LTC-5675KG LED-Anzeige Datenblatt - 0,52-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-5675KG ist ein vierstelliges, siebensegmentiges alphanumerisches Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, klare, gut sichtbare numerische und begrenzte alphanumerische Informationen in verschiedenen elektronischen Geräten und Messinstrumenten bereitzustellen. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Chips, die auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat montiert sind, welches für die Erzeugung von hocheffizientem grünem Licht bekannt ist. Die Anzeige verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, die einen ausgezeichneten Kontrast für die beleuchteten grünen Segmente bietet. Dieses Design ist für Anwendungen konzipiert, die zuverlässige, festkörperbasierte numerische Anzeigen mit geringem Stromverbrauch und überlegener visueller Leistung erfordern, wie z.B. Industrie-Steuerpulte, Prüfgeräte, Haushaltsgeräte und Messinstrumente, bei denen mehrere Ziffern in kompakter Bauform benötigt werden.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Zifferngröße:0,52 Zoll (13,2 mm) Zeichenhöhe für gute Lesbarkeit.
• Segmentdesign:Durchgehend gleichmäßige Segmente für ein hervorragendes Zeichenbild und Ästhetik.
• Optische Leistung:Hohe Helligkeit und hoher Kontrast für klare Sichtbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen.
• Betrachtungswinkel:Breiter Betrachtungswinkel, der sicherstellt, dass die Anzeige auch aus schrägen Positionen lesbar ist.
• Energieeffizienz:Geringer Strombedarf, was sie für batteriebetriebene oder energiebewusste Anwendungen geeignet macht.
• Zuverlässigkeit:Festkörper-Zuverlässigkeit ohne bewegliche Teile, was zu einer langen Betriebsdauer führt.
• Qualitätskontrolle:Die Bauteile sind nach Lichtstärke kategorisiert, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen oder mehrteiligen Anwendungen ermöglicht.
• Umweltkonformität:Bleifreies Gehäuse, konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Detaillierte technische Spezifikationen

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

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Dies begrenzt den maximalen Dauerstrom basierend auf der Durchlassspannung.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 60 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1 kHz, 25 % Tastverhältnis). Dieser Wert gilt für Multiplexing oder kurze Stoßbedingungen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear um 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Beispielsweise wäre bei 85°C der maximal zulässige Dauerstrom ungefähr: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 5,2 mA.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V. Eine Überschreitung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Lötbedingungen:260°C für 3 Sekunden, mit der Maßgabe, dass dies 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Bauteils gemessen wird. Dies ist eine typische Richtlinie für Reflow-Profile.

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

Dies sind die typischen Betriebsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dies ist der zentrale Helligkeitsparameter.
  • Minimum: 320 µcd bei I_F= 1 mA
  • Typisch: 1050 µcd bei I_F= 10 mA
  • Maximum: 11550 µcd bei I_F= 10 mA. Die große Spanne von Minimum bis Maximum zeigt an, dass die Bauteile gebinnt (kategorisiert) sind. Entwickler müssen aus geeigneten Bins für gleichmäßige Helligkeit auswählen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):571 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dies liegt im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies zeigt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten grünen Lichts an.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):572 nm (typisch). Leicht unterschiedlich zur Spitzenwellenlänge ist dies die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe der Quelle wahrnimmt.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,1V (min), 2,6V (typisch) bei I_F=20mA. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Die Treiberschaltung muss genügend Spannung liefern, um diese V_F.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 µA bei V_R=5V. Ein niedriger Wert deutet auf eine gute Sperrschichtqualität hin.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1 für Segmente innerhalb des "ähnlichen Lichtbereichs". Das bedeutet, das hellste Segment sollte nicht mehr als doppelt so hell sein wie das dunkelste Segment innerhalb einer einzelnen Ziffer oder einer spezifizierten Gruppe, um visuelle Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.

Hinweis zur Messung:Die Lichtstärke wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entspricht, um sicherzustellen, dass die Werte der menschlichen Helligkeitswahrnehmung entsprechen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass die Bauteile "nach Lichtstärke kategorisiert" sind. Dies ist ein Binning-Prozess.

• Lichtstärke-Binning:Die große Streuung in der I_V-Spezifikation (320 bis 11550 µcd bei 10mA) impliziert, dass mehrere Helligkeits-Bins existieren. Hersteller testen und sortieren Komponenten basierend auf ihrer gemessenen Ausgangsleistung in Gruppen (Bins). Dies ermöglicht es Kunden, Teile mit garantierten Mindesthelligkeitsstufen (z.B. ein Bin mit I_V> 8000 µcd) für Hochhelligkeitsanwendungen oder Standard-Bins für kostenbewusste Designs zu erwerben. Die Verwendung von gebinnten Teilen ist entscheidend, um ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere Anzeigen oder Ziffern hinweg zu erreichen.
• Wellenlängen-Konsistenz:Obwohl nicht ausdrücklich als gebinnt angegeben, deuten die engen typischen Werte für λ_p(571 nm) und λ_d(572 nm) auf eine gute Prozesskontrolle hin, was zu einer konsistenten grünen Farbe über Produktionschargen hinweg führt.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung ableiten.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Dieser Graph würde die exponentielle Beziehung zeigen. Er ist entscheidend für die Bestimmung der erforderlichen Versorgungsspannung für einen gegebenen Treiberstrom und für die Berechnung der Verlustleistung (P = V_F* I_F).
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom ansteigt. Sie ist typischerweise nichtlinear, wobei der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei sehr hohen Strömen aufgrund von Erwärmung oft abnimmt. Das Datenblatt liefert diskrete Punkte bei 1mA und 10mA.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Für AlInGaP-LEDs nimmt die Lichtausbeute im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf von Anwendungen, die über den gesamten Temperaturbereich (-35°C bis +85°C) arbeiten, um ausreichende Helligkeit bei hohen Temperaturen sicherzustellen.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Intensität gegenüber der Wellenlänge zeigt, zentriert um 571-572 nm mit einer Halbwertsbreite von ~15 nm, bestätigt die grüne Farbausgabe.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein Standard-LED-Anzeigegehäuse. Die Maßzeichnung (referenziert, aber im Text nicht detailliert) würde typischerweise zeigen:

• Gesamtlänge, -breite und -höhe des Moduls.
• Abstand zwischen den Ziffern (Pitch).
• Segmentabmessungen und -abstände.
• Anschluss (Pin)-Abstand, -länge und -durchmesser. Der Hinweis besagt, dass alle Maße in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm angegeben sind, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Die LTC-5675KG ist einBauteil mit gemeinsamer Anode. Das bedeutet, die Anoden aller LEDs für jede Ziffer sind intern miteinander verbunden und auf einen einzelnen Pin pro Ziffer herausgeführt (Pins 10-13: Ziffer 1-4 Anode). Die Kathoden für jedes Segment (A-G, DP) sind über alle Ziffern hinweg gemeinsam geschaltet und mit ihren jeweiligen Pins verbunden (Pins 27-30, 35-37 für Segmente A-G; Pins 31-34 für Dezimalpunkte). Diese Konfiguration ist ideal für Multiplexing.

Multiplexing-Betrieb:Um eine Zahl anzuzeigen, würde ein Mikrocontroller:

1. Das Muster der Segmentkathoden (A-G) für das gewünschte Zeichen setzen.
2. Den gemeinsamen Anoden-Pin für die spezifische Ziffer, auf der das Zeichen erscheinen soll, EINSCHALTEN (Spannung anlegen).
3. Sequentiell mit hoher Frequenz (z.B. 100Hz+) durch die Anode jeder Ziffer zyklisieren, wodurch der Eindruck entsteht, dass alle Ziffern gleichzeitig leuchten. Dies reduziert die erforderlichen Treiber-Pins und den Stromverbrauch im Vergleich zur statischen Ansteuerung erheblich.

Internes Schaltbild:Das referenzierte Diagramm bestätigt visuell die gemeinsame Anode, die Multiplex-Architektur, und zeigt die vier Ziffernanoden und die sieben+1 Segmentkathoden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Reflow-Löten:Die spezifizierte Bedingung ist 260°C für 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb des Bauteilkörpers. Dies entspricht typischen bleifreien Reflow-Profilen (Spitzentemperatur 245-260°C).
• Vorsichtsmaßnahmen:
  • Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlüsse während der Handhabung.
  • Stellen Sie sicher, dass die Anzeige vor oder nach dem Löten keiner Temperatur ausgesetzt wird, die die maximale Lagertemperatur überschreitet.
  • Befolgen Sie während der Handhabung die üblichen ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung).
• Lagerbedingungen:Lagern Sie innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" führen könnte.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Industrielle Messtechnik:Pultmessgeräte, Prozessregler, Timer-Anzeigen.
• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile.
• Konsumenten-/Kommerzielle Geräte:Mikrowellenherde, Audiogeräte, Kassenterminals.
• Automobil-Nachrüstmarkt:Instrumente und Anzeigen, bei denen hohe Helligkeit für Tageslichtsichtbarkeit benötigt wird.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:VERWENDEN Sie IMMER Reihen-Strombegrenzungswiderstände für jede Segmentkathode oder Ziffernanode (abhängig vom Ansteuerungsschema). Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_Versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, V_F=2,6V und I_F=10mA: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω.
• Multiplexing-Treiber:Verwenden Sie einen Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder dedizierte LED-Treiber-ICs (z.B. MAX7219, TM1637), die Multiplexing und Stromregelung übernehmen. Treiber-ICs vereinfachen das Design und bieten oft Helligkeitsregelung.
• Verlustleistung:Berechnen Sie die Gesamtleistung, insbesondere wenn während des Multiplexings alle Segmente mehrerer Ziffern gleichzeitig angesteuert werden. Stellen Sie sicher, dass die Nennwerte nicht überschritten werden, und berücksichtigen Sie das thermische Management bei Betrieb in hoher Umgebungstemperatur.
• Helligkeitsabgleich:Für die besten visuellen Ergebnisse geben Sie einen Lichtstärke-Bin bei Ihrem Lieferanten an, insbesondere wenn Sie mehrere Anzeigen verwenden.
• Betrachtungswinkel:Der breite Betrachtungswinkel ermöglicht eine flexible Montage, aber berücksichtigen Sie während des mechanischen Designs die primäre Sichtlinie des Benutzers.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs oder gefilterten Glühlampenanzeigen bietet die AlInGaP-Technologie in der LTC-5675KG:

• Höhere Effizienz und Helligkeit:AlInGaP bietet eine überlegene Lichtausbeute, was zu helleren Anzeigen bei niedrigeren Strömen führt.
• Bessere Farbsättigung:Die grüne Farbe ist typischerweise reiner und lebendiger.
• Verbesserte Zuverlässigkeit:Festkörper-LEDs haben eine viel längere Lebensdauer als Glühlampen- oder Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen (VFDs).
• Geringerer Stromverbrauch:Essentiell für tragbare und batteriebetriebene Geräte.
• Im Vergleich zu einigen modernen blauen Chips + Phosphor weißen LEDs, die hinter Filtern verwendet werden, ist AlInGaP-Grün für monochromatische grüne Anwendungen oft effizienter.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

1. F: Was ist der Unterschied zwischen "Spitzenwellenlänge" und "dominanter Wellenlänge"?
   
   A: Die Spitzenwellenlänge ist die einzelne Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die der wahrgenommenen Farbe der Quelle entsprechen würde. Sie sind oft nahe beieinander, aber nicht identisch, wobei die dominante Wellenlänge für die menschliche Wahrnehmung relevanter ist.
2. F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ohne Treiber-IC ansteuern?
   
   A: Möglicherweise, aber mit Vorsicht. Die typische V_Fbeträgt 2,6V bei 20mA. Bei 3,3V beträgt der Spannungsabstand für den Strombegrenzungswiderstand nur 0,7V. Für einen Strom von 10mA benötigen Sie einen 70Ω-Widerstand. Dies ist machbar, aber Schwankungen in V_Fund der Versorgungsspannung könnten zu erheblichen Stromschwankungen führen. Ein dedizierter LED-Treiber oder Transistor-Puffer ist robuster.
3. F: Warum wird der Dauerstrom mit der Temperatur heruntergesetzt?
   
   A: Wenn die LED-Sperrschichttemperatur steigt, sinkt ihre interne Effizienz und das Risiko eines thermischen Durchgehens steigt. Das Heruntersetzen des Stroms verhindert eine übermäßige Wärmeentwicklung, gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit und verhindert Helligkeitsabfall oder Ausfall.
4. F: Was bedeutet "nach Lichtstärke kategorisiert" für mein Design?
   
   A: Es bedeutet, dass Sie mit Ihrem Distributor zusammenarbeiten sollten, um einen spezifischen Helligkeits-Bin auszuwählen (z.B. einen minimalen I_V-Wert). Wenn Sie dies nicht tun, erhalten Sie möglicherweise Teile aus verschiedenen Bins, was zu merklichen Helligkeitsunterschieden zwischen Ziffern oder zwischen verschiedenen Einheiten Ihres Produkts führt.

10. Design- und Anwendungs-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines 4-stelligen DC-Spannungs-Pultmessgeräts.

1. Mikrocontroller-Auswahl:Wählen Sie einen MCU mit mindestens 12 digitalen I/O-Pins (4 Ziffernanoden + 7 Segmentkathoden + 1 Dezimalpunkt) oder verwenden Sie einen I/O-Expander.
2. Ansteuerschaltung:Implementieren Sie Multiplexing in der Firmware. Der MCU wird schnell durch die Ziffern 1-4 zyklisieren. Für jede Ziffer setzt er das Segmentmuster auf den Kathoden-Pins und aktiviert den entsprechenden Anoden-Pin über einen kleinen NPN-Transistor (da der Anodenstrom für eine voll beleuchtete Ziffer '8' 8 Segmente * 10mA = 80mA betragen könnte, was die meisten MCU-Pin-Grenzwerte überschreitet).
3. Strombegrenzung:Platzieren Sie acht 220Ω-Widerstände (einen für jede Segmentkathode A-G und DP). Dies begrenzt den Strom pro Segment auf ~10-11mA bei einer 5V-Versorgung und typischer V_F.
4. Helligkeitsregelung:Implementieren Sie bei Bedarf eine Software-PWM (Pulsweitenmodulation) auf der Ziffern-Einschaltzeit, um die Anzeige global zu dimmen.
5. Ergebnis:Eine kompakte, effiziente und helle Anzeige, die Spannungswerte von 0,000 bis 19,99V anzeigt, mit ausgezeichneter Lesbarkeit bei Innen- und Außenbeleuchtung dank der hochkontrastreichen, hellen AlInGaP-Segmente.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTC-5675KG basiert aufAlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Halbleitertechnologie. Dieses Materialsystem wird epitaktisch auf einemnicht transparenten GaAs (Galliumarsenid) Substrataufgewachsen. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang der AlInGaP-Schichten angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der Al-, In-, Ga- und P-Atome in der aktiven Schicht bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt. Für dieses Bauteil ist die Zusammensetzung so eingestellt, dass grünes Licht um 572 nm zentriert erzeugt wird. Das nicht transparente Substrat bedeutet, dass Licht hauptsächlich von der Oberseite des Chips emittiert wird, was für die segmentbasierte Anzeigestruktur geeignet ist. Die einzelnen LED-Chips sind drahtgebondet und innerhalb des Kunststoffgehäuses in das standardmäßige Siebensegmentmuster montiert.

12. Technologietrends und Kontext

AlInGaP-Technologie stellt eine ausgereifte und hochoptimierte Lösung für hocheffiziente rote, orange, gelbe und grüne LEDs dar. Im Anzeigelandschaft:

• Für monochrome Anzeigen:AlInGaP bleibt aufgrund seiner Effizienz und Farbreinheit eine erste Wahl für reines Grün, Rot und Gelb und übertrifft oft auf diese Farben gefilterte blaue Chips+Phosphor weiße LEDs.
• Marktkontext:Während Punktmatrix-OLEDs und TFT-LCDs bei Vollfarb- und Hochinformationsanzeigen dominieren, behalten Siebensegment-LED-Anzeigen wie die LTC-5675KG eine starke Position in Anwendungen, die einfache, sehr helle, kostengünstige, zuverlässige und stromsparende numerische Anzeigen erfordern.
• Zukünftige Entwicklungen:Trends umfassen weitere Effizienzverbesserungen, noch engere Helligkeits- und Farb-Binning für High-End-Anwendungen und die Integration von Treiberelektronik und Kommunikationsschnittstellen (wie I2C) direkt in das Anzeigemodul, was das Systemdesign vereinfacht. Die grundlegende Siebensegment-Bauform und AlInGaP-Technologie für Standardfarben werden jedoch voraussichtlich noch viele Jahre in ihren Zielanwendungen relevant bleiben.