LTC-5653KF 0,56-Zoll 4-stellige 7-Segment-LED-Anzeige Datenblatt - 14,22 mm Zeichenhöhe - Gelborange - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-5653KF ist ein hochleistungsfähiges, vierstelliges 7-Segment-LED-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, eine helle, gut lesbare Anzeige für Instrumente, Bedienfelder, Prüfgeräte und Unterhaltungselektronik bereitzustellen, bei denen die Darstellung numerischer Daten entscheidend ist.

Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung fortschrittlicher AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für die Leuchtchips. Dieses Materialsystem ist für seinen hohen Wirkungsgrad und seine ausgezeichnete Farbreinheit im Rot- bis Gelborange-Spektrum bekannt. Die Anzeige verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit erheblich verbessert, wenn die Segmente beleuchtet sind, insbesondere unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen.

Der Zielmarkt für diese Komponente umfasst Industrieautomation, medizinische Instrumentierung, Subdisplays für Automobilarmaturenbretter, Kassenterminals und Laborgeräte. Ihr Design priorisiert Zuverlässigkeit, lange Betriebsdauer und konsistente optische Leistung, was sie sowohl für kommerzielle als auch für industrielle Anwendungen geeignet macht.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C definiert. Die Schlüsselparameter sind:

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dies ist das Maß für die wahrgenommene Lichtleistung, die von einem Segment abgegeben wird. Der typische Wert beträgt 2222 µcd (Mikrocandela), wenn es mit einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA betrieben wird. Der garantierte Mindestwert beträgt 800 µcd. Diese hohe Helligkeit gewährleistet die Sichtbarkeit aus der Ferne und in gut beleuchteten Umgebungen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität erreicht. Für dieses Gelborange-Bauteil beträgt der typische Wert 611 nm (Nanometer). Dieser Parameter definiert den dominanten Farbpunkt des emittierten Lichts.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Dies beträgt 605 nm, was der Einzelwellenlängen-Eindruck der Farbe ist, die der tatsächlichen Farbausgabe der LED am nächsten kommt. Sie unterscheidet sich aufgrund der Form der spektralen Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges leicht von der Spitzenwellenlänge.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Dies beträgt 17 nm und zeigt die spektrale Reinheit des Lichts an. Eine schmalere Halbwertsbreite bedeutet eine gesättigtere, reine Farbe. Dieser Wert ist typisch für AlInGaP-Technologie und trägt zum deutlichen Gelborange-Farbton bei.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis:Spezifiziert als maximal 2:1 für ähnliche Lichtflächen. Dies bedeutet, dass der Helligkeitsunterschied zwischen zwei beliebigen Segmenten derselben Ziffer den Faktor zwei nicht überschreiten sollte, was ein gleichmäßiges Erscheinungsbild über die gesamte Anzeige gewährleistet.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für einen zuverlässigen Einsatz.

• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typischerweise 2,6 V bei I_F=20 mA, maximal 2,6 V. Dies ist der Spannungsabfall über einem LED-Segment, wenn es Strom führt. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung ausreichend Spannung bereitstellen kann, um diesen Abfall zu überwinden.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment (I_F):Der maximal empfohlene Gleichstrom für Dauerbetrieb beträgt 25 mA. Das Überschreiten dieses Wertes kann zu beschleunigtem Leistungsabfall und reduzierter Lebensdauer führen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Ein höherer Strom von 90 mA ist unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies ist nützlich für Multiplexing-Schemata, bei denen höhere momentane Helligkeit benötigt wird.
• Sperrspannung (V_R):Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt 5 V. Das Überschreiten kann zu sofortigem und katastrophalem Ausfall des LED-Übergangs führen.
• Sperrstrom (I_R):Typischerweise weniger als 100 µA bei der maximalen Sperrspannung von 5 V, was auf eine gute Übergangsqualität hinweist.
• Verlustleistung pro Segment:Begrenzt auf 70 mW. Dies wird berechnet als V_F* I_F. Das Einhalten dieses Limits ist für das thermische Management entscheidend.

2.3 Thermische und Umgebungsbewertungen

• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Dieser weite Bereich macht die Anzeige für raue Umgebungen geeignet, von eisiger Kälte bis zu heißen industriellen Umgebungen.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Strom-Derating:Der Dauer-Durchlassstrom muss linear von 25 mA bei 25°C abgeleitet werden. Das bedeutet, dass mit steigender Umgebungstemperatur über 25°C der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, um Überhitzung zu verhindern. Der Derating-Faktor beträgt 0,28 mA/°C.

3. Erklärung des Binning-Systems

Während das vorliegende Datenblatt kein mehrstufiges Binning-System für Parameter wie Wellenlänge oder Intensität explizit detailliert, spezifiziert es enge Bereiche für wichtige optische Eigenschaften. Die typischen Werte für Spitzenwellenlänge (611 nm) und dominante Wellenlänge (605 nm) deuten auf einen kontrollierten Fertigungsprozess hin. Die Lichtstärke hat einen definierten Mindestwert (800 µcd) und einen typischen Wert (2222 µcd), was darauf hindeutet, dass Bauteile gescreent werden, um die Mindestleistungsschwelle zu erfüllen. Für Anwendungen, die eine engere Farb- oder Helligkeitsabstimmung erfordern, sollten Benutzer den Hersteller bezüglich spezifischer Binning-Optionen konsultieren oder Bauteile aus derselben Produktionscharge auswählen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht bereitgestellt werden, würden Standard-LED-Kurven typischerweise Folgendes umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom. Sie ist nichtlinear, mit einem steilen Anstieg des Stroms, sobald die Durchlassspannung die Schwellenspannung des Übergangs (etwa 2 V für AlInGaP) überschreitet.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, bei sehr hohen Strömen jedoch aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sublinear werden kann.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Für AlInGaP-LEDs nimmt die Lichtausgabe im Allgemeinen mit steigender Temperatur ab. Diese Kurve ist entscheidend für die Entwicklung von Systemen, die über den gesamten Temperaturbereich arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die einen Peak bei etwa 611 nm mit einer charakteristischen Breite (Δλ) von 17 nm zeigt.

Entwickler sollten diese Kurven verwenden, um geeignete Treiberströme für die gewünschte Helligkeit bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen und die Spannungsanforderungen der Treiberschaltung zu verstehen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist ein Durchsteckbauelement mit einem standardmäßigen 12-poligen Dual-Inline-Gehäuse.

• Ziffernhöhe:0,56 Zoll (14,22 mm). Dies definiert die physikalische Größe jedes numerischen Zeichens.
• Gehäuseabmessungen:Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben. Die allgemeine Toleranz für mechanische Abmessungen beträgt ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein spezieller Hinweis erwähnt eine Pinspitzenverschiebungstoleranz von +0,4 mm, was für die PCB-Lochplatzierung und Wellenlötprozesse wichtig ist.
• Polaritätskennzeichnung:Das Bauteil verwendet eine Common-Anode-Konfiguration. Das interne Schaltbild (referenziert, aber nicht gezeigt) würde detaillieren, wie die Anoden aller Segmente jeder Ziffer intern miteinander verbunden sind und wie die Kathoden für einzelne Segmente auf separate Pins herausgeführt werden. Diese Konfiguration ist für Multiplex-Treiber üblich.
• Pinbelegung:Die Pinbelegung ist klar definiert: Die Pins 6, 8, 9 und 12 sind die gemeinsamen Anoden für die Ziffern 4, 3, 2 bzw. 1. Die verbleibenden Pins sind Kathoden für spezifische Segmente (A-G und DP) der Ziffer 1. Für eine vollständige vierstellige Anzeige sind die Segmentkathoden wahrscheinlich intern über die Ziffern hinweg verbunden (z.B. teilen sich alle 'A'-Segmente einen Kathodenpin), ein Detail, das im internen Schaltbild bestätigt würde.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt gibt spezifische Lötbedingungen an, um Schäden während der Montage zu verhindern.

• Wellen- oder Handlöten:Die empfohlene Bedingung ist das Löten bei 260°C für maximal 3 Sekunden, wobei die Lötspitze mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäusekörpers positioniert wird. Dies verhindert, dass übermäßige Hitze die Anschlüsse hinaufwandert und die internen LED-Chips und Bonddrähte beschädigt.
• Allgemeine Vorsichtsmaßnahme:Die Temperatur der LED-Einheit selbst während des Montageprozesses darf ihre maximale Temperaturbewertung (105°C Betrieb, vermutlich ähnlich für kurzfristige Belastung beim Löten) nicht überschreiten.
• Lagerbedingungen:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-35°C bis +105°C) in einer trockenen Umgebung gelagert werden. Feuchtigkeitsempfindliche Bauteile sollten bis zur Verwendung in versiegelten Beuteln mit Trockenmittel aufbewahrt werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die primäre Bauteilnummer ist LTC-5653KF. Diese Nummer kodiert Schlüsselattribute: wahrscheinlich die Serie (LTC), Größe/Typ (5653) und Farbe/Merkmal (KF für Gelborange mit Dezimalpunkt rechts). Das Datenblatt spezifiziert keine Details zur Großverpackung (z.B. Röhrchen, Tablett oder Spulenmengen). Für die Produktion müssen Benutzer den Lieferanten für spezifische Verpackungsoptionen, Spulengrößen und Bandabmessungen kontaktieren, die mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel sind.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Industrielle Timer und Zähler:Zur Anzeige von Prozesszeiten, Produktionszählern oder Maschinenbetriebsstunden.
• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile und Sensoranzeigen.
• Haushaltsgeräte:Mikrowellenherde, Waschmaschinen, Audioverstärker (für Lautstärkepegel oder Senderfrequenz).
• Automobil-Nachrüstdisplays:Anzeigen für Spannung, Temperatur oder Drehzahl in Sonderanfertigungen.

8.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Aufgrund der Common-Anode-Konfiguration ist ein geeigneter Treiber-IC (wie ein 7-Segment-Decoder/Treiber oder ein Mikrocontroller mit ausreichender Stromquellenfähigkeit) erforderlich. Die Anoden werden auf Vcc geschaltet, während die Kathoden auf Masse gezogen werden, um ein Segment einzuschalten.
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Kathodenleitung (oder möglicherweise für jede gemeinsame Anode in einer Multiplex-Konfiguration) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert (z.B. 10-20 mA) einzustellen. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_versorgung- V_F) / I_F.
• Multiplexing:Für eine 4-stellige Anzeige wird fast immer Multiplexing verwendet, um die Pinanzahl auf dem Controller zu minimieren. Dies beinhaltet das schnelle zyklische Einschalten der gemeinsamen Anode jeder Ziffer, während gleichzeitig die Segmentdaten für diese Ziffer auf den gemeinsamen Kathodenleitungen präsentiert werden. Die Trägheit des Auges erzeugt die Illusion, dass alle Ziffern gleichzeitig eingeschaltet sind. Die Spitzenstrombewertung (90 mA) ermöglicht einen höheren Momentanstrom während des kurzen Multiplex-Pulses, um eine durchschnittliche Helligkeit zu erreichen.
• Betrachtungswinkel:Der weite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, bei denen die Anzeige möglicherweise von der Seite betrachtet wird.

9. Technischer Vergleich

Die primäre Unterscheidung der LTC-5653KF liegt in ihrer AlInGaP-Technologie und ihrer spezifischen mechanischen Bauform.

• vs. Standard GaP- oder GaAsP-LEDs:AlInGaP bietet einen deutlich höheren Lichtwirkungsgrad und eine bessere Farbsättigung im Rot-Orange-Gelb-Spektrum, was zu helleren Anzeigen mit geringerem Stromverbrauch bei gleicher wahrgenommener Helligkeit führt.
• vs. SMD (Surface Mount Device) Displays:Dies ist ein Durchsteckbauelement. Im Vergleich zu SMD-7-Segment-Anzeigen ist es einfacher zu prototypisieren und wird für bestimmte Anwendungen als robuster wahrgenommen, erfordert jedoch mehr PCB-Platz und manuelles oder Wellenlöten.
• vs. Andere Farben:Die Gelborange-Farbe (605-611 nm) bietet eine deutliche Ästhetik und kann in schwach beleuchteten Umgebungen angenehmer für die Augen sein als helle rote oder grüne Anzeigen, bei gleichbleibend hoher Sichtbarkeit.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

• F: Was ist der Zweck der in der Beschreibung erwähnten "grauen Frontplatte und weißen Segmente"?
  
  A: Dies ist ein kosmetischer Filter. Die graue Frontplatte reduziert die Reflektivität des inaktiven Anzeigebereichs und verbessert den Kontrast. Die weißen Segmentmarkierungen helfen, das emittierte gelborange Licht gleichmäßig über das Segment zu streuen, wenn es beleuchtet ist, und erzeugen so ein einheitliches Erscheinungsbild.
• F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
  
  A: Nein, nicht direkt. Die Durchlassspannung beträgt etwa 2,6 V, daher könnte ein 5V-Signal die LED aufgrund von übermäßigem Strom zerstören. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder Kathode verwenden. Darüber hinaus kann ein Mikrocontroller-Pin typischerweise nicht genug Strom für mehrere Segmente liefern oder aufnehmen. Normalerweise ist ein Treiber-IC oder ein Transistorarray erforderlich.
• F: Der absolute maximale Dauerstrom beträgt 25 mA, aber die Testbedingung für V_Fverwendet 20 mA. Welchen sollte ich für das Design verwenden?
  
  A: Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es übliche Praxis, für einen Strom unterhalb des absoluten Maximums zu entwickeln. Die Verwendung von 20 mA, wie in der Testbedingung angegeben, ist ein sicherer und üblicher Designpunkt. Sie können niedrigere Ströme (z.B. 10-15 mA) verwenden, um die Lebensdauer zu erhöhen und den Stromverbrauch zu reduzieren, wenn die Helligkeit ausreichend ist.
• F: Was bedeutet "Common Anode" für meinen Schaltungsentwurf?
  
  A: Bei einer Common-Anode-Anzeige sind alle Anoden der LEDs einer Ziffer miteinander zu einem einzigen Pin verbunden. Um ein Segment zu beleuchten, verbinden Sie seinen Kathodenpin mit einer niedrigen Spannung (Masse), während Sie eine hohe Spannung (Vcc) an den gemeinsamen Anodenpin anlegen. Dies ist das Gegenteil einer Common-Cathode-Anzeige.

11. Praktischer Anwendungsfall

Entwurf einer einfachen 4-stelligen Voltmeter-Anzeige:Ein Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) misst eine Spannung. Die Firmware wandelt diesen Wert in vier anzuzeigende Ziffern um. Der Mikrocontroller, dem genügend I/O-Pins fehlen, um 28 einzelne Segmente (7 Segmente x 4 Ziffern) anzusteuern, verwendet ein Multiplexing-Schema mit einem Treiber-IC. Die Ausgänge des Treiber-ICs sind mit den Segmentkathoden (A-G, DP) der LTC-5653KF verbunden. Vier der I/O-Pins des Mikrocontrollers, jeweils über einen stromliefernden Transistor verbunden, steuern die vier gemeinsamen Anodenpins (Ziffern 1-4). Die Firmware durchläuft die Ziffern schnell: Sie schaltet den Transistor für die Anode von Ziffer 1 ein, sendet das Segmentmuster für die erste Ziffer an den Treiber-IC, wartet eine kurze Zeit (z.B. 2 ms), schaltet dann Ziffer 1 aus und wiederholt dies für Ziffer 2 usw. Die strombegrenzenden Widerstände befinden sich auf den Kathodenleitungen zwischen dem Treiber-IC und der Anzeige. Die gelborange Farbe bietet klare Sichtbarkeit auf dem Instrumentenpanel.

12. Prinzipielle Einführung

Eine 7-Segment-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden (LEDs) in einem Achter-Muster. Jedes der sieben Segmente (bezeichnet mit A bis G) ist eine einzelne LED. Oft ist eine zusätzliche LED für einen Dezimalpunkt (DP) enthalten. Durch selektives Beleuchten spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle numerischen Ziffern (0-9) und einige Buchstaben gebildet werden. In einer vierstelligen Anzeige wie der LTC-5653KF sind vier solcher Ziffernanordnungen in einem einzigen Gehäuse untergebracht. Die interne elektrische Verbindung kann entweder Common Anode (alle Anoden verbunden) oder Common Cathode (alle Kathoden verbunden) sein, was die erforderliche Treiberschaltungstopologie bestimmt. Das Lichtemissionsprinzip ist Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Bei Vorwärtsspannung rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (der AlInGaP-Schicht) und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (Al, In, Ga, P) bestimmt die Bandlückenenergie und damit die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts.

13. Entwicklungstrends

Die Entwicklung numerischer Anzeigen wie der LTC-5653KF wird von breiteren Trends in der Optoelektronik beeinflusst. Während Durchsteck-7-Segment-Module für spezifische Anwendungen, die Robustheit oder einfache Wartung erfordern, relevant bleiben, geht der allgemeine Trend hin zur Oberflächenmontagetechnik (SMT) für höhere Dichte und automatisierte Montage. Darüber hinaus gibt es eine allmähliche Verschiebung von diskreten LED-Segmentanzeigen zu integrierten Punktmatrixanzeigen oder sogar kleinen OLED- oder TFT-LCD-Panels, die weitaus größere Flexibilität bei der Anzeige von Zahlen, Buchstaben, Symbolen und einfachen Grafiken bieten. Für Anwendungen, die extreme Helligkeit, lange Lebensdauer, Einfachheit und niedrige Kosten für rein numerische Ausgaben erfordern, bleiben AlInGaP-basierte LED-Anzeigen wie diese jedoch eine hocheffektive und zuverlässige Lösung. Zukünftige Iterationen könnten Verbesserungen der Effizienz sehen, die einen noch geringeren Stromverbrauch ermöglichen, oder die Integration von Treiberelektronik innerhalb des Anzeigepakets selbst.