LTD-2701JD LED-Anzeige Datenblatt - 0,28-Zoll Ziffernhöhe - Hyper Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-2701JD ist ein Doppelziffer-Siebensegment-Lichtemissionsdiode (LED)-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, eine klare, gut lesbare numerische Anzeige für verschiedene elektronische Geräte und Ausrüstungen bereitzustellen. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Halbleitermaterial, um eine Hyper-Rot-Emission mit hoher Helligkeit und ausgezeichneter Farbreinheit zu erzeugen. Das Bauteil verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es ist als Common-Cathode-Typ (gemeinsame Kathode) ausgelegt, eine Standardkonfiguration zur Vereinfachung von Multiplex-Treiberschaltungen in Mehrfachziffernanwendungen.

1.1 Hauptmerkmale und Kernvorteile

• Ziffernhöhe:0,28 Zoll (7,0 mm), bietet eine ausgewogene Größe für gute Sichtbarkeit ohne übermäßigen Platzverbrauch.
• Segmentgleichmäßigkeit:Kontinuierliche, gleichmäßige Segmente gewährleisten ein einheitliches Erscheinungsbild der Zeichen über beide Ziffern hinweg.
• Energieeffizienz:Geringer Leistungsbedarf, geeignet für batteriebetriebene oder energiebewusste Anwendungen.
• Optische Leistung:Hohe Helligkeit und hoher Kontrast tragen zu einer ausgezeichneten Zeichenlesbarkeit bei.
• Betrachtungswinkel:Breiter Betrachtungswinkel ermöglicht Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen.
• Zuverlässigkeit:Festkörperbauweise bietet lange Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen.
• Binning:Bauteile werden nach Lichtstärke kategorisiert (gebinnt), was eine abgestimmte Helligkeit in Mehrfachanzeigeaufbauten ermöglicht.
• Umweltkonformität:Bleifreies Gehäuse, konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.2 Zielmarkt und Anwendungen

Diese Anzeige ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten vorgesehen. Typische Anwendungsbereiche umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

• Prüf- und Messgeräte (Multimeter, Netzteile).
• Haushaltsgeräte (Mikrowellen, Backöfen, Waschmaschinen).
• Industrielle Steuerpulte und Timer.
• Statusanzeigen von Kommunikationsgeräten.
• Automotive-Zubehör (z.B. Spannungsmonitore).
• Kassenterminals und einfache numerische Anzeigen.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Beratung für Anwendungen erforderlich ist, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte, wie z.B. in der Luftfahrt, Medizin oder kritischen Sicherheitssystemen.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und beschleunigtem Abbau des LED-Chips führen.
• Spitzendurchlassstrom pro Segment:90 mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dieser Wert gilt für Kurzzeitpulse, nicht für Dauerbetrieb.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom muss linear um 0,33 mA/°C reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt, um thermisches Durchgehen zu verhindern.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil hält diesen Extremen stand, aber die optische Leistung variiert mit der Temperatur.
• Lötbedingungen:260°C für 3 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene. Dies dient als Richtlinie für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind typische Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C unter festgelegten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):200-600 µcd bei I_F=1mA. Diese große Bandbreite zeigt den Effekt des Binning-Prozesses; Konstrukteure sollten den Minimalwert für Sichtbarkeitsberechnungen berücksichtigen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):650 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die abgegebene optische Leistung am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):639 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des Lichts wahrnimmt, mit einer Toleranz von ±1 nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies definiert die spektrale Reinheit; eine schmalere Breite zeigt eine monochromatischere Farbe an.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,1V (Min), 2,6V (Typ) bei I_F=20mA, mit einer Toleranz von ±0,1V. Dies ist kritisch für den Treiberschaltungsentwurf, insbesondere beim Multiplexen mehrerer Ziffern, um einen gleichmäßigen Strom sicherzustellen.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 µA bei V_R=5V. Das Datenblatt warnt ausdrücklich, dass Sperrspannung nur zu Testzwecken dient und ein Dauerbetrieb mit Sperrvorspannung vermieden werden muss.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis:Maximal 2:1 für ähnliche Lichtflächen bei I_F=10mA. Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsvariation zwischen Segmenten innerhalb einer Anzeige.
• Übersprechen:≤ 2,5%. Dies bezieht sich auf unerwünschte Beleuchtung eines nicht angesteuerten Segments aufgrund von elektrischem Leckstrom oder optischer Kopplung.

2.3 Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt besagt, dass das Produkt \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem LEDs basierend auf der gemessenen Lichtausbeute (in µcd) bei einem Standardteststrom (wahrscheinlich 1mA oder 10mA) sortiert werden. Die Verwendung von Anzeigen aus demselben Lichtstärke-Bin in einer Baugruppe wird dringend empfohlen, um merkliche Helligkeitsunterschiede (Farbton-Ungleichmäßigkeit) zwischen benachbarten Einheiten zu vermeiden. Konstrukteure sollten den erforderlichen Bin angeben oder mit Lieferanten zusammenarbeiten, um Konsistenz für Mehrfachanzeigeanwendungen sicherzustellen.

3. Mechanische und Verpackungsinformationen

3.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige entspricht einem Standard-Durchsteck-DIP-Format (Dual In-line Package). Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm).
• Standardtoleranz ist ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Pinspitzenverschiebungstoleranz ist ±0,4 mm, wichtig für die Leiterplattenlochausrichtung.
• Zulässige Fehler auf der Anzeigefront: Fremdmaterial auf Segment ≤10 mils, Tintenverschmutzung ≤20 mils, Blasen im Segment ≤10 mils.
• Verbiegung des Reflektors ist auf ≤1% seiner Länge begrenzt.

3.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das Bauteil hat 10 Pins in einer Reihe. Die Pinbelegung ist wie folgt:

• Pin 1: Anode für Segment E
• Pin 2: Anode für Segment D
• Pin 3: Anode für Segment C
• Pin 4: Anode für Segment G (Mittelsegment)
• Pin 5: Anode für Dezimalpunkt (DP)
• Pin 6: Gemeinsame Kathode für Ziffer 2 (rechte Ziffer)
• Pin 7: Anode für Segment A
• Pin 8: Anode für Segment B
• Pin 9: Gemeinsame Kathode für Ziffer 1 (linke Ziffer)
• Pin 10: Anode für Segment F

Die Beschreibung \"Rt. Hand Decimal\" bestätigt, dass der Dezimalpunkt mit der rechten Ziffer verbunden ist. Die Common-Cathode-Konfiguration bedeutet, dass alle LED-Kathoden einer Ziffer intern verbunden sind. Um ein Segment zu beleuchten, muss eine positive Spannung an den jeweiligen Anodenpin angelegt werden, während der entsprechende Common-Cathode-Pin der Ziffer auf Masse (GND) gezogen wird.

3.3 Internes Schaltbild

Das interne Diagramm zeigt zwei unabhängige Sätze von sieben LEDs (plus einer Dezimalpunkt-LED), wobei jeder Satz eine gemeinsame Kathodenverbindung (Pins 6 und 9) teilt. Diese Struktur ist grundlegend für das Multiplexen: Durch sequentielles Aktivieren einer Kathode (Ziffer) und gleichzeitiges Anlegen des Musters für diese Ziffer an die Anodenleitungen können mehrere Ziffern mit weniger I/O-Pins gesteuert werden.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinienkurven\". Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Kurven für solche Bauteile umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs)-Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung (V_F) und Durchlassstrom (I_F). Die Kurve verschiebt sich mit der Temperatur.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, dass die Lichtausbeute über einen Bereich annähernd linear mit dem Strom ist, aber bei höheren Strömen sättigt und sich aufgrund von Wärme schneller verschlechtert.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert die Abnahme der Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die Notwendigkeit von Wärmemanagement und Stromreduzierung.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~650nm und die ~20nm Halbwertsbreite zeigt.

Diese Kurven sind wesentlich für den Entwurf von Treibern, die eine stabile Helligkeit über den vorgesehenen Betriebstemperaturbereich liefern.

5. Löt-, Montage- und Lagerrichtlinien

5.1 Löten und Montage

• Befolgen Sie das spezifizierte Lötprofil (260°C für 3 Sekunden).
• Vermeiden Sie die Verwendung ungeeigneter Werkzeuge oder Methoden, die ungewöhnliche Kräfte auf das Anzeigekörper ausüben.
• Wenn eine dekorative Folie angebracht wird, vermeiden Sie direkten Kontakt mit einem Frontpanel/Deckel, da äußere Kräfte sie verschieben können.

5.2 Lagerbedingungen

Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend, um Pinoxidation zu verhindern.

• Standard-LED-Anzeige (Durchsteckmontage):In Originalverpackung. Temperatur: 5°C bis 30°C. Luftfeuchtigkeit: Unter 60% RH. Langzeitlagerung außerhalb dieser Bedingungen kann eine Neuplatinierung oxidierter Pins erfordern. Wenn die Feuchtigkeitssperrbeutel länger als 6 Monate geöffnet sind, wird vor der Verwendung ein Trocknen bei 60°C für 48 Stunden empfohlen, mit Montage innerhalb einer Woche.
• SMD-LED-Anzeigen (Hinweis zur Referenz):Im versiegelten Beutel: 5-30°C,<60% RH. Einmal geöffnet: Gleiche Bedingungen, aber muss innerhalb von 168 Stunden (7 Tage, MSL Level 3) verwendet werden.

6. Anwendungsentwurfsüberlegungen und Warnhinweise

6.1 Treiberschaltungsentwurf

• Konstantstrombetrieb:Höchst empfohlen gegenüber Konstantspannungsbetrieb, um eine gleichmäßige Lichtstärke unabhängig von V_F-Variationen zwischen Segmenten und über die Temperatur sicherzustellen.
• Strombegrenzung:Die Schaltung muss den Strom innerhalb des Dauerbetriebswerts (25mA bei 25°C, reduziert) begrenzen. Eine Überschreitung verursacht schnellen Abbau.
• Spannungsbereich:Der Treiber muss den gesamten V_F-Bereich (ca. 2,0V bis 2,7V pro Segment) abdecken, um den beabsichtigten Strom zu liefern.
• Sperrspannungsschutz:Die Schaltung sollte vor Sperrspannungen oder Transienten während des Ein-/Ausschaltens schützen, um Metallmigration und erhöhten Leckstrom zu verhindern.
• Wärmemanagement:Berücksichtigen Sie die maximale Umgebungstemperatur (T_a), um einen sicheren Betriebsstrom auszuwählen. Kühlkörper können bei hohen T_a environments.

-Umgebungen notwendig sein.

• 6.2 Umwelt- und Handhabungswarnhinweise
• Vermeiden Sie schnelle Umgebungstemperaturänderungen in feuchten Umgebungen, um Kondensation auf der Anzeige zu verhindern.

Wählen Sie Anzeigen aus demselben Lichtstärke-Bin, wenn zwei oder mehr in einer Baugruppe verwendet werden, um gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

• Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LED-Technologien bietet das in der LTD-2701JD verwendete AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) erhebliche Vorteile:Höhere Effizienz & Helligkeit:
• AlInGaP bietet überlegene Lichtausbeute, was zu höherer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom führt.Bessere Farbreinheit:
• Die Hyper-Rot-Emission (639-650nm dominant) ist gesättigter und visuell deutlicher als bei Standard-Rot-LEDs.Verbesserte Temperaturstabilität:
• Während alle LEDs mit Wärme an Effizienz verlieren, hat AlInGaP im Allgemeinen eine bessere Leistungserhaltung im Vergleich zu älteren Materialien.

Das Common-Cathode-Design mit separaten Ziffernkathoden ist ein standardmäßiger, aber effektiver Ansatz für Multiplexing und unterscheidet es von Common-Anode-Typen oder Anzeigen mit intern gemultiplexten Controllern.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?_FA: Nein. Ohne einen strombegrenzenden Widerstand würde das direkte Anschließen von 5V an eine Anode die LED aufgrund von übermäßigem Strom wahrscheinlich zerstören. Sie müssen einen Vorwiderstand oder, vorzugsweise, einen Konstantstromtreiber verwenden. Der Widerstandswert hängt von Ihrer Versorgungsspannung, der V_F.

der LED und dem gewünschten I

ab._FF: Warum wird Konstantstrombetrieb empfohlen?

A: Die LED-Helligkeit ist primär eine Funktion des Stroms, nicht der Spannung. Die Durchlassspannung (V

) kann von Chip zu Chip variieren und nimmt mit steigender Temperatur ab. Eine Konstantstromquelle stellt stabile Helligkeit sicher, indem sie automatisch die Spannung anpasst, um den eingestellten Strom beizubehalten und diese Variationen auszugleichen.

F: Was bedeutet \"1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite\" für den Spitzenstromwert?

A: Dies bedeutet, dass Sie die LED kurzzeitig mit bis zu 90mA pulsieren können, aber der Puls darf nicht breiter als 0,1 Millisekunden sein, und der zeitliche Mittelwert des Stroms darf nicht das Äquivalent eines 1/10 Tastverhältnisses überschreiten (z.B. 0,1ms ein, 0,9ms aus). Dies ist nicht für Dauerbeleuchtung gedacht.

F: Wie steuere ich die beiden Ziffern unabhängig an?

A: Sie verwenden Multiplexing. In einem Zyklus: 1) Setzen Sie die Anodenpins (1,2,3,4,5,7,8,10) auf das Muster für Ziffer 1. 2) Ziehen Sie Kathodenpin 9 (Ziffer 1) auf Low (Masse), während Kathodenpin 6 (Ziffer 2) auf High (getrennt) bleibt. 3) Beleuchten Sie für kurze Zeit (z.B. 5ms). 4) Schalten Sie Ziffer 1 aus. 5) Setzen Sie die Anoden auf das Muster für Ziffer 2. 6) Ziehen Sie Kathodenpin 6 auf Low und Pin 9 auf High. 7) Beleuchten Sie. Wiederholen Sie diesen Zyklus schnell (>60Hz), um den Eindruck zu erwecken, dass beide Ziffern kontinuierlich leuchten.

1. 9. Praktischer Entwurf und AnwendungsfallFall: Entwurf einer einfachen Digitalvoltmeter-Anzeige (0-99V).
2. Bauteilauswahl:Die LTD-2701JD wird für ihre 2-Ziffern-Fähigkeit, gute Helligkeit und Durchsteckgehäuse für Prototypen gewählt.
3. Treiberschaltung:Ein Mikrocontroller (z.B. ein ATmega328P) wird verwendet. Seine I/O-Pins können nicht genug Strom für alle Segmente gleichzeitig liefern/ziehen. Daher wird ein Multiplexing-Schema mit zwei NPN-Transistoren (z.B. 2N3904) implementiert, um die Kathodenströme für Ziffer 1 und 2 zu ziehen. Die Segmentanoden sind über strombegrenzende Widerstände (z.B. 150Ω für eine 5V-Versorgung, Ziel ~20mA pro Segment: R = (5V - 2,6V) / 0,02A ≈ 120Ω, 150Ω zur Sicherheit) mit dem Mikrocontroller verbunden.
4. Software:Die Firmware liest die Spannung über einen ADC, wandelt sie in zwei BCD-Ziffern um und steuert die Anzeige mit einem Timer-Interrupt für Multiplexing bei 100Hz.

Überlegungen:

Die Durchlassspannungstoleranz bedeutet, dass die Helligkeit zwischen Segmenten leicht variieren kann. Die Verwendung von Konstantstromtreibern (wie dedizierte LED-Treiber-ICs) anstelle von Widerständen würde die Gleichmäßigkeit verbessern. Der Lagerhinweis wird befolgt, indem kleine Mengen bestellt werden, um langfristige Lagerbestände zu vermeiden.

10. Einführung des Funktionsprinzips

Eine Lichtemissionsdiode (LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Bereich rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die Rotlicht entspricht. In einer Siebensegmentanzeige sind mehrere einzelne LED-Chips montiert und verdrahtet, um die Standardsegmente (A-G und DP) zu bilden. Die Common-Cathode-Konfiguration verbindet intern alle Kathoden der LEDs, die zu einer Ziffer gehören.

• 11. TechnologietrendsDie LED-Anzeigeindustrie entwickelt sich weiter. Während Durchsteckanzeigen wie die LTD-2701JD für Prototypen, Reparaturen und bestimmte Anwendungen relevant bleiben, umfassen breitere Trends:
• Miniaturisierung & SMD-Dominanz:Oberflächenmontage (SMD)-Gehäuse werden zum Standard für automatisierte Montage, bieten kleinere Größe und geringere Bauhöhe.
• Integrierte Controller:Anzeigen mit eingebauten Treiber-ICs (wie MAX7219-kompatible Module) vereinfachen die Mikrocontroller-Schnittstelle, indem sie Multiplexing und Dekodierung intern handhaben.
• Höhereffiziente Materialien:Laufende Entwicklung von Materialien wie InGaN für Blau/Grün und verbessertes AlInGaP sowie phosphorkonvertierte weiße LEDs treiben die Effizienz (Lumen pro Watt) höher.

Flexible und neuartige Formfaktoren: