LTC-2621JE LED-Anzeige Datenblatt - 0,28-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-2621JE ist ein kompaktes, leistungsstarkes dreistelliges numerisches Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, klare, helle numerische Anzeigen in einer Vielzahl von elektronischen Geräten bereitzustellen. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) rote LED-Chips, die auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat gefertigt sind. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbreinheit im roten Spektrum bekannt. Das Bauteil verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast erhöht und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es ist nach Lichtstärke kategorisiert, um gleichmäßige Helligkeitswerte über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige ist für Anwendungen konzipiert, bei denen der Platz begrenzt ist, aber eine hohe Sichtbarkeit entscheidend ist. Ihre Hauptvorteile ergeben sich aus der soliden LED-Konstruktion, die im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien wie VFDs oder LCDs eine überlegene Zuverlässigkeit und Langlebigkeit bietet. Die primären Zielmärkte umfassen Industriemessgeräte, Prüf- und Messtechnik, Kassenterminals, medizinische Geräte und Armaturenbrettanzeigen in Fahrzeugen. Der geringe Leistungsbedarf des Bauteils macht es sowohl für netzbetriebene als auch für tragbare batteriebetriebene Geräte geeignet.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine objektive und detaillierte Interpretation der im Datenblatt aufgeführten Schlüsselparameter.

2.1 Lichttechnische und optische Kennwerte

Die Lichtstärke ist ein kritischer Parameter. Bei einem Standard-Prüfstrom von 1mA beträgt die typische mittlere Lichtstärke (Iv) 900 µcd, mit einem Minimum von 320 µcd. Diese Kategorisierung stellt ein Mindesthelligkeitsniveau sicher. Bei einem höheren Treiberstrom von 10mA steigt die typische Intensität signifikant auf 12.000 µcd, was die Fähigkeit des Bauteils für Hochhelligkeitsanwendungen demonstriert. Die dominante Wellenlänge (λd) ist mit 624 nm spezifiziert, und die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt 632 nm bei 20mA, was es eindeutig in den roten Farbbereich einordnet. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von 20 nm weist auf eine relativ reine, gesättigte rote Farbe hin. Die Lichtstärkeanpassung zwischen den Segmenten ist bei 1mA innerhalb eines Verhältnisses von 2:1 garantiert, was ein gleichmäßiges Erscheinungsbild der gesamten Anzeige sicherstellt.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (Vf) pro Segment beträgt typischerweise 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei einem Durchlassstrom (If) von 20mA. Dies ist eine Standardspannung für AlInGaP-LEDs. Der Sperrstrom (Ir) ist mit maximal 100 µA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (Vr) von 5V angelegt wird, was die Leckageeigenschaften der Diode anzeigt. Die absoluten Grenzwerte definieren die Betriebsgrenzen: ein kontinuierlicher Durchlassstrom von 25 mA pro Segment (oberhalb von 25°C linear mit 0,33 mA/°C reduziert), ein Spitzendurchlassstrom von 90 mA für gepulsten Betrieb (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) und eine maximale Sperrspannung von 5V. Die Verlustleistung pro Segment ist auf 70 mW begrenzt.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt, was es für raue Umgebungen geeignet macht. Der Lagertemperaturbereich ist identisch. Ein kritischer Montageparameter ist die Löttemperatur: Das Bauteil kann maximal 260°C für maximal 3 Sekunden aushalten, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardanforderung für bleifreie Reflow-Lötprozesse.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert ein Binning-System, bei dem Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem spezifischen Prüfstrom (wahrscheinlich 1mA) sortiert und gekennzeichnet werden. Bins stellen sicher, dass Entwickler LEDs mit konsistenter Helligkeit erhalten, was für mehrstellige Anzeigen entscheidend ist, um ungleichmäßige Ausleuchtung zu vermeiden. Während die spezifische Bincode-Struktur in diesem Auszug nicht detailliert ist, werden typische Bins durch einen Bereich von Lichtstärkewerten definiert (z.B. Bin A: 320-450 µcd, Bin B: 450-600 µcd, usw.). Für dieses spezifische Bauteil wird kein Spannungs- oder Wellenlängen-Binning erwähnt, was auf eine enge Kontrolle dieser Parameter während der Fertigung hindeutet.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung für das Design ableiten.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese Kurve ist grundlegend. Sie zeigt die Beziehung zwischen dem durch ein LED-Segment fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Für AlInGaP-LEDs zeigt die Kurve ein scharfes Einschalten bei etwa 1,8-2,0V, wonach die Spannung nur geringfügig mit einem großen Stromanstieg zunimmt. Entwickler nutzen diese Kurve, um geeignete strombegrenzende Widerstände für ihre Treiberschaltung auszuwählen, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten und thermisches Durchgehen zu verhindern.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieser Graph zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Treiberstrom skaliert. Typischerweise ist sie bei niedrigeren Strömen nahezu linear, kann aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer und elektrischer Effekte Anzeichen von Effizienzabfall (reduzierte Wirksamkeit) zeigen. Die Kurve hilft Entwicklern, Helligkeitsanforderungen mit Stromverbrauch und Bauteillebensdauer abzuwägen.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve quantifiziert diese Beziehung und zeigt die relative Lichtstärke als Funktion der Umgebungs- (oder Gehäuse-) Temperatur. Sie ist kritisch für Anwendungen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten, da sie notwendige Helligkeitskompensation oder Reduzierung der Belastbarkeit aufzeigt.

4.4 Spektrale Verteilung

Ein Spektraldiagramm würde die relative abgegebene Leistung über die Wellenlängen zeigen, zentriert um 632 nm mit der spezifizierten 20 nm Halbwertsbreite. Dies bestätigt den Farbpunkt und die Reinheit.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Umrisszeichnung

Das Bauteil verfügt über ein Standard-LED-Anzeigegehäuse. Die Ziffernhöhe beträgt 0,28 Zoll (7,0 mm). Die Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm (0,01"), sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnung würde typischerweise die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Gehäuses, den Ziffernabstand, die Segmentabmessungen und den Anschlussabstand (Rastermaß) zeigen.

5.2 Pin-Konfiguration und Polaritätsidentifikation

Das Bauteil hat eine 16-Pin-Konfiguration, obwohl nicht alle Positionen belegt sind (Pins 9, 10, 11, 14 sind als "No Connection" oder "No Pin" aufgeführt). Es handelt sich um einen Multiplex-Gemeinsame-Anode-Typ. Das bedeutet, die Anoden der LEDs für jede Ziffer sind intern miteinander verbunden (Pins 2, 5, 8 für die Ziffern 1, 2, 3 bzw. Pin 13 für den linken Doppelpunkt/Indikatoren L1, L2, L3). Die Kathoden für einzelne Segmente (A-G, DP) sind über alle Ziffern hinweg gemeinsam genutzt. Pin 1 ist als Kathode für Segment D identifiziert. Die korrekte Identifikation von Pin 1 ist für die richtige Ausrichtung während des PCB-Aufbaus entscheidend. Der rechte Dezimalpunkt (DP) wird über seine eigene Kathode auf Pin 3 angesteuert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste bereitgestellte Richtlinie ist das maximale Löttemperaturprofil: 260°C Spitzentemperatur für maximal 3 Sekunden, gemessen an einem Punkt 1,6mm unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Dies ist ein Standard-JEDEC-Reflow-Profil für Bauteile, die empfindlich auf thermische Belastung reagieren. Es wird dringend empfohlen, das vom Hersteller vorgeschlagene Reflow-Profil zu befolgen, falls in einem separaten Applikationshinweis bereitgestellt. Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen gelten: Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlüsse und der Glas/Epoxid-Front, lagern Sie in antistatischen und feuchtigkeitskontrollierten Umgebungen, falls spezifiziert, und verwenden Sie geeignete ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die LTC-2621JE benötigt aufgrund ihres multiplexed Gemeinsame-Anode-Designs eine externe Treiberschaltung. Eine typische Implementierung verwendet einen Mikrocontroller mit ausreichend I/O-Pins oder einen dedizierten LED-Anzeigetreiber-IC (wie den MAX7219 oder ähnlich). Der Mikrocontroller würde sequentiell die gemeinsame Anode einer Ziffer aktivieren (durch High-Pegel), während er das Kathodenmuster für die gewünschten Segmente dieser Ziffer ausgibt. Dieser Prozess wiederholt sich schnell für alle drei Ziffern und verlässt sich auf das Nachleuchten des Auges, um ein stabiles, flimmerfreies Bild zu erzeugen. Strombegrenzungswiderstände sind auf jeder Segmentkathodenleitung (oder innerhalb des Treiber-ICs) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom einzustellen, typischerweise zwischen 5-20 mA, abhängig von der erforderlichen Helligkeit.

7.2 Designüberlegungen

• Multiplexverhältnis:Bei 3 Ziffern beträgt das Multiplex-Tastverhältnis 1/3. Um die gleiche durchschnittliche Helligkeit wie eine statisch angesteuerte Ziffer zu erreichen, kann der Spitzenpulsstrom bis zu dreimal höher sein, darf jedoch den absoluten maximalen Spitzenstromwert von 90 mA nicht überschreiten.
• Aktualisierungsrate:Die Ziffernabtastfrequenz sollte hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden, typischerweise über 60 Hz pro Ziffer, was zu einer Gesamtanzeige-Aktualisierungsrate von >180 Hz führt.
• Betrachtungswinkel:Das Datenblatt gibt einen weiten Betrachtungswinkel an. Für optimale Lesbarkeit sollte die Anzeige senkrecht zur primären Betrachtungsrichtung montiert werden.
• Einschaltsequenz:Stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung beim Einschalten oder Ausschalten keine Sperrspannungen oder übermäßige Stromspitzen anlegt.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie roten GaAsP (Galliumarsenidphosphid) LEDs bietet die AlInGaP-Technologie in der LTC-2621JE eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom oder geringerem Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit führt. Die Farbe ist ein gesättigteres, "echtes" Rot im Vergleich zum orange-roten Farbton vieler GaAsP-LEDs. Im Vergleich zu zeitgenössischen Seitenleucht- oder Punktmatrixanzeigen bietet dieses Bauteil ein klassisches, hochlesbares 7-Segment-Format, das ideal für numerische Daten ist. Sein Hauptunterscheidungsmerkmal ist die Kombination aus einer kleinen 0,28" Zifferngröße mit den Leistungsvorteilen des AlInGaP-Materials.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit einer konstanten Gleichspannung ohne Strombegrenzung ansteuern?

A: Nein. LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Das Anlegen einer konstanten Spannung, insbesondere einer nahe oder über der Durchlassspannung, führt zu einem unkontrollierten Stromanstieg, der möglicherweise die LED-Segmente zerstört. Verwenden Sie immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder einen Konstantstromtreiber.

F: Die Lichtstärke ist bei 1mA und 10mA spezifiziert. Kann ich für andere Ströme interpolieren?

A: In etwa, ja. Die Beziehung ist bei niedrigeren Strömen annähernd linear. Für präzises Design, insbesondere bei höheren Strömen, ziehen Sie jedoch die typische Lichtstärke-vs.-Durchlassstrom-Kurve heran, falls verfügbar.

F: Was ist der Zweck der "No Connection" Pins?

A: Sie sind wahrscheinlich mechanische Platzhalter, um einen Standard-16-Pin-DIP (Dual In-line Package) Footprint für die Kompatibilität mit Standard-Sockeln und PCB-Layouts beizubehalten, obwohl die interne Schaltung sie nicht nutzt.

F: Wie steuere ich die Doppelpunkt-Indikatoren (L1, L2, L3) an?

A: Die Doppelpunkt-Segmente teilen sich eine gemeinsame Anode auf Pin 13. Ihre individuellen Kathoden sind mit den Kathoden der Segmente A, B und C verbunden (Pins 15, 12 bzw. 6). Um beispielsweise L1 zu leuchten, würden Sie die gemeinsame Anode auf Pin 13 aktivieren, während Sie die Kathode für Segment A (Pin 15) auf Low-Pegel ziehen.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Fall: Design einer tragbaren Digitalmultimeter-Anzeige

Ein Entwickler entwirft ein kompaktes Digitalmultimeter. Schlüsselanforderungen sind niedriger Stromverbrauch für die Batterielaufzeit, hohe Helligkeit für den Außeneinsatz und ein kleines Bauformat. Die LTC-2621JE ist eine ausgezeichnete Wahl. Der Entwickler wählt einen Treiberstrom von 8 mA pro Segment im Multiplexmodus. Bei einem Tastverhältnis von 1/3 beträgt der Spitzenpulsstrom 24 mA, was deutlich unter dem 90 mA-Limit liegt. Ein Mikrocontroller mit integrierten LED-Treibersegmenten wird verwendet. Das graue Front/weiße Segment-Design bietet hohen Kontrast auch bei direktem Sonnenlicht. Die niedrige Durchlassspannung minimiert den Leistungsverlust in der Treiberschaltung. Die 0,28" Zifferngröße ermöglicht ein kompaktes PCB-Layout bei guter Lesbarkeit. Der weite Betriebstemperaturbereich gewährleistet zuverlässigen Betrieb von einer kalten Garage bis zu einem heißen Armaturenbrett.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Die LTC-2621JE basiert auf Halbleiter-Elektrolumineszenz. Die AlInGaP-Chipstruktur bildet einen p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet, werden Elektronen aus der n-Region und Löcher aus der p-Region in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlInGaP setzt diese Rekombination hauptsächlich Energie in Form von Photonen (Licht) im roten Wellenlängenbereich (~624-632 nm) frei. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert jegliches nach unten emittierte Licht und verbessert so die gesamte Lichteinkopplungseffizienz von der Oberseite des Chips. Das Licht durchdringt eine Epoxidlinse, die in die gewünschte Segmentform gegossen ist und auch Umweltschutz bietet.

12. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-Technologie stellte einen bedeutenden Fortschritt in der sichtbaren LED-Leistung dar, insbesondere für rote, orange und gelbe Farben, als sie in den 1990er Jahren kommerzialisiert wurde. Sie ersetzte weitgehend die weniger effizienten GaAsP- und GaP-Technologien für Hochleistungsanwendungen. Der Trend bei Anzeigemodulen ging hin zu höherer Integration (Einbau des Treiber-ICs in das Anzeigegehäuse), oberflächenmontierbaren Gehäusen für automatisierte Montage und der Entwicklung von Vollfarb-RGB-Punktmatrixanzeigen. Einfache, zuverlässige und kostengünstige 7-Segment-Anzeigen wie die LTC-2621JE bleiben jedoch für Anwendungen, bei denen nur numerische Informationen benötigt werden, aufgrund ihrer unübertroffenen Lesbarkeit, einfachen Schnittstelle und bewährten Zuverlässigkeit im Feldeinsatz hochrelevant. Die laufende Entwicklung bei LED-Materialien, wie z.B. Micro-LEDs, konzentriert sich auf ultrahohe Dichte und Effizienz, aber für Standard-Segmentanzeigen bleiben AlInGaP und InGaN (für Blau/Grün) die Arbeitstechnologien.