LTS-5001AJR LED-Anzeige Datenblatt - 0,56 Zoll Ziffernhöhe - Super-Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-5001AJR ist eine hochwertige, energieeffiziente Siebensegment-Ziffernanzeige, die für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, helle und zuverlässige numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Ziffern (0-9) und einigen Buchstaben mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente. Das Bauteil basiert auf fortschrittlicher AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie, die für die Erzeugung von hocheffizientem rotem Licht bekannt ist. Die Anzeige verfügt über eine hellgraue Front und weiße Segmente, was einen exzellenten Kontrast für eine verbesserte Lesbarkeit bietet. Sie wird basierend auf ihrer Lichtstärke kategorisiert, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen. Diese Komponente ist ideal für die Integration in eine Vielzahl elektronischer Geräte, bei denen Platz, Energieeffizienz und Sichtbarkeit entscheidende Faktoren sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Die Schlüsselparameter, gemessen bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25°C, definieren ihre visuelle Ausgabe.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dieser Parameter spezifiziert die Helligkeit jedes Segments. Bei einem typischen Durchlassstrom (I_F) von 1mA liegt die Intensität zwischen einem Minimum von 320 μcd (Mikrocandela) und einem Maximum von 700 μcd. Diese Niedrigstrom-Hochhelligkeits-Eigenschaft ist ein bedeutender Vorteil für batteriebetriebene Geräte.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Das emittierte Licht hat eine Spitzenwellenlänge von 639 Nanometern, was es klar im "Super-Rot"-Bereich des sichtbaren Spektrums verortet. Dieser spezifische Rotton wird oft aufgrund seiner hohen Sichtbarkeit und auffälligen Eigenschaften gewählt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Mit 20 nm zeigt dieser Wert die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an. Eine schmalere Halbwertsbreite würde ein monochromatischeres Licht bedeuten, aber dieser Wert ist typisch für Standard-LED-Anzeigen und trägt zur charakteristischen roten Farbe bei.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Gemessen bei 631 nm ist dies die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und der primäre Deskriptor für die Farbe "Super-Rot".
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Dieses Verhältnis, spezifiziert mit maximal 2:1, gewährleistet Gleichmäßigkeit über die gesamte Anzeige. Es bedeutet, dass die Helligkeit des dunkelsten Segments unter gleichen Ansteuerbedingungen nicht weniger als die Hälfte der Helligkeit des hellsten Segments beträgt, was ein ungleichmäßiges Erscheinungsbild der Ziffern verhindert.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Spezifikationen regeln, wie das Bauteil mit Strom versorgt wird und seine Betriebsgrenzen.

• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Der Spannungsabfall über einem leuchtenden Segment liegt typischerweise zwischen 2,0V und 2,6V, wenn es mit einem Strom von 1mA betrieben wird. Dieser Wert ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Bei einer angelegten Sperrspannung von 5V beträgt der Leckstrom maximal 100 μA. Dies ist ein wichtiger Parameter für den Schaltungsschutz.

2.3 Absolute Maximalwerte

Dies sind die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Der Betrieb sollte stets innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA für gepulsten Betrieb (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert verringert sich linear um 0,33 mA/°C oberhalb einer Umgebungstemperatur von 25°C, was bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom abnimmt, wenn die Umgebung wärmer wird.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil kann eine Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden in einem Abstand von 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene widerstehen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies bezieht sich auf einen nachgelagerten Sortierprozess, allgemein als Binning bekannt. Nach der Fertigung werden einzelne Anzeigen getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke in verschiedene Gruppen (Bins) sortiert. Dies stellt sicher, dass Kunden Produkte mit konsistenten Helligkeitsniveaus erhalten. Der spezifizierte Intensitätsbereich von 320-700 μcd repräsentiert wahrscheinlich die Streuung über die für diese Teilenummer verfügbaren verschiedenen Bins hinweg. Designer können ein engeres Bin für Anwendungen anfordern, die ein sehr einheitliches Erscheinungsbild erfordern.

4. Analyse der Kennlinien

Während das PDF auf typische Kennlinien verweist, enthält der bereitgestellte Text nicht die spezifischen Graphen. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise die folgenden Beziehungen veranschaulichen, die für detaillierte Schaltungsentwürfe kritisch sind:

• Durchlassstrom (I_F) gegenüber Durchlassspannung (V_F):Diese exponentielle Kurve zeigt, wie die Spannung mit dem Strom ansteigt. Sie wird verwendet, um die notwendige Treiberspannung für einen gewünschten Helligkeitspegel zu bestimmen.
• Lichtstärke (I_V) gegenüber Durchlassstrom (I_F):Diese allgemein lineare Beziehung (innerhalb der Betriebsgrenzen) zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom skaliert. Sie bestätigt die hohe Effizienz bei niedrigen Strömen (1mA), wie in den Merkmalen erwähnt.
• Lichtstärke gegenüber Umgebungstemperatur:Diese Kurve würde zeigen, wie die Helligkeit abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur der LED ansteigt. Das Verständnis dieser Entlastung ist wesentlich für Designs, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Lichtausgabe über die Wellenlängen zeigt, mit einem Peak bei 639 nm und der spezifizierten 20 nm Halbwertsbreite.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil wird als Anzeige mit einer Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm) beschrieben. Eine detaillierte mechanische Zeichnung wäre typischerweise enthalten und würde die Gesamtbaugrößenlänge, -breite und -höhe, Segmentabmessungen und den Abstand zwischen den Ziffern zeigen, wenn es sich um eine mehrstellige Einheit handeln würde. Die Zeichnung vermerkt, dass alle Abmessungen in Millimetern mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm angegeben sind, sofern nicht anders angegeben. Diese Information ist entscheidend für das Leiterplatten-Layout (PCB) und die Sicherstellung eines korrekten Sitzes im Gehäuse des Endprodukts.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Die LTS-5001AJR ist eine Anzeige mit gemeinsamer Anode. Das bedeutet, die Anoden (positive Anschlüsse) aller LED-Segmente sind intern verbunden und zu gemeinsamen Pins herausgeführt (Pin 3 und Pin 8). Die Kathoden (negative Anschlüsse) für jedes Segment (A, B, C, D, E, F, G und Dezimalpunkt) sind zu einzelnen Pins herausgeführt. Um ein Segment zum Leuchten zu bringen, muss sein entsprechender Kathodenpin mit einer niedrigeren Spannung (typischerweise Masse) verbunden werden, während die gemeinsamen Anodenpins über einen strombegrenzenden Widerstand mit einer positiven Spannung versorgt werden. Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 1 (E Kathode), Pin 2 (D Kathode), Pin 3 (Gemeinsame Anode), Pin 4 (C Kathode), Pin 5 (DP Kathode), Pin 6 (B Kathode), Pin 7 (A Kathode), Pin 8 (Gemeinsame Anode), Pin 9 (F Kathode), Pin 10 (G Kathode).

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte liefern den entscheidenden Lötparameter: Das Bauteil kann eine Spitzentemperatur von 260°C für 3 Sekunden widerstehen, gemessen 1,6 mm unterhalb des Gehäuses. Dies ist mit Standard-Lötreflow-Profilen für bleifreies Löten kompatibel. Designer sollten sicherstellen, dass das thermische Profil ihres Reflow-Ofens diese Grenze nicht überschreitet. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Für die Lagerung sollte der spezifizierte Bereich von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung eingehalten werden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Prüf- und Messgeräte (Multimeter, Oszilloskope), Industrie-Bedienfelder, Medizingeräte, Unterhaltungselektronik (Audioverstärker, Radiowecker), Automotive-Nachrüstdisplays und Instrumententafeln. Ihr geringer Leistungsbedarf macht sie ideal für tragbare, batteriebetriebene Geräte.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand für jede gemeinsame Anodenverbindung, um den Strom durch die Segmente zu begrenzen. Der Widerstandswert wird mit der Formel berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, eine V_Fvon 2,2V und einen gewünschten I_Fvon 5mA wäre der Widerstand (5 - 2,2) / 0,005 = 560 Ω.
• Multiplexing:Für die Ansteuerung mehrerer Ziffern wird häufig eine Multiplexing-Technik verwendet. Dabei wird die Stromversorgung für die gemeinsame Anode jeder Ziffer schnell zyklisch geschaltet, während gleichzeitig die entsprechenden Segmentdaten für diese Ziffer bereitgestellt werden. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-I/O-Pins erheblich.
• Betrachtungswinkel:Das Merkmal "breiter Betrachtungswinkel" bedeutet, dass die Anzeige auch bei schrägem Blickwinkel gut lesbar bleibt, was für frontmontierte Geräte wichtig ist.
• Wärmemanagement:Obwohl das Bauteil einen geringen Leistungsbedarf hat, ist die Einhaltung der Strom-Entlastungsspezifikation oberhalb von 25°C für die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend, insbesondere in geschlossenen oder hochtemperatur Umgebungen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der LTS-5001AJR sind die Verwendung von AlInGaP-Technologie und ihre optimierte Niedrigstromleistung. Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LED-Anzeigen bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Strom oder äquivalenter Helligkeit bei viel niedrigerem Strom führt. Das spezifische Design für exzellente Niedrigstromeigenschaften (bis hinunter zu 1mA pro Segment) unterscheidet sie von Anzeigen, die höhere Treiberströme benötigen, um nutzbare Helligkeit zu erreichen, und macht sie zur überlegenen Wahl für stromsparende Designs. Die durchgehend gleichmäßigen Segmente und das hohe Kontrastverhältnis tragen im Vergleich zu Anzeigen mit sichtbaren Segmentfugen oder schlechtem Kontrast zu einem professionelleren und besser lesbaren Erscheinungsbild bei.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise nicht sicher genug Strom (max. 25 mA Dauerstrom) für alle gleichzeitig leuchtenden Segmente liefern oder aufnehmen und bietet keine Spannungsregelung. Sie müssen den Mikrocontroller verwenden, um Transistoren (für die gemeinsamen Anoden) und/oder Treiber-ICs (wie ein 74HC595 Schieberegister oder einen dedizierten LED-Treiber) zu steuern, die den höheren Strom handhaben.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge ist die einzelne Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die für das menschliche Auge die gleiche Farbe wie die Ausgabe der LED hätte. Bei LEDs liegen sie oft nahe beieinander, sind aber nicht identisch.

F: Die Durchlassspannung hat einen Bereich (2,0V-2,6V). Wie beeinflusst das mein Design?

A: Sie sollten Ihre strombegrenzende Schaltung für die maximale V_F(2,6V) auslegen, um sicherzustellen, dass auch für eine Einheit mit hoher V_Fgenügend Spannung zum Treiben des Stroms verfügbar ist. Wenn Sie für die typischen 2,2V auslegen, wird eine Einheit mit 2,6V V_Fdunkler sein, weil der Spannungsabfall über dem festen Widerstand kleiner ist, was zu einem niedrigeren Strom führt.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines energieeffizienten Digitalthermometers.Die LTS-5001AJR ist eine ausgezeichnete Wahl. Das System wird von einem 3,3V-Mikrocontroller und einer 3V-Knopfzellenbatterie gespeist. Ein Temperatursensor liefert die Daten. Der Mikrocontroller verwendet 4 I/O-Pins in einer gemultiplexten Konfiguration, um zwei 7-Segment-Ziffern (für Zehner und Einer von Grad) anzusteuern. Strombegrenzungswiderstände werden für einen I_Fvon 2mA pro Segment berechnet, um die Batterielebensdauer bei guter Sichtbarkeit zu maximieren (V_versorgung=3,3V, V_F=2,2V, R = (3,3-2,2)/0,002 = 550Ω). Der geringe Strombedarf der Anzeige ermöglicht es dem Thermometer, mehrere Monate mit einer einzigen Batterie zu arbeiten. Der hohe Kontrast und der breite Betrachtungswinkel stellen sicher, dass die Temperatur unter verschiedenen Lichtverhältnissen leicht ablesbar ist.

11. Einführung in das technische Prinzip

Eine Siebensegment-LED-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden in einem Achter-Muster. Jedes der sieben Segmente (bezeichnet mit A bis G) ist eine separate LED. Durch selektives Ansteuern spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden. Die zugrundeliegende Technologie, AlInGaP, ist eine III-V-Halbleiterverbindung. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang der LED angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlückenenergie des AlInGaP-Materials bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall rot. Die Bezeichnung "Super-Rot" weist auf einen spezifischen, tieferen Rotton mit hoher Lichtausbeute hin. Die gemeinsame Anoden-Konfiguration vereinfacht die Treiberschaltung bei Verwendung von Senken-Strom-Treibern (wie vielen Mikrocontrollern und Logik-ICs).

12. Technologietrends

Die Entwicklung von Siebensegmentanzeigen schreitet parallel zur allgemeinen LED-Technologie voran. Während die grundlegende Bauform bestehen bleibt, umfassen die Trends: 1)Höhere Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft (wie fortschrittlichere InGaN- und AlInGaP-Strukturen) ergeben hellere Anzeigen bei niedrigeren Strömen und reduzieren den Stromverbrauch weiter. 2)Miniaturisierung:Anzeigen mit kleineren Ziffernhöhen und feinerer Teilung werden für kompakte Geräte entwickelt. 3)Integration:Treiberelektronik wird zunehmend in das Anzeigemodul selbst integriert, was die Schnittstelle für das Host-System auf einfache digitale Kommunikation (I2C, SPI) vereinfacht. 4)Farboptionen:Während Rot aufgrund seiner Sichtbarkeit und Effizienz beliebt bleibt, sind volle RGB-Siebensegmentanzeigen für dynamischere Anwendungen verfügbar. 5)Alternative Technologien:In einigen Anwendungen, insbesondere wo extrem niedriger Stromverbrauch oder Sonnenlichtlesbarkeit oberste Priorität haben, können segmentierte LCDs oder OLEDs in Betracht gezogen werden, obwohl ihnen oft die inhärente Helligkeit und Robustheit von LEDs fehlt.