LTD-5721AJS LED-Anzeige Datenblatt - 0,56-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-5721AJS ist ein hochwertiges, stromsparendes Siebensegment-LED-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, in elektronischen Geräten klare, helle numerische und begrenzt alphanumerische Zeichenausgaben zu liefern. Die Kerntechnologie basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbreinheit im gelb-orange-roten Spektrum bekannt ist. Dieses spezifische Bauteil emittiert gelbes Licht, charakterisiert durch seine dominante Wellenlänge. Die Anzeige verfügt über eine hellgraue Front und weiße Segmentfarbe, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen erheblich verbessert. Sie ist nach Lichtstärke kategorisiert, was gleichmäßige Helligkeitswerte über Produktionschargen hinweg sicherstellt – ein entscheidender Faktor für Anwendungen, die eine einheitliche visuelle Ausgabe erfordern.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige ist für Anwendungen konzipiert, bei denen Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und visuelle Klarheit oberste Priorität haben. Ihr geringer Strombedarf, wobei die Segmente bereits bei Strömen ab 1mA betrieben werden können, macht sie ideal für batteriebetriebene oder energiebewusste Geräte wie tragbare Messinstrumente, Handmessgeräte, Unterhaltungselektronik und Industrie-Bedienfelder. Die hohe Helligkeit und der weite Betrachtungswinkel stellen sicher, dass die angezeigten Informationen aus verschiedenen Perspektiven gut lesbar sind – ein entscheidendes Merkmal für frontmontierte Geräte. Die Festkörperzuverlässigkeit der LED-Technologie bietet eine lange Betriebsdauer ohne bewegliche Teile und eignet sich somit für raue Umgebungen, in denen mechanischer Verschleiß ein Thema ist. Die durchgehend gleichmäßigen Segmente tragen zu einem hervorragenden Zeichenbild bei und vermitteln einen sauberen und professionellen Eindruck.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen und optischen Spezifikationen. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Systemintegration unerlässlich.

2.1 Lichttechnische und optische Kenngrößen

Die wesentlichen optischen Parameter werden unter standardisierten Testbedingungen (typischerweise bei einer Umgebungstemperatur von 25°C) gemessen. Diemittlere Lichtstärke (Iv)liegt bei einem Durchlassstrom (IF) von 1mA pro Segment zwischen einem Minimum von 320 µcd und einem typischen Wert von 700 µcd. Dieser Parameter quantifiziert die wahrgenommene Helligkeit des emittierten Lichts. DieSpitzen-Emissionswellenlänge (λp)beträgt 588 nm und gibt die Wellenlänge an, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Diedominante Wellenlänge (λd)liegt bei 587 nm. Dies ist diejenige Einzelwellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und die der Farbe des emittierten Lichts am besten entspricht. Diespektrale Halbwertsbreite (Δλ)beträgt 15 nm und beschreibt die Bandbreite des emittierten Lichts; eine geringere Halbwertsbreite deutet auf eine monochromatischere, reinere Farbe hin. Die Lichtstärke wird mit einer Kombination aus Sensor und Filter gemessen, die der CIE-Hellempfindlichkeitskurve des Auges nachempfunden ist, um sicherzustellen, dass die Messungen mit der menschlichen Wahrnehmung korrelieren.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Kenngrößen definieren die Betriebsgrenzen und Anforderungen für die Treiberschaltung. DieDurchlassspannung pro Segment (VF)liegt bei einem Prüfstrom von 20mA zwischen 2,05V (min) und 2,6V (max). Dies ist der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diese Spannung bereitstellen kann. DerSperrstrom pro Segment (IR)beträgt maximal 100 µA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V und gibt den Leckstrompegel an, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird. Das Überschreiten der absoluten Maximalwerte kann zu dauerhaften Schäden führen. Dazu gehören eine maximaleVerlustleistung pro Segmentvon 40 mW, einSpitzen-Durchlassstromvon 60 mA (unter Impulsbedingungen) und einDauer-Durchlassstromvon 25 mA, der oberhalb von 25°C linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C abzuwerten ist. Die maximaleSperrspannungbeträgt 5V.

2.3 Thermische und Umgebungsgrenzwerte

Das Bauteil ist für einenBetriebstemperaturbereichvon -35°C bis +85°C und einen identischenLagertemperaturbereichausgelegt. Dieser weite Bereich gewährleistet die Funktionalität in den meisten kommerziellen und industriellen Umgebungen. DieLöttemperatur-Spezifikation ist für die Montage entscheidend: Das Bauteil kann 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene widerstehen. Dies gibt das Reflow-Lötprofil vor, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Gehäuse zu verhindern.

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. Obwohl in diesem Auszug keine spezifischen Bincode-Details angegeben sind, umfasst die typische Kategorisierung für solche Anzeigen die Gruppierung von Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtstärke bei einem Standard-Prüfstrom (z.B. 1mA oder 20mA). Dies stellt sicher, dass innerhalb einer einzelnen Produktionscharge oder Baugruppe alle Ziffern eine abgestimmte Helligkeit aufweisen und so eine ungleichmäßige Ausleuchtung über eine mehrstellige Anzeige verhindert wird. Entwickler sollten den Hersteller bezüglich der spezifischen Binning-Struktur und -Codes konsultieren, um Konsistenzanforderungen für ihre Anwendung zu spezifizieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"typische elektrische/optische Kennlinien\", die für das Verständnis des Bauteilverhaltens über Ein-Punkt-Spezifikationen hinaus wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht dargestellt sind, würden Standardkurven für solche LEDs typischerweise Folgendes umfassen:Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve): Diese zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom ansteigt, oft in einer sublinearen Weise, und hebt die Effizienz bei niedrigen Strömen hervor.Durchlassspannung vs. Durchlassstrom: Diese Kurve ist für den Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen oder Konstantstromtreibern von entscheidender Bedeutung.Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur: Diese zeigt die thermische Abwertung der Lichtausbeute, was für Hochtemperaturanwendungen entscheidend ist.Spektrale Verteilung: Ein Diagramm, das die relative Leistung über die Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 588 nm.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil wird mit einer detaillierten Gehäuseabmessungszeichnung präsentiert (alle Maße in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben). Diese Zeichnung ist für das PCB-Footprint-Design entscheidend, um einen korrekten Sitz und Ausrichtung zu gewährleisten. Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm). Sie wird in einer Standardkonfiguration mit zwei Ziffern und einem rechtsseitigen Dezimalpunkt geliefert. Das Gehäuse umfasst 18 Pins für die elektrische Verbindung.

5.1 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Die Pin-Verbindungstabelle wird bereitgestellt. Die LTD-5721AJS ist eine Anzeige vom Typgemeinsame Anode. Das bedeutet, dass die Anodenanschlüsse aller Segmente einer Ziffer intern miteinander verbunden sind. Die Ziffern 1 und 2 haben separate gemeinsame Anoden-Pins (Pin 14 bzw. Pin 13). Jedes Segment (A bis G, plus Dezimalpunkt) hat seinen eigenen individuellen Kathoden-Pin. Um ein Segment zu beleuchten, muss dessen entsprechende Kathode mit einer niedrigeren Spannung (Masse) verbunden werden, während die gemeinsame Anode für diese Ziffer auf einer höheren Spannung (Versorgung) gehalten wird. Der rechtsseitige Dezimalpunkt ist enthalten. Pin 1 ist explizit als \"Nicht verbinden\" (N.C.) gekennzeichnet.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung der Lötvorschriften ist zwingend erforderlich, um Schäden zu vermeiden. Der Schlüsselparameter ist die maximal zulässige Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies entspricht einem Standard-bleifreien Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur, die am Bauteilkörper wahrscheinlich 250-255°C nicht überschreiten sollte, um einen Sicherheitsspielraum zu bieten. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Für die Lagerung sollte der spezifizierte Bereich von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung eingehalten werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige eignet sich perfekt für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter:Prüf- und Messtechnik: Digitale Multimeter, Oszilloskope, Frequenzzähler.Industrielle Steuerungen: Prozessanzeigen, Timer-Displays, Bedienfeld-Anzeigen.Unterhaltungselektronik: Anzeigen für Audiogeräte, Gerätesteuerungen.Medizingeräte: Tragbare Monitore, Diagnosegeräte.Automobil-Zubehör: Messinstrumente und Anzeigen.

7.2 Entwurfsüberlegungen

Treiberschaltung: Verwenden Sie Konstantstromtreiber oder geeignete strombegrenzende Widerstände für jede Segmentkathode. Die Berechnungen müssen die Durchlassspannung (VF) und den gewünschten Strom (IF) berücksichtigen. Für den stromsparenden Betrieb ist ein Betrieb mit 1-5mA pro Segment gemäß Datenblatt möglich.Multiplexing: Da die beiden Ziffern separate gemeinsame Anoden haben, können sie einfach multiplexed werden. Dies beinhaltet das sequentielle Aktivieren der Anode einer Ziffer, während gleichzeitig die Segmentdaten für diese Ziffer auf den Kathodenleitungen bereitgestellt werden. Multiplexing reduziert die erforderliche Anzahl an Treiber-Pins und kann den Gesamtstromverbrauch senken.Betrachtungswinkel: Der weite Betrachtungswinkel ermöglicht eine flexible Frontplattenmontage.Helligkeitsabgleich: Spezifizieren Sie die Intensitäts-Binning-Klasse, wenn eine konsistente Helligkeit über mehrere Einheiten für die Anwendung entscheidend ist.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP-roten LEDs bietet die auf AlInGaP basierende LTD-5721AJS eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Strom oder gleichwertiger Helligkeit bei niedrigerem Strom führt. Die gelbe Farbe bietet einen ausgezeichneten Kontrast zu dunklen Hintergründen und wird oft aufgrund ihrer hohen Sichtbarkeit gewählt. Die Fähigkeit, mit niedrigen Strömen (bis hinunter zu 1mA) zu arbeiten, ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal gegenüber Anzeigen, die höhere Treiberströme benötigen, und ermöglicht eine längere Batterielaufzeit in tragbaren Geräten. Die Kategorisierung nach Lichtstärke bietet einen Vorteil in Anwendungen, die visuelle Konsistenz erfordern, gegenüber Anzeigen ohne solche Sortierung.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?A: Ja. Die maximale Durchlassspannung beträgt 2,6V. Bei Verwendung eines Reihen-Strombegrenzungswiderstands bietet eine 3,3V-Versorgung ausreichend Spielraum (3,3V - 2,6V = 0,7V), um den Strom zuverlässig zu steuern.

F: Was ist der Zweck des \"Lichtstärke-Abgleichsverhältnisses\" von 2:1?A: Dieses Verhältnis (Iv-m) gibt an, dass innerhalb eines einzelnen Bauteils die Lichtstärke eines beliebigen Segments nicht weniger als die Hälfte der Lichtstärke des hellsten Segments beträgt. Es gewährleistet Gleichmäßigkeit innerhalb einer Ziffer.

F: Wie schließe ich diese Anzeige für eine gemeinsame Anode an?A: Verbinden Sie den/die gemeinsamen Anoden-Pin(s) mit Ihrer positiven Versorgungsspannung (ggf. über einen Treibertransistor beim Multiplexing). Verbinden Sie jeden Segment-Kathoden-Pin mit einer Stromsenke (z.B. einem Mikrocontroller-I/O-Pin mit ausreichender Stromfähigkeit oder einer Treiber-IC), die ihn auf niedriges Potential zieht, um das Segment einzuschalten.

10. Praktisches Entwurfsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen zweistelligen Zählers, der von einer 5V-Versorgung gespeist und von einem Mikrocontroller gesteuert wird. Die I/O-Pins des Mikrocontrollers können nicht genug Strom für die LEDs liefern/aufnehmen. Daher würde ein Treiber-IC wie ein 74HC595-Schieberegister oder ein spezieller LED-Treiber (z.B. MAX7219) verwendet, um den Strom für die Kathoden zu senken. Zwei NPN-Transistoren (z.B. 2N3904) würden verwendet, um unter Mikrocontrollerkontrolle die 5V-Versorgung zu den gemeinsamen Anoden (Ziffer 1 & 2) für das Multiplexing zu schalten. Strombegrenzungswiderstände würden in die Kathodenleitungen eingefügt. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF - Vce_sat) / IF. Angenommen Vcc=5V, VF=2,2V (typisch), Vce_sat des Treibers ~0,2V und ein gewünschter IF=5mA: R = (5 - 2,2 - 0,2) / 0,005 = 520 Ohm. Ein Standard-510- oder 560-Ohm-Widerstand wäre geeignet. Die Mikrocontroller-Firmware würde abwechselnd Ziffer 1 und Ziffer 2 mit einer hohen Rate (z.B. jeweils 100Hz) aktivieren, während sie die Segmentdaten synchron aktualisiert, wodurch der Eindruck entsteht, dass beide Ziffern ständig leuchten.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die LED-Chips in dieser Anzeige werden aus AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) hergestellt, das epitaktisch auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlInGaP setzt diese Rekombination Energie hauptsächlich in Form von Photonen im gelb-orange-roten Spektrum frei (für Gelb etwa 587-590 nm). Das nicht transparente Substrat hilft, mehr des erzeugten Lichts aus der Oberseite des Chips herauszuleiten, was die externe Quanteneffizienz im Vergleich zu einigen älteren Designs verbessert. Das Siebensegment-Format wird erzeugt, indem mehrere solcher LED-Chips (oder ein einzelner Chip mit mehreren elektrisch isolierten Übergängen) im Muster von sieben Balken (Segmenten) und einem Dezimalpunkt platziert werden. Durch selektives Ansteuern dieser Segmente können numerische Zeichen (0-9) und einige Buchstaben gebildet werden.

12. Technologietrends

Während AlInGaP eine dominierende Technologie für hocheffiziente rote, orange und gelbe LEDs bleibt, entwickelt sich die breitere Display-Technologielandschaft weiter. Für Siebensegment-Anwendungen geht der Trend weiterhin zu noch niedrigeren Betriebsströmen und -spannungen, um ultra-stromsparende IoT- und Wearable-Geräte zu unterstützen. Es gibt auch einen Trend zu höherer Integration, wobei Anzeigen den Treiber-IC und manchmal einen Mikrocontroller in dasselbe Gehäuse integrieren, was den Entwurf vereinfacht. In Bezug auf Materialien ist AlInGaP zwar ausgereift, aber Forschung an Perowskit-LEDs und anderen neuartigen Halbleitern könnte zukünftige Alternativen bieten. Für Standard-Indikator- und numerische Anzeigeanwendungen, die Zuverlässigkeit, spezifische Farbpunkte und Kosteneffizienz erfordern, werden jedoch AlInGaP-basierte Anzeigen wie die LTD-5721AJS voraussichtlich auf absehbare Zeit vorherrschend bleiben.