Datenblatt für 0,56-Zoll-7-Segment-LED-Anzeige - Ziffernhöhe 14,22mm - Durchlassspannung 2,6V - AlInGaP Gelb-Orange - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-5703AJF ist ein einstelliges 7-Segment-LED-Anzeigemodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, gut sichtbare numerische Anzeigen erfordern. Seine Hauptfunktion ist die Umwandlung elektrischer Signale in ein sichtbares numerisches Zeichen. Die Kerntechnologie nutzt den Halbleiterwerkstoff Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), der auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat abgeschieden wird, um Licht im gelb-orangen Spektrum zu erzeugen. Dieses Materialsystem wurde aufgrund seiner hohen Effizienz und hervorragenden Helligkeit im bernsteinfarbenen/orangen Farbbereich im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-Galliumphosphid (GaP) gewählt. Das Gerät verfügt über eine hellgraue Front und weiße Segmente, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert.

Die Anzeige ist als Common-Cathode-Typ (gemeinsame Kathode) kategorisiert, was bedeutet, dass alle Kathoden (negative Anschlüsse) der einzelnen LED-Segmente intern mit gemeinsamen Pins verbunden sind. Diese Konfiguration ist bei Digitalanzeigen üblich und vereinfacht den Schaltungsentwurf bei Verwendung von Mikrocontrollern oder Treiber-ICs, die Strom senken. Der Zielmarkt für diese Komponente umfasst Industrie-Bedienfelder, Prüf- und Messgeräte, Haushaltsgeräte, Automobilarmaturenbretter (für nicht-kritische Anzeigen) und jedes eingebettete System, das eine zuverlässige, stromsparende numerische Anzeige benötigt.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung wird durch mehrere Schlüsselparameter definiert, die unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C) gemessen werden. DieDurchschnittliche Lichtstärke (Iv)wird mit einem Minimum von 800 μcd, typisch 1667 μcd und ohne angegebenes Maximum spezifiziert, wenn sie mit einem Durchlassstrom (IF) von 1mA betrieben wird. Dieser Parameter gibt die wahrgenommene Helligkeit der beleuchteten Segmente an. Die Lichtstärke wird mit einem Sensor und Filter gemessen, der der photopischen (tagadaptierten) menschlichen Augenempfindlichkeitskurve gemäß CIE (Commission Internationale de l'Éclairage) entspricht.

Die Farbcharakteristika werden durch die Wellenlänge definiert. DieSpitzen-Emissionswellenlänge (λp)beträgt typischerweise 611 Nanometer (nm) bei IF=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist. DieDominante Wellenlänge (λd)beträgt typischerweise 605 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die der wahrgenommenen Farbe des emittierten Lichts am besten entspricht und für die Farbangabe relevanter ist. DieSpektrale Halbwertsbreite (Δλ)beträgt typischerweise 17 nm und gibt die spektrale Reinheit oder die Streuung der emittierten Wellenlängen um das Maximum an; eine geringere Halbwertsbreite zeigt eine monochromatischere (reine) Farbe an.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Der primäre elektrische Parameter ist dieDurchlassspannung pro Segment (VF), die einen typischen Wert von 2,6V und ein Maximum von 2,6V bei einem Durchlassstrom von 20mA aufweist. Dies ist der Spannungsabfall über dem LED-Segment, wenn es leitet. Der Minimalwert ist mit 2,05V angegeben. DerSperrstrom pro Segment (IR)ist mit einem Maximum von 100 μA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5V angelegt wird, was die Leckage-Eigenschaften des Bauteils im ausgeschalteten Zustand anzeigt.

Lichtstärke-Abgleichverhältniswird mit maximal 2:1 für Segmente innerhalb einer ähnlichen Lichtfläche spezifiziert. Dies bedeutet, dass die Helligkeit eines Segments unter identischen Ansteuerbedingungen nicht mehr als doppelt so hoch sein sollte wie die eines anderen Segments, um ein gleichmäßiges Erscheinungsbild der Ziffer zu gewährleisten.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Betrachtungen

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. DerDauer-Durchlassstrom pro Segmentist mit maximal 25 mA spezifiziert. Ein Derating-Faktor von 0,33 mA/°C wird oberhalb einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C angegeben. Dies ist entscheidend für das thermische Management; wenn die Umgebungstemperatur steigt, muss der maximal zulässige Strom linear reduziert werden, um Überhitzung zu verhindern. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximale Strom 25 mA - (0,33 mA/°C * (85-25)°C) = 5,2 mA.

DerSpitzen-Durchlassstrom pro Segmentbeträgt 60 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Dies ermöglicht Multiplexing-Schemata oder kurzes Übersteuern für erhöhte Helligkeit. DieVerlustleistung pro Segmentbeträgt 70 mW. DieSperrspannung pro Segmentdarf 5V nicht überschreiten. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -35°C und +105°C. Die Löttemperaturbewertung gilt für Wellen- oder Reflow-Löten: 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt zeigt an, dass das Gerätnach Lichtstärke kategorisiertist. Dies impliziert, dass ein Binning-System angewendet wird. Binning ist eine Standardpraxis in der Industrie, bei der hergestellte LEDs nach der Produktion basierend auf Schlüsselparametern wie Lichtstärke, Durchlassspannung und dominanter Wellenlänge sortiert (gebinned) werden. Dies gewährleistet Konsistenz innerhalb einer einzelnen Produktionscharge oder Bestellung. Obwohl spezifische Bin-Codes in diesem Auszug nicht angegeben sind, sollten Entwickler wissen, dass typische Bins Geräte mit ähnlicher Iv (z.B. 800-1200 μcd, 1200-1667 μcd) und möglicherweise ähnlichen VF-Bereichen gruppieren. Für kritische Anwendungen, die Farb- oder Helligkeitsgleichheit über mehrere Anzeigen hinweg erfordern, ist die Spezifikation eines engen Bins oder die Anforderung von Geräten aus demselben Bin wesentlich.

4. Analyse der Kennlinien

Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Kennlinien für ein solches Gerät umfassen:

• Durchlassstrom (IF) vs. Durchlassspannung (VF) Kennlinie:Diese zeigt die exponentielle Beziehung. Die Kurve hat eine Kniespannung von etwa 1,8-2,0V, danach steigt der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung rapide an. Der typische VF von 2,6V wird von dieser Kurve bei IF=20mA abgelesen.
• Lichtstärke (Iv) vs. Durchlassstrom (IF) Kennlinie:Diese Kurve ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte Sättigung oder reduzierte Effizienz zeigen.
• Lichtstärke (Iv) vs. Umgebungstemperatur (Ta) Kennlinie:Diese zeigt, wie die Helligkeit abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt. AlInGaP-LEDs haben typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten für die Lichtausbeute.
• Spektrale Verteilungskurve:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die ein Maximum bei etwa 611 nm und eine Halbwertsbreite von ungefähr 17 nm zeigt und die gelb-orange Emission bestätigt.

Diese Kurven sind für Entwickler entscheidend, um das nichtlineare Verhalten von LEDs zu verstehen, das thermische Management zu planen und geeignete strombegrenzende Schaltungen zu entwerfen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Gerät hat eineZiffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm). Die Gehäuseabmessungen werden in einer Zeichnung (hier nicht vollständig detailliert) mit allen Maßen in Millimetern angegeben. Wichtige Toleranzen sind vermerkt: Allgemeine Maßtoleranzen betragen ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben, und die Pin-Spitzenverschiebungstoleranz beträgt ±0,4 mm. Diese Verschiebungstoleranz berücksichtigt geringe Fehlausrichtungen der Anschlüsse, die aus dem Kunststoffgehäuse herausragen, was für das PCB-Footprint-Design und automatische Bestückungsgeräte wichtig ist.

DasPin-Belegungsdiagrammist klar definiert mit 10 Pins in einer Dual-In-Line (DIP)-Konfiguration. Die Pinbelegung ist: 1(E), 2(D), 3(Gemeinsame Kathode), 4(C), 5(DP), 6(B), 7(A), 8(Gemeinsame Kathode), 9(F), 10(G). Das Vorhandensein von zwei gemeinsamen Kathoden-Pins (3 und 8) hilft bei der Stromverteilung und reduziert die Stromdichte in einem einzelnen Pin, was gut für die Zuverlässigkeit ist. Der Dezimalpunkt (DP)-Anode ist an Pin 5. Das interne Schaltbild zeigt jedes Segment (A-G, DP) als individuelle LED mit ihrer Anode, die mit dem jeweiligen Pin verbunden ist, und alle Kathoden, die mit den gemeinsamen Kathoden-Pins verbunden sind.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte spezifizieren das Lötprofil: Die Bauteilkörpertemperatur darf während der Montage den Maximalwert nicht überschreiten. Konkret heißt es, die Löttemperatur sollte 260°C für 3 Sekunden betragen, gemessen 1/16 Zoll (1,6mm) unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein Standardreferenzwert für Wellenlöten. Für Reflow-Löten wäre ein Standard bleifreies Profil mit einer Spitzentemperatur von 260°C geeignet, wobei sichergestellt werden muss, dass die Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL) und die Spitzentemperaturdauer an den Bauteilanschlüssen kontrolliert werden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse oder den internen Bonddrähten zu verhindern.

Lagerbedingungensollten dem spezifizierten Lagertemperaturbereich von -35°C bis +105°C entsprechen. Es ist ratsam, Bauteile in einer trockenen, antistatischen Umgebung zu lagern, um Feuchtigkeitsaufnahme (die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen kann) und elektrostatische Entladungsschäden zu verhindern, obwohl das Risiko für LEDs geringer ist als bei einigen ICs.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Artikelnummer ist LTS-5703AJF. Das Suffix \"AJF\" kodiert wahrscheinlich spezifische Attribute wie Farbe (Gelb-Orange), Gehäusetyp und möglicherweise einen Helligkeits-Bin. Die Datenblattrevision ist angegeben, und das Dokument ist als Eigentum des Herstellers gekennzeichnet. Die Standardverpackung für solche Durchsteckbauteile erfolgt typischerweise in antistatischen Röhrchen oder Munitionsbändern auf Spulen für die automatische Bestückung. Die genaue Menge pro Röhrchen/Spule und das Verpackungsmaterial sind in diesem Auszug nicht spezifiziert, wären aber in separaten Verpackungsspezifikationen verfügbar.

8. Anwendungsempfehlungen

Typische Anwendungsschaltungen:Als Common-Cathode-Anzeige wird sie typischerweise von einem Mikrocontroller oder einem dedizierten Anzeigetreiber-IC (wie einem 74HC595-Schieberegister mit strombegrenzenden Widerständen oder einem MAX7219) angesteuert. Jede Segment-Anode benötigt einen strombegrenzenden Widerstand. Der Widerstandswert kann mit R = (Vcc - VF) / IF berechnet werden. Für eine 5V-Versorgung (Vcc), VF=2,6V und IF=20mA, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ohm. Ein etwas höherer Wert (z.B. 150-220 Ohm) wird oft verwendet, um die Lebensdauer zu erhöhen und den Stromverbrauch zu reduzieren, während eine gute Helligkeit erhalten bleibt.

Design-Überlegungen:

• Stromansteuerung:Überschreiten Sie nicht den absoluten maximalen Dauerstrom von 25 mA pro Segment. Verwenden Sie den Derating-Faktor für Hochtemperaturumgebungen.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist Multiplexing üblich. Die Spitzenstrombewertung (60 mA bei 1/10 Tastverhältnis) ermöglicht einen höheren Momentanstrom während der multiplexierten Einschaltzeit, um eine höhere wahrgenommene Helligkeit zu erreichen. Stellen Sie sicher, dass der zeitliche Durchschnittsstrom den Dauerwert nicht überschreitet.
• Betrachtungswinkel:Das Datenblatt erwähnt einen weiten Betrachtungswinkel, was charakteristisch für LED-Anzeigen mit einer diffusen Linse ist. Berücksichtigen Sie die beabsichtigte Betrachtungsposition bei der Montage der Anzeige.
• PCB-Layout:Folgen Sie dem empfohlenen Footprint aus der Maßzeichnung. Stellen Sie sicher, dass die Löcher korrekt für den Anschlussdurchmesser dimensioniert sind und ausreichend Freiraum bieten.

9. Technischer Vergleich und Vorteile

Im Vergleich zu älteren roten GaAsP- oder Standard-GaP-gelb/grünen LEDs bietet die AlInGaP-Technologie im LTS-5703AJF erhebliche Vorteile:

• Höhere Helligkeit und Effizienz:AlInGaP bietet eine überlegene Lichtausbeute, was zu helleren Anzeigen bei gleichem Treiberstrom oder ähnlicher Helligkeit bei geringerer Leistung führt.
• Bessere Farbsättigung:Die spektralen Eigenschaften ergeben eine lebhaftere und konsistentere gelb-orange Farbe.
• Halbleiter-Zuverlässigkeit:LEDs haben keine Glühfäden oder Glas, die brechen könnten, bieten hohe Stoß- und Vibrationsfestigkeit und eine sehr lange Betriebslebensdauer (typischerweise zehntausende Stunden).
• Geringer Leistungsbedarf:Arbeitet mit niedriger Spannung und Strom, was es für batteriebetriebene Geräte geeignet macht.
• Bleifreies Gehäuse:Entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was es für globale Märkte mit Umweltvorschriften geeignet macht.

Im Vergleich zu modernen SMD (Surface-Mount Device) 7-Segment-Anzeigen ist diese Durchsteckversion einfacher für Prototyping, manuelle Montage und Anwendungen, bei denen ein Austausch der Anzeige notwendig sein könnte.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Zweck der beiden gemeinsamen Kathoden-Pins (3 und 8)?

A1: Sie sind intern verbunden. Zwei Pins zu haben, hilft, den gesamten Kathodenstrom (die Summe der Ströme aller beleuchteten Segmente) auf zwei physische Anschlüsse zu verteilen, was die Stromdichte und thermische Belastung an jeder Lötstelle und am Leadframe reduziert und damit die Zuverlässigkeit verbessert.

F2: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 3,3V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A2: Möglicherweise, aber Sie müssen die Durchlassspannung prüfen. Der typische VF beträgt 2,6V, also bleiben bei einer 3,3V-Versorgung nur 0,7V für den strombegrenzenden Widerstand. Nach dem Ohmschen Gesetz, für einen gewünschten Strom von 10mA, R = (3,3 - 2,6) / 0,01 = 70 Ohm. Dies ist machbar, aber die Helligkeit kann etwas niedriger sein als der Nennwert bei 20mA. Stellen Sie sicher, dass der Mikrocontroller-Pin den erforderlichen Strom liefern kann.

F3: Was bedeutet \"Lichtstärke-Abgleichverhältnis 2:1\" für mein Design?

A3: Es garantiert, dass innerhalb eines einzelnen Geräts kein Segment mehr als doppelt so hell ist wie jedes andere Segment, wenn es identisch angesteuert wird. Dies verhindert eine ungleichmäßig aussehende Ziffer (z.B. ein sehr dunkles Segment A und ein sehr helles Segment G). Für mehrstellige Designs sollten Sie Geräte aus demselben Helligkeits-Bin spezifizieren, um Konsistenz über die Ziffern hinweg zu gewährleisten.

F4: Wie berechne ich die Verlustleistung für die gesamte Anzeige?

A4: Für den Worst-Case mit allen 8 Segmenten (7 Segmente + DP), die kontinuierlich mit dem maximalen Dauerstrom von 25 mA jeweils leuchten, mit einem typischen VF von 2,6V. Leistung pro Segment = VF * IF = 2,6V * 0,025A = 65 mW. Gesamtleistung = 8 * 65 mW = 520 mW. Dies ist die Leistung, die vom LED-Gehäuse selbst als Wärme abgeführt wird, was für das thermische Management in geschlossenen Räumen berücksichtigt werden muss.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Digitales Voltmeter-Anzeige.In einem einfachen Tisch-Digitalmultimeter-Prototyp kann das LTS-5703AJF verwendet werden, um Spannungsmesswerte anzuzeigen. Der Analog-Digital-Wandler (ADC) eines Mikrocontrollers liest die Spannung, verarbeitet sie und steuert die Anzeige über ein Schieberegister wie den 74HC595 an. Strombegrenzungswiderstände sind in Reihe mit jeder Segment-Anode geschaltet. Die gemeinsamen Kathoden werden für Multiplexing, wenn mehrere Ziffern verwendet werden, von einem durch den Mikrocontroller gesteuerten Transistor geschaltet. Der hohe Kontrast und die Helligkeit gewährleisten Lesbarkeit in gut beleuchteten Laborumgebungen.

Beispiel 2: Industrielle Zähleranzeige.Für einen Produktionslinien-Stückzähler muss die Anzeige zuverlässig und aus der Ferne sichtbar sein. Das LTS-5703AJF mit seiner Ziffernhöhe von 0,56 Zoll ist geeignet. Es kann von einem programmierbaren Logikcontroller (PLC)-Ausgangsmodul, das für LED-Anzeigen ausgelegt ist, oder über einen einfachen Zähler-IC angesteuert werden. Der weite Betriebstemperaturbereich (-35°C bis +105°C) macht es robust für Fabrikhallenbedingungen, in denen die Temperaturen schwanken können.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Das LTS-5703AJF basiert auf einerAluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)Halbleiter-Heterostruktur, die epitaktisch auf einemGalliumarsenid (GaAs)Substrat gewachsen wird. Die Lichterzeugung erfolgt durch Elektrolumineszenz. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlückenspannung der Diode überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich (das Quantentopf) injiziert. Dort rekombinieren sie strahlend und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Legierungszusammensetzung von AlInGaP bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht. Für gelb-oranges Licht beträgt die Bandlückenenergie etwa 2,0-2,1 Elektronenvolt (eV). Das GaAs-Substrat ist für das emittierte Licht undurchsichtig, daher ist der Chip so ausgelegt, dass er Licht von der Oberseite emittiert. Das Kunststoffgehäuse enthält eine geformte Linse, die den Lichtaustritt formt, Umweltschutz bietet und die charakteristische Segmentform erzeugt.

13. Technologieentwicklungstrends

Während dies eine ausgereifte Durchsteckkomponente ist, beeinflussen Trends in der Displaytechnologie ihren Kontext. Die breitere LED-Industrie konzentriert sich weiterhin auf:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Laufende Materialwissenschaftsforschung zielt darauf ab, nichtstrahlende Rekombination zu reduzieren und die Lichtextraktion aus dem Halbleiterchip zu verbessern, was zu helleren Anzeigen bei geringerer Leistung führt.
• Miniaturisierung und SMD-Dominanz:Der Markt hat sich weitgehend zu SMD-Gehäusen (Surface-Mount Device) für automatisierte Montage, reduzierten Leiterplattenplatz und geringere Bauhöhe verlagert. Durchsteckanzeigen wie diese bleiben für spezifische Nischen relevant, die Robustheit, einfaches Handlöten oder Austausch erfordern.
• Integrierte Lösungen:Es gibt einen Trend zu Anzeigen mit integrierten Treiber-ICs (\"intelligente Displays\"), die die Schnittstelle zum Host-Mikrocontroller vereinfachen, indem sie Multiplexing, Decodierung und Stromsteuerung intern handhaben.
• Erweiterter Farbraum und RGB:Für vollfarbfähige Anzeigen ist die Entwicklung effizienter roter, grüner und blauer LEDs, einschließlich Micro-LEDs, ein großer Trend. Während dies ein monochromes Gerät ist, profitieren alle LED-Farben von den zugrundeliegenden Materialverbesserungen.
• Flexible und transparente Substrate:Die Forschung zu Anzeigen auf flexiblen oder transparenten Substraten ist aktiv, obwohl dies eher für fortschrittliche Panel-Displays relevant ist als für traditionelle segmentierte numerische Einheiten.

Das LTS-5703AJF stellt eine zuverlässige, kosteneffektive Lösung innerhalb dieser fortlaufenden technologischen Weiterentwicklungen dar.