LTD-5223AJF LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Gelb-Orange - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTD-5223AJF ist ein hochwertiges 7-Segment-Alphanumerik-Displaymodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen bei geringem Stromverbrauch erfordern. Seine Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer visuellen numerischen Ausgabe in elektronischen Geräten. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Halbleitermaterial, um ein markantes gelb-oranges Licht zu erzeugen. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Sichtbarkeit bekannt. Das Display verfügt über eine hellgraue Front und weiße Segmentfarbe, was einen hohen Kontrast für optimale Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen bietet.

Das Bauteil ist als Common-Cathode-Typ mit rechtsseitigem Dezimalpunkt konfiguriert. Es ist für hohe Zuverlässigkeit im Festkörperbetrieb ausgelegt, was eine lange Lebensdauer und konstante Leistung gewährleistet. Der Zielmarkt umfasst Industrie-Bedienfelder, Mess- und Prüfgeräte, Haushaltsgeräte und alle eingebetteten Systeme, die ein kompaktes, zuverlässiges und energieeffizientes numerisches Display benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität des Displays. Die wichtigsten Parameter, gemessen bei einer Umgebungstemperatur (TA) von 25°C, sind wie folgt:

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt zwischen einem Minimum von 320 µcd und einem typischen Wert von 700 µcd, wenn es mit einem Durchlassstrom (I_F) von 1mA pro Segment betrieben wird. Dieser hohe Helligkeitspegel gewährleistet eine gute Sichtbarkeit.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Typischerweise 611 Nanometer (nm). Dies definiert den spezifischen Punkt der höchsten spektralen Leistungsabgabe im gelb-orangen Bereich des sichtbaren Spektrums.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 17 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an; eine schmalere Breite deutet auf eine gesättigtere, reine Farbe hin.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 605 nm. Dies ist die Einzelwellenlängen-Wahrnehmung der Farbe durch das menschliche Auge, die dem wahrgenommenen gelb-orangen Farbton sehr nahekommt.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1. Dies spezifiziert die zulässige Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer unter identischen Betriebsbedingungen (I_F=1mA) und gewährleistet so ein einheitliches Erscheinungsbild.

Alle Lichtstärkemessungen werden mit einer Sensor- und Filterkombination durchgeführt, die auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve kalibriert ist, um die Relevanz der Daten für das menschliche Sehen sicherzustellen.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsbedingungen und Grenzwerte für das Bauteil:

• Durchlassspannung pro Segment (V_FDas Kernbetriebsprinzip basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Das LTD-5223AJF verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) als aktives Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung, die die Bandlückenenergie des Materials übersteigt, über den Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem N-Typ-Gebiet mit Löchern aus dem P-Typ-Gebiet. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall gelb-orange (~605-611 nm). Die Chips sind auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat montiert, was hilft, die Lichtausgabe nach oben durch das Segment zu lenken und so Effizienz und Kontrast verbessert. Die sieben einzelnen Segmente (A-G) und der Dezimalpunkt (DP) werden durch separate LED-Chips oder Chipbereiche gebildet, elektrisch isoliert, aber physikalisch so angeordnet, dass sie ein Ziffernmuster bilden. Die Common-Cathode-Konfiguration verbindet intern alle Kathoden der Segmente innerhalb einer einzelnen Ziffer, was die externe Treiberschaltung vereinfacht.Typischerweise 2,6V, mit einem Maximum von 2,6V bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem leuchtenden Segment.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 µA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V. Dies zeigt den Leckstrompegel an, wenn die LED in Sperrrichtung vorgespannt ist.

2.3 Absolute Maximalwerte

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen überschritten werden dürfen, um dauerhafte Schäden zu verhindern:

• Verlustleistung pro Segment:70 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA. Dieser Nennwert verringert sich linear ab 25°C mit einer Rate von 0,33 mA/°C.
• Sperrspannung pro Segment:5 V.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:260°C für 3 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess basierend auf der gemessenen optischen Ausgangsleistung. Während spezifische Bincode-Details in diesem Auszug nicht bereitgestellt werden, umfasst die typische Kategorisierung für solche Displays die Gruppierung von Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (z.B. 1mA oder 20mA). Dies stellt sicher, dass Designer Displays mit konsistenten Helligkeitspegeln für ein einheitliches Produkterscheinungsbild erhalten. Käufer sollten die vollständigen Binning-Spezifikationen des Herstellers für detaillierte Code-Definitionen bezüglich Intensität und möglicherweise Durchlassspannung (V_f) konsultieren, um die elektrische Kompatibilität in ihrem Design sicherzustellen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Diese grafischen Darstellungen sind entscheidend, um das Bauteilverhalten über Ein-Punkt-Spezifikationen hinaus zu verstehen. Obwohl die spezifischen Kurven im bereitgestellten Text nicht angezeigt werden, umfassen sie typischerweise:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kennlinie:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom (I_F) und Durchlassspannung (V_F). Dies ist wesentlich für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt, und hilft, den Kompromiss zwischen Helligkeit und Stromverbrauch zu optimieren.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Helligkeit mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt, was für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen kritisch ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum (λ_p) und die Form des emittierten Lichtspektrums zeigt.

Designer müssen auf diese Kurven zurückgreifen, um die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen vorherzusagen und einen zuverlässigen Betrieb über den spezifizierten Temperaturbereich sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil hat eine Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm). Die Zeichnung der Gehäuseabmessungen (referenziert, aber nicht gezeigt) liefert detaillierte mechanische Umrisse, einschließlich Gesamtlänge, -breite, -höhe, Segmentabmessungen und Anschlussabstand (Pinabstand). Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Diese Information ist entscheidend für das PCB-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes im Gehäuse des Endprodukts.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das LTD-5223AJF ist eine zweistellige Common-Cathode-Anzeige mit 18 Pins. Die Pinbelegung ist wie folgt:

• Common Cathode (CC):Die Pins 13 und 14 sind die gemeinsamen Kathodenanschlüsse für Ziffer 2 bzw. Ziffer 1. In einer Common-Cathode-Konfiguration sind alle LED-Segmentkathoden einer bestimmten Ziffer intern mit diesem einzelnen Pin verbunden. Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Anodenpin auf High-Pegel gesetzt werden (positive Spannung über einen Vorwiderstand), während die gemeinsame Kathode seiner Ziffer auf Low-Pegel (Masse) gezogen wird.
• Segment-Anoden:Die Pins 1-12 und 15-18 sind die Anodenanschlüsse für die einzelnen Segmente (A-G und DP) beider Ziffern. Die Zuordnung ist in der Pinverbindungstabelle klar definiert (z.B. Pin 1: Anode E für Ziffer 1).
• Rechtsseitiger Dezimalpunkt:Die Dezimalpunkt-Anoden sind für jede Ziffer spezifiziert (Pins 4 und 9), was seine Position auf der rechten Seite der Ziffer bestätigt.

Das interne Schaltbild (referenziert) bestätigt visuell diese Common-Cathode-Architektur und die Verbindung der Segmente innerhalb jeder Ziffer.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte spezifizieren einen kritischen Lötparameter: Die Anschlüsse können einer Temperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden ausgesetzt werden, gemessen an einem Punkt 1/16 Zoll (1,6mm) unterhalb der Auflageebene (wo das Gehäuse auf die PCB trifft). Dies ist eine Standardbeschränkung für Reflow-Lötprofile. Um Zuverlässigkeit zu gewährleisten:

• Halten Sie sich während Reflow-Lötprozessen strikt an dieses Zeit-Temperatur-Profil.
• Vermeiden Sie das direkte Handlöten am Gehäuse; wenden Sie Wärme nur an den Anschlüssen an.
• Lassen Sie das Bauteil nach dem Löten natürlich abkühlen; vermeiden Sie thermischen Schock.
• Befolgen Sie während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung).
• Lagern Sie die Bauteile vor der Verwendung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-35°C bis +85°C) in einer trockenen Umgebung.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für Common-Cathode-Anzeigen wie das LTD-5223AJF werden zwei primäre Ansteuerungsmethoden verwendet:

1. Statische Ansteuerung:Jede Segmentanode hat einen dedizierten Vorwiderstand und Treiberpin. Die gemeinsamen Kathoden sind dauerhaft mit Masse verbunden. Diese Methode ist einfach, erfordert aber viele I/O-Pins (7 Segmente + DP pro Ziffer).
2. Multiplex- (Dynamische) Ansteuerung:Dies ist die gebräuchlichste Methode für mehrstellige Displays. Alle Segmentanoden für die gleiche Segmentposition über die Ziffern hinweg sind miteinander verbunden. Die gemeinsame Kathode jeder Ziffer wird unabhängig durch einen Transistor oder Treiber-IC gesteuert. Der Mikrocontroller schaltet nacheinander schnell die Kathode einer Ziffer ein, während er gleichzeitig die Segmentdaten für diese Ziffer auf den gemeinsamen Anodenleitungen präsentiert. Dies reduziert die erforderlichen I/O-Pins erheblich und ist hocheffizient. Die hohe Helligkeit und gute Ansprechzeit der AlInGaP-LEDs machen sie gut geeignet für Multiplexing.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Reihenwiderstand für jede Segmentanode (oder gemeinsame Anodenleitung beim Multiplexing), um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert zu begrenzen, typischerweise zwischen 1mA und 20mA, abhängig von der gewünschten Helligkeit und dem Leistungsbudget. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F.
• Niedrigstrombetrieb:Das Datenblatt hebt die ausgezeichnete Leistung bei Strömen von nur 1mA pro Segment hervor. Dies ist ein entscheidender Vorteil für batteriebetriebene oder energieempfindliche Anwendungen.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel gewährleistet Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen, was für frontmontierte Geräte wichtig ist.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, stellen Sie sicher, dass die Betriebsumgebungstemperatur 85°C nicht überschreitet. In geschlossenen Räumen oder Hochtemperaturumgebungen ist eine Belüftung zu berücksichtigen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale des LTD-5223AJF sind seine Materialtechnologie und Niedrigstromoptimierung:

• AlInGaP vs. Traditionelle Materialien:Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LED-Technologien bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom oder äquivalenter Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Es bietet auch überlegene Farbsättigung und Stabilität über Temperatur und Lebensdauer.
• Niedrigstrom-Design:Viele Displays sind bei höheren Strömen (z.B. 20mA) charakterisiert. Das LTD-5223AJF wird explizit für ausgezeichnete Eigenschaften bei 1mA getestet und ausgewählt, was es zu einer herausragenden Wahl für Ultra-Low-Power-Designs macht, bei denen jedes Milliampere zählt.
• Gleichmäßigkeit:Merkmale wie "kontinuierlich gleichmäßige Segmente" und ein enges Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (2:1) gewährleisten ein professionelles, konsistentes Erscheinungsbild über alle Ziffern und Segmente hinweg, was bei kostengünstigeren Displays nicht immer garantiert ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welcher Mindeststrom ist nötig, um die Segmente leuchten zu sehen?

A: Während das Bauteil bis hinunter zu 1mA getestet ist, können Segmente bei noch niedrigeren Strömen sichtbar sein, obwohl die Helligkeit sehr schwach sein wird. Für einen zuverlässigen Betrieb sollten Sie für das spezifizierte Minimum von 1mA auslegen.

F: Kann ich dieses Display direkt mit einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller ansteuern?

A: Ja, aber Sie müssen immer einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Bei einer typischen V_Fvon 2,6V würde eine 5V-Versorgung einen Widerstandswert von etwa (5V - 2,6V) / 0,020A = 120Ω für 20mA Ansteuerung erfordern. Für 3,3V-Logik ist der Spielraum kleiner: (3,3V - 2,6V) / 0,020A = 35Ω. Überprüfen Sie immer den tatsächlichen Durchlassstrom.

F: Was bedeutet "Common Cathode" für meinen Schaltungsentwurf?

A: Es bedeutet, dass Sie Strom zur Masse ziehen, um eine Ziffer einzuschalten. In der Praxis verbinden Sie den gemeinsamen Kathodenpin mit einem Mikrocontroller-I/O-Pin (als Ausgang auf Low gesetzt) oder mit dem Kollektor eines NPN-Transistors, dessen Emitter geerdet ist. Der Mikrocontroller schaltet dann den Transistor ein, um die Ziffer zu aktivieren.

F: Wie erreiche ich gleichmäßige Helligkeit beim Multiplexing?

A: Bei der Multiplex-Ansteuerung ist der momentane Strom pro Segment höher als der gewünschte Durchschnittsstrom, weil jede Ziffer nur für einen Bruchteil der Zeit (Tastverhältnis) eingeschaltet ist. Um beispielsweise einen Durchschnitt von 5mA pro Segment in einem 2-stelligen Multiplex mit gleichem Tastverhältnis zu erreichen, würden Sie jedes Segment mit etwa 10mA ansteuern, wenn seine Ziffer aktiv ist. Der Spitzenstrom muss immer noch innerhalb der absoluten Maximalwerte von 25mA Dauer-/90mA gepulst bleiben.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer stromsparenden Anzeige für ein tragbares Multimeter

Ein Designer entwickelt ein handgeführtes digitales Multimeter, das mit einer einzelnen 9V-Batterie über lange Zeiträume betrieben werden muss. Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen ist entscheidend. Das LTD-5223AJF ist ein idealer Kandidat.

Umsetzung:Der Designer verwendet einen Mikrocontroller mit integrierten LCD/Segment-Treibern oder einen dedizierten Multiplex-Treiber-IC. Er entscheidet sich dafür, jedes Segment mit einem Durchschnittsstrom von 2mA zu betreiben, um Strom zu sparen. Für einen 2-stelligen Multiplex wird der Spitzenstrom während des aktiven Zeitfensters auf 4mA pro Segment eingestellt, was gut innerhalb der Fähigkeiten des Bauteils liegt. Die hohe Lichtstärke bei niedrigem Strom (320-700 µcd bei 1mA) stellt sicher, dass die Anzeige klar sichtbar bleibt. Die AlInGaP-Gelb-Orange-Farbe wird für ihren hohen Kontrast zur hellgrauen Front und ihre Wirksamkeit sowohl bei schwachem als auch hellem Umgebungslicht gewählt. Der große Betrachtungswinkel ermöglicht es dem Benutzer, die Messung aus verschiedenen Winkeln abzulesen, ohne an Klarheit zu verlieren. Die niedrige Durchlassspannung minimiert den Leistungsverlust in der Treiberschaltung und verlängert so weiter die Batterielebensdauer.

11. Einführung in das technische Prinzip

The core operating principle is based on electroluminescence in a semiconductor P-N junction. The LTD-5223AJF uses AlInGaP (Aluminium Indium Gallium Phosphide) as the active semiconductor material. When a forward voltage exceeding the material's bandgap energy is applied across the junction, electrons from the N-type region recombine with holes from the P-type region. This recombination process releases energy in the form of photons (light). The specific composition of the AlInGaP alloy determines the bandgap energy, which directly corresponds to the wavelength (color) of the emitted light\u2014in this case, yellow-orange (~605-611 nm). The chips are mounted on a non-transparent GaAs substrate, which helps direct light output upwards through the segment, improving efficiency and contrast. The seven individual segments (A-G) and decimal point (DP) are formed by separate LED chips or chip regions, electrically isolated but physically arranged to form a digit pattern. The common cathode configuration internally connects all the cathodes of the segments within a single digit, simplifying external drive circuitry.

12. Technologietrends und Kontext

Während 7-Segment-LED-Displays eine robuste und kostengünstige Lösung für numerische Anzeigen bleiben, entwickelt sich das breitere Feld der Optoelektronik weiter. Die Verwendung von AlInGaP stellt einen Fortschritt gegenüber älteren III-V-Halbleitermaterialien wie GaAsP dar und bietet höhere Effizienz und bessere Farbreinheit. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie für komplexere Informationen beinhalten einen Wechsel zu Punktmatrix-OLEDs oder LCDs, die volle alphanumerische und grafische Fähigkeiten in ähnlich großen Gehäusen bieten. Für dedizierte numerische Anwendungen, die extreme Zuverlässigkeit, einen weiten Temperaturbereich, hohe Helligkeit und Einfachheit erfordern, bleiben LED-7-Segment-Displays wie das LTD-5223AJF jedoch die bevorzugte Wahl. Zukünftige Entwicklungen könnten sich auf noch effizientere Materialien (wie verbessertes InGaN für andere Farben oder Micro-LED-Technologie) konzentrieren, den Stromverbrauch für batteriekritische Anwendungen weiter reduzieren und Treiberelektronik direkt in das Displaygehäuse integrieren, um das Systemdesign zu vereinfachen.