LTC-2630AJD 7-Segment-LED-Anzeige Datenblatt - 0,28 Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-2630AJD ist eine kompakte, leistungsstarke dreistellige 7-Segment-Anzeige, die für Anwendungen konzipiert ist, die klare numerische Anzeigen bei geringem Stromverbrauch erfordern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, eine visuelle numerische Ausgabe in elektronischen Geräten, Messinstrumenten, Unterhaltungselektronik und industriellen Bedienfeldern bereitzustellen. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung fortschrittlicher AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Technologie, die im Vergleich zu herkömmlichen Materialien eine überlegene Effizienz und Helligkeit bietet. Der Zielmarkt umfasst Entwickler von tragbaren batteriebetriebenen Geräten, Panel-Messgeräten, Prüfausrüstung und allen Anwendungen, bei denen Platz, Energieeffizienz und Lesbarkeit kritische Einschränkungen darstellen.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Ziffernhöhe:Bietet eine Zeichenhöhe von 0,28 Zoll (7,0 mm) und damit eine gute Balance zwischen Größe und Sichtbarkeit.
• Segmentgleichmäßigkeit:Liefert durchgehende, gleichmäßige Segmente für ein ausgezeichnetes Zeichenbild und hervorragende Lesbarkeit.
• Niedrige Betriebsleistung:Speziell für Anwendungen mit geringem Leistungsbedarf entwickelt, ermöglicht den Betrieb in stromsparenden Designs.
• Optische Leistung:Liefert hohe Helligkeit und hohen Kontrast, gewährleistet klare Sichtbarkeit auch in gut beleuchteten Umgebungen.
• Betrachtungswinkel:Bietet einen weiten Betrachtungswinkel, macht die Anzeige aus verschiedenen Positionen lesbar.
• Zuverlässigkeit:Profitiert von der inhärenten Festkörperzuverlässigkeit der LED-Technologie, ohne bewegliche Teile und mit langer Betriebsdauer.
• Qualitätssicherung:Bauteile werden nach Lichtstärke kategorisiert, um gleichbleibende Helligkeitswerte über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Photometrische und optische Eigenschaften

Gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C, ist die optische Leistung unter spezifischen Testbedingungen definiert.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von mindestens 200 μcd bis typisch maximal 600 μcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 1mA pro Segment. Dieser Parameter ist entscheidend für die Bestimmung der Helligkeit der Anzeige unter normalen Betriebsbedingungen.
• Peak-Emissionswellenlänge (λp):Charakteristisch für das AlInGaP-Material, obwohl im extrahierten Inhalt kein spezifischer Wert angegeben ist. Typischerweise emittieren AlInGaP-rote LEDs im Bereich von 620-630nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Hat einen Maximalwert von 22 nm bei IF=20mA, was die spektrale Reinheit des emittierten roten Lichts angibt.
• Dominante Wellenlänge (λd):Beträgt 640 nm bei IF=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und definiert die Farbe als spezifischen Rotton.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (Iv-m):Hat ein maximales Verhältnis von 2:1 zwischen den Segmenten bei IF=10mA. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit über alle Segmente einer Ziffer.

2.2 Elektrische Eigenschaften

• Durchlassspannung pro Segment (VF):Liegt im Bereich von 2,1V (min) bis 2,6V (max) bei einem Durchlassstrom von 20mA. Dies ist ein Schlüsselparameter für den Entwurf der Treiberschaltung und die Berechnung der Verlustleistung.
• Sperrstrom pro Segment (IR):Hat einen Maximalwert von 10 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V, was auf gute Diodeneigenschaften hinweist.
• Niedrigstromfähigkeit:Ein bedeutendes Merkmal ist die Auslegung für den Betrieb mit niedrigen Strömen. Die Segmente sind abgeglichen und für eine ausgezeichnete Leistung bei Strömen von nur 1mA pro Segment getestet, was direkt für batteriebetriebene Geräte relevant ist.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermisches Management

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der Betrieb sollte stets innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:100 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert verringert sich linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Diese Entlastung ist für das thermische Design entscheidend.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5V.
• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile\"nach Lichtstärke kategorisiert\"sind. Dies impliziert einen Binning-Prozess.

• Lichtstärke-Binning:Bauteile werden getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (wahrscheinlich 1mA oder 10mA) in Gruppen (Bins) sortiert. Dies stellt sicher, dass Entwickler Anzeigen mit konsistenten Helligkeitsniveaus erhalten, was für mehrstellige Anzeigen, bei denen Gleichmäßigkeit entscheidend ist, von größter Bedeutung ist.
• Durchlassspannungs-Binning:Obwohl nicht explizit angegeben, deutet der angegebene VF-Bereich (2,1V bis 2,6V) auf mögliche Schwankungen der Durchlassspannung hin. Für kritische Anwendungen wird empfohlen, den Hersteller nach spezifischen Binning-Details zu konsultieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf\"Typische elektrische / optische Kennlinien.\"Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, würden Standardkurven für solche LEDs typischerweise Folgendes umfassen:

• IV (Strom-Spannungs)-Kurve:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF). Sie ist nichtlinear, mit einer Einschaltspannung von etwa 1,8-2,0V für AlInGaP-rote LEDs.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Iv-IF):Diese Kurve zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom zunimmt. Sie ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann jedoch bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (Iv-Ta):Zeigt, wie die Helligkeit mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Dies ist entscheidend für den Entwurf von Systemen, die über den gesamten Temperaturbereich arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei der dominanten Wellenlänge (640 nm) und die spektrale Breite zeigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Die Gehäusezeichnung wird referenziert. Wichtige Hinweise sind, dass alle Maße in Millimetern angegeben sind, mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm (0,01 Zoll), sofern nicht anders angegeben. Die Anzeige hat eine graue Front mit weißen Segmenten für hohen Kontrast.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil ist einMultiplex-Common-AnodeTyp mit einem Dezimalpunkt auf der rechten Seite. Die Pinbelegung für das 16-polige Gehäuse ist wie folgt:

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

Das interne Schaltbild zeigt, dass die Segmente jeder Ziffer (A-G, DP) eine gemeinsame Anodenverbindung für diese spezifische Ziffer teilen. Diese gemultiplexten Architektur reduziert die Anzahl der benötigten Treiberpins von 24 (3 Ziffern * 8 Segmente) auf 11 (3 Anoden + 8 Kathoden).

6. Löt- und Montagerichtlinien

• Reflow-Löten:Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 260°C. Diese Temperatur sollte maximal für eine Dauer von 3 Sekunden angewendet werden, gemessen an einem Punkt 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Das Überschreiten dieser Grenzen kann die LED-Chips oder das Gehäuse beschädigen.
• Handlöten:Falls Handlöten notwendig ist, sollte ein temperaturgeregelter Lötkolben mit einer kurzen Arbeitszeit (typischerweise < 3 Sekunden pro Pin) verwendet werden, um Hitzeschäden zu vermeiden.
• Lagerbedingungen:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Tragbare Messgeräte:Multimeter, Thermometer, Tachometer, bei denen niedriger Stromverbrauch oberste Priorität hat.
• Unterhaltungselektronik:Displays für Audio-Geräte, Radiowecker, Bedienfelder für Haushaltsgeräte.
• Industrielle Steuerungen:Panel-Messgeräte zur Anzeige von Spannung, Strom oder Prozessvariablen.
• Automotive Nachrüstmarkt:Anzeigen für Zusatzinstrumente (Ladedruck, Spannung, Temperatur).

7.2 Designüberlegungen und Treiberschaltung

• Multiplex-Treiber:Ein Mikrocontroller oder ein dedizierter Display-Treiber-IC muss verwendet werden, um nacheinander die drei gemeinsamen Anoden (Ziffer 1, 2, 3) zu aktivieren, während gleichzeitig die entsprechenden Kathodensignale für die gewünschten Segmente bereitgestellt werden. Die Bildwiederholfrequenz muss hoch genug sein (>60Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Kathodenleitung (oder im Treiber-IC integriert) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom (z.B. 1mA, 10mA, 20mA) basierend auf der gewünschten Helligkeit und dem Leistungsbudget einzustellen. Der Widerstandswert wird mit R = (Vcc - VF) / IF berechnet.
• Verlustleistung:Sicherstellen, dass der Dauer-Durchlassstrom pro Segment den entlasteten Maximalwert für die höchste Umgebungstemperatur der Anwendung nicht überschreitet.
• Betrachtungsumgebung:Der hohe Kontrast und der weite Betrachtungswinkel machen sie für Anwendungen geeignet, bei denen die Anzeige aus einem Winkel oder bei Umgebungslicht betrachtet werden kann.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen 7-Segment-Anzeigetechnologien:

• vs. Standard GaAsP/GaP Rote LEDs:Das AlInGaP-Material bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Strom oder äquivalenter Helligkeit bei niedrigerem Strom führt. Es hat typischerweise auch eine bessere Temperaturstabilität.
• vs. LCD-Displays:LEDs sind selbstleuchtend, erzeugen ihr eigenes Licht und sind daher im Dunkeln ohne Hintergrundbeleuchtung lesbar. Sie haben auch eine viel schnellere Ansprechzeit und einen weiteren Betriebstemperaturbereich. Allerdings verbrauchen sie im Allgemeinen mehr Leistung als reflektive LCDs.
• vs. Größere Ziffernanzeigen:Die 0,28-Zoll-Größe bietet einen kompakten Platzbedarf, ideal für platzbeschränkte Designs, bei gleichzeitig guter Lesbarkeit bei kurzen bis mittleren Betrachtungsabständen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten Gleichstrom ohne Multiplexing betreiben?
A: Technisch ja, aber es ist höchst ineffizient. Das statische Betreiben aller drei Ziffern würde 24 unabhängige strombegrenzte Kanäle (3 Ziffern * 8 Segmente) erfordern. Das gemultiplexten Common-Anode-Design ist für den Betrieb mit einem Zeitmultiplexverfahren vorgesehen, um die Pinanzahl und den Stromverbrauch zu minimieren.

F: Was ist der Zweck der \"Nicht angeschlossen\"-Pins?
A: Die N/C-Pins sind wahrscheinlich für die mechanische Stabilität des Gehäuses oder für die Kompatibilität mit einem Standard-16-Pin-Footprint vorhanden, der für andere Display-Varianten verwendet wird (z.B. mit unterschiedlichen Dezimalpunktpositionen oder vierstelligen Versionen). Sie dürfen im Schaltkreis nicht angeschlossen werden.

F: Wie berechne ich den passenden strombegrenzenden Widerstandswert?
A: Verwenden Sie die Formel R = (Versorgungsspannung - LED-Durchlassspannung) / Gewünschter Durchlassstrom. Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung (Vcc), einer typischen VF von 2,4V und einem gewünschten IF von 10mA: R = (5V - 2,4V) / 0,010A = 260 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 270 Ohm). Berücksichtigen Sie stets die maximale VF (2,6V), um sicherzustellen, dass der Mindeststrom akzeptabel ist.

F: Wird der Dezimalpunkt separat angesteuert?
A: Ja. Der Dezimalpunkt (D.P.) hat seine eigene dedizierte Kathode (Pin 3). Er ist nicht mit den Segmentkathoden für eine bestimmte Ziffer verbunden. In einem Multiplex-Schema würde er leuchten, wenn seine Kathode während der Aktivierungszeit einer beliebigen Ziffer, bei der der Dezimalpunkt sichtbar sein soll, auf Low gezogen wird.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines digitalen Niedrigleistungs-Voltmeters
Ein Entwickler erstellt ein dreistelliges tragbares Voltmeter, das von einer 9V-Batterie gespeist wird. Die Hauptanforderungen sind lange Batterielaufzeit und klare Lesbarkeit.

• Bauteilauswahl:Die LTC-2630AJD wird aufgrund ihrer Niedrigstromfähigkeit (betreibbar bei 1-2mA/Segment) und AlInGaP-Effizienz gewählt.
• Treiberschaltung:Ein Mikrocontroller mit integrierten LCD/Segment-Treibern wird ausgewählt. Er ist konfiguriert, um die drei Ziffern mit einer Bildwiederholfrequenz von 100Hz zu multiplexen.
• Stromeinstellung:Der Segmentstrom wird über die Konstantstromsenken des Mikrocontrollers oder externe Widerstände auf 1,5mA eingestellt. Bei diesem Strom liegt die Lichtstärke gut innerhalb des spezifizierten Bereichs und bietet ausreichende Helligkeit.
• Leistungsberechnung:Mit 8 Segmenten (7 + DP), die pro Ziffer leuchten, und 3 gemultiplexten Ziffern beträgt der durchschnittliche Gesamtstrom ungefähr (8 Segmente * 1,5mA) = 12mA. Kombiniert mit dem Mikrocontroller und der Messschaltung ermöglicht dies eine verlängerte Batterielaufzeit.
• Ergebnis:Das Endprodukt erreicht eine klare dreistellige Spannungsanzeige mit ausgezeichneter Batterielaufzeit und erfüllt die Designziele, die direkt durch die Niedrigstrom-Eigenschaften dieser Anzeige ermöglicht werden.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTC-2630AJD basiert aufAlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)Halbleitertechnologie, die auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall Rot bei 640 nm. Das nicht transparente Substrat hilft, den Kontrast zu verbessern, indem es Streulicht absorbiert, was zum \"grauen Gesicht und weißen Segmenten\"-Erscheinungsbild der Anzeige beiträgt. Das 7-Segment-Format ist ein standardisiertes Muster, bei dem einzelne LEDs (Segmente) so angeordnet sind, dass sie alle Dezimalziffern und einige Buchstaben bilden, wenn sie selektiv beleuchtet werden.

12. Technologietrends und Ausblick

Die Entwicklung von 7-Segment-LED-Anzeigen konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung in der Materialwissenschaft zielt darauf ab, die interne Quanteneffizienz von AlInGaP und anderen Verbindungshalbleitern (wie InGaN für andere Farben) zu verbessern, um höhere Helligkeit bei niedrigeren Strömen zu erzielen und die Batterielaufzeit weiter zu verlängern.
• Miniaturisierung:Es gibt einen Trend zu kleineren Ziffernhöhen für ultrakompakte Geräte, zusammen mit verbesserter Fotolithografie, um die Segmentdefinition und Klarheit zu erhalten.
• Integration:Display-Module integrieren zunehmend den Treiber-IC, strombegrenzende Widerstände und manchmal einen Mikrocontroller in ein einziges Gehäuse oder eine PCB-Baugruppe, was den Designprozess für Ingenieure vereinfacht.
• Farboptionen:Während dieses Datenblatt für eine rote Anzeige gilt, gelten die zugrundeliegenden Multiplex- und Verpackungsprinzipien für Anzeigen, die andere LED-Technologien für Grün, Blau, Gelb oder sogar Vollfarb-RGB-Kombinationen verwenden.
• Alternative Technologien:Während LEDs in vielen Anwendungen dominieren, dringt OLED (Organische LED)-Technologie in kleine Segmentanzeigen ein und bietet potenziell dünnere Profile und weitere Betrachtungswinkel, allerdings mit unterschiedlichen Lebensdauer- und Ansteuerungseigenschaften.

Die LTC-2630AJD stellt eine ausgereifte, zuverlässige und hochoptimierte Lösung in dieser technologischen Landschaft dar, insbesondere für Anwendungen, die Energieeffizienz und Robustheit priorisieren.