LTD-5623AJG LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTD-5623AJG ist ein zweistelliges 7-Segment-Lichtemissionsdioden (LED)-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer klaren, hellen numerischen Anzeige für verschiedene elektronische Geräte und Instrumente. Der Kernanwendungsbereich liegt in Szenarien, die die Anzeige von zwei Dezimalziffern erfordern, wie Zähler, Timer, Messgeräte und industrielle Steuerungspanels.

Die Schlüsselpositionierung des Bauteils liegt in seiner Ausgewogenheit zwischen Leistung und Zuverlässigkeit. Es nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Halbleitertechnologie für die LED-Chips, die für hocheffiziente Lichtemission im grünen und gelben Spektralbereich bekannt ist. Die Anzeige verfügt über eine graue Frontplatte mit grün leuchtenden Segmenten, die einen hohen Kontrast für eine ausgezeichnete Lesbarkeit bietet.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere deutliche Vorteile, die sie für professionelle und industrielle Anwendungen geeignet machen:

• Hohe Helligkeit & Kontrast:Die AlInGaP-Technologie in Kombination mit der grauen Frontplatte liefert eine typische Lichtstärke von bis zu 900 µcd und gewährleistet so Sichtbarkeit auch in gut beleuchteten Umgebungen.
• Geringer Leistungsbedarf:Sie arbeitet effizient und eignet sich daher für batteriebetriebene oder energiebewusste Geräte.
• Großer Betrachtungswinkel:Das Design ermöglicht das Ablesen der angezeigten Zahlen aus einem breiten Winkelbereich.
• Zuverlässigkeit der Festkörpertechnik:Als LED-basiertes Bauteil bietet sie im Vergleich zu anderen Displaytechnologien eine lange Betriebsdauer, Stoßfestigkeit und schnelle Schaltzeiten.
• Kategorisierte Lichtstärke:Die Bauteile werden nach Intensität gebinned, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anwendungen ermöglicht.
• Bleifreies Gehäuse:Das Bauteil entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

Der Zielmarkt umfasst Hersteller von Test- und Messgeräten, Prozessleitsystemen, Medizingeräten, Konsumgeräten mit numerischen Anzeigen und alle eingebetteten Systeme, die eine robuste und zuverlässige zweistellige numerische Ausgabe benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt angegebenen wichtigsten elektrischen und optischen Parameter.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher von einem einzelnen LED-Segment (z.B. Segment 'A') abgeführt werden kann, ohne Überhitzung zu verursachen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA. Dies ist der maximal zulässige gepulste Strom, typischerweise bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms spezifiziert. Er wird für Multiplexing oder kurze Übersteuerung für zusätzliche Helligkeit verwendet.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear auf 0 mA bei 105°C (mit einer Rate von 0,28 mA/°C). Dies ist der maximale Gleichstrom für Dauerbetrieb unter normalen Temperaturbedingungen.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den LED-Übergang zerstören.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 320 µcd (Min.) bis 900 µcd (Typ.) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Dieser Parameter ist gebinned.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):571 nm (Typ.). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist, und definiert die grüne Farbe.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,05V (Min.), 2,6V (Typ.) bei I_F=20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Designer müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diese Spannung bereitstellen kann.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 µA (Max.) bei V_R=5V. Dies ist der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:2:1 (Max.). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb des "ähnlichen Lichtbereichs" und gewährleistet ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Lichtstärke kategorisiert ist. Auch wenn in diesem Auszug keine spezifischen Bin-Codes angegeben sind, ist das Prinzip für das Design entscheidend.

• Lichtstärke-Binning:LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standard-Teststrom (1mA) sortiert (gebinned). Die Verwendung von LEDs aus demselben oder benachbarten Bins in einer mehrstelligen oder mehrsegmentigen Anzeige gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit über die gesamte Anzeige und verhindert, dass einige Ziffern heller erscheinen als andere. Designer sollten bei der Bestellung den erforderlichen Intensitäts-Bin für eine konsistente Produktion angeben.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien. Auch wenn die Grafiken hier nicht reproduziert sind, werden ihre Implikationen analysiert.

• I-V (Strom-Spannungs)-Kennlinie:Diese Kurve würde die Beziehung zwischen Durchlassstrom (I_F) und Durchlassspannung (V_F) zeigen. Sie ist nichtlinear, mit einer Schwellenspannung (etwa 1,8-2,0V für AlInGaP), unterhalb derer sehr wenig Strom fließt. Die Kurve hilft beim Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Dieses Diagramm würde zeigen, dass die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, bei sehr hohen Strömen aufgrund von Erwärmung und Effizienzabfall jedoch sublinear werden kann. Der typische Arbeitspunkt von 20mA wurde für eine gute Balance zwischen Helligkeit und Effizienz gewählt.
• Temperaturabhängigkeit:Es wird darauf hingewiesen, dass die Kennlinien bei 25°C gelten, sofern nicht anders angegeben. In der Praxis hat V_Feinen negativen Temperaturkoeffizienten (sie nimmt mit steigender Temperatur ab), während die Lichtstärke typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Die Reduzierung des Dauerstroms ist eine direkte Folge der thermischen Anforderungen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

.1 Dimensions and Tolerances

Das Gehäuse ist ein Durchsteckmontagetyp mit 18 Pins. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Ziffernhöhe:0,56 Zoll (14,22 mm).
• Allgemeine Toleranzen:±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Pinspitzen-Verschiebungstoleranz:±0,4 mm, wichtig für die Leiterplattenlochausrichtung.
• Empfohlenes Leiterplattenloch:Ø1,0 mm.
• Qualitätstoleranzen:Spezifikationen für Fremdmaterial (≤10 mils), Tintenverschmutzung (≤20 mils), Verbiegung (≤1/100) und Blasen in Segmenten (≤10 mils) sind definiert, um die visuelle Qualität sicherzustellen.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Das Bauteil hat einegemeinsame KathodeKonfiguration. Jede Ziffer (Ziffer 1 und Ziffer 2) hat ihren eigenen gemeinsamen Kathoden-Pin (Pin 14 bzw. Pin 13). Die Anoden für jedes Segment (A-G und DP) sind für jede Ziffer separat auf eigenen Pins zugänglich. Diese Konfiguration ist ideal für Multiplex-Treiberschaltungen, bei denen die Kathoden sequentiell auf Masse geschaltet werden, während die entsprechenden Anodenmuster angelegt werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt gibt spezifische Lötbedingungen an:

• Handlöten:Die Lötspitze sollte 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene (dem Punkt, an dem der Anzeigekörper auf die Anschlüsse trifft) platziert werden.
• Temperatur & Zeit:Das Löten sollte innerhalb von 3 Sekunden bei einer maximalen Temperatur von 260°C abgeschlossen sein.
• Allgemeine Regel:Die Temperatur der Einheit während der Montage darf die maximale Nenntemperatur (105°C für den Betrieb) nicht überschreiten (die Glasübergangstemperatur des Epoxidharzes ist die eigentliche Grenze während des Lötens).
• Lagerung:Lagern Sie das Bauteil innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +105°C in einer trockenen Umgebung, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode istMultiplexing. Da die Anzeige separate gemeinsame Kathoden für jede Ziffer hat, kann ein Mikrocontroller schnell zwischen dem Einschalten von Ziffer 1 und Ziffer 2 wechseln. Wenn die Kathode von Ziffer 1 auf Masse gelegt wird, gibt der Mikrocontroller das Segmentmuster für die erste Ziffer auf den Anoden-Pins aus. Dann schaltet er auf die Kathode von Ziffer 2 um und gibt das Muster der zweiten Ziffer aus. Dies geschieht schneller, als das menschliche Auge wahrnehmen kann, und erzeugt die Illusion, dass beide Ziffern gleichzeitig leuchten. Diese Methode reduziert die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-I/O-Pins und den Stromverbrauch drastisch.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzungswiderstände:Ein Reihenwiderstand muss in jeder Anodenleitung verwendet werden (oder ein gemeinsamer Widerstand an der Kathode bei Multiplexing mit Konstantstrom), um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert (z.B. 20 mA) zu begrenzen. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_versorgung- V_F) / I_F.
• Multiplexing-Frequenz:Eine Aktualisierungsrate von mindestens 60 Hz pro Ziffer (120 Hz Gesamt-Abtastrate) wird empfohlen, um sichtbares Flackern zu vermeiden.
• Spitzenstrom beim Multiplexing:Bei Multiplexing mit einem Tastverhältnis von 1/2 (für zwei Ziffern) kann der Momentanstrom pro Segment verdoppelt werden, um die gleiche durchschnittliche Helligkeit wie im DC-Betrieb zu erreichen. Um beispielsweise einen Durchschnitt von 10 mA zu erhalten, könnte man mit 20 mA und einem Tastverhältnis von 50% pulsieren. Dies muss innerhalb des Spitzenstrom-Nennwerts bleiben.
• Betrachtungswinkel:Positionieren Sie die Anzeige unter Berücksichtigung ihres großen Betrachtungswinkels, um die Lesbarkeit für den Endbenutzer zu maximieren.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen 7-Segment-Display-Technologien:

• vs. Rote GaAsP/GaP LEDs:AlInGaP-grüne LEDs bieten im Allgemeinen einen höheren Lichtwirkungsgrad und eine bessere Sichtbarkeit in einem breiteren Bereich von Umgebungslichtbedingungen. Die grüne Farbe wird vom menschlichen Auge oft als heller wahrgenommen.
• vs. LCDs:LEDs sind selbstleuchtend (erzeugen ihr eigenes Licht), was sie im Dunkeln ohne Hintergrundbeleuchtung klar sichtbar macht. Sie haben einen viel größeren Betriebstemperaturbereich, eine schnellere Ansprechzeit und sind robuster gegenüber mechanischen Stößen.
• vs. Größere oder kleinere Displays:Die Ziffernhöhe von 0,56 Zoll ist eine gängige Größe und bietet eine gute Balance zwischen guter Lesbarkeit aus mäßiger Entfernung und Platzersparnis auf dem Panel.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,6V, und ein Mikrocontroller-Pin kann nicht 20mA bei 2,6V liefern und gleichzeitig auf einem 5V-Logik-High-Pegel sein. Sie müssen einen Transistor oder Treiber-IC auf der Kathodenseite und/oder der Anodenseite verwenden. Ein Strombegrenzungswiderstand ist immer zwingend erforderlich.

F: Was bedeutet ein "Lichtstärke-Abgleichverhältnis von 2:1" in der Praxis?

A: Es bedeutet, dass innerhalb einer einzelnen Anzeigeeinheit kein Segment unter identischen Ansteuerbedingungen mehr als doppelt so hell sein sollte wie ein anderes Segment. Dies stellt sicher, dass numerische Zeichen gleichmäßig und professionell aussehen.

F: Der Spitzenstrom beträgt 60mA. Kann ich sie für zusätzliche Helligkeit kontinuierlich mit 40mA betreiben?

A: Auf keinen Fall. Der Nennwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 25 mA bei 25°C. Das Überschreiten dieses Werts führt zu übermäßiger Erwärmung, beschleunigtem Abbau der LED und wahrscheinlich zu vorzeitigem Ausfall. Der Spitzenwert gilt nur für sehr kurze Pulse.

F: Wie wähle ich den richtigen Wert für den Strombegrenzungswiderstand?

A: Verwenden Sie die Formel R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, eine V_Fvon 2,6V und einen gewünschten I_Fvon 20mA: R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ohm. Verwenden Sie den nächsthöheren Standardwert (z.B. 120Ω oder 150Ω). Berechnen Sie immer die Verlustleistung im Widerstand: P = I²* R.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines einfachen zweistelligen Zählers.

Ein Designer erstellt einen Tischfrequenzzähler, der Werte von 00 bis 99 anzeigen muss. Er wählt die LTD-5623AJG aufgrund ihrer Klarheit und einfachen Handhabung. Das System verwendet einen Mikrocontroller mit 18 verfügbaren I/O-Pins. Der Designer schließt die 16 Anoden-Pins (8 Segmente/Ziffer x 2 Ziffern) über 150Ω-Strombegrenzungswiderstände an einen Port des Mikrocontrollers an. Die beiden gemeinsamen Kathoden-Pins sind mit zwei NPN-Transistoren (z.B. 2N3904) verbunden, deren Basen von zwei anderen Mikrocontroller-Pins angesteuert werden. Die Software implementiert eine Multiplexing-Routine in einem Timer-Interrupt. Sie schaltet beide Transistoren aus, setzt den Anoden-Port auf das Muster für Ziffer 1, schaltet den Transistor für die Kathode von Ziffer 1 ein, wartet 5ms und wiederholt den Vorgang für Ziffer 2. Dies erzeugt eine stabile, flimmerfreie Anzeige. Die graue Frontplatte stellt sicher, dass die unbeleuchteten Segmente nicht ablenken, während die hellgrünen leuchtenden Segmente einen ausgezeichneten Kontrast dazu bieten.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine 7-Segment-LED-Anzeige ist eine Anordnung mehrerer Leuchtdioden in einer Achterform. Jedes Segment (bezeichnet mit A bis G) und der Dezimalpunkt (DP) ist eine separate LED. Durch selektives Ansteuern spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden. Bei einer gemeinsamen Kathoden-Anzeige wie der LTD-5623AJG sind alle Kathoden (negative Anschlüsse) der LEDs für eine bestimmte Ziffer miteinander verbunden und an einem einzelnen Pin geführt. Um ein Segment zum Leuchten zu bringen, muss eine positive Spannung (über einen Strombegrenzungswiderstand) an seinen Anoden-Pin angelegt werden, während der entsprechende gemeinsame Kathoden-Pin der Ziffer mit Masse (0V) verbunden wird. Dies ermöglicht die unabhängige Steuerung jedes Segments innerhalb einer Ziffer und effizientes Multiplexing über mehrere Ziffern.

12. Technologietrends und Kontext

Während oberflächenmontierbare (SMD) LEDs und integrierte Displaymodule immer häufiger werden, bleiben Durchsteckmontage-7-Segment-Anzeigen wie die LTD-5623AJG in bestimmten Nischen relevant. Ihre Hauptvorteile sind die einfache Prototypenerstellung, Robustheit in Umgebungen mit hoher Vibration und ausgezeichnete Fernsichtbarkeit aufgrund ihrer größeren Abmessungen. Die Verwendung von AlInGaP-Material stellt einen Fortschritt gegenüber der älteren GaAsP/GaP-Technologie dar und bietet überlegene Effizienz und Farbreinheit für grüne und gelbe Farbtöne. Der Trend zu höherer Effizienz und geringerem Stromverbrauch setzt sich fort, aber das grundlegende Multiplexing-Ansteuerungsprinzip und die Anwendungslogik für solche diskreten Anzeigen bleiben in der Elektronikentwicklung stabil und weit verstanden.