LTC-7500KG LED-Anzeige Datenblatt - 0,72 Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-7500KG ist ein hochwertiges, dreistelliges 7-Segment-LED-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung klarer, heller numerischer Anzeigen in einer Vielzahl elektronischer Geräte. Die Kerntechnologie basiert auf AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Chips, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind und für die Erzeugung hocheffizienten grünen Lichts bekannt sind. Das Gerät verfügt über eine schwarze Front mit weißen Segmenten und bietet einen ausgezeichneten Kontrast für optimale Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen.

1.1 Hauptmerkmale und Kernvorteile

Die Anzeige ist mit mehreren Schlüsselvorteilen konzipiert, die sie für anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht. Die Zeichenhöhe von 0,72 Zoll (18,4 mm) bietet große, gut lesbare Zeichen. Die Segmente sind durchgehend und gleichmäßig, was ein einheitliches Erscheinungsbild über alle Ziffern und Segmente hinweg gewährleistet. Sie arbeitet mit geringem Leistungsbedarf und trägt zu energieeffizienten Designs bei. Die Kombination aus hoher Helligkeit und hohem Kontrast sowie einem weiten Betrachtungswinkel stellt sicher, dass die Anzeige aus mehreren Positionen sichtbar ist. Darüber hinaus bietet sie die Zuverlässigkeit von Festkörperbauteilen und ist nach Lichtstärke kategorisiert, was eine Helligkeitsabstimmung in Mehrfachanzeigen ermöglicht. Das Gehäuse ist bleifrei und entspricht der RoHS-Richtlinie.

1.2 Gerätebeschreibung und Zielmarkt

Dieses Gerät ist speziell eine multiplexende Common-Cathode-Anzeige mit einem Dezimalpunkt auf der rechten Seite. Das Multiplex-Design reduziert die Anzahl der benötigten Treiberpins und vereinfacht die Ansteuerschaltung. Ihr Zielmarkt umfasst ein breites Spektrum gewöhnlicher elektronischer Geräte, die eine zuverlässige numerische Anzeige erfordern. Dazu gehören Büroautomationsgeräte, Kommunikationsgeräte, Industrie-Bedienfelder, Messgeräte, Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik. Das Design priorisiert Klarheit, Zuverlässigkeit und einfache Integration.

2. Technische Parameter und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der LTC-7500KG-Anzeige, basierend ausschließlich auf den im Datenblatt bereitgestellten Daten.

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Gerät auftreten können. Dies sind keine Betriebsbedingungen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen LED-Segment sicher abgeführt werden kann, ohne Überhitzungsrisiko.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Er wird verwendet, um eine sehr hohe momentane Helligkeit zu erreichen, nicht für Dauerbetrieb.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear mit einer Rate von 0,28 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximal zulässige Dauerstrom etwa 25 mA - (0,28 mA/°C * 60°C) = 8,2 mA.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Gerät kann in diesem gesamten Bereich gelagert oder betrieben werden.
• Lötbedingungen:Das Gerät hält Wellenlöten oder Reflow-Löten stand, bei dem die Löttemperatur an einem Punkt 1/16 Zoll (≈1,6mm) unterhalb der Auflageebene 260°C für 3 Sekunden nicht überschreitet. Die Temperatur des Bauteilkörpers selbst darf während der Montage die maximale Temperaturbewertung nicht überschreiten.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C) gemessen und stellen typische Leistungswerte dar.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dies ist der Schlüsselparameter für die Helligkeit. Bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA beträgt die Stärke typischerweise 1050 µcd (Mikrocandela), mit einem Minimum von 500 µcd. Bei 10 mA steigt die typische Stärke signifikant auf 11550 µcd. Entwickler müssen den Treiberstrom basierend auf der erforderlichen Helligkeit und thermischen Überlegungen wählen.
• Peak-Emissionswellenlänge (λ_p):571 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die emittierte Lichtintensität am höchsten ist.
• Spektrale Linienhalbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):572 nm (typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die die grüne Farbe definiert.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,6 V (typisch), mit einem Minimum von 2,05 V, bei I_F=20 mA. Der Schaltungsentwurf muss diesen Spannungsabfall und seine Variation von Chip zu Chip berücksichtigen.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; Dauerbetrieb in Sperrrichtung ist verboten.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:2:1 maximal (für ähnliche Lichtfläche). Dies bedeutet, dass der Helligkeitsunterschied zwischen zwei beliebigen Segmenten unter gleichen Treiberbedingungen (I_F=1mA) den Faktor zwei nicht überschreiten sollte.
• Übersprechen:≤ 2,5%. Dies spezifiziert die maximale Menge an unerwünschtem Licht von einem nicht angesteuerten Segment, wenn ein benachbartes Segment leuchtet, oft aufgrund interner optischer Reflexion.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Gerät \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert, dass ein Binning-System vorhanden ist, obwohl spezifische Bin-Codes im bereitgestellten Auszug nicht aufgeführt sind. In der LED-Fertigung ist Binning der Prozess des Sortierens von LEDs basierend auf gemessenen Parametern wie Lichtstärke (Helligkeit), Durchlassspannung (V_F) und dominanter Wellenlänge (Farbe).

• Lichtstärke-Binning:LEDs werden basierend auf ihrer Lichtausbeute bei einem Standard-Teststrom in Bins gruppiert. Dies gewährleistet Konsistenz in der Helligkeit über mehrere in demselben Produkt verwendete Anzeigen hinweg. Das 2:1-Intensitätsabgleichverhältnis im Datenblatt ist eine Leistungsgarantie, die auf diesem Binning basiert.
• Durchlassspannungs-Binning:LEDs können auch nach ihrem V_F gebinnt werden. Die Verwendung von LEDs aus demselben V_F-Bin in einer multiplex- oder parallelgesteuerten Schaltung hilft, eine gleichmäßige Stromverteilung und konsistente Helligkeit zu gewährleisten.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Für farbige LEDs wie diesen grünen AlInGaP-Typ stellt das Binning nach dominanter Wellenlänge (λ_d) einen konsistenten Farbton sicher. Der Hinweis, der die Verwendung von \"LED-Anzeigen desselben BIN\" für Mehrfachanordnungen empfiehlt, spricht direkt die Notwendigkeit an, \"Farbton-Ungleichmäßigkeitsprobleme\" zu vermeiden.

Entwickler sollten den Hersteller für spezifische Bin-Code-Informationen konsultieren, wenn sie für Anwendungen mit enger Farb- oder Helligkeitsabstimmung bestellen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte PDF-Auszug auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\" auf Seite 7/10 verweist, sind die spezifischen Graphen nicht im Textinhalt enthalten. Typischerweise würden solche Kurven für eine LED-Anzeige umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Dieser Graph würde zeigen, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom zunimmt. Er ist typischerweise nichtlinear, wobei der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen oft abfällt.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Dies zeigt die Dioden-I-V-Kennlinie, die für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung entscheidend ist.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Sie ist kritisch für den Entwurf von Systemen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der Lichtintensität gegen Wellenlänge aufträgt und das Maximum bei ~571nm sowie die spektrale Breite zeigt.

Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Geräts unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen und die Treiberschaltung für Leistung, Effizienz und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Die LTC-7500KG ist ein 30-poliges Dual-Inline-Gehäuse. Wichtige Abmessungen aus der Zeichnung sind:

• Gesamtgehäusebreite: Etwa 45,72 mm.
• Ziffernhöhe: 18,4 mm (0,72 Zoll).
• Pinabstand (Raster): 2,54 mm (0,1 Zoll), ein Standard-DIP-Raster.
• Reihenabstand: 10,16 mm (2,54 mm * 4).
• Pindurchmesser: 0,45 mm. Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser beträgt 0,9 mm für einfaches Einfügen und Löten.

Toleranzen für die meisten Abmessungen sind ±0,25 mm. Spezifische Hinweise behandeln zulässige Fertigungstoleranzen wie Pinspitzenversatz (±0,4 mm), Fremdmaterial auf Segmenten, Tintenverunreinigung, Blasen und Verbiegung des Reflektors.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das Gerät verwendet eine multiplexende Common-Cathode-Konfiguration. Es gibt drei Common-Cathode-Pins, einen für jede Ziffer (Ziffer 1, Ziffer 2, Ziffer 3). Die Anoden für jedes Segment (A-G und DP) aller drei Ziffern sind auf individuelle Pins herausgeführt. Diese Struktur ermöglicht es dem Mikrocontroller, jeweils eine Ziffer zu beleuchten, indem er ihre gemeinsame Kathode auf Masse zieht, während ein High-Signal an die gewünschten Segmentanoden angelegt wird. Durch schnelles Durchschalten der Ziffern (Multiplexen) scheinen alle drei Ziffern kontinuierlich beleuchtet zu sein. Die Pinbelegungstabelle bietet die spezifische Zuordnung für alle 30 Pins. Pin 1 ist in der Zeichnung gekennzeichnet, was die Ausrichtung festlegt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Montage sind für die Zuverlässigkeit entscheidend.

• Löten:Das Gerät hält einer Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1,6 mm unterhalb der Auflageebene stand. Es sollten Standard-Bleifrei-Reflow- oder Wellenlötprofile verwendet werden, die mit dieser Anforderung kompatibel sind.
• Mechanische Belastung:Vermeiden Sie ungeeignete Werkzeuge oder Montagemethoden, die ungewöhnliche Kräfte auf den Anzeigekörper ausüben, da dies physische Schäden verursachen kann.
• Musterfolienanwendung:Wenn eine dekorative Folie auf die Vorderseite aufgebracht wird, verwendet sie Haftkleber. Es wird nicht empfohlen, diese Folienseite in engem Kontakt mit einem Frontpanel/-deckel zu lassen, da äußere Kräfte die Folie verschieben können.

7. Lagerbedingungen

Um Verschlechterung, insbesondere Oxidation der Pins, zu verhindern, sollten die LED-Anzeigen in ihrer Originalverpackung unter folgenden Bedingungen gelagert werden:

• Temperatur:5°C bis 30°C.
• Relative Luftfeuchtigkeit:Unter 60 % RH.

Lagerung außerhalb dieser Spezifikationen kann die Lötbarkeit und Langzeitleistung beeinträchtigen.

8. Anwendungsempfehlungen und Designüberlegungen

Basierend auf dem Abschnitt \"Hinweise\" müssen mehrere kritische Design- und Anwendungsrichtlinien befolgt werden.

8.1 Schaltungsentwurf

• Ansteuerungsmethode:Konstantstrom-Ansteuerung wird gegenüber Konstantspannungs-Ansteuerung dringend empfohlen. Dies gewährleistet eine konsistente Lichtstärke unabhängig von Variationen in der Durchlassspannung (V_F) einzelner LED-Chips.
• Strombegrenzung:Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den beabsichtigten Treiberstrom über den gesamten Bereich möglicher V_F-Werte (2,05V bis 2,6V typisch) liefert.
• Sicherer Betriebsstrom:Der gewählte Dauer-Treiberstrom muss basierend auf der maximal erwarteten Umgebungstemperatur in der Anwendung unter Verwendung des 0,28 mA/°C-Derating-Faktors ab 25°C reduziert werden.
• Schutz:Die Treiberschaltung muss Schutz gegen Sperrspannungen und transiente Spannungsspitzen während des Einschaltens oder Abschaltens enthalten. Sperrvorspannung kann Metallmigration verursachen, was zu erhöhtem Leckstrom oder Kurzschlüssen führt.

8.2 Thermales und Umgebungsmanagement

• Thermomanagement:Das Überschreiten des empfohlenen Betriebsstroms oder der Betriebstemperatur führt zu schwerwiegender Lichtausbeuteverminderung oder vorzeitigem Ausfall. Angemessene Belüftung oder Kühlkörper können in Hochtemperaturumgebungen notwendig sein.
• Kondensation:Vermeiden Sie schnelle Änderungen der Umgebungstemperatur, insbesondere in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, da dies zur Bildung von Kondenswasser auf der Anzeige führen kann, was möglicherweise elektrische oder optische Probleme verursacht.

8.3 Testen und Abgleichen

• Mechanische Tests:Wenn das Endprodukt, das diese Anzeige enthält, Fall- oder Vibrationstests bestehen muss, sollten die Testbedingungen vor der endgültigen Designfestlegung mit dem Lieferanten zur Bewertung und für Empfehlungen geteilt werden.
• Anzeigenabgleich:Für Anwendungen, die zwei oder mehr Anzeigen in einem Satz verwenden (z.B. ein mehrstelliges Panel), wird empfohlen, Anzeigen aus demselben Fertigungs-Bin zu verwenden, um merkliche Unterschiede in Helligkeit oder Farbton zu vermeiden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Während ein direkter Vergleich mit anderen Modellen im Datenblatt nicht bereitgestellt wird, können die Hauptunterscheidungsmerkmale der LTC-7500KG aus ihren Spezifikationen abgeleitet werden:

• Technologie:Die Verwendung von AlInGaP auf GaAs-Substrat für grünes Licht bietet im Vergleich zu älteren Technologien hohe Effizienz und gute Temperaturstabilität.
• Gehäuse:Die 0,72-Zoll-Ziffernhöhe in einem standardmäßigen 30-poligen DIP-Gehäuse bietet einen Kompromiss zwischen Größe und Lesbarkeit und passt gut in viele bestehende Produktformfaktoren.
• Optische Leistung:Die Kombination aus hoher typischer Helligkeit (11550 µcd @10mA), hohem Kontrast (schwarze Front/weiße Segmente) und weitem Betrachtungswinkel ist ein starkes Paket für Benutzerschnittstellen.
• Konformität:Bleifreie und RoHS-konforme Verpackung erfüllt moderne Umweltvorschriften.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,6V, und ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung ist immer erforderlich, um den korrekten Strom einzustellen. Direktes Ansteuern von einem 5V-Pin würde wahrscheinlich den absoluten Maximalstrom überschreiten und die LED zerstören.

F: Warum ist der Spitzenstrom (60mA) so viel höher als der Dauerstrom (25mA)?

A: LEDs können kurze, hochstromige Pulse verkraften, weil die erzeugte Wärme keine Zeit hat, die Sperrschichttemperatur auf ein gefährliches Niveau anzuheben. Das Tastverhältnis von 1/10 und die Pulsbreite von 0,1ms stellen sicher, dass die mittlere Leistung innerhalb sicherer Grenzen bleibt. Dies wird für Anwendungen verwendet, die sehr hohe Spitzenhelligkeit erfordern.

F: Was bedeutet \"Common Cathode\" für meine Treiberschaltung?

A: Bei einer Common-Cathode-Anzeige sind alle Kathoden (negative Seiten) der LEDs einer Ziffer miteinander verbunden. Um ein Segment zu beleuchten, legen Sie eine positive Spannung (über einen Widerstand) an seine Anode an und verbinden die gemeinsame Kathode der entsprechenden Ziffer mit Masse. Dies ist das Gegenteil einer Common-Anode-Anzeige.

F: Wie erreiche ich gleichmäßige Helligkeit über alle drei Ziffern?

A: Verwenden Sie Multiplexing. Schalten Sie jeweils nur eine Ziffer ein, indem Sie ihre gemeinsame Kathode aktivieren. Beleuchten Sie die gewünschten Segmente auf dieser Ziffer. Schalten Sie schnell durch die drei Ziffern (z.B. bei 100Hz oder schneller). Die Trägheit des Auges lässt alle Ziffern stetig beleuchtet erscheinen. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom während der kurzen Einschaltzeit jeder Ziffer die gewünschte durchschnittliche Helligkeit liefert.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer digitalen Timer-Anzeige.

Ein Entwickler erstellt einen Countdown-Timer, der Minuten und Sekunden (MM:SS) anzeigt. Er würde zwei LTC-7500KG-Einheiten benötigen. Der Mikrocontroller (z.B. ein ARM Cortex-M oder PIC) hätte 6 Common-Cathode-Steuerleitungen (eine pro Ziffer) und 8 Segmentsteuerleitungen (7 Segmente + Dezimalpunkt). Die Firmware würde eine Multiplexing-Routine implementieren. Der Treiberstrom würde über strombegrenzende Widerstände oder vorzugsweise einen Konstantstrom-Treiber-IC eingestellt. Der Stromwert würde basierend auf der erforderlichen Helligkeit und der maximalen Umgebungstemperatur im Timer-Gehäuse gewählt. Um visuelle Konsistenz zu gewährleisten, würde der Entwickler beim Lieferanten angeben, dass beide Anzeigen aus demselben Helligkeits- und Wellenlängen-Bin stammen sollten.

12. Einführung des Funktionsprinzips

Die LTC-7500KG arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus der n-dotierten AlInGaP-Schicht mit Löchern aus der p-dotierten Schicht und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung des AlInGaP-Halbleiters bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall grün (~572 nm). Jede Ziffer besteht aus sieben stabförmigen LED-Segmenten (A bis G) und einem Dezimalpunkt (DP). Durch selektives Ansteuern dieser Segmente kann jede Ziffer von 0 bis 9 gebildet werden. Das Multiplexing-Schema teilt die Segmenttreiberleitungen elektronisch über alle Ziffern hinweg, was die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-I/O-Pins erheblich reduziert.

13. Technologietrends

Die LED-Anzeigetechnologie entwickelt sich weiter. Während die LTC-7500KG ausgereifte und zuverlässige AlInGaP-Technologie verwendet, umfassen breitere Branchentrends:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Materialforschung zielt darauf ab, die Lumen-pro-Watt (Lichtausbeute) aller LED-Farben zu verbessern und so den Stromverbrauch für dieselbe Lichtausbeute zu reduzieren.
• Miniaturisierung:Es gibt einen Trend zu kleineren Pixelabständen und höherer Anzeigedichte, obwohl für Großziffernanwendungen wie diese die Lesbarkeit oberste Priorität bleibt.
• Integration:Einige moderne Anzeigen integrieren die Treiber-ICs direkt in das Modulgehäuse, was die externe Schaltung vereinfacht. Die LTC-7500KG repräsentiert einen traditionellen, diskreten Ansatz, der maximale Designflexibilität bietet.
• Farboptionen:Während dies eine monochrome grüne Anzeige ist, gibt es eine breite Verfügbarkeit von 7-Segment-Anzeigen in anderen Farben (rot, gelb, blau, weiß) unter Verwendung verschiedener Halbleitermaterialien wie InGaN für blau/weiß.

Die LTC-7500KG besetzt eine etablierte Nische für Anwendungen, die robuste, hochlesbare und zuverlässige numerische Anzeigen ohne die Kosten und Komplexität einer Vollgrafik-Anzeige erfordern.