LTD-5023AJR 0,56-Zoll AlInGaP Super-Rot LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 14,22mm - Durchlassspannung 2,6V - Verlustleistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-5023AJR ist ein hochwertiges, energieeffizientes 7-Segment-LED-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer klaren, hellen numerischen und begrenzten alphanumerischen Zeichenausgabe für elektronische Geräte, die eine digitale Anzeige benötigen. Die Kerntechnologie basiert auf AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, das speziell für die Erzeugung einer Super-Rot-Farbe mit hoher Effizienz und Zuverlässigkeit entwickelt wurde.

Das Bauteil ist als Typ mit gemeinsamer Kathode kategorisiert, was bedeutet, dass alle Kathoden der LEDs für jede Ziffer intern miteinander verbunden sind. Diese Konfiguration vereinfacht die Ansteuerschaltung, insbesondere für Multiplex-Anwendungen. Es verfügt pro Ziffer über einen Dezimalpunkt auf der rechten Seite, was eine flexible numerische Darstellung ermöglicht. Die Anzeige zeichnet sich durch ihre Festkörperbauweise aus und bietet Vorteile gegenüber älteren Technologien wie Vakuum-Fluoreszenz- oder Glühlampenanzeigen in Bezug auf Stoßfestigkeit, Lebensdauer und Energieeffizienz.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität dieser Anzeige. Die Primärfarbe wird als "Super-Rot" definiert, erreicht durch AlInGaP-Chips. Wichtige optische Parameter, gemessen bei einer Umgebungstemperatur von 25°C, umfassen:

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt zwischen einem Minimum von 320 µcd und einem typischen Maximum von 700 µcd, wenn sie mit einem sehr niedrigen Durchlassstrom (I_F) von 1mA pro Segment betrieben wird. Diese hohe Helligkeit bei niedrigem Strom ist ein wesentliches Merkmal.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Typischerweise 639 Nanometer (nm). Dies definiert den spezifischen Punkt der höchsten Intensität im emittierten Lichtspektrum.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 631 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und entscheidend für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 20 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder die Schmalheit des emittierten Lichtbands an.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1 bei I_F=1mA. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer, was für ein konsistentes Erscheinungsbild entscheidend ist.

Alle Lichtstärkemessungen werden mit einer Sensor- und Filterkombination durchgeführt, die auf die CIE photopische Augenempfindlichkeitskurve kalibriert ist, um die Relevanz der Daten für das menschliche Sehen sicherzustellen.

2.2 Elektrische und absolute Grenzwerte

Die Einhaltung dieser Grenzwerte ist für einen zuverlässigen Betrieb und zur Vermeidung dauerhafter Schäden am Bauteil unerlässlich.

• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Der absolute Maximalwert beträgt 25 mA. Ein linearer Derating-Faktor von 0,33 mA/°C wird für Umgebungstemperaturen (T_A) über 25°C angewendet.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 90 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms. Dies ermöglicht eine kurzfristige Übersteuerung, um in Multiplex-Systemen eine höhere Spitzenhelligkeit zu erreichen.
• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Diese Grenze, kombiniert mit dem Durchlassstrom-Grenzwert, bestimmt die maximal zulässige Durchlassspannung unter Betriebsbedingungen.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 Volt. Eine Überschreitung kann den LED-Übergang beschädigen.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typischerweise 2,6V, mit einem Maximum von 2,6V bei einem Prüfstrom (I_F) von 20mA. Das Minimum ist mit 2V angegeben.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 µA, wenn eine Sperrspannung (V_R) von 5V angelegt wird.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Dieser weite Bereich macht die Anzeige für verschiedene Umgebungsbedingungen geeignet, von Industrie-Steuerungen bis hin zu Unterhaltungselektronik.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Das Bauteil hält einer Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden stand, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene. Dies ist mit Standard-Lötzinn-freien Reflow-Lötprozessen kompatibel.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet auf einen Produktions-Binning-Prozess hin, bei dem Anzeigen basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standard-Prüfstrom (wahrscheinlich 1mA oder 20mA) sortiert werden. Bins werden durch Mindest- und/oder typische Intensitätswerte definiert (z.B. der Bereich 320-700 µcd). Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenten Helligkeitsstufen für ihre Anwendung auszuwählen, um ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere Einheiten in einem Produkt hinweg sicherzustellen. Obwohl in diesem speziellen Blatt nicht detailliert beschrieben, haben ähnliche Bauteile oft Bins für Durchlassspannung (V_F) und dominante Wellenlänge (λ_d), um elektrische und Farbkonsistenz zu gewährleisten.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische/optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, würden Standardkurven für ein solches Bauteil typischerweise umfassen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung, entscheidend für den Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen. Die Kniespannung liegt bei etwa der typischen V_Fvon 2,6V.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom zunimmt, üblicherweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs. Sie hebt die hohe Effizienz bei niedrigen Strömen (1mA) hervor.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Abnahme der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur, wichtig für Hochtemperatur- oder Hochleistungsanwendungen.
• Spektrale Verteilungskurve:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, zentriert um den 631-639 nm-Bereich mit der spezifizierten 20 nm Halbwertsbreite.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm). Die Zeichnung der Gehäuseabmessungen wird referenziert, die alle Maße in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm angibt, sofern nicht anders vermerkt. Das physische Gehäuse beherbergt zwei vollständige 7-Segment-Ziffern plus ihre jeweiligen Dezimalpunkte.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil hat eine 18-Pin-Konfiguration. Die Pinbelegung ist klar definiert:

• Pins 1-12, 15-18: Anodenanschlüsse für einzelne Segmente (A-G, DP) für Ziffer 1 und Ziffer 2.
• Pins 13 und 14: Gemeinsame Kathode für Ziffer 2 bzw. Ziffer 1.

Das interne Schaltbild zeigt die Anordnung mit gemeinsamer Kathode: Alle LEDs für eine bestimmte Ziffer teilen sich einen gemeinsamen Kathoden-Pin, während jedes Segment (und der Dezimalpunkt) seinen eigenen unabhängigen Anoden-Pin hat. Dies ist die Standardkonfiguration für eine mehrstellige Anzeige mit gemeinsamer Kathode.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste bereitgestellte Montagespezifikation ist das Lötprofil: 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies entspricht den IPC/JEDEC-Standards für das Reflow-Löten von Oberflächenmontagebauteilen. Best Practices umfassen:

• Verwendung eines geregelten Reflow-Ofens mit einem Profil, das sich angemessen auf die Spitzentemperatur aufheizt und von dieser abkühlt, um thermische Belastung zu minimieren.
• Vermeidung von Handlötung direkt am LED-Gehäuse, um Überhitzung und Beschädigung der Halbleiterchips oder der Kunststofflinse zu verhindern.
• Sicherstellen, dass die Anzeige vor der Montage in einer trockenen Umgebung gelagert wird, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" führen kann.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist ideal für Anwendungen, die klare, energieeffiziente numerische Anzeigen erfordern:

• Prüf- und Messgeräte:Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile.
• Industriesteuerungen:Pultinstrumente, Prozessanzeigen, Timer-Displays.
• Unterhaltungselektronik:Audio-Geräte (Verstärker, Receiver), Küchengeräte, Uhren.
• Automobil-Zubehör:Instrumente und Diagnosewerkzeuge (sofern die Umgebungsspezifikationen geeignet sind).

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Jeder Anoden-Pin muss über einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand angesteuert werden. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Die Verwendung der typischen V_Fvon 2,6V und eines gewünschten I_Fvon 5-10mA für gute Helligkeit ist üblich.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen wird Multiplexing verwendet, um viele Segmente mit weniger Treiber-Pins zu steuern. Dies beinhaltet das schnelle Durchschalten der Versorgung zwischen der gemeinsamen Kathode jeder Ziffer, während die entsprechenden Segmente leuchten. Das Common-Cathode-Design der LTD-5023AJR ist dafür perfekt geeignet. Der Spitzenstrom-Grenzwert (90mA) ermöglicht höhere Momentanströme während des kurzen Multiplex-Pulses, um eine durchschnittliche Helligkeit zu erreichen, die mit einem niedrigeren Dauerstrom vergleichbar ist.
• Mikrocontroller-Schnittstelle:Erfordert typischerweise GPIO-Pins oder einen dedizierten LED-Treiber-IC (wie einen Schieberegister oder Konstantstromtreiber), um die Anoden zu steuern, und einen Transistor (NPN oder N-Kanal-MOSFET), um während des Multiplexings den Strom von jedem gemeinsamen Kathoden-Pin abzusenken.
• Betrachtungswinkel:Das Datenblatt erwähnt einen "weiten Betrachtungswinkel", was für Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen die Anzeige aus schrägen Positionen betrachtet werden kann.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTD-5023AJR unterscheidet sich durch mehrere Schlüsselmerkmale:

• AlInGaP-Technologie:Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, insbesondere im Rot/Orange/Bernstein-Spektrum, was zu hellerer Ausgangsleistung bei niedrigeren Strömen führt.
• Niedrigstrombetrieb:Die explizite Prüfung und Auswahl für hervorragende Niedrigstromeigenschaften (bis hinunter zu 1mA/Segment) macht sie batteriebetriebenen oder energieempfindlichen Anwendungen überlegen, bei denen jedes Milliampere zählt.
• Segmentabgleich:Die Garantie eines Lichtstärke-Abgleichverhältnisses (max. 2:1) gewährleistet visuelle Konsistenz, was bei minderwertigen Anzeigen nicht immer gegeben ist.
• Kontrast:Die Kombination aus hellgrauer Front und weißer Segmentfarbe, zusammen mit hoher Helligkeit, trägt zu einem ausgezeichneten Zeichenerscheinungsbild und hohem Kontrast für einfache Lesbarkeit bei.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Sie müssen einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe mit jeder Anode verwenden. Für eine 5V-Versorgung und einen Zielstrom von 10mA wäre der Widerstand etwa (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohm.

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

A: Die Spitzenwellenlänge ist der physikalische Punkt der höchsten Energieabgabe der LED. Die dominante Wellenlänge ist die Einzelwellenlängen-Wahrnehmung der Farbe durch das menschliche Auge, die leicht abweichen kann. Beide werden für eine vollständige optische Spezifikation angegeben.

F: Wie verwende ich die beiden Ziffern unabhängig voneinander?

A: Sie steuern sie über ihre separaten gemeinsamen Kathoden-Pins (Pin 14 für Ziffer 1, Pin 13 für Ziffer 2). Indem Sie eine Kathode auf Low (Masse) schalten, während die andere auf High (getrennt) bleibt, können Sie auswählen, welche Ziffer aktiv ist. Anschließend legen Sie Spannung an die Anoden-Pins für die Segmente an, die auf dieser Ziffer leuchten sollen.

F: Ist diese Anzeige für den Außeneinsatz geeignet?

A: Der Betriebstemperaturbereich (-35°C bis +85°C) ist recht robust. Das Datenblatt gibt jedoch keine Schutzart (IP) gegen Staub und Wasser an. Für den Außeneinsatz würde sie wahrscheinlich eine zusätzliche Schutzhülle oder ein Gehäuse benötigen.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen 2-stelligen Voltmeter-Anzeige mit einem Mikrocontroller.

1. Hardware-Verbindung:Verbinden Sie die 18 Pins der Anzeige mit dem Mikrocontroller-System. Die beiden gemeinsamen Kathoden-Pins (13, 14) werden mit zwei NPN-Transistoren (z.B. 2N3904) verbunden, wobei die Kollektoren der Transistoren an die Kathoden, die Emitter an Masse und die Basen über Basiswiderstände an Mikrocontroller-GPIO-Pins angeschlossen werden. Die 16 Anoden-Pins (für Segmente A-G und DP beider Ziffern) werden an 16 GPIO-Pins des Mikrocontrollers angeschlossen, jeweils über einen 220-330 Ohm Strombegrenzungswiderstand.
2. Software-Logik (Multiplexing):Die Firmware führt alle paar Millisekunden einen Timer-Interrupt aus. In der Interrupt-Service-Routine:
   • Schalten Sie beide Kathoden-Treibertransistoren AUS (setzen Sie GPIOs auf High).
   • Setzen Sie die GPIOs für die Anoden-Pins entsprechend den Segmenten, die fürZiffer 1.
   • EIN sein müssen.Schalten Sie den Transistor fürdie Kathode von Ziffer 1 EIN (setzen Sie GPIO auf Low).
   • Warten Sie eine kurze Zeit (z.B. 1-5ms).
   • Schalten Sie die Kathode von Ziffer 1 AUS.
   • Setzen Sie die GPIOs für die Anoden-Pins fürZiffer 2.
   • Schalten Sie den Transistor fürdie Kathode von Ziffer 2 EIN. cathode.
   • Warten Sie eine kurze Zeit.
   • Wiederholen. Das menschliche Auge nimmt dieses schnelle Schalten als kontinuierliches Leuchten beider Ziffern wahr.
3. Stromberechnung:Wenn jede Ziffer 50% der Zeit EIN ist (50% Tastverhältnis) und Sie einen durchschnittlichen Segmentstrom von 5mA wünschen, würden Sie den Momentanstrom während ihrer EIN-Zeit auf 10mA einstellen. Der Widerstandswert würde mit diesem 10mA-Wert berechnet.

11. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die eingebaute Potenzialdifferenz des Übergangs überschreitet (etwa 2,0-2,6V für AlInGaP), rekombinieren Elektronen aus dem N-Typ-Material mit Löchern aus dem P-Typ-Material im aktiven Bereich. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung des AlInGaP-Kristallgitters bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall im roten Spektrum (631-639 nm). Die sieben Segmente sind einzelne LED-Chips, die in einer Achterform angeordnet sind. Durch selektives Versorgen verschiedener Kombinationen dieser Segmente können die Ziffern 0-9 und einige Buchstaben dargestellt werden.

12. Technologietrends und Kontext

Dieses Produkt repräsentiert einen ausgereiften und hochoptimierten Bereich der LED-Anzeigetechnologie. AlInGaP ist ein etabliertes Materialsystem für hocheffiziente rote, orange und bernsteinfarbene LEDs. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie bewegen sich hin zu höherdichten, volle Farben unterstützenden Lösungen wie OLEDs und Micro-LEDs für komplexe Grafiken. 7-Segment-LED-Anzeigen bleiben jedoch in Anwendungen unersetzlich, die extreme Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer (oft über 100.000 Stunden), niedrige Kosten, hohe Helligkeit, einfache Schnittstelle und ausgezeichnete Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen priorisieren. Entwicklungen in diesem Bereich konzentrieren sich auf die weitere Steigerung der Effizienz (Lumen pro Watt), die Verbesserung von Kontrastverhältnissen und die Ermöglichung noch niedrigerer Treiberströme für Ultra-Niedrigenergie-IoT-Geräte, was die fortgesetzte Relevanz dieser Technologie in industriellen, messtechnischen und spezifischen Verbraucheranwendungen für die absehbare Zukunft sicherstellt.