LTC-5753JD-01 LED-Anzeige Datenblatt - 0,56-Zoll Zeichenhöhe - Hyper Rot (650nm) - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-5753JD-01 ist ein Hochleistungs-Vierfach-Sieben-Segment-Alphanumerik-Displaymodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung numerischer Daten über vier separate Ziffern, wobei jede Ziffer aus sieben einzeln ansteuerbaren LED-Segmenten plus einem Dezimalpunkt besteht. Das Bauteil ist für die Integration in Instrumententafeln, industrielle Steuerungssysteme, Prüfgeräte, Unterhaltungselektronik und jede Schnittstelle konzipiert, wo eine zuverlässige Mehrfach-Ziffernanzeige unerlässlich ist.

Der Kernvorteil dieser Anzeige liegt in der Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für die Hyperrot-LED-Chips. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Leuchtdichte im rot-orangen Spektrum bekannt. Die Anzeige verfügt über eine hellgraue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen erheblich verbessert und zu ihrem "ausgezeichneten Zeichenerscheinungsbild" beiträgt. Das Bauteil wird nach Leuchtdichte kategorisiert, um gleichmäßige Helligkeitswerte über Produktionschargen hinweg für eine einheitliche visuelle Leistung bei Mehrfachinstallationen sicherzustellen.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten Schlüsselparameter und erläutert deren Bedeutung für Design und Anwendung.

2.1 Photometrische und optische Kennwerte

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Die Schlüsselparameter werden unter standardisierten Testbedingungen (typischerweise Ta=25°C) gemessen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 200 µcd bis zu einem typischen Wert von 650 µcd bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1mA. Dieser Parameter quantifiziert die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit des beleuchteten Segments unter Verwendung eines Filters, der der CIE photopischen Empfindlichkeitskurve entspricht. Der hohe typische Wert gewährleistet gute Sichtbarkeit.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):650 Nanometer (nm). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung der LED ihr Maximum erreicht. Sie definiert die "Hyper Rot"-Farbeigenschaft.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):639 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die der vom menschlichen Auge wahrgenommenen Farbe des LED-Lichts am besten entspricht. Die Differenz zwischen Spitzen- und dominanter Wellenlänge ist für LEDs aufgrund der Form des Emissionsspektrums typisch.
• Spektrale Linienhalbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die Bandbreite des emittierten Lichts an, gemessen als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) der spektralen Leistungsverteilung. Ein Wert von 20 nm zeigt eine relativ reine, gesättigte rote Farbe an.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1. Dies ist ein kritischer Parameter für die Anzeigengleichmäßigkeit. Er legt fest, dass die Lichtstärke eines beliebigen Segments unter identischen Bedingungen (I_F=1mA) nicht mehr als doppelt so hoch sein darf wie die eines anderen Segments innerhalb desselben Bauteils. Dies gewährleistet eine ausgeglichene Helligkeit über alle Segmente einer Ziffer.

2.2 Elektrische und thermische Kennwerte

Diese Parameter definieren die elektrischen Betriebsgrenzen und Bedingungen für einen zuverlässigen und sicheren Einsatz.

• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typisch 2,6V, maximal 2,6V bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem LED-Segment, wenn es Strom führt. Er ist entscheidend für das Design der strombegrenzenden Schaltung in der Treiberstufe.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment (I_F):Maximal 25 mA bei 25°C. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an ein einzelnes Segment angelegt werden kann, ohne Gefahr einer Degradation. Das Datenblatt gibt einen Derating-Faktor von 0,33 mA/°C über 25°C an, was bedeutet, dass der maximal zulässige Strom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, um die Sperrschichttemperatur zu kontrollieren.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 90 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms erlaubt. Dies ermöglicht Multiplexing-Verfahren, bei denen ein höherer momentaner Strom verwendet wird, um eine wahrgenommene Helligkeit zu erreichen, während die durchschnittliche Verlustleistung innerhalb der Grenzen bleibt.
• Sperrspannung pro Segment (V_R):Maximal 5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zu einem sofortigen und katastrophalen Ausfall des LED-Übergangs führen.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 µA bei V_R=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die LED innerhalb ihrer maximalen Nennwerte in Sperrrichtung vorgespannt ist.
• Verlustleistung pro Segment (P_D):Maximal 70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die als Wärme in einem einzelnen Segment abgeführt werden kann. Das Überschreiten dieser Grenze, die hauptsächlich durch I_F* V_F bestimmt wird, kann zu Überhitzung und reduzierter Lebensdauer führen.

2.3 Absolute Maximalwerte und Umgebungsgrenzen

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen, auch nicht kurzzeitig, überschritten werden dürfen. Ein Betrieb außerhalb dieser Nennwerte kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil funktioniert garantiert innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs, obwohl elektrische Parameter wie der Durchlassstrom bei hohen Temperaturen möglicherweise gederated werden müssen.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil kann innerhalb dieses Bereichs ohne Betrieb gelagert werden.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist kritisch für Wellenlöt- oder Reflow-Prozesse, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Gehäuse zu verhindern.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet auf einen Produktions-Binning-Prozess hin. Während spezifische Bin-Codes in diesem Auszug nicht angegeben sind, umfasst die typische Kategorisierung für solche Anzeigen die Gruppierung von Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (z.B. I_F=1mA). Dies stellt sicher, dass Entwickler, die mehrere Anzeigen für ein einzelnes Produkt beschaffen, eine einheitliche Helligkeit über alle Einheiten hinweg erreichen können, was für professionell aussehende Endprodukte entscheidend ist. Es wird impliziert, dass andere Schlüsselparameter wie Durchlassspannung und dominante Wellenlänge ebenfalls innerhalb spezifizierter Toleranzen kontrolliert werden, um eine konsistente Leistung zu garantieren.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_Vvs. I_F):Zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom zunimmt, üblicherweise bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmung und Effizienzabfall in einer sublinearen Weise.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (V_Fvs. I_F):Demonstriert die exponentielle I-V-Kennlinie der Diode, entscheidend für den Entwurf von Konstantstromtreibern.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (I_Vvs. T_a):Veranschaulicht, wie die LED-Ausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt, und unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements.
• Spektrale Leistungsverteilung:Ein Graph, der die Intensität des emittierten Lichts über das Wellenlängenspektrum zeigt, zentriert um das 650nm-Maximum.

Diese Kurven ermöglichen es Entwicklern, die Leistung unter nicht-standardisierten Betriebsbedingungen vorherzusagen und ihre Treiberschaltungen für Effizienz und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen und Umriss

Die Gehäusezeichnung wird referenziert. Schlüsselmerkmale einer Standard-4-Ziffern-, 0,56-Zoll-Anzeige umfassen eine Gesamtmodulgröße, die vier nebeneinander angeordnete Ziffern beherbergt, einen Pinabstand, der mit Standard-DIP (Dual In-line Package)-Sockeln oder PCB-Footprints kompatibel ist, und eine Segmenthöhe von 14,2 mm. Das Merkmal "kontinuierliche gleichmäßige Segmente" deutet auf ein nahtloses Erscheinungsbild zwischen den Ziffern hin, oft erreicht durch eine einzige, geformte Frontplatte. Toleranzen für Abmessungen betragen typischerweise ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Das Bauteil hat eine 12-Pin-Konfiguration. Es verwendet eineGemeinsame KathodeMultiplexing-Architektur. Dies bedeutet, dass die Kathode (negative Seite) aller LEDs für eine bestimmte Ziffer intern miteinander verbunden sind, während die Anoden (positive Seite) für jeden Segmenttyp (A-G, DP) über alle Ziffern hinweg gemeinsam genutzt werden.

• Pins 6, 8, 9, 12:Dies sind die gemeinsamen Kathoden-Pins für Ziffer 4, Ziffer 3, Ziffer 2 bzw. Ziffer 1.
• Pins 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:Dies sind die Anoden-Pins für die Segmente E, D, DP, C, G, B, F bzw. A.

Der interne Schaltplan würde vier Sätze von sieben LEDs (plus DP) zeigen, deren Anoden mit den Segmentleitungen verbunden und deren Kathoden mit den jeweiligen Ziffernleitungen verbunden sind. Diese Struktur ist grundlegend für die Multiplexing-Antriebstechnik.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung des spezifizierten Lötprofils ist für die Zuverlässigkeit nicht verhandelbar. Der absolute Maximalwert für die Löttemperatur beträgt 260°C für 3 Sekunden. In der Praxis wird ein bleifreies Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur knapp unter diesem Maximum (z.B. 250°C) empfohlen, um einen Sicherheitsspielraum zu bieten. Der Messpunkt (1,6 mm unterhalb der Auflageebene) ist kritisch, da er die Temperatur an den Gehäuseanschlüssen darstellt, nicht unbedingt die Heißlufttemperatur im Reflow-Ofen. Längere Exposition gegenüber hoher Temperatur kann die internen Bonddrähte beschädigen, das LED-Epoxid verschlechtern oder Delamination verursachen. Manuelles Löten mit einem Lötkolben sollte schnell und mit ausreichender Wärmeableitung auf dem PCB-Pad durchgeführt werden. Richtige ESD (Elektrostatische Entladung)-Handhabungsverfahren sollten während der Montage stets befolgt werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die LTC-5753JD-01 ist fürmultiplexed (Multiplex)-Betriebkonzipiert. Eine typische Treiberschaltung beinhaltet einen Mikrocontroller oder einen dedizierten Displaytreiber-IC (z.B. MAX7219, TM1637). Der Treiber aktiviert sequentiell (zieht Strom zu Masse) jeweils eine Ziffernkathode, während er das korrekte Muster von Segmentanodenspannungen (über strombegrenzende Widerstände) für diese Ziffer anlegt. Dieser Zyklus wiederholt sich mit hoher Frequenz (typischerweise >100 Hz), wobei das Nachleuchten des Auges ausgenutzt wird, um alle vier Ziffern kontinuierlich beleuchtet erscheinen zu lassen. Diese Methode reduziert die erforderliche Anzahl von Treiberpins drastisch von 36 (4 Ziffern * 9 Segmente) auf nur 12 (8 Segmente + 4 Ziffern).

7.2 Designüberlegungen und Best Practices

• Strombegrenzungswiderstände:Essentiell für jede Segmentanodenleitung. Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung (V_CC), der LED-Durchlassspannung (V_F) und dem gewünschten Segmentstrom (I_F) berechnet. Formel: R = (V_CC- V_F) / I_F. Für Multiplexing ist I_FderSpitzenstrom, nicht der Durchschnittsstrom.
• Multiplexing-Frequenz und Tastverhältnis:Eine Frequenz, die hoch genug ist, um sichtbares Flackern zu vermeiden (üblicherweise >60-100 Hz), ist erforderlich. Das Tastverhältnis für jede Ziffer in einem 4-Ziffern-Multiplex beträgt 1/4 (25%). Um die gleiche wahrgenommene Helligkeit wie bei einer statisch angesteuerten LED mit Strom I zu erreichen, muss der Spitzenstrom während ihres aktiven Zeitfensters etwa 4I betragen. Dies muss gegen die Spitzenstrom-Nennwert (90mA) geprüft werden.
• Stromversorgungs-Entkopplung:Platzieren Sie einen 0,1µF-Keramikkondensator in der Nähe der Stromversorgungspins des Displaymoduls, um die gepulsten Stromanforderungen des Multiplexings zu glätten.
• Betrachtungswinkel:Das "weiter Betrachtungswinkel"-Merkmal ist vorteilhaft für Anwendungen, bei denen die Anzeige aus schrägen Positionen betrachtet werden kann. Die PCB-Montage sollte die beabsichtigten Sichtlinien des Benutzers berücksichtigen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP- oder GaP-roten LEDs bietet die AlInGaP-Hyperrot-LED eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom oder geringerem Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit führt. Die 650nm-Wellenlänge bietet eine lebendige, tiefrote Farbe. Im Vergleich zu gemeinsamen Anoden-Konfigurationen ist die gemeinsame Kathoden-Konfiguration oft bequemer mit modernen Mikrocontrollern zu verbinden, die besser darin sind, Strom zu senken (zu Masse) als zu liefern. Die 0,56-Zoll-Ziffernhöhe platziert sie in eine Kategorie, die für mittlere Betrachtungsentfernungen geeignet ist, größer als Miniatur-SMD-Anzeigen, aber kleiner als große frontmontierte Einheiten.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese Anzeige mit einer konstanten Gleichspannung ohne Multiplexing ansteuern?

A: Technisch ja, aber es ist höchst ineffizient und erfordert eine große Anzahl von I/O-Pins (einen pro Segment pro Ziffer). Multiplexing ist die vorgesehene und optimale Betriebsmethode.

F: Warum ist der Spitzenstrom-Nennwert so viel höher als der Dauerstrom-Nennwert?

A: Dies liegt an thermischen Grenzen. Während eines kurzen Pulses hat der LED-Übergang keine Zeit, sich signifikant zu erwärmen, was einen höheren momentanen Strom ermöglicht, ohne die maximale Sperrschichttemperatur zu überschreiten. Diese Eigenschaft wird beim Multiplexing ausgenutzt.

F: Was ist der Zweck des Lichtstärke-Abgleichverhältnisses?

A: Es garantiert visuelle Gleichmäßigkeit. Ohne diese Spezifikation könnte ein Segment (z.B. Segment A) in derselben Ziffer merklich heller oder dunkler sein als ein anderes (z.B. Segment D), was ein ungleichmäßiges, unprofessionelles Erscheinungsbild erzeugt.

F: Wie berechne ich den durchschnittlichen Stromverbrauch?

A: Für eine multiplexte Anzeige berechnen Sie die Leistung für ein Segment, wenn es leuchtet (I_{F_peak}* V_F), multiplizieren Sie mit der Anzahl der in einer typischen Ziffer leuchtenden Segmente (z.B. 7 für eine "8"), und multiplizieren Sie dann mit dem Tastverhältnis (1/4 für 4-Ziffern-Multiplex). Dies ergibt die durchschnittliche Leistung für eine Ziffer. Multiplizieren Sie mit 4 für die Gesamtmodulleistung. Denken Sie daran, den eigenen Verbrauch des Treiber-ICs einzubeziehen.

10. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung, die die Einschaltspannung der Diode (ca. 2,1-2,6V) überschreitet, über ein AlInGaP-LED-Segment angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) mit einer für die AlInGaP-Materialbandlücke charakteristischen Wellenlänge frei, die im Hyperrot-Bereich (~650nm) liegt. Die interne Schaltung ist in einer Matrix angeordnet (gemeinsame Kathode pro Ziffer, gemeinsame Anoden pro Segmenttyp), um Zeitmultiplexing zu ermöglichen, wobei zu jedem Zeitpunkt nur eine Ziffer elektrisch aktiv ist, aber alle aufgrund des schnellen sequentiellen Scannens beleuchtet erscheinen.

11. Branchenkontext und Trends

Anzeigen wie die LTC-5753JD-01 repräsentieren eine ausgereifte und zuverlässige Technologie. Während neuere Displaytechnologien wie OLEDs und hochauflösende Punktmatrix-LCDs mehr Flexibilität für Grafiken und benutzerdefinierte Schriftarten bieten, bleiben Sieben-Segment-LED-Anzeigen in Anwendungen dominant, die extreme Zuverlässigkeit, hohe Helligkeit, weite Betrachtungswinkel, niedrige Kosten und Einfachheit priorisieren – insbesondere in industriellen, automobilen und Außenumgebungen. Der Trend in diesem Segment geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), was geringeren Stromverbrauch und reduzierte Wärmeentwicklung ermöglicht, und hin zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für automatisierte Montage, obwohl Durchsteckgehäuse wie dieses für Prototyping, Reparatur und bestimmte robuste Anwendungen nach wie vor beliebt sind. Die Verwendung fortschrittlicher Halbleitermaterialien wie AlInGaP gegenüber älterem GaAsP ist ein direktes Ergebnis dieses effizienzgetriebenen Trends.