0,56-Zoll AlInGaP Hyper-Rot-LED-Anzeigeziffer - 14,22 mm Höhe - 2,6 V Durchlassspannung - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochwertigen LED-Anzeigekomponente mit einer Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm). Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine klare, helle numerische oder alphanumerische Anzeige mit hervorragender Sichtbarkeit und Zuverlässigkeit erfordern. Sein Kernkonzept zielt darauf ab, durch fortschrittliche Halbleitermaterialien eine überlegene optische Leistung zu liefern.

Die Anzeige nutzt eine Festkörperbauweise, die eine lange Betriebsdauer und Robustheit gegenüber Vibration und Stoß gewährleistet. Dies macht sie geeignet für industrielle Anwendungen, Messgeräte und Unterhaltungselektronik, bei denen eine zuverlässige visuelle Ausgabe entscheidend ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Anzeigeziffer ergeben sich aus ihrer Materialtechnologie und optischen Konstruktion. Die Verwendung von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Halbleitermaterial auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat ist ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz im roten bis bernsteinfarbenen Bereich des sichtbaren Spektrums bekannt, was direkt zur hohen Helligkeit und exzellenten Farbreinheit des Bauteils beiträgt.

Die Kombination aus hellgrauem Ziffernblatt und weißen Segmenten ist speziell gewählt, um den Kontrast zu maximieren. Dies verbessert die Lesbarkeit unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen, von schwach beleuchteten Umgebungen bis hin zu hell erleuchteten Räumen. Der große Betrachtungswinkel stellt sicher, dass die angezeigten Informationen auch aus schrägen Blickwinkeln lesbar bleiben, was für Schalttafelmessgeräte, Prüfausrüstung und öffentliche Informationsanzeigen entscheidend ist.

Der geringe Leistungsbedarf ist ein weiterer bedeutender Vorteil, der die Integration in batteriebetriebene oder energieeffiziente Systeme ermöglicht, ohne die Anzeigehelligkeit zu beeinträchtigen. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert, was Konsistenz und Vorhersagbarkeit der Helligkeitswerte über Produktionschargen hinweg bietet. Dies ist für mehrstellige Anzeigen, bei denen ein einheitliches Erscheinungsbild zwingend erforderlich ist, unerlässlich.

Der Zielmarkt umfasst ein breites Spektrum an Branchen, darunter Industrieautomation (für Prozesssteuerungsanzeigen), Prüf- und Messgeräte (Multimeter, Oszilloskope), Medizingeräte, Automobilarmaturenbretter (für Zusatzanzeigen) und Haushaltsgeräte. Ihre Zuverlässigkeit und Leistung machen sie zur bevorzugten Wahl für Entwickler, die eine langlebige und klare numerische Anzeigelösung benötigen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und das Erreichen der gewünschten Leistung in der finalen Anwendung unerlässlich.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Diemittlere Lichtstärke (Iv)wird mit einem Minimum von 320 µcd, einem typischen Wert von 700 µcd und ohne angegebenes Maximum spezifiziert, wenn sie mit einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA betrieben wird. Dieser Parameter, gemessen mit einem Filter, der der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entspricht, gibt die wahrgenommene Helligkeit an. Der weite Bereich deutet darauf hin, dass für anwendungen mit abgeglichener Lichtstärke ein sorgfältiges Binning erforderlich ist.

Diedominante Wellenlänge (λd)beträgt 639 nm und klassifiziert die Ausgabe als Hyper-Rot-Farbe. DieSpitzen-Emissionswellenlänge (λp)liegt typischerweise bei 650 nm. Der kleine Unterschied zwischen dominanter und Spitzenwellenlänge deutet auf eine spektral reine Ausgabe hin. Diespektrale Halbwertsbreite (Δλ)beträgt 20 nm, was die Schmalheit des emittierten Lichtspektrums beschreibt; ein kleinerer Wert deutet auf eine monochromatischere Lichtquelle hin.

DasLichtstärke-Abgleichverhältnis (Iv-m)wird mit maximal 2:1 spezifiziert, wenn die Segmente mit 10 mA betrieben werden. Dieses Verhältnis definiert die zulässige Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer oder zwischen Ziffern und gewährleistet so eine visuelle Gleichmäßigkeit der angezeigten Zahl.

2.2 Elektrische und thermische Eigenschaften

Der wichtigste elektrische Parameter ist dieDurchlassspannung pro Segment (VF), die einen typischen Wert von 2,6 V bei einem Treiberstrom (IF) von 20 mA aufweist. Das Minimum ist mit 2,1 V angegeben. Diese Spannung ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. DerSperrstrom pro Segment (IR)beträgt maximal 100 µA, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5 V angelegt wird, was die Leckcharakteristik der Diode im Sperrzustand anzeigt.

Thermische und Zuverlässigkeitsgrenzen sind unter denabsoluten Maximalwertendefiniert. Derkontinuierliche Durchlassstrom pro Segmentbeträgt 25 mA bei 25°C, mit einem Derating-Faktor von 0,28 mA/°C. Dies bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom linear abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhaften Schäden führen.

DerSpitzen-Durchlassstrom pro Segmentist für 90 mA ausgelegt, jedoch nur unter spezifischen Pulsbedingungen: einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms. Dies ermöglicht kurze Phasen der Übersteuerung für Multiplexing oder das Erreichen einer höheren Spitzenhelligkeit. DieVerlustleistung pro Segmentist auf 70 mW begrenzt. Das Bauteil kann innerhalb eines weiten Temperaturbereichs von -35°C bis +105°C betrieben und gelagert werden. Die Löttemperatur darf während der Montage in einem Abstand von 1,6 mm unterhalb der Auflageebene 260°C für nicht mehr als 3 Sekunden überschreiten.

3. Mechanische und Verpackungsinformationen

Die physikalische Konstruktion des Bauteils bestimmt seinen Platzbedarf, die Montageanforderungen und die allgemeine Integration in ein Produkt.

3.1 Gehäuseabmessungen und Pinbelegung

Das Bauteil entspricht einem Standard-Dual-Ziffer-LED-Anzeigepaket. Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm angegeben, sofern in der Maßzeichnung nicht anders angegeben. Diese Zeichnung ist für PCB-Layout-Designer unerlässlich, um den korrekten Footprint zu erstellen und einen ordnungsgemäßen mechanischen Sitz und Lötstellenbildung sicherzustellen.

Das Pinbelegungsschema ist für eine korrekte Schnittstellenanbindung entscheidend. Das Bauteil hat eineCommon-Anode-Konfiguration. Es gibt zwei separate Common-Anode-Pins: Pin 12 für Ziffer 1 und Pin 9 für Ziffer 2. Dies ermöglicht eine unabhängige Steuerung oder Multiplexing der beiden Ziffern. Die Segmentkathoden (A bis G und Dezimalpunkt) sind parallel über beide Ziffern geschaltet. Beispielsweise steuert Pin 11 (Kathode A) das Segment 'A' sowohl von Ziffer 1 als auch von Ziffer 2. Die Pins 6 und 8 sind als "No Connection" (N/C) gekennzeichnet. Ein detailliertes internes Schaltbild zeigt typischerweise diese Common-Anode-, Parallel-Kathoden-Struktur für zwei Ziffern.

4. Analyse der Kennlinien

Während das Datenblatt tabellarische Daten liefert, bieten die typischen Kennlinien einen tieferen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen.

Die Kennlinie der Durchlassspannung (VF) über dem Durchlassstrom (IF) ist grundlegend. Sie zeigt den nichtlinearen Zusammenhang, bei dem VF mit IF ansteigt. Entwickler nutzen diese, um einen geeigneten Wert für den strombegrenzenden Widerstand bei einer gegebenen Versorgungsspannung auszuwählen, um den Zieltreiberstrom (z.B. 10 mA oder 20 mA) zu erreichen.

Die Kennlinie der Lichtstärke (Iv) über dem Durchlassstrom (IF) zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom skaliert. Sie ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte sättigen. Diese Kurve hilft Entwicklern, Helligkeit gegen Leistungsaufnahme und Bauteillebensdauer abzuwägen.

Die Kennlinie der Lichtstärke über der Umgebungstemperatur ist entscheidend für das Verständnis des thermischen Deratings. Mit steigender Temperatur nimmt die Effizienz des LED-Chips ab, was bei gleichem Treiberstrom zu einem Abfall der Ausgangsintensität führt. Dies muss in Anwendungen, die hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind, berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Anzeige ausreichend hell bleibt.

5. Löt- und Montagerichtlinien

Ein sachgemäßer Umgang während des Montageprozesses ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden und die langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Der absolute Maximalwert für das Löten ist explizit angegeben: Das Bauteil kann eine maximale Temperatur von 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden aushalten, gemessen an einem Punkt 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Diese Richtlinie ist für Wellenlöt- oder Reflow-Lötprozesse ausgelegt. Das Überschreiten dieser Zeit-Temperatur-Grenzen kann zu internen Bonddrahtbrüchen, Gehäuserissen oder einer Degradation des LED-Chips führen.

Es wird empfohlen, die Standard-JEDEC- oder IPC-Richtlinien für Feuchtigkeitssensitivität und Backverfahren zu befolgen, wenn die Bauteile vor der Verwendung in nicht kontrollierten Umgebungen gelagert wurden, auch wenn in diesem Datenblatt kein spezifischer Level angegeben ist. Die Verwendung von ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) während der Handhabung wird für Halbleiterbauteile stets empfohlen.

6. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

Die Integration dieser Anzeige erfordert eine sorgfältige elektrische und optische Auslegung.

6.1 Treiberschaltungsentwurf

Für eine Common-Anode-Anzeige werden die Anoden typischerweise über strombegrenzende Widerstände an eine positive Versorgungsspannung angeschlossen oder über Transistoren geschaltet. Die Segmentkathoden sind mit dem Treiber-IC (wie einem speziellen Displaytreiber oder Mikrocontroller-GPIO-Pins) verbunden, der den Strom zur Masse zieht, um das Segment zu beleuchten. Der Wert des strombegrenzenden Widerstands (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF - Vdriver_sat) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung des LED-Segments (für Zuverlässigkeit typischen oder Maximalwert verwenden), Vdriver_sat die Sättigungsspannung des Treibertransistors oder -ICs und IF der gewünschte Durchlassstrom ist.

Für das Multiplexing zweier Ziffern werden die Common-Anoden (Pins 9 und 12) abwechselnd mit hoher Frequenz (typischerweise >100 Hz) eingeschaltet. Wenn die Anode von Ziffer 1 aktiv ist, stellen die Kathodentreiber das Muster für Ziffer 1 dar. Dann wird die Anode von Ziffer 2 mit ihrem entsprechenden Muster aktiviert. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Treiberpins erheblich, erfordert jedoch eine sorgfältige Timing-Steuerung, um Flackern und Geisterbilder zu vermeiden.

6.2 Optische Integration

Das hellgraue Ziffernblatt bietet einen neutralen, nicht reflektierenden Hintergrund, der den Kontrast erhöht. Bei der Gestaltung des Produktgehäuses sollte die Verwendung eines Fensters oder Filters in Betracht gezogen werden. Ein Neutraldichtefilter kann verwendet werden, um die Helligkeit in sehr dunklen Umgebungen zu reduzieren, während ein getönter Filter (z.B. rot) den Kontrast unter hellen Bedingungen weiter verbessern kann. Der große Betrachtungswinkel sollte bei der Positionierung der Anzeige relativ zu den erwarteten Blicklinien des Benutzers berücksichtigt werden.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das entscheidende Unterscheidungsmerkmal dieses Bauteils ist die Verwendung vonAlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid)-Rot-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, es erzeugt mehr Licht (Lumen) bei gleicher elektrischer Leistung (Watt), was zu höherer Helligkeit und/oder geringerem Stromverbrauch führt.

Darüber hinaus weisen AlInGaP-LEDs aufgrund besserer Materialeigenschaften im Allgemeinen eine überlegene Temperaturstabilität und eine längere Lebensdauer auf. Die "Hyper-Rot"-Ausgabe (639 nm dominante Wellenlänge) ist ebenfalls eine deutliche, gesättigte Rotfarbe im Vergleich zu dem oft orangefarbenen Rot älterer Technologien. Im Vergleich zu zeitgenössischen Alternativen sind die spezifische Kombination aus 0,56-Zoll-Ziffernhöhe, Common-Anode-Konfiguration und der garantierten Lichtstärkekategorisierung die definierenden Merkmale für Entwickler bei der Auswahl einer Anzeige.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was bedeutet "nach Lichtstärke kategorisiert"?

A: Es bedeutet, dass die LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standardteststrom getestet und sortiert (gebinned) werden. Dies gewährleistet Konsistenz, wenn mehrere Ziffern nebeneinander verwendet werden, und verhindert, dass eine Ziffer deutlich heller oder dunkler erscheint als ihre Nachbarn.

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein, nicht direkt. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,6 V, und ein Mikrocontroller-GPIO-Pin kann nicht sicher genug Strom liefern oder aufnehmen (normalerweise 20-40 mA max. pro Pin, mit einem Gesamtlimit für den Chip). Sie müssen externe strombegrenzende Widerstände und wahrscheinlich Transistortreiber oder einen speziellen Displaytreiber-IC verwenden, um den korrekten Strom und die korrekte Spannung bereitzustellen.

F: Warum gibt es zwei separate Common-Anode-Pins für zwei Ziffern?

A: Dies ermöglicht Multiplexing. Indem Sie die Anode für Ziffer 1 einschalten und ihre Segmente setzen, sie dann ausschalten und die Anode für Ziffer 2 mit ihren Segmenten einschalten und diesen Zyklus schnell wiederholen, können Sie zwei Ziffern mit nur 7 Segmentpins + 2 Ziffernpins = 9 Pins steuern, anstatt 7 x 2 = 14 Pins, wenn jedes Segment unabhängig verdrahtet wäre.

F: Was ist der Zweck der "No Connection" (N/C)-Pins?

A: Es handelt sich um physisch vorhandene Pins am Gehäuse, die nicht elektrisch mit der internen LED-Schaltung verbunden sind. Sie sind oft für die mechanische Stabilität des Gehäuses während des Spritzgussprozesses enthalten oder um einen standardmäßigen Pinabstand und Footprint beizubehalten. Sie dürfen nicht in der Schaltung angeschlossen werden.

9. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED (Licht emittierende Diode) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einer Standard-Siliziumdiode wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In einem Material wie AlInGaP ist die Bandlücke so beschaffen, dass ein erheblicher Teil dieser Rekombinationsenergie als Photonen (Licht) freigesetzt wird. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Die Bandlücke von AlInGaP ist darauf ausgelegt, Licht im roten bis bernsteinfarbenen Bereich des Spektrums mit hoher Effizienz zu erzeugen. Das nicht transparente GaAs-Substrat hilft, mehr des erzeugten Lichts durch die Oberseite des Bauteils zu reflektieren, was die Gesamtlichtextraktionseffizienz verbessert.

10. Entwicklungstrends

Das Gebiet der Displaytechnologie entwickelt sich kontinuierlich weiter. Während diskrete LED-Ziffern wie diese aufgrund ihrer Einfachheit, Helligkeit und Zuverlässigkeit für bestimmte Anwendungen nach wie vor von entscheidender Bedeutung sind, sind mehrere Trends bemerkenswert. Es gibt eine allgemeine Bewegung hin zu höherer Integration, wie z.B. mehrstellige Module mit eingebauten Controllern (I2C- oder SPI-Schnittstelle), die die Aufgabe des Host-Mikrocontrollers vereinfachen. Das Streben nach höherer Effizienz setzt sich fort, möglicherweise von AlInGaP hin zu noch fortschrittlicheren Materialsystemen für Rot/Orange-Emission. Darüber hinaus kann die Nachfrage nach einem breiteren Farbraum und spezifischen Farbortkoordinaten in professionellen Anwendungen zu präziserem Binning und strengeren Spezifikationen für dominante Wellenlänge und Farbreinheit führen. Die grundlegenden Vorteile der diskreten LED-Ziffer – Robustheit, hohe Helligkeit, niedrige Kosten für einfache numerische Anzeigen und exzellenter Betrachtungswinkel – gewährleisten jedoch ihre fortgesetzte Relevanz in vielen industriellen und kommerziellen Produkten.