LTD-5721AJF LED-Display Datenblatt - 0,56-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Gelb-Orange - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTD-5721AJF ist ein zweistelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Seine Hauptfunktion besteht darin, Zahlen und einige begrenzte alphanumerische Zeichen mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente visuell darzustellen. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial, das auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat abgeschieden ist, um das charakteristische gelb-orange Licht zu erzeugen. Dieses Bauteil verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit erhöht, wenn die Segmente beleuchtet oder unbeleuchtet sind. Die Anzeige wird basierend auf der Lichtstärke kategorisiert, um Konsistenz in den Helligkeitsstufen für Anwendungen zu gewährleisten, bei denen ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere Einheiten hinweg entscheidend ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere wesentliche Vorteile, die sie für eine Reihe von Industrie- und Verbraucheranwendungen geeignet machen. Ihre hohe Helligkeit und ihr ausgezeichnetes Kontrastverhältnis gewährleisten auch in hell erleuchteten Umgebungen eine gute Lesbarkeit. Der große Betrachtungswinkel ermöglicht es, die angezeigten Informationen aus verschiedenen Positionen ohne signifikanten Verlust an Klarheit abzulesen. Als Festkörperbauelement bietet es im Vergleich zu mechanischen oder älteren Anzeigetechnologien wie Vakuum-Fluoreszenz-Displays (VFDs) eine hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen. Der geringe Leistungsbedarf macht es energieeffizient. Diese Eigenschaften machen das LTD-5721AJF ideal für Zielmärkte wie Prüf- und Messgeräte, Industrie-Bedienfelder, Kassenterminals, Armaturenbrettinstrumente in Fahrzeugen und verschiedene Unterhaltungselektronik, bei denen eine zuverlässige numerische Anzeige erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine objektive Analyse der im Datenblatt angegebenen wichtigsten elektrischen und optischen Parameter und erläutert deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die von einem einzelnen LED-Segment unter allen Bedingungen als Wärme abgeführt werden kann. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und beschleunigtem Abbau des LED-Chips führen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dieser Wert gilt für kurze, gepulste Betriebsarten, die häufig in Multiplex-Schemata verwendet werden, um eine höhere wahrgenommene Helligkeit zu erreichen, ohne den durchschnittlichen Stromgrenzwert zu überschreiten.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA (linear ab 25°C mit 0,33 mA/°C abgeleitet). Dies ist der maximale Gleichstrom, der für Dauerbetrieb bei 25°C empfohlen wird. Der Ableitfaktor zeigt an, dass der sichere Betriebsstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) steigt, um einen thermischen Durchbruch zu verhindern.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrvorspannung kann zum Durchbruch und Ausfall des LED-Übergangs führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses Temperaturbereichs ausgelegt.
• Löttemperatur:260°C für 3 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene. Dies definiert die Bedingungen für das Reflow-Lötprofil, um Beschädigungen des Gehäuses oder der internen Bondverbindungen zu vermeiden.

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

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):320 - 900 µcd (typisch 900 µcd) bei I_F=1mA. Dies misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtausgangsleistung. Der Bereich deutet auf einen Binning-Prozess hin; Entwickler müssen den Minimalwert (320 µcd) berücksichtigen, um in ihrer Anwendung ausreichende Helligkeit sicherzustellen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):611 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung des emittierten Lichts maximal ist. Sie definiert die wahrgenommene Farbe (gelb-orange).
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an. Ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere (reinfarbigere) Ausgabe.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die der vom menschlichen Auge wahrgenommenen Farbe der LED am besten entspricht, und wird häufig für die Farbspezifikation verwendet.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,05 - 2,6 V (typisch 2,6V) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Der Maximalwert (2,6V) sollte für den Worst-Case-Entwurf verwendet werden, um ausreichende Treiberspannung sicherzustellen.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 µA (max.) bei V_R=5V. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihrer Maximalwerte in Sperrrichtung vorgespannt ist.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):2:1 (max.). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb eines einzelnen Bauteils oder zwischen Bauteilen aus demselben Bin. Ein Verhältnis von 2:1 bedeutet, dass das dunkelste Segment nicht weniger als halb so hell wie das hellste sein darf, was visuelle Gleichmäßigkeit gewährleistet.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"für Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies bezieht sich auf einen Binning- oder Sortierprozess, der während der Fertigung durchgeführt wird.

3.1 Lichtstärke-Binning

Aufgrund inhärenter Schwankungen in der Halbleiterfertigung können LED-Chips aus derselben Produktionscharge unterschiedliche Lichtausgaben haben. Um Konsistenz für Kunden zu gewährleisten, werden LEDs getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (z.B. 1mA) in Gruppen (Bins) sortiert. Der spezifizierte Bereich von 320 bis 900 µcd für das LTD-5721AJF stellt wahrscheinlich die Streuung über mehrere Bins dar. Ein spezifischer Bestellcode oder Suffix in der vollständigen Teilenummer würde typischerweise das gekaufte Bin anzeigen und garantieren, dass die Intensität innerhalb eines engeren, vordefinierten Bereichs liegt (z.B. 700-900 µcd). Entwickler müssen die Binning-Dokumentation des Herstellers konsultieren oder das erforderliche Bin bei der Bestellung angeben, um Helligkeitskonsistenz in ihrem Produkt zu garantieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte PDF-Auszug \"Typische elektrische / optische Kennlinien\" erwähnt, sind die spezifischen Grafiken im Text nicht enthalten. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise die folgenden Beziehungen veranschaulichen, die für das Verständnis der Bauteilleistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen entscheidend sind:

• Durchlassstrom (I_F) vs. Durchlassspannung (V_F):Zeigt die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode. Wichtig zur Bestimmung der notwendigen Treiberspannung für einen gewünschten Strom.
• Lichtstärke (I_V) vs. Durchlassstrom (I_F):Zeigt im Allgemeinen bei niedrigeren Strömen eine nahezu lineare Beziehung, die bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte möglicherweise sättigt. Wesentlich für die Helligkeitssteuerung via Strommodulation oder PWM.
• Lichtstärke (I_V) vs. Umgebungstemperatur (T_a):Zeigt typischerweise eine Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Temperatur. Diese thermische Ableitung muss für Anwendungen, die in Hochtemperaturumgebungen arbeiten, berücksichtigt werden.
• Spektrale Verteilung:Eine Grafik, die die relative Intensität über der Wellenlänge aufträgt und das Maximum bei ~611 nm sowie die durch die Halbwertsbreite von 17 nm definierte Form zeigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verfügt über ein standardmäßiges zweistelliges 7-Segment-LED-Gehäuse. Die Zeichnung (referenziert, aber im Text nicht detailliert) würde die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Moduls, die Ziffernhöhe (0,56 Zoll / 14,22 mm), die Segmentabmessungen und den Abstand zwischen den Ziffern zeigen. Sie würde auch die Position und den Durchmesser der Montagelöcher, falls vorhanden, spezifizieren. Toleranzen betragen typischerweise ±0,25 mm, sofern in der Zeichnung nicht anders angegeben.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Das LTD-5721AJF hat eine 18-polige Konfiguration und verwendet eineGemeinsame AnodeSchaltungsarchitektur. Das bedeutet, dass die Anoden aller LEDs für jede Ziffer intern zu einem gemeinsamen Pin verbunden sind (Pin 13 für Ziffer 2, Pin 14 für Ziffer 1). Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Kathodenpin auf ein niedriges Logikpegel (Masse oder eine Stromsenke) gezogen werden, während die gemeinsame Anode für diese Ziffer auf einer positiven Spannung gehalten wird (über einen strombegrenzenden Widerstand). Die Pinbelegungsliste gibt die spezifische Kathodenverbindung für jedes Segment (A-G und DP) für beide Ziffern an. Die korrekte Identifizierung von Pin 1 (oft durch eine Kerbe, Abschrägung oder einen Punkt auf dem Gehäuse markiert) ist für die richtige Ausrichtung während der Montage entscheidend.

5.3 Internes Schaltbild

Das Schaltbild (in der PDF referenziert) stellt die gemeinsame Anodenstruktur visuell dar. Es zeigt zwei Blöcke (einen für jede Ziffer), die jeweils sieben Segment-LEDs (A-G) und eine Dezimalpunkt (DP)-LED enthalten. Alle Anoden innerhalb eines Ziffernblocks sind mit der gemeinsamen Anoden-Pin für diese Ziffer verbunden. Die Kathoden jedes einzelnen Segments werden auf separate Pins herausgeführt, was eine unabhängige Steuerung ermöglicht.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte spezifizieren einen wichtigen Lötparameter: Das Gehäuse kann eine Spitzentemperatur von 260°C für 3 Sekunden standhalten, gemessen an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene (typischerweise die PCB-Oberfläche). Dies ist ein Standardwert für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse mit bleifreiem (SnAgCu) Lot. Entwickler sollten sicherstellen, dass ihr Reflow-Ofenprofil diese Zeit-Temperatur-Kombination nicht überschreitet, um Beschädigungen des Kunststoffgehäuses, der internen Bonddrähte oder der LED-Chips selbst zu vermeiden. Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Bereichs von -35°C bis +85°C in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit erfolgen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für eine gemeinsame Anodenanzeige wie das LTD-5721AJF beinhaltet eine typische Treiberschaltung die Verwendung eines Mikrocontrollers oder eines dedizierten Displaytreiber-ICs. Die gemeinsamen Anodenpins (13, 14) werden über individuelle strombegrenzende Widerstände oder über Transistorschalter (bei Multiplexing) mit einer positiven Versorgungsspannung (z.B. 5V) verbunden. Die Segment-Kathodenpins (1-12, 15-18) werden mit den Senkenausgängen des Treibers verbunden. Der Strom für jedes Segment muss auf den Dauer-Durchlassstromgrenzwert begrenzt werden (25 mA max., typischerweise bei 10-20 mA für einen Ausgleich zwischen Helligkeit und Lebensdauer betrieben). Der Durchlassspannungsabfall (max. 2,6V) muss von der Versorgungsspannung abgezogen werden, um den geeigneten strombegrenzenden Widerstandswert zu berechnen: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.

7.2 Designüberlegungen

• Multiplexing:Um zwei Ziffern mit weniger I/O-Pins zu steuern, wird eine Multiplexing-Technik verwendet. Die Ziffern werden nacheinander in schneller Folge beleuchtet (z.B. bei 100Hz oder höher). Das menschliche Auge nimmt dies wahr, als ob beide Ziffern ständig eingeschaltet wären. Dies erfordert das Ansteuern der gemeinsamen Anoden mit einem Schaltsignal und die Synchronisierung der Segmentdaten für jede Ziffer. Der Spitzenstrom pro Segment kann während seiner kurzen Einschaltzeit erhöht werden (bis zum 60mA Spitzenwert), um das reduzierte Tastverhältnis zu kompensieren und die durchschnittliche Helligkeit aufrechtzuerhalten.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist, kann sich die Gesamtleistung aller beleuchteten Segmente in einer Ziffer summieren. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung, wenn die Anzeige eingeschlossen ist, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur sichere Grenzwerte überschreitet.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist ein Vorteil, aber das mechanische Design des Produktgehäuses (z.B. Tiefe des Anzeigefensters, Verwendung von Filtern oder Linsen) kann den effektiven Betrachtungswinkel für den Endbenutzer beeinflussen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal des LTD-5721AJF ist die Verwendung vonAlInGaPHalbleitertechnologie für die gelb-orange Emission. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-Galliumphosphid (GaP)-gelben LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu größerer Helligkeit führt. Es bietet im Allgemeinen auch eine bessere Farbsättigung und Stabilität über Temperatur und Lebensdauer. Im Vergleich zu Anzeigen, die gefiltertes Licht verwenden (z.B. eine weiße LED mit Farbfilter), bietet AlInGaP eine spektral reinere Ausgabe und höhere Effizienz, da kein Licht im Filterprozess verloren geht. Das graue Frontplatten-/weiße Segment-Design bietet ein professionelles, kontrastreiches Erscheinungsbild, ob ein- oder ausgeschaltet, was in bestimmten Anwendungen grünen oder roten Frontplatten vorzuziehen sein kann.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzen-Emissionswellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die für einen menschlichen Beobachter die gleiche Farbe zu haben scheint. Sie sind oft nahe, aber nicht identisch, insbesondere für LEDs mit asymmetrischen Spektralkurven. Die dominante Wellenlänge ist für das Farbabgleichen relevanter.

F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ohne Pegelwandler ansteuern?

A: Möglicherweise, aber eine sorgfältige Berechnung ist erforderlich. Wenn die I/O-Pins des Mikrocontrollers den erforderlichen Segmentstrom (z.B. 10-20mA) senken können und Sie eine 3,3V-Versorgung für die gemeinsame Anode verwenden, bleiben nach Abzug des Durchlassspannungsabfalls (max. 2,6V) nur noch 0,7V für den strombegrenzenden Widerstand übrig. Dies führt zu einem sehr kleinen Widerstandswert (z.B. 35 Ohm für 20mA), der unpraktisch und empfindlich gegenüber Schwankungen in V_Fsein kann. Eine 5V-Versorgung für die Anoden ist typischer und bietet mehr Spielraum für eine stabile Stromregelung.

F: Was bedeutet \"Lichtstärke-Anpassungsverhältnis 2:1\" für mein Design?

A: Es bedeutet, dass innerhalb einer Anzeigeeinheit das dunkelste Segment halb so hell wie das hellste Segment sein könnte. Wenn absolute Gleichmäßigkeit entscheidend ist (z.B. in medizinischen Geräten), sollten Sie Bauteile aus einem engeren Bin auswählen oder eine Software-Helligkeitskalibrierung für jedes Segment implementieren, was komplex ist. Für viele Anwendungen ist ein 2:1-Verhältnis akzeptabel und visuell nicht störend.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf eines einfachen digitalen Timers/Stoppuhren.

Das LTD-5721AJF ist eine ausgezeichnete Wahl zur Anzeige von Minuten und Sekunden (MM:SS). Ein kostengünstiger Mikrocontroller kann zur Zeitmessung und zum Ansteuern der Anzeige verwendet werden. Die beiden Ziffern würden gemultiplext. Die gemeinsame Anode für die \"Minuten\"-Ziffer und die \"Sekunden\"-Ziffer würde mit zwei separaten GPIO-Pins verbunden, die als Ausgänge konfiguriert sind und nacheinander auf High geschaltet werden (über einen Transistor für höhere Stromfähigkeit). Die sieben Segment-Kathodenleitungen (A-G) würden mit sieben anderen GPIO-Pins verbunden, die als Open-Drain oder aktiv auf Low konfiguriert sind, mit einem Reihenwiderstand auf jeder Leitung (oder einem einzelnen Widerstand im gemeinsamen Anodenpfad, wenn Helligkeitsgleichmäßigkeit weniger kritisch ist). Die Mikrocontroller-Software aktualisiert das Segmentmuster für die aktive Ziffer und schaltet dann schnell zur anderen Ziffer um. Die gelb-orange Farbe wird oft mit Vorsicht oder Aufmerksamkeit assoziiert, was sie für eine Timer-Anzeige geeignet macht. Die hohe Helligkeit stellt sicher, dass sie unter verschiedenen Lichtverhältnissen sichtbar ist.

11. Einführung in das Betriebsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip derElektrolumineszenzin einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das AlInGaP-Materialsystem hat eine direkte Bandlücke, die Photonenenergien im gelb-orangen Bereich des sichtbaren Spektrums entspricht (~2,0 eV). Wenn eine Durchlassvorspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet (die Durchlassspannung V_F), werden Elektronen aus dem n-Typ-Bereich und Löcher aus dem p-Typ-Bereich über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Bereich des Halbleiters rekombinieren, geben sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Legierungszusammensetzung aus Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Farbe (Wellenlänge) des emittierten Lichts. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert jegliches nach unten emittierte Licht, wodurch das Bauteil in der beabsichtigten Betrachtungsrichtung effizienter ist.

12. Technologietrends

Während AlInGaP eine Hochleistungstechnologie für rote, orange und gelbe LEDs bleibt, entwickelt sich die breitere Display-Technologielandschaft weiter. Für 7-Segment-Ziffernanzeigen umfassen die Trends: 1)Höhere Integration:Module mit integrierten Treiber-ICs, Controllern und sogar Kommunikationsschnittstellen (I2C, SPI) werden immer häufiger, was das Systemdesign vereinfacht. 2)Alternative Technologien:Organische LED (OLED)-Segmente bieten ultraflache Profile und große Betrachtungswinkel, obwohl Lebensdauer und Kosten Faktoren sein können. 3)Miniaturisierung & Dichte:Während 0,56 Zoll eine Standardgröße ist, besteht Nachfrage nach sowohl kleineren (für tragbare Geräte) als auch größeren, helleren Anzeigen. 4)Farboptionen & RGB:Mehrfarbige oder Vollfarb-7-Segment-Anzeigen mit RGB-LED-Chips ermöglichen dynamische Farbwechsel, erfordern jedoch komplexere Treiberelektronik. Die grundlegenden Vorteile der LED-Technologie – Zuverlässigkeit, Effizienz und Festkörperrobustheit – stellen ihre fortgesetzte Relevanz in numerischen Anzeigeanwendungen für die absehbare Zukunft sicher.