, während die individuellen Segmentkathoden gesteuert werden, um bestimmte Segmente ein- oder auszuschalten. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-Pins erheblich.

F: Kann ich dieses Display mit einer 5V-Versorgung betreiben?

A: Ja, aber Sie müssen einen Vorwiderstand in Reihe mit jedem Segment verwenden. Um beispielsweise einen Durchlassstrom von 20 mA mit einer VF von 2,6V und einem Vcc von 5V zu erreichen, wäre der Widerstandswert R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm. Ein Standard-120Ω-Widerstand wäre geeignet.

F: Was bedeutet \"nach Lichtstärke kategorisiert\" für meinen Entwurf?

A: Es bedeutet, dass Displays getestet und basierend auf ihrer Helligkeit in Gruppen (Bins) sortiert werden. Wenn absolute Helligkeitskonsistenz über alle Einheiten Ihres Produkts hinweg kritisch ist, sollten Sie Bauteile aus demselben Intensitäts-Bin bei Ihrem Lieferanten spezifizieren und kaufen.

F: Wie multiplexe ich die drei Ziffern?

A: Sie würden alle entsprechenden Segmentkathoden miteinander verbinden (z.B. alle \"A\"-Segmentkathoden von Ziffer 1, 2 und 3 über einen Treiber an einen Mikrocontroller-Pin). Dann aktivieren Sie sequentiell (versorgen mit Strom) die gemeinsame Anode von Ziffer 1, dann Ziffer 2, dann Ziffer 3, während Sie für jede Ziffer das korrekte Segmentmuster ausgeben. Dieser Zyklus wiederholt sich schnell.

11. Praktischer Entwurf und Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines digitalen Timers mit Mikrocontroller.Ein Entwickler erstellt einen Countdown-Timer. Er verwendet das LTC-5836JG zur Anzeige von Minuten und Sekunden (MM:SS). Er verbindet die 7 Segmentleitungen (A-G) und die Doppelpunkt/Dezimalpunkt-Leitungen über Vorwiderstände (berechnet für 15 mA pro Segment für einen Ausgleich zwischen Helligkeit und Leistung) mit Ausgangspins eines Mikrocontrollers. Die drei gemeinsamen Anoden-Pins (einer für jede Ziffer der Minuten und zwei für Sekunden) werden über NPN-Transistoren, die als Low-Side-Schalter fungieren, mit dem Mikrocontroller verbunden. Die Mikrocontroller-Firmware führt einen Timer-Interrupt mit 1 kHz aus. In der Interrupt-Service-Routine schaltet sie alle Zifferntransistoren aus, aktualisiert das Segmentmuster für die nächste anzuzeigende Ziffer, schaltet den entsprechenden Zifferntransistor ein und geht dann zur nächsten Ziffer über. Dieses Multiplexing-Schema verwendet nur 7+3=10 Mikrocontroller-I/O-Pins zur Steuerung eines 3-stelligen Displays und demonstriert eine effiziente Ressourcennutzung.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Das LTC-5836JG basiert auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitertechnologie. Dies ist ein direkter Bandabstand III-V-Verbindungshalbleiter. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung von Al, In, Ga und P im Kristallgitter bestimmt die Bandabstandsenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht. Für grüne Emission wird der Bandabstand auf etwa 2,2 bis 2,3 Elektronenvolt (eV) ausgelegt. Die Verwendung eines GaAs-Substrats bietet eine geeignete kristalline Vorlage für das Wachstum der AlInGaP-Epitaxieschichten. Die graue Front und die weißen Segmente sind Teil des Kunststoffgehäuses, das als Diffusor und Linse wirkt, um die Lichtausgabe der winzigen LED-Chips in gleichmäßige, erkennbare Segmente zu formen.

13. Technologieentwicklungstrends

Der Trend in der LED-Displaytechnologie geht zu höherer Effizienz, größerer Integration und vielseitigeren Bauformen. Während diskrete 7-Segment-Displays wie das LTC-5836JG für kostensensitive, rein numerische Anwendungen relevant bleiben, sind mehrere Trends bemerkenswert. Erstens der Übergang zu noch effizienteren Materialien wie Galliumnitrid (GaN) für blau/grün/weiß und die kontinuierliche Verfeinerung von AlInGaP für rot/orange/gelb/grün. Zweitens die Integration von Treiber-ICs direkt in das Displaymodul (\"intelligente Displays\"), um den Systementwurf zu vereinfachen. Drittens das Wachstum von Oberflächenmontage-Bauteilen (SMD) gegenüber Durchsteckmontage-Typen für die automatisierte Montage. Schließlich der Wettbewerbsdruck durch alternative Technologien wie Organische LEDs (OLEDs) und Flüssigkristallanzeigen (LCDs), die volle Grafikfähigkeit in dünnen Gehäusen bieten, allerdings oft zu anderen Preis-, Helligkeits- und Lebensdauerpunkten. Das AlInGaP-7-Segment-Display besetzt eine stabile Nische, in der seine Einfachheit, Robustheit, hohe Helligkeit und niedrige Kosten entscheidende Vorteile sind.