LTD-5250JD LED-Anzeige Datenblatt - 0,52 Zoll Ziffernhöhe - Hyper Rote Farbe - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-5250JD ist ein zweistelliges Siebensegment-Lichtemissionsdioden (LED)-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, eine klare, gut lesbare numerische Anzeige für verschiedene elektronische Geräte und Messinstrumente bereitzustellen. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial, um eine hyperrote Lichtemission zu erzeugen. Dieses Bauteil verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es wird basierend auf der Lichtstärke kategorisiert, um eine gleichmäßige Helligkeit für Serienanwendungen sicherzustellen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere Schlüsselvorteile, die sie für industrielle, konsumenten- und messtechnische Anwendungen geeignet machen. Ihr geringer Leistungsbedarf macht sie energieeffizient, während die hohe Helligkeit und das ausgezeichnete Kontrastverhältnis eine gute Sichtbarkeit aus einem weiten Betrachtungswinkel gewährleisten. Die Festkörperbauweise bietet eine inhärente Zuverlässigkeit und lange Betriebsdauer im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien. Die durchgehend gleichmäßigen Segmente tragen zu einem ansprechenden und professionellen Zeichenbild bei. Diese Kombination von Merkmalen zielt auf Anwendungen wie Prüfgeräte, Kassenterminals, Industrie-Bedienfelder, Uhrdisplays und alle Geräte ab, die eine zuverlässige, helle numerische Anzeige erfordern.

2. Detaillierte Analyse der technischen Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten technischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Optische Kennwerte

Die optische Leistung ist zentral für die Funktion der Anzeige. Die primäre Emission liegt im hyperroten Spektrum.

• Lichtstärke (I_V):Die durchschnittliche Lichtstärke pro Segment ist mit einem Minimum von 320 µcd, einem typischen Wert von 700 µcd und keinem angegebenen Maximum unter einer Prüfbedingung von I_F= 1mA spezifiziert. Dieser Parameter ist entscheidend für die Bestimmung der Helligkeit der Anzeige in der endgültigen Anwendung. Das Abstimmungsverhältnis zwischen den Segmenten ist mit maximal 2:1 angegeben, was die zulässige Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer definiert.
• Wellenlängencharakteristika:Das Bauteil weist eine Spitzenemissionswellenlänge (λ_p) von 650 nm (Nanometer) und eine dominante Wellenlänge (λ_d) von 639 nm auf, beide gemessen bei I_F= 20mA. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm. Diese Werte definieren präzise den Farbort der \"hyperroten\" Ausgabe, die eine tiefe, gesättigte rote Farbe ist.

2.2 Elektrische Parameter

Das Verständnis der elektrischen Grenzwerte und Arbeitspunkte ist für einen sicheren und zuverlässigen Schaltungsentwurf unerlässlich.

• Absolute Maximalwerte:Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen überschritten werden dürfen. Wichtige Grenzwerte sind: Verlustleistung pro Segment (70 mW), Spitzendurchlassstrom pro Segment (90 mA bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Impulsbreite) und Dauerdurchlassstrom pro Segment (25 mA bei 25°C, linear reduzierend mit 0,33 mA/°C). Die maximale Sperrspannung pro Segment beträgt 5V.
• Durchlassspannung (V_F):Der Spannungsabfall über einem beleuchteten Segment beträgt typischerweise 2,6V, mit einem Bereich von 2,1V bis zum Maximum, wenn er mit 20mA betrieben wird. Dieser Wert ist für die Berechnung der Vorwiderstandswerte und der Stromversorgungsanforderungen notwendig.
• Sperrstrom (I_R):Der maximale Leckstrom bei einer Sperrvorspannung von 5V beträgt 100 µA.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Die Leistung des Bauteils ist innerhalb definierter Umgebungsgrenzen spezifiziert.

• Betriebstemperaturbereich:Die Anzeige ist für Dauerbetrieb bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von -35°C bis +85°C ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:Sie kann unter Nichtbetriebsbedingungen von -35°C bis +85°C gelagert werden.
• Löttemperatur:Für die Montage beträgt die maximal zulässige Löttemperatur 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Dies ist kritisch für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung.

• Lichtstärke-Binning:LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem Standardprüfstrom (wahrscheinlich 1mA oder 20mA) getestet und gruppiert (gebinned). Bauteile innerhalb desselben Bins haben eine sehr ähnliche Helligkeit, was visuelle Gleichmäßigkeit sicherstellt, wenn mehrere Anzeigen in einem einzigen Produkt verwendet werden. Das 2:1-Lichtstärke-Abstimmungsverhältnis ist die Leistungsgarantie innerhalb eines einzelnen Bauteils.
• Wellenlängen-Binning:Obwohl im bereitgestellten Inhalt nicht explizit detailliert, werden AlInGaP-LEDs oft auch nach dominanter oder Spitzenwellenlänge gebinnt, um eine konsistente Farbausgabe sicherzustellen. Die spezifizierte dominante Wellenlänge von 639 nm stellt wahrscheinlich einen Ziel- oder Nennwert für dieses Produkt dar.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische/optische Kennlinien\". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• I-V (Strom-Spannungs)-Kurve:Dieser Graph zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom (I_F) und Durchlassspannung (V_F). Sie ist nichtlinear, mit einer charakteristischen \"Knie\"-Spannung (um die typischen 2,6V), oberhalb derer der Strom bei kleinen Spannungsänderungen stark ansteigt. Diese Kurve ist für den Entwurf der Treiberschaltung entscheidend.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist über einen weiten Bereich im Allgemeinen linear, kann aber bei sehr hohen Strömen sättigen. Sie hilft Entwicklern, einen Betriebsstrom zu wählen, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen, wobei Effizienz und Wärme zu berücksichtigen sind.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. AlInGaP-LEDs zeigen weniger thermische Löschung als einige andere Materialien, aber die Ausgabe nimmt typischerweise dennoch ab. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die in Hochtemperaturumgebungen arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 650 nm mit einer definierten Halbwertsbreite von 20 nm.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die physikalische Konstruktion definiert, wie das Bauteil in ein Produkt integriert wird.

5.1 Abmessungen und Umrisszeichnung

Die Gehäusezeichnung wird referenziert. Die Schlüsselspezifikation ist eine Ziffernhöhe von 0,52 Zoll (13,2 mm). Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Der genaue Footprint und die Gesamtabmessungen würden der referenzierten Zeichnung für das PCB-Layout entnommen.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Das Bauteil hat eine 18-Pin-Konfiguration und verwendet einegemeinsame AnodeSchaltungstopologie. Dies bedeutet, dass die Anoden (positive Anschlüsse) für alle Segmente einer Ziffer intern miteinander verbunden sind. Jede Segmentkathode (negativer Anschluss) wird auf einen separaten Pin geführt, und es gibt einen separaten gemeinsamen Anodenpin für jede der beiden Ziffern (Ziffer 1 und Ziffer 2). Die Pinbelegungstabelle bietet eine vollständige Zuordnung und gibt an, welcher Pin jedes Segment (A-G und Dezimalpunkt) für jede Ziffer steuert. Die korrekte Identifizierung von Pin 1 ist für die richtige Ausrichtung unerlässlich.

5.3 Internes Schaltbild

Das referenzierte Diagramm stellt die gemeinsame Anodenstruktur visuell dar und zeigt die zwei unabhängigen gemeinsamen Anodenknoten (einen pro Ziffer) und die individuellen Kathoden für die sieben Segmente und den Dezimalpunkt jeder Ziffer. Dies klärt die elektrische Architektur für Multiplexing oder Direktansteuerung.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung gewährleistet Zuverlässigkeit und verhindert Schäden während der Fertigung.

• Reflow-Lötparameter:Halten Sie sich strikt an den Maximalwert: 260°C Spitzentemperatur für nicht mehr als 3 Sekunden, gemessen am spezifizierten Punkt unterhalb des Gehäuses. Ein Standard-Blei-freies Reflow-Profil sollte mit angemessenen Aufheiz- und Abkühlraten verwendet werden, um thermische Belastung zu minimieren.
• Vorsichtsmaßnahmen:Vermeiden Sie mechanische Belastung der Pins. Stellen Sie sicher, dass das Bauteil vor der Verwendung in einer trockenen, antistatischen Umgebung gelagert wird. Reinigen Sie die Leiterplatte von jeglichen Flussmittelrückständen, die die optische Klarheit beeinträchtigen oder Korrosion verursachen könnten.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-35°C bis +85°C) in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit. Der originale Feuchtigkeitsschutzbeutel wird für die Langzeitlagerung empfohlen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist ideal für jede Anwendung, die zwei helle, leicht lesbare Ziffern erfordert. Häufige Verwendungen sind: digitale Multimeter und Prüfgeräte, Frequenzzähler, Timer- und Uhrdisplays, Anzeigetafeln, einfache Bedienfeldanzeigen (z.B. Temperatur, Geschwindigkeit), Kassenterminaldisplays und Haushaltsgeräte.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Als Bauteil mit gemeinsamer Anode wird es typischerweise angesteuert, indem die gemeinsame Anode mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden wird (über einen Vorwiderstand oder eine geregelte Stromquelle) und der Strom durch die individuellen Kathodenpins zur Masse abgeleitet wird, üblicherweise über einen Transistor oder einen Treiber-IC. Das Multiplexen der beiden Ziffern ist einfach durch Umschalten der beiden gemeinsamen Anodenpins.
• Strombegrenzung:Externe Vorwiderstände sind für jede Segmentkathode (oder für die gemeinsame Anode in einer Multiplex-Konfiguration) zwingend erforderlich, um den Betriebsstrom einzustellen. Der Widerstandswert wird mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_Fberechnet. Verwenden Sie für ein konservatives Design den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte nicht überschreitet.
• Betrachtungswinkel und Kontrast:Der weite Betrachtungswinkel und der hohe Kontrast machen sie geeignet für Bedienfelder, bei denen der Benutzer möglicherweise nicht direkt vor der Anzeige sitzt. Die graue Front/weißen Segmente verbessern die Lesbarkeit sowohl bei schwachem als auch bei hellem Licht.
• Thermisches Management:Obwohl das Bauteil eine Verlustleistungsbewertung hat, ist es eine gute Praxis, für ausreichende Belüftung im Gehäuse zu sorgen, insbesondere wenn es mit hohen Strömen oder bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird, um die langfristige Lichtausgabe und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen Siebensegment-Anzeigetechnologien bietet die LTD-5250JD durch die Verwendung von AlInGaP spezifische Vorteile:

• vs. Standard GaAsP- oder GaP-Rot-LEDs:AlInGaP-Technologie bietet im Allgemeinen einen höheren Lichtwirkungsgrad (mehr Lichtausbeute pro mA Strom), bessere Temperaturstabilität und eine gesättigtere, tiefere rote Farbe (Hyper Rot vs. Standard Rot).
• vs. LCD-Anzeigen:LEDs sind selbstleuchtend, d.h. sie erzeugen ihr eigenes Licht, was sie im Dunkeln ohne Hintergrundbeleuchtung gut sichtbar macht. Sie haben auch eine viel schnellere Ansprechzeit und einen breiteren Betriebstemperaturbereich. Allerdings verbrauchen sie typischerweise mehr Leistung als reflektierende LCDs.
• vs. VFD (Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen):LEDs sind Festkörper, robuster, haben niedrigere Betriebsspannungen und benötigen keinen Glühfaden oder Hochspannungstreiberschaltungen. VFDs können eine andere Ästhetik und sehr weite Betrachtungswinkel bieten, sind aber im Allgemeinen komplexer anzusteuern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck des \"Lichtstärke-Abstimmungsverhältnisses\" von 2:1?
A: Diese Spezifikation garantiert, dass innerhalb einer einzelnen Anzeigeeinheit das dunkelste Segment nicht weniger als halb so hell wie das hellste Segment ist. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit der angezeigten Zahl und verhindert, dass einige Segmente merklich dunkler als andere erscheinen.

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A: Nein, Sie können sie nicht direkt anschließen. Der Mikrocontroller-Pin kann nicht genug Strom liefern oder aufnehmen (typischerweise 20-25mA pro Segment benötigt) und würde beschädigt werden. Sie müssen externe Transistoren (z.B. NPN-Transistoren auf der Kathodenseite oder PNP auf der Anodenseite) oder einen dedizierten LED-Treiber-IC verwenden. Darüber hinaus ist immer ein Vorwiderstand erforderlich.

F: Wie steuere ich die beiden Ziffern unabhängig voneinander?
A: Das Bauteil hat separate gemeinsame Anodenpins für Ziffer 1 (Pin 14) und Ziffer 2 (Pin 13). Um gleichzeitig unterschiedliche Zahlen auf jeder Ziffer anzuzeigen, müssen Sie sie multiplexen. Dies beinhaltet das schnelle Umschalten (z.B. bei 100Hz oder schneller), welche Ziffernanode mit Strom versorgt wird, während die entsprechenden Segmentdaten auf den gemeinsamen Kathodenleitungen präsentiert werden. Die Trägheit des Auges lässt beide Ziffern kontinuierlich eingeschaltet erscheinen.

F: Was bedeutet \"Hyper Rot\" im Vergleich zu Standard Rot?
A: Hyper Rot bezieht sich auf LEDs mit einer dominanten Wellenlänge typischerweise zwischen 620nm und 645nm, die ein tieferes, orangestichigeres Rot erzeugen im Vergleich zu den helleren, rötlicheren Standard-Rot-LEDs, die oft um 630nm oder darunter liegen. Es ist ein spezifischer Farbort innerhalb des roten Spektrums.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines einfachen digitalen Timers mit zwei Ziffern.
Das Ziel ist der Bau eines Countdown-Timers, der Minuten von 00 bis 99 anzeigt. Der Mikrocontroller (z.B. ein Arduino oder PIC) hat begrenzte I/O-Pins. Die Verwendung der LTD-5250JD in einer Multiplex-Konfiguration ist effizient. Zwei NPN-Transistoren (oder ein Dual-Transistor) würden verwendet, um die +5V-Versorgung zu den beiden gemeinsamen Anodenpins (Pins 13 & 14) unter Mikrocontrollersteuerung zu schalten. Die acht Segmentkathoden (7 Segmente + Dezimalpunkt, obwohl der DP möglicherweise nicht verwendet wird) würden über acht Vorwiderstände (berechnet für ~15-20mA Ansteuerung) und möglicherweise über einen einzelnen 8-Kanal-Senken-Treiber-IC (wie einen 74HC595-Schieberegister oder ein ULN2003-Array) mit dem Mikrocontroller verbunden, um die Pinanzahl weiter zu reduzieren. Die Firmware würde einen Zähler führen, die Zehner- und Einerstellen in 7-Segment-Muster umwandeln und abwechselnd Ziffer 1 und Ziffer 2 aktivieren, während das entsprechende Segmentmuster ausgegeben wird, um eine stabile zweistellige Anzeige zu erzeugen.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTD-5250JD basiert auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitertechnologie. Dieses Material ist ein direkter Bandlückenhalbleiter, der epitaktisch auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen wird, das in diesem Fall nicht transparent ist. Wenn eine Durchlassspannung, die die Bandlückenenergie des Materials überschreitet, über den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die im hyperroten Bereich (~639-650 nm) liegt. Die graue Frontplatte fungiert als kontrastverstärkender Filter, und die Segmente werden durch die strukturierten LED-Chips hinter den weißen Markierungen gebildet. Die gemeinsame Anodenkonfiguration ist ein Standarddesign, das die Treiberelektronik für mehrstellige Anzeigen vereinfacht.

12. Technologietrends

Während Siebensegment-LED-Anzeigen eine robuste und kostengünstige Lösung für numerische Anzeigen bleiben, entwickeln sich breitere Trends in der Displaytechnologie weiter. Es gibt einen allgemeinen Trend zu höherer Integration, wobei Treiberelektronik zunehmend in Anzeigemodule eingebettet wird. Die Effizienz von AlInGaP und verwandten Materialien (wie InGaN für Blau/Grün) verbessert sich kontinuierlich, was hellere Anzeigen bei niedrigeren Strömen oder die Verwendung kleinerer Chips ermöglicht. Oberflächenmontage-Bauteile (SMD) werden für die automatisierte Montage immer häufiger, obwohl Durchsteckdisplays wie dieses aufgrund ihrer Robustheit und einfachen Handlötbarkeit für Prototyping, Reparatur und bestimmte industrielle Anwendungen bestehen bleiben. Darüber hinaus bieten der Aufstieg organischer LED (OLED) und flexibler Displaytechnologien alternative Formfaktoren, aber für einfache, hochhelle, kostengünstige numerische Anzeigen bleibt die traditionelle LED-Technologie wie das hier verwendete AlInGaP hoch wettbewerbsfähig und zuverlässig.