LTC-5689TBZ Blaue 7-Segment-LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Ziffernhöhe - 3,6V Durchlassspannung - InGaN-Blau-Chip - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-5689TBZ ist ein hochwertiges, dreistelliges 7-Segment-Alphanumerik-Displaymodul. Es ist für Anwendungen konzipiert, die klare, helle numerische Anzeigen mit ausgezeichneter Sichtbarkeit erfordern. Die Kernkomponente dieser Anzeige ist ein InGaN (Indiumgalliumnitrid) blauer LED-Chip, der epitaktisch auf einem Saphirsubstrat gewachsen ist und eine stabile und effiziente Lichtemission bietet. Eine wichtige integrierte Funktion ist eine Zenerdiode für jedes Segment, die Schutz gegen negative Spannungsspitzen bietet – ein entscheidender Faktor zur Erhöhung der Langzeitzuverlässigkeit der Anzeige in elektrisch gestörten Umgebungen.

Die Anzeige verfügt über eine schwarze Front mit weißen Segmenten, was ein kontrastreiches Erscheinungsbild erzeugt, das die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen erheblich verbessert. Sie ist als Common-Anode-Typ klassifiziert, eine Standardkonfiguration für Multiplex-Treiberschaltungen, die häufig in mikrocontrollerbasierten Systemen verwendet werden. Das Bauteil entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und wird mit bleifreien Materialien hergestellt.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile der LTC-5689TBZ ergeben sich aus ihrem optoelektronischen Design und der robusten Bauweise. Der Einsatz von InGaN-Technologie liefert hohe Helligkeit und eine konsistente blaue Farbe mit einer dominanten Wellenlänge von typischerweise etwa 470-475 nm. Die durchgehenden, gleichmäßigen Segmente gewährleisten ein professionelles und nahtloses Zeichenbild, was für Benutzeroberflächen in Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfeldern, Messgeräten und Prüfausrüstung entscheidend ist.

Ihr geringer Leistungsbedarf macht sie für batteriebetriebene oder energiebewusste Geräte geeignet. Der große Betrachtungswinkel stellt sicher, dass die Anzeige auch von der Seite gut lesbar bleibt, was ihre Einsetzbarkeit in frontplattenmontierten Anwendungen erweitert. Die Halbleiterzuverlässigkeit von LEDs, kombiniert mit dem zusätzlichen Zenerdiodenschutz, macht diese Anzeige zu einer langlebigen Wahl für Anwendungen, die lange Betriebsdauer und Stabilität erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Das Verständnis der absoluten Maximalwerte ist entscheidend, um Bauteilausfälle während des Schaltungsentwurfs und -betriebs zu verhindern. Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen beleuchteten Segment unter Dauerbetrieb sicher als Wärme abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:100 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Er sollte nicht für die Berechnung normaler Betriebsbedingungen verwendet werden.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:20 mA bei 25°C. Dies ist der empfohlene Maximalstrom für den Normalbetrieb. Ein linearer Derating-Faktor von 0,21 mA/°C gilt, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Beispielsweise beträgt der maximale Dauerstrom bei 50°C etwa 20 mA - (0,21 mA/°C * 25°C) = 14,75 mA.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lötbedingungen:Das Bauteil kann Wellenlöt- oder Reflow-Prozesse überstehen, bei denen die Löttemperatur 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene 260°C für maximal 3 Sekunden beträgt.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Diese Parameter werden unter spezifischen Testbedingungen gemessen und repräsentieren die typische Leistung des Bauteils.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):5400 - 9000 µcd (Mikrocandela) bei einem Durchlassstrom (IF) von 10 mA. Dieser weite Bereich zeigt an, dass das Bauteil nach Intensität sortiert (gebinnt) ist. Entwickler müssen diese Variation berücksichtigen, wenn sie eine einheitliche Helligkeit über mehrere Einheiten oder Anzeigen hinweg anstreben.
• Durchlassspannung pro Segment (VF):3,3V (Min), 3,6V (Typ) bei IF=20 mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Auslegung des Vorwiderstandswerts. Bei einer Standard-5V-Versorgung wäre der Widerstandswert R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohm. Für mehr Zuverlässigkeit und zur Berücksichtigung der VF-Variation wird oft ein etwas höherer Wert (z.B. 75-100 Ohm) verwendet.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):468 nm (Typ). Dies ist die Wellenlänge, bei der die emittierte Lichtintensität am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λd):470 - 475 nm (Typ). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und definiert die Farbe der LED.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):25 nm (Typ). Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Sperrstrom pro Segment (IR):100 µA (Max) bei einer Sperrspannung (VR) von 5V.Wichtiger Hinweis:Diese Testbedingung dient nur der Qualitätssicherung (IR-Test). Das Bauteil ist NICHT für den Dauerbetrieb unter Sperrspannung ausgelegt. Die integrierte Zenerdiode dient dem Schutz vor transienten Störungen, nicht dem Betrieb mit stationärer Sperrspannung.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis:2:1 (Max). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb einer einzelnen Ziffer oder über ähnlich beleuchtete Bereiche hinweg und gewährleistet so eine visuelle Gleichmäßigkeit.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies ist eine gängige Praxis in der LED-Fertigung, um Produkte basierend auf gemessenen Leistungsparametern zu gruppieren.

• Lichtstärke-Binning:Der Iv-Bereich von 5400-9000 µcd deutet auf mehrere Intensitäts-Bins hin. Für Anwendungen, die eine konsistente Helligkeit erfordern (z.B. mehrstellige Anzeigen oder Panels mit mehreren Einheiten), ist die Spezifikation eines engeren Bins oder die Beschaffung aus derselben Produktionscharge ratsam.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Obwohl nicht explizit mit Codes detailliert, impliziert der typische λd-Bereich von 470-475 nm eine mögliche Farbsortierung. Eine konsistente dominante Wellenlänge ist der Schlüssel für ein einheitliches Farbbild.
• Durchlassspannungs-Sortierung:Der VF-Bereich (3,3V bis 3,6V) kann ebenfalls einer Kategorisierung unterliegen, was die Stromversorgungsauslegung und das Wärmemanagement in großen Arrays beeinflussen kann.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische/optische Kennlinien\". Obwohl die spezifischen Graphen im Auszug nicht enthalten sind, können Standard-LED-Kurven abgeleitet werden und sind für den Entwurf entscheidend.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie):Eine LED zeigt eine exponentielle I-V-Beziehung. Die spezifizierte VF bei 20 mA gibt einen Punkt auf dieser Kurve an. Die Kurve zeigt die Schwellspannung und wie der Strom oberhalb dieses Punktes schnell mit der Spannung ansteigt, was die Notwendigkeit strombegrenzender Maßnahmen unterstreicht.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kennlinie):Die Lichtleistung ist im Allgemeinen proportional zum Durchlassstrom, kann aber bei hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen. Der Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Wertes von 20 mA gewährleistet Linearität und Langlebigkeit.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die LED-Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Das Derating des Dauerstroms (0,21 mA/°C) steht in direktem Zusammenhang mit der Steuerung dieses thermischen Effekts, um Helligkeit und Zuverlässigkeit zu erhalten.
• Spektrale Verteilung:Der Graph würde die relative Intensität des emittierten Lichts über die Wellenlängen zeigen, zentriert um 470-475 nm mit einer typischen Halbwertsbreite von 25 nm.

5. Mechanische, Gehäuse- und Pinbelegungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,2 mm). Alle mechanischen Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Ein spezieller Hinweis erwähnt eine Pinspitzen-Verschiebungstoleranz von +0,4 mm, was für das PCB-Footprint-Design wichtig ist, um eine korrekte Ausrichtung und Lötbarkeit sicherzustellen.

5.2 Internes Schaltbild und Pinverbindung

Das interne Schaltbild zeigt die Architektur: Jedes Segment (A-G, DP1-5) ist ein einzelner InGaN-blauer LED-Chip in Reihe mit einer Zenerdiode. Alle diese LED-Zener-Paare teilen sich eine gemeinsame Anodenverbindung pro Ziffer. Die Pinbelegung ist wie folgt:

• Pin 1-7: Kathoden für die Segmente A, B, C, D, E, F, G jeweils.
• Pin 8: Gemeinsame Kathode für die drei rechten Dezimalpunkte (DP1, DP2, DP3).
• Pin 9, 10, 11: Gemeinsame Anoden für Ziffer 3, Ziffer 2 und Ziffer 1 jeweils. Dies ist der Versorgungspunkt für jede Ziffer.
• Pin 12: Gemeinsame Anode für die beiden linken Dezimalpunkte (DP4, DP5).
• Pin 13, 14: Kathoden für DP5 bzw. DP4.

Diese Konfiguration ist ideal für Multiplexing. Durch sequentielles Ansteuern der gemeinsamen Anoden (Pin 9,10,11,12) auf HIGH und Senken des Stroms durch die entsprechenden Segment-Kathoden-Pins können alle drei Ziffern und fünf Dezimalpunkte mit einer relativ geringen Pinanzahl von einem Mikrocontroller gesteuert werden.

6. Löt-, Montage- und Handhabungsrichtlinien

Die Einhaltung der Lötvorgaben ist entscheidend. Das Bauteil kann eine maximale Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden standhalten, gemessen 1,6 mm unterhalb des Gehäusekörpers. Standard-Lot-freie Reflow-Profile (IPC/JEDEC J-STD-020) sind generell anwendbar. Es muss darauf geachtet werden, mechanische Belastung der Pins beim Einstecken zu vermeiden und übermäßige Erwärmung beim Handlöten zu verhindern. Für die Lagerung wird der empfohlene Bereich von -35°C bis +85°C in einer trockenen, nicht kondensierenden Umgebung angegeben.

7. Anwendungshinweise und Entwurfsüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist Multiplexing. Ein Mikrocontroller verwendet Ausgangspins, um Transistorschalter (z.B. PNP- oder P-Kanal-MOSFETs) an den gemeinsamen Anodenleitungen zu steuern, und verwendet senkfähige I/O-Ports oder Treiber-ICs (wie 74HC595-Schieberegister mit ULN2003-Darlington-Arrays) an den Kathodenleitungen. Ein Vorwiderstand ist für jede Kathodenleitung erforderlich (oder in den Treiber integriert). Die Multiplex-Frequenz sollte hoch genug sein, um Flackern zu vermeiden (typischerweise >60 Hz).

7.2 Entwurfsüberlegungen

• Strombegrenzung:Immer Reihenwiderstände verwenden. Die Berechnung basiert auf dem ungünstigsten (minimalen) VF, um Überstrom zu vermeiden.
• Multiplexing-Tastverhältnis:Da jede Ziffer nur einen Bruchteil der Zeit mit Strom versorgt wird, kann der Momentanstrom pro Segment höher als der Durchschnitt sein, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen. Beispielsweise beträgt in einer 3-stelligen Multiplexschaltung das Tastverhältnis pro Ziffer ~1/3. Um einen Durchschnittsstrom von 10 mA zu erreichen, könnte der Momentanstrom während seiner aktiven Zeit auf 30 mA eingestellt werden, vorausgesetzt, er überschreitet nicht den Spitzenstromwert und die durchschnittliche Verlustleistung bleibt innerhalb der Grenzen.
• Zenerdioden-Funktion:Die integrierte Zenerdiode begrenzt alle negativen Spannungstransienten am Segment und schützt so den empfindlichen LED-Chip. Sie regelt die Spannung während des normalen Durchlassbetriebs nicht.
• Betrachtungswinkel und Montage:Sicherstellen, dass die Anzeige gerade auf der Leiterplatte montiert ist und dass der Frontplattenausschnitt korrekt ausgerichtet ist, um den Vorteil des großen Betrachtungswinkels zu maximieren.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-7-Segment-Anzeigen ohne Schutzdioden bietet die LTC-5689TBZ eine deutlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen elektrische Überlastung durch Gegen-EMK, induktives Schalten oder Verkabelungsfehler. Verglichen mit Anzeigen, die ältere GaP- oder GaAsP-Technologie verwenden, liefert der InGaN-Blau-Chip höhere Helligkeit und eine lebendigere, gesättigte blaue Farbe. Die Ziffernhöhe von 0,56 Zoll platziert sie in eine Kategorie, die für mittlere Betrachtungsentfernungen geeignet ist – größer als Miniatur-SMD-Anzeigen, aber kleiner als große Panel-Meter.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontrollersystem ansteuern?

A: Möglicherweise, aber mit Vorsicht. Die typische VF beträgt 3,6V, was höher als 3,3V ist. Sie erhalten möglicherweise eine sehr schwache oder keine Beleuchtung. Für die LED-Versorgung wäre eine Step-Up-Schaltung oder ein Treiber-IC, der mit einer höheren Spannung (wie 5V) versorgt wird, erforderlich, während die Steuersignale auf 3,3V-Logikpegeln bleiben können.

F: Warum gibt es eine Sperrstrom (IR)-Spezifikation, wenn ich keine Sperrspannung anlegen soll?

A: Der IR-Test ist ein Fertigungsqualitätscheck, um sicherzustellen, dass die Zenerdiode und der LED-Übergang intakt sind. Es ist keine Betriebsanleitung. Dauerhafte Sperrspannung kann das Bauteil schädigen.

F: Wie steuere ich die Dezimalpunkte unabhängig an?

A: Die fünf Dezimalpunkte sind in zwei Gruppen aufgeteilt: DP1/DP2/DP3 (gemeinsame Kathode an Pin 8) und DP4/DP5 (individuelle Kathoden an Pin 14 & 13, gemeinsame Anode an Pin 12). Sie müssen entsprechend in der Multiplexsequenz angesteuert werden.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Fall: Entwurf einer einfachen 3-stelligen Voltmeter-Anzeige.Ein Mikrocontroller mit einem ADC misst eine Spannung. Die Firmware wandelt den Messwert in drei Ziffern um. Unter Verwendung einer Multiplex-Routine aktiviert er die Anode von Ziffer 1 (Pin 11), legt dann die Kathodenpins (1-7, 8 für DP) auf das Erdungsmuster für den Wert der ersten Ziffer, wartet ein kurzes Intervall, deaktiviert dann Ziffer 1 und aktiviert Ziffer 2 (Pin 10) usw. Der Dezimalpunkt (z.B. DP2) wird beleuchtet, indem seine gemeinsame Anodengruppe aktiviert wird (Pin 12 für DP4/DP5 oder im Ziffernzyklus für DP1/2/3 enthalten) und seine spezifische Kathode während der aktiven Periode der richtigen Ziffer auf LOW gezogen wird. Vorwiderstände von 100 Ohm an jeder Kathodenleitung würden einen sicheren Betriebspunkt bei einer 5V-Versorgung bieten.

11. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellspannung der Diode überschreitet (für diese InGaN-LED etwa 3,3-3,6V), rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (InGaN) bestimmt die Bandlückenenergie, die der blauen Wellenlänge des emittierten Lichts entspricht. Die integrierte Zenerdiode leitet stark, wenn eine Sperrspannung ihre Durchbruchspannung überschreitet, und leitet so schädlichen Sperrstrom vom LED-Übergang weg und schützt ihn vor Beschädigung.

12. Technologietrends

Auf InGaN basierende LEDs stellen eine ausgereifte und hocheffiziente Technologie für blaue und grüne Emission dar. Trends in der Displaytechnologie umfassen den Übergang zu höherer Pixeldichte (kleinere Segmente oder Punktmatrix), integrierte Treiber und Controller innerhalb des Displaygehäuses und die Einführung von Oberflächenmontage-Bauteilen (SMD) für die automatisierte Montage. Während diskrete 7-Segment-Anzeigen für bestimmte Anwendungen nach wie vor wichtig sind, werden sie zunehmend durch OLED- und TFT-LCD-Module ergänzt, die mehr Flexibilität für Grafiken und Mehrfarbenausgabe bieten. Die Integration von Schutzkomponenten wie Zenerdioden, wie bei der LTC-5689TBZ zu sehen, spiegelt einen Branchenfokus auf die Verbesserung der Robustheit und Zuverlässigkeit in kostenempfindlichen Anwendungen wider.