LTC-2721JD LED-Anzeige Datenblatt - 0,28 Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Rot - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Leistung - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTC-2721JD ist eine kompakte, leistungsstarke dreistellige 7-Segment-Anzeige, die für klare numerische Anzeigen in elektronischen Geräten konzipiert ist. Sie verfügt über eine Zeichenhöhe von 0,28 Zoll (7,0 mm) und bietet eine ausgezeichnete Balance zwischen Größe und Lesbarkeit. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Chip-Technologie, speziell eine hoch-effiziente rote Variante, die auf einem nicht-transparenten GaAs-Substrat gefertigt wird. Diese Technologiewahl ist entscheidend für ihre Leistung und bietet im Vergleich zu älteren LED-Materialien eine überlegene Helligkeit und Effizienz. Die Anzeige hat eine charakteristische graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Zeichendarstellung verbessert und die Ziffern unter verschiedenen Lichtverhältnissen leicht lesbar macht. Ihre primären Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder, Messgeräte, Prüfausrüstung und Bürogeräte, wo zuverlässige, energieeffiziente numerische Anzeigen benötigt werden.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Optimale Größe:Die Zeichenhöhe von 0,28 Zoll bietet eine klare Anzeige, ohne übermäßig viel Platz auf dem Bedienfeld zu beanspruchen.
• Überlegene optische Leistung:Durchgehend gleichmäßige Segmente gewährleisten eine konsistente Ausleuchtung. Die Kombination aus hoher Helligkeit, hohem Kontrast und einem weiten Betrachtungswinkel garantiert Lesbarkeit aus mehreren Blickwinkeln.
• Energieeffizienz:Geringer Leistungsbedarf, ermöglicht durch die effiziente AlInGaP-Technologie.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Die Festkörperbauweise bietet eine lange Betriebsdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen.
• Qualitätssicherung:Die Bauteile werden nach Leuchtstärke kategorisiert, um konsistente Helligkeitswerte über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen.
• Umweltkonformität:Das Produkt wird in einer bleifreien Ausführung angeboten, die mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) konform ist.

1.2 Gerätekennzeichnung

Die Artikelnummer LTC-2721JD bezeichnet speziell eine multiplexfähige Anzeige mit gemeinsamer Kathode, die hoch-effiziente rote AlInGaP-LEDs nutzt und einen Dezimalpunkt auf der rechten Seite aufweist. Diese Konfiguration ist Standard, um mehrere Ziffern mit einer reduzierten Anzahl von Mikrocontroller-I/O-Pins anzusteuern.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der kritischen Parameter, die die Leistung und Betriebsgrenzen der Anzeige definieren.

2.1 Absolute Maximalwerte

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen, auch nicht kurzzeitig, überschritten werden dürfen. Betrieb an oder jenseits dieser Grenzen kann dauerhafte Schäden verursachen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die ein einzelnes Segment sicher als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) für Multiplexbetrieb zulässig.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom reduziert sich linear um 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Beispielsweise beträgt der maximale Dauerstrom bei 85°C ungefähr: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) ≈ 5,2 mA.
• Temperaturbereich:Der Betriebs- und Lagerungstemperaturbereich liegt bei -35°C bis +85°C.
• Lötbedingungen:Wellen- oder Handlöten muss 1/16 Zoll (≈1,59 mm) unterhalb der Auflageebene durchgeführt werden. Die maximal empfohlene Löttemperatur beträgt 260°C für 5 Sekunden oder 350°C ±30°C für Handlöten innerhalb von 5 Sekunden.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind typische Leistungsparameter, gemessen bei Ta=25°C und spezifiziertem Durchlassstrom (IF).

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 200 bis 600 μcd (Mikrocandela) bei IF=1mA. Die Anzeige wird nach Intensität sortiert (gebinned), was bedeutet, dass Bauteile nach gemessenem Ausgang in Gruppen eingeteilt werden, um Konsistenz sicherzustellen.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typischerweise 2,6V, maximal 2,6V bei IF=20mA. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Ansteuerschaltung ausreichende Spannung bereitstellen kann.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):656 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):640 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe (Rot) definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):22 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit des emittierten roten Lichts an.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 μA bei V_R=5V.Kritischer Hinweis:Dieser Parameter dient nur Testzwecken. Das Bauteil ist nicht für Dauerbetrieb in Sperrrichtung ausgelegt, und ein solcher Zustand muss durch die Ansteuerschaltung verhindert werden.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Maximal 2:1 für Segmente innerhalb einer ähnlichen Lichtfläche. Dies gewährleistet gleichmäßige Helligkeit über alle Segmente einer Ziffer.
• Übersprechen:Spezifiziert als ≤2,5%. Dies bezieht sich auf die unbeabsichtigte Ausleuchtung eines Segments, wenn ein benachbartes Segment angesteuert wird, was minimal sein sollte.

3. Mechanische & Gehäuseinformationen

3.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die Anzeige entspricht einem Standard-Dual-Inline-Gehäuse (DIP). Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm).
• Die allgemeine Toleranz beträgt ±0,20 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Toleranz für die Pinspitzenverschiebung beträgt ±0,4 mm.
• Qualitätskontrollgrenzen sind für Fremdmaterial (≤10 mils), Tintenverunreinigung (≤20 mils), Verbiegung (≤1% der Reflektorlänge) und Blasen im Segment (≤10 mils) definiert.
• Der empfohlene Leiterplatten-Lochdurchmesser für die Pins beträgt 1,30 mm.

3.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die LTC-2721JD ist einemultiplexfähige Anzeige mit gemeinsamer Kathode. Sie hat drei gemeinsame Kathoden-Pins (einen für jede Ziffer: Pins 2, 5, 8) und individuelle Anoden-Pins für jedes Segment (A-G, DP) und die Doppelpunkte-Segmente (L1, L2, L3). Pin 13 ist eine gemeinsame Kathode für die drei Doppelpunkt-LEDs. Diese Architektur ermöglicht es einem Mikrocontroller, eine bestimmte Ziffer zu beleuchten, indem er deren gemeinsame Kathode auf Masse legt, während er eine Durchlassspannung an die gewünschten Segment-Anoden anlegt. Durch schnelles Durchschalten der Ziffern (Multiplexen) scheinen alle drei Ziffern kontinuierlich beleuchtet zu sein. Die Pinbelegungen sind wie folgt: 1(D), 2(CC1), 3(DP), 4(E), 5(CC2), 6(C/L3), 7(G), 8(CC3), 9(NC), 10-11(NP), 12(B/L2), 13(CC L1/L2/L3), 14(NP), 15(A/L1), 16(F).

4. Leistungskurven und Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven (obwohl sie im bereitgestellten Text nicht dargestellt sind). Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs und den gegebenen Parametern würden diese Kurven typischerweise Folgendes veranschaulichen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt den exponentiellen Zusammenhang, mit der typischen V_Fvon 2,6V bei 20mA.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom bis zu den Maximalwerten ansteigt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtausgabe bei steigender Temperatur, ein kritischer Faktor für das Design.
• Spektrale Verteilung:Ein Diagramm, das die relative Intensität über der Wellenlänge aufträgt, zentriert um 656 nm (Spitze) und 640 nm (dominant).

5. Zuverlässigkeitstests

Das Bauteil durchläuft eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests basierend auf militärischen (MIL-STD), japanischen (JIS) und internen Standards, um Robustheit und Langlebigkeit sicherzustellen.

• Betriebsdauer (RTOL):1000 Stunden bei maximalem Nennstrom unter Raumtemperatur.
• Umweltbelastung:Umfasst Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung (500 Std. bei 65°C/90-95% RH), Hochtemperaturlagerung (1000 Std. bei 105°C) und Tieftemperaturlagerung (1000 Std. bei -35°C).
• Temperaturwechsel & -schock:Temperaturwechsel (30 Zyklen zwischen -35°C und 105°C) und Temperaturschock (30 Zyklen zwischen -35°C und 105°C) testen die Widerstandsfähigkeit gegen schnelle Temperaturänderungen.
• Lötbarkeit:Lötwiderstand (10 Sek. bei 260°C) und Lötbarkeitstests (5 Sek. bei 245°C) validieren die Fähigkeit des Gehäuses, Montageprozesse zu überstehen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Automatisches Löten

Für Wellenlöten wird empfohlen, die Anschlüsse bis zu einer Tiefe von 1/16 Zoll (1,59 mm) unterhalb der Auflageebene für maximal 5 Sekunden bei 260°C zu tauchen. Die Gehäusetemperatur der Anzeige darf während dieses Vorgangs die maximale Lagertemperatur nicht überschreiten.

6.2 Handlöten

Bei Verwendung eines Lötkolbens sollte die Spitze den Anschluss (wiederum 1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene) für nicht mehr als 5 Sekunden bei einer Temperatur von 350°C ±30°C kontaktieren. Die Verwendung eines Kühlkörpers am Anschluss zwischen Lötstelle und Gehäuse ist eine gute Praxis.

7. Kritische Anwendungshinweise und Designüberlegungen

Wichtig:Die Einhaltung dieser Hinweise ist für einen zuverlässigen Betrieb und zur Vermeidung vorzeitiger Ausfälle unerlässlich.

• Bestimmungsgemäßer Gebrauch:Konzipiert für gewöhnliche elektronische Geräte. Für sicherheitskritische Anwendungen (Luftfahrt, Medizin, etc.) ist eine Beratung erforderlich.
• Einhaltung der Nennwerte:Die Ansteuerschaltungmusssicherstellen, dass die absoluten Maximalwerte (Strom, Spannung, Leistung, Temperatur) niemals überschritten werden. Der Hersteller haftet nicht für Schäden, die aus Nichteinhaltung resultieren.
• Strom- und Wärmemanagement:Das Überschreiten des empfohlenen Durchlassstroms oder der Betriebstemperatur führt zu schwerer, irreversibler Abnahme der Lichtausgabe und kann zu katastrophalem Ausfall führen.
• Schutzschaltung:Die Ansteuerschaltung muss Schutz gegen Sperrspannungen und Spannungsspitzen, die während des Einschaltens oder Abschaltens auftreten können, enthalten. Ein Vorwiderstand oder Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich, um den Strom zu begrenzen.
• Ansteuerungsmethode: Konstantstrom-Ansteuerung wird gegenüber Konstantspannungs-Ansteuerungdringend empfohlen. Dies gewährleistet eine konsistente Lichtstärke unabhängig von geringen Schwankungen der Durchlassspannung (V_F) zwischen Segmenten oder Bauteilen und bietet inhärenten Schutz gegen Stromspitzen. Für Multiplexbetrieb muss der Spitzenstrom basierend auf dem Tastverhältnis berechnet werden, um sicherzustellen, dass der mittlere Strom pro Segment innerhalb der Grenzen bleibt.

8. Praktische Anwendungsszenarien und Designhinweise

8.1 Typische Anwendungen

• Digitale Multimeter (DMMs) & Prüfgeräte:Bereitstellung klarer numerischer Anzeigen für Spannung, Strom und Widerstand.
• Industrie-Zeitgeber & Zähler:Anzeige von verstrichener Zeit, Produktionszählern oder Sollwerten.
• Unterhaltungselektronik:Uhren, Anzeigen für Audiogeräte, Anzeigen für Küchengeräte.
• Instrumententafeln:Zur kompakten Anzeige von Sensordaten wie Temperatur, Druck oder Geschwindigkeit.

8.2 Designimplementierung Fallstudie

Szenario:Entwurf einer 3-stelligen Voltmeter-Anzeige mit einem Mikrocontroller.

1. Multiplex-Treiber:Der Mikrocontroller verwendet 7-8 I/O-Pins für Segment-Anoden (A-G, DP) und 3 I/O-Pins (konfiguriert als Open-Drain/Niedrig-Ausgang) für die Ziffern-Kathoden (CC1, CC2, CC3).
2. Strombegrenzung:Platziere einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder Segment-Anodenleitung. Der Widerstandswert (R) wird berechnet mit: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, V_F=2,6V, und einem gewünschten I_Fvon 10 mA: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω. Verwende den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 220 Ω oder 270 Ω).
3. Multiplex-Timing:Programmiere den Mikrocontroller so, dass er jeweils eine Ziffern-Kathode aktiviert, die benötigten Segmente für diese Ziffer beleuchtet, eine kurze Zeit wartet (z.B. 2-5 ms) und dann zur nächsten Ziffer wechselt. Eine Bildwiederholfrequenz von 50-200 Hz verhindert sichtbares Flackern.
4. Spitzenstromprüfung:Bei Verwendung eines Tastverhältnisses von 10% (3 Ziffern) kann der Spitzenstrom während der aktiven Zeit höher sein. Für einenMittelwert I_Fvon 10 mA wäre derSpitzenstromwährend des 1/3 Tastverhältnisses 30 mA. Dies muss gegen den absoluten Maximalwert für den Spitzen-Durchlassstrom (90 mA) und die Reduzierung des Dauerstroms bei Betriebstemperatur geprüft werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die Hauptvorteile der LTC-2721JD ergeben sich aus ihrer AlInGaP-Technologie:

• Vergleich mit traditionellen GaAsP/GaP roten LEDs:AlInGaP bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom oder geringerem Leistungsverbrauch bei gleicher Helligkeit führt. Es bietet auch bessere Temperaturstabilität und Farbreinheit.
• Vergleich mit größeren Anzeigen:Die 0,28-Zoll-Größe bietet einen optimalen Kompromiss zwischen sehr kleinen (0,2-Zoll) Anzeigen, die schwer lesbar sein können, und größeren (0,5-Zoll oder mehr) Anzeigen, die mehr Leistung und Leiterplattenfläche verbrauchen.
• Gemeinsame Kathode vs. gemeinsame Anode:Die gemeinsame Kathoden-Konfiguration wird in von Mikrocontrollern gesteuerten Systemen oft bevorzugt, da diese typischerweise Strom senken (Pins auf Low ziehen) effektiver können, als sie Strom liefern (Pins auf High setzen).

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?

Antwort:Möglicherweise, aber mit Vorsicht. Die typische Durchlassspannung (V_F) beträgt 2,6V. Bei einer 3,3V-Versorgung bleibt nur ein Spielraum von 0,7V für den strombegrenzenden Widerstand. Dieser geringe Spannungsabfall macht den Strom sehr empfindlich gegenüber Schwankungen in V_Fund der Versorgungsspannung. Für den Betrieb mit 3,3V wird ein Konstantstrom-Treiberkreis dringend empfohlen, um stabile Helligkeit zu gewährleisten. Direkter Anschluss an 3,3V-GPIO-Pins ohne Treiber riskiert Überstrom, wenn V_Fam unteren Ende seines Bereichs liegt.

10.2 Warum wird der maximale Dauerstrom mit der Temperatur reduziert?

Antwort:Dies liegt am negativen Temperaturkoeffizienten der Durchlassspannung der LED und den physikalischen Grenzen des Gehäuses. Bei steigender Temperatur sinkt der interne Wirkungsgrad, und mehr elektrische Leistung wird in Wärme anstatt in Licht umgewandelt. Wird der Strom nicht reduziert, kann die Sperrschichttemperatur unkontrolliert ansteigen (thermisches Durchgehen), was zu schnellem Abbau und Ausfall führt. Die Reduzierungskurve (0,33 mA/°C) wird bereitgestellt, um dies zu verhindern.

10.3 Was bedeutet "nach Leuchtstärke kategorisiert"?

Antwort:Es bedeutet, dass die Anzeigen nach der Produktion getestet und in verschiedene Helligkeitsklassen (Bins) sortiert werden. Beispielsweise kann eine Charge eine I_Vvon 200-300 μcd haben, eine andere von 300-400 μcd, usw. Dies ermöglicht es Entwicklern, die große Mengen kaufen, eine gleichmäßige Helligkeit über alle Einheiten in ihrem Produkt sicherzustellen. Der spezifische Bin-Code ist oft auf der Verpackung markiert (als "Z: BIN CODE" in der Modulmarkierung referenziert).

11. Funktionsprinzip und Technologietrends

11.1 Grundlegendes Funktionsprinzip

Eine 7-Segment-LED-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden in einer Achter-Form. Jedes Segment (A bis G) ist eine individuelle LED. Durch Anlegen einer Durchlassspannung (die die V_Fder Diode überschreitet) und Begrenzung des Stroms mit einem Widerstand oder einer Konstantstromquelle rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des AlInGaP-Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) bei einer für das Material charakteristischen Wellenlänge frei – in diesem Fall Rot (~640 nm). Multiplexen nutzt die Trägheit des menschlichen Auges, indem jeweils nur eine Ziffer beleuchtet wird, aber so schnell zwischen ihnen gewechselt wird, dass sie gleichzeitig beleuchtet zu sein scheinen.

11.2 Objektiver Technologiekontext

AlInGaP repräsentiert ein ausgereiftes und hochoptimiertes Materialsystem für rote, orange und gelbe LEDs. Es bietet exzellente Effizienz und Zuverlässigkeit. Der Trend in der Display-Technologie geht hin zu höherer Integration (z.B. Punktmatrix-Displays, OLEDs, Micro-LEDs) und direkter Integration mit Treiber-ICs. Dennoch bleiben diskrete 7-Segment-Anzeigen wie die LTC-2721JD aufgrund ihrer Einfachheit, niedrigen Kosten, hohen Helligkeit, Robustheit und einfachen Verwendung in Anwendungen, in denen nur numerische Daten angezeigt werden müssen, hochrelevant. Ihr Design ist gut verstanden, und sie lassen sich leicht mit kostengünstigen Mikrocontrollern verbinden, was ihre fortgesetzte Verwendung in industriellen, konsumenten- und instrumentellen Bereichen für die absehbare Zukunft sicherstellt.