LTF-2502KG Siebensegment-LED-Anzeige Datenblatt - 0,26-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Leistung - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTF-2502KG ist ein fünfstelliges Siebensegment-LED-Anzeigemodul für numerische Anzeigeanwendungen. Es zeichnet sich durch eine Ziffernhöhe von 0,26 Zoll (6,8 mm) aus und bietet klare und gut lesbare Zeichen. Das Bauteil verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Chips, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind und für ihre hohe Effizienz und Helligkeit im grünen Spektrum bekannt sind. Die Anzeige bietet ein kontrastreiches Erscheinungsbild mit weißen leuchtenden Segmenten auf schwarzem Grund, was die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Die primären Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder, Messgeräte und alle Anwendungen, die eine kompakte, zuverlässige numerische Anzeige mit exzellenter visueller Leistung erfordern.

1.1 Hauptmerkmale

• Kompakte 0,26-Zoll (6,8 mm) Ziffernhöhe.
• Kontinuierliche und gleichmäßige Segmentbeleuchtung für ein einheitliches Zeichenbild.
• Geringer Stromverbrauch, geeignet für batteriebetriebene Geräte.
• Hervorragendes Zeichenbild mit hoher Helligkeit und Kontrast.
• Großer Betrachtungswinkel für Sichtbarkeit aus verschiedenen Positionen.
• Hohe Zuverlässigkeit durch Festkörperbauweise.
• Die Lichtstärke ist kategorisiert (gebinnt) für konsistente Leistung.
• Bleifreies Gehäuse, konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.2 Gerätekennzeichnung

Die Artikelnummer LTF-2502KG bezeichnet spezifisch eine Multiplex-Common-Anode-Anzeige mit AlInGaP grünen LEDs und einer rechtsseitigen Dezimalpunkt-Konfiguration. Diese Konfiguration ist für Multiplex-Treiberkreise optimiert, welche die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-I/O-Pins reduzieren.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der elektrischen und optischen Kenngrößen, die den Leistungsbereich der Anzeige definieren und das richtige Schaltungsdesign leiten.

2.1 Absolute Maximalwerte

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

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher als Wärme von einem einzelnen LED-Segment abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um sehr hohe momentane Helligkeit ohne Überhitzung zu erreichen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 50°C der maximale Dauerstrom etwa 25 mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 16,75 mA.
• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil funktioniert garantiert innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Lötbedingungen:Das Bauteil kann Wellenlöten standhalten, wobei sich der Lötpunkt 1/16 Zoll (≈1,6mm) unter der Auflageebene für 3 Sekunden bei 260°C befindet.

2.2 Elektrische & optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dies ist das primäre Maß für die Helligkeit.
  • MIN: 200 µcd, TYP: 540 µcd bei I_F= 1 mA.
  • TYP: 5940 µcd bei I_F= 10 mA. Dies zeigt die stark nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Lichtausbeute.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):571 nm (Typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist, was sie in den grünen Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (Typisch). Dies zeigt die spektrale Reinheit; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):572 nm (Typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die eng mit der Spitzenwellenlänge übereinstimmt.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,6V (Typisch), mit einer Toleranz von ±0,1V, bei I_F= 20 mA. Dies ist ein kritischer Parameter für das Design der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 µA (Maximal) bei V_R= 5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; ein Dauerbetrieb in Sperrrichtung ist verboten.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis:2:1 (Maximal). Dies gewährleistet Gleichmäßigkeit über alle Segmente hinweg, was bedeutet, dass das hellste Segment unter gleichen Treiberbedingungen nicht mehr als doppelt so hell wie das dunkelste Segment sein wird.
• Übersprechen:≤2,5%. Dies spezifiziert die maximale Menge an unbeabsichtigtem Lichtaustritt von einem nicht versorgten Segment, wenn ein benachbartes Segment leuchtet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Anzeige verwendet ein Binning-System für die Lichtstärke, um ein konsistentes Helligkeitsniveau innerhalb einer einzelnen Einheit und über mehrere Einheiten in einer Baugruppe zu garantieren. Die Bin-Codes (F, G, H, J, K) repräsentieren spezifische Bereiche der minimalen Lichtstärke in Mikrocandela (µcd), gemessen bei I_F= 1 mA.

• Bin F:200 - 320 µcd
• Bin G:321 - 500 µcd
• Bin H:501 - 800 µcd
• Bin J:801 - 1300 µcd
• Bin K:1301 - 2100 µcd

Design-Implikation:Für Anwendungen, die zwei oder mehr Anzeigen in einer Baugruppe verwenden, wird dringend empfohlen, Anzeigen aus demselben Bin-Code zu verwenden, um merkliche Helligkeitsunterschiede (Farbton-Ungleichmäßigkeit) zwischen ihnen zu vermeiden.

4. Analyse der Leistungskennlinien

Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Kurven für ein solches Bauteil umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kurve wird eine Kniespannung von etwa 2,0-2,2V haben, nach der der Strom mit einem kleinen Anstieg der Spannung schnell zunimmt, was die Notwendigkeit der Stromregelung, nicht der Spannungsregelung, hervorhebt.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Eine Kurve, die zeigt, dass die Lichtausbeute bei niedrigeren Strömen überlinear mit dem Strom ansteigt und bei höheren Strömen in die Sättigung gehen kann. Dies informiert über den Kompromiss zwischen Helligkeit und Effizienz/Verlustleistung.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, bei dem die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist entscheidend für das Design in Hochtemperaturumgebungen.
• Durchlassspannung vs. Umgebungstemperatur:Zeigt üblicherweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass V_Fleicht abnimmt, wenn die Temperatur steigt.
• Spektrale Verteilung:Eine glockenförmige Kurve, zentriert um 571-572 nm, mit einer Breite, die durch die 15 nm Halbwertsbreite definiert ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige hat einen Standard-Dual-Inline-Gehäuse-Fußabdruck. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm).
• Allgemeine Toleranz ist ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Pinspitzen-Verschiebungstoleranz ist ±0,4 mm.
• Fehlergrenzen auf der Anzeigefläche: Fremdmaterial ≤10 mils, Tintenverschmutzung ≤20 mils, Blasen im Segment ≤10 mils.
• Biegung des Reflektors ist auf ≤1% seiner Länge begrenzt.
• Der empfohlene Leiterplatten-Lochdurchmesser für die Pins ist 1,0 mm.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Die LTF-2502KG ist einMultiplex-Common-AnodeBauteil. Dies bedeutet, dass die Anoden der LEDs für jede Ziffer intern miteinander verbunden sind, während die Kathoden für jeden Segmenttyp (A-G, DP) über die Ziffern hinweg verbunden sind.

Pinbelegung (16-polig DIP):

• Pin 1: Kathode E
• Pin 2: Kathode D
• Pin 3: Kathode DP (Dezimalpunkt)
• Pin 4: Gemeinsame Anode für Ziffer 3
• Pin 6: Kathode G
• Pin 8: Kathode C
• Pin 10: Gemeinsame Anode für Ziffer 5
• Pin 11: Gemeinsame Anode für Ziffer 4
• Pin 12: Kathode B
• Pin 13: Kathode F
• Pin 14: Gemeinsame Anode für Ziffer 2
• Pin 15: Kathode A
• Pin 16: Gemeinsame Anode für Ziffer 1
• Pin 5, 7, 9: Nicht verbunden (N/C)

Interne Schaltung:Das interne Diagramm würde fünf gemeinsame Anodenknoten (einen pro Ziffer) zeigen, die jeweils mit den Anoden von 7 Segmenten (A-G) und dem Dezimalpunkt (DP) für diese spezifische Ziffer verbunden sind. Die Kathode jedes Segmenttyps (z.B. alle 'A'-Segmente) ist über alle fünf Ziffern hinweg miteinander verbunden.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Wellenlötprofil

Ein empfohlenes Wellenlöt-Temperaturprofil wird bereitgestellt. Wichtige Parameter umfassen:

• Eine Vorwärmstufe auf eine Temperatur zwischen 100-110°C für mindestens 2 Minuten, um thermischen Schock zu reduzieren.
• Eine Spitzenlöttemperatur im Bereich von 250-260°C.
• Die Zeit innerhalb von 5°C dieser Spitzentemperatur sollte 3 bis 5 Sekunden betragen, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung ohne Beschädigung des Bauteils sicherzustellen.

7. Anwendungsvorschläge & Designüberlegungen

7.1 Design- und Verwendungshinweise

Diese Punkte sind entscheidend für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb:

• Treiber-Schaltungsdesign:Konstantstrom-Treiben wird gegenüber Konstantspannung dringend empfohlen, um konsistente Helligkeit zu gewährleisten und die LEDs zu schützen. Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den gesamten Bereich der Durchlassspannung (V_F= 2,5V bis 2,7V) aufnehmen kann.
• Schutz:Die Treiberschaltung muss Schutz gegen Sperrspannungen und transiente Spannungsspitzen während des Einschaltens/Ausschaltens enthalten, da diese Metallmigration und Ausfall verursachen können.
• Thermisches Management:Der Betriebsstrom muss entsprechend der maximalen Umgebungstemperatur reduziert werden. Das Überschreiten von Strom- oder Temperaturgrenzwerten führt zu schwerwiegender Lichtausbeute-Verschlechterung und vorzeitigem Ausfall.
• Umwelt:Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchten Umgebungen, um Kondensation auf der Anzeige zu verhindern.
• Mechanisch:Wenden Sie während der Montage keine abnormale Kraft auf das Anzeigekörper an. Wenn eine dekorative Folie angebracht wird, vermeiden Sie, dass sie direkt gegen ein Frontpanel drückt, da sie sich verschieben könnte.
• Binning für Mehrfachanzeigen:Wie angegeben, verwenden Sie Anzeigen aus demselben Lichtstärke-Bin für ein einheitliches Erscheinungsbild.

7.2 Lagerbedingungen

Um Pin-Oxidation zu verhindern und die Lötbarkeit aufrechtzuerhalten:

• Empfohlen:Lagerung in der original feuchtigkeitsdichten Verpackung.
• Temperatur:5°C bis 30°C.
• Luftfeuchtigkeit:Unter 60% relative Luftfeuchtigkeit.
• Lagerverwaltung:Vermeiden Sie die Langzeitlagerung großer Mengen. Verwenden Sie First-In-First-Out (FIFO) Prinzipien. Produkte, die außerhalb dieser Bedingungen gelagert wurden, müssen möglicherweise vor der Verwendung neu aufbereitet werden.

8. Typische Anwendungsszenarien

Die LTF-2502KG eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die klare, zuverlässige numerische Anzeige erfordern:

• Test- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile.
• Industriesteuerungen:Prozesstimer, Zähleranzeigen, Temperaturanzeigen an Maschinen.
• Unterhaltungselektronik:Audio-Geräte (Verstärker-Lautstärke/Anzeigen), Küchengeräte-Timer.
• Automobil-Zubehör:Instrumente und Anzeigen für Leistungsüberwachung (wo Umgebungsspezifikationen erfüllt sind).
• Medizinische Geräte:Einfache Parameteranzeigen auf nicht-kritischen Geräten (für sicherheitskritische Anwendungen den Hersteller konsultieren).

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu anderen Siebensegment-Anzeigetechnologien:

• vs. Rote GaAsP/GaP LEDs:AlInGaP grüne LEDs bieten im Allgemeinen höhere Lumenausbeute und Helligkeit, was zu besserer Sichtbarkeit und potenziell geringerem Stromverbrauch bei gleicher wahrgenommener Helligkeit führt.
• vs. LCDs:LEDs sind selbstleuchtend, liefern ihr eigenes Licht, was sie bei schlechten Lichtverhältnissen weit überlegen macht und größere Betrachtungswinkel ohne Hintergrundbeleuchtungskomplexität bietet. Sie sind im Allgemeinen auch robuster und haben eine schnellere Ansprechzeit.
• vs. Größere Ziffernanzeigen:Die 0,26-Zoll-Größe bietet einen Kompromiss zwischen Lesbarkeit und Platzeinsparung auf der Leiterplatte, was sie ideal für kompakte Geräte macht, bei denen eine größere Anzeige unpraktisch wäre.
• Hauptvorteil dieses Bauteils:Die Kombination aus AlInGaP-Technologie (für Effizienz), Multiplex-Common-Anode-Konfiguration (für Treibervereinfachung) und kategorisierter Lichtstärke (für Konsistenz) macht es zu einer ausgewogenen Wahl für kostenbewusste, serienproduzierte Designs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

1. F: Warum wird Konstantstrom-Treiben empfohlen, anstatt einen einfachen Widerstand mit einer Spannungsquelle zu verwenden?
   A: Während ein Serienwiderstand üblich ist, bietet er eine unvollkommene Regelung, weil die Durchlassspannung der LED (V_F) sich mit der Temperatur und zwischen einzelnen Einheiten ändert. Eine Konstantstromquelle stellt sicher, dass der Strom (und somit die Helligkeit) stabil bleibt, unabhängig von diesen V_F-Schwankungen, was zu gleichmäßigerer und zuverlässigerer Leistung führt.
2. F: Kann ich diese Anzeige direkt mit einem Mikrocontroller ansteuern?
   A: Für Multiplexing ja, aber nicht direkt für den Segmentstrom. Mikrocontroller-Pins haben eine begrenzte Stromquellen-/Senken-Fähigkeit (typisch 20-25mA). Sie müssen externe Treiber (Transistoren oder spezielle LED-Treiber-ICs) verwenden, um den Segmentstrom (bis zu 25mA Dauerstrom pro Segment) und den höheren kumulativen Ziffernanodenstrom zu bewältigen.
3. F: Was bedeutet das 2:1 Lichtstärke-Anpassungsverhältnis für mein Design?
   A: Es bedeutet, dass im schlimmsten Fall ein Segment doppelt so hell wie ein anderes Segment auf derselben Anzeige sein könnte, wenn es identisch angesteuert wird. Gutes Leiterplatten-Layout (gleiche Leiterbahnlängen/Widerstände) und ordnungsgemäße Stromregelung helfen, sichtbare Unterschiede zu minimieren. Für kritische Anwendungen ist eine Software-Helligkeitskalibrierung pro Segment eine Option.
4. F: Die Lagerluftfeuchtigkeit liegt unter 60% RH. Was passiert, wenn sie in einer feuchteren Umgebung gelagert wird?
   A: Hohe Luftfeuchtigkeit kann zu Oxidation der Zinn/bleifreien Beschichtung auf den Pins führen, was zu schlechter Lötbarkeit führt, wenn das Bauteil schließlich verwendet wird. Dies kann fehlerhafte Lötstellen während der Montage verursachen.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Design eines einfachen 5-stelligen Timers.

1. Mikrocontroller-Auswahl:Wählen Sie einen MCU mit genügend I/O-Pins. Für eine 5-stellige, 7-Segment + DP Multiplex-Anzeige benötigen Sie 5 Pins für die Ziffernanoden und 8 Pins für die Segmentkathoden, insgesamt 13 Steuerleitungen.
2. Treiber-Schaltung:Verwenden Sie ein Low-Side-Treiber-Array (z.B. ein ULN2003A Darlington-Transistor-Array), um den Strom für die 8 Kathodenleitungen zu senken. Verwenden Sie einzelne NPN-Transistoren oder einen High-Side-Treiber, um den Strom für die 5 Anodenleitungen zu liefern.
3. Stromeinstellung:Bestimmen Sie die erforderliche Helligkeit. Für den Innenbereich könnten 5-10mA pro Segment ausreichend sein. Berechnen Sie die strombegrenzenden Widerstände für die Anodentreiber oder konfigurieren Sie Ihren Konstantstrom-Treiber-IC entsprechend, wobei Sie daran denken, für die maximale Umgebungstemperatur zu reduzieren.
4. Multiplexing-Software:Schreiben Sie eine Firmware, die jede Ziffer durchläuft, ihre Anode einschaltet und das entsprechende Kathodenmuster für den Wert dieser Ziffer setzt. Die Aktualisierungsrate sollte hoch genug sein (z.B. >100Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.
5. Leiterplatten-Layout:Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgungsleitungen zu den Anoden- und Kathodentreibern ausreichend breit sind. Halten Sie die Anzeige nahe an den Treibern, um die Leiterbahninduktivität zu minimieren.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die LTF-2502KG basiert auf Halbleiter-Elektrolumineszenz. Wenn eine Durchlassvorspannung, die das Sperrschichtpotential der Diode überschreitet, über den AlInGaP p-n-Übergang angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in die aktive Region injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphid-Schichten in der epitaktischen Struktur bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall grün bei ~572 nm. Das Siebensegment-Format wird erzeugt, indem einzelne LED-Chips (oder Chip-Arrays) in der Form von standardmäßigen numerischen Segmenten platziert werden, die dann elektrisch in einer Common-Anode-Multiplex-Matrix verbunden sind, um externe Verbindungen zu minimieren.

13. Technologietrends

Trends in der Siebensegment-LED-Anzeigetechnologie konzentrieren sich auf mehrere Schlüsselbereiche:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft bei AlInGaP und der Aufstieg von InGaN (für blau/grün/weiß) zielen darauf ab, höhere Lumen pro Watt zu erreichen, was hellere Anzeigen oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Miniaturisierung:Es gibt einen ständigen Drang zu kleineren Pixelabständen und höherer Dichte, was mehr Ziffern oder Informationen auf demselben Fußabdruck erlaubt, obwohl der 0,2"-0,5"-Bereich für die Lesbarkeit aus menschlicher Sicht beliebt bleibt.
• Integration:Immer mehr Anzeigen integrieren den Treiber-IC und manchmal sogar einen einfachen Controller (z.B. für Uhrfunktionen) in das Modulgehäuse, was das Schaltungsdesign des Endnutzers vereinfacht.
• Verbesserte Zuverlässigkeit & Robustheit:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien und Epoxidharzen erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit, thermische Zyklen und mechanische Belastung und erweitern den Bereich der Betriebsumgebungen.
• Farboptionen & RGB:Während einfarbige Anzeigen wie diese grüne vorherrschend sind, wächst der Einsatz von mehrfarbigen oder vollständigen RGB-Anzeigen in Segmenten, was Statusanzeige (z.B. grün für normal, rot für Alarm) innerhalb derselben Ziffer ermöglicht.

Trotz der Verbreitung von Punktmatrix- und OLED-Grafikanzeigen bleibt die Siebensegment-LED eine äußerst kosteneffektive, zuverlässige und leicht lesbare Lösung für dedizierte numerische Ausgabe, was ihre fortgesetzte Relevanz im Elektronikdesign sicherstellt.