LTC-4665JD LED-Anzeige Datenblatt - 0,39-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Rot - Niedrige Leistungsaufnahme - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-4665JD ist ein kompaktes, dreistelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion besteht darin, klare, helle numerische und begrenzt alphanumerische Anzeigen in elektronischen Geräten bereitzustellen. Die Kernanwendungsbereiche umfassen Instrumententafeln, Prüf- und Messgeräte, industrielle Steuerungssysteme sowie Unterhaltungselektronik, bei denen eine zuverlässige, energieeffiziente numerische Anzeige erforderlich ist.

Die zentrale Positionierung des Bauteils liegt in seiner ausgewogenen Leistungsfähigkeit und Effizienz. Es ist für Anwendungen entwickelt, bei denen der Stromverbrauch eine kritische Designanforderung ist, ohne die Lesbarkeit zu beeinträchtigen. Die Anzeige bietet ein hervorragendes Zeichenbild dank ihrer durchgehend gleichmäßigen Segmente, was für ein einheitliches und professionelles Erscheinungsbild sorgt. Ihre hohe Helligkeit und ihr hoher Kontrast machen sie für den Einsatz unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen geeignet, von schwach beleuchteten Umgebungen bis hin zu Bereichen mit hohem Umgebungslichtanteil.

Der Zielmarkt umfasst sowohl industrielle als auch kommerzielle Elektronikhersteller. Entwicklungsingenieure, die eine zuverlässige, wartungsarme Anzeigelösung für Bedienfelder, Zähler, Timer oder Statusanzeigen suchen, werden diese Komponente geeignet finden. Ihre auf LED-Technologie basierende, festkörperbasierte Zuverlässigkeit macht sie im Vergleich zu älteren Technologien wie Vakuum-Fluoreszenz- oder Glühlampenanzeigen in Bezug auf Lebensdauer und Stoßfestigkeit vorzuziehen.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Photometrische & Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Das Bauteil nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) hocheffiziente rote LED-Chips. Dieses Halbleitermaterial ist für seine hohe Lichtausbeute im Rot/Orange/Bernstein-Spektrum bekannt. Die Chips werden auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gefertigt, was hilft, das Licht nach vorne zu lenken und den Kontrast durch Reduzierung interner Reflexionen und Lichtstreuung verbessert.

Lichtstärke (I_V):Die durchschnittliche Lichtstärke pro Segment ist mit einem Minimum von 200 µcd und einem Maximum von 650 µcd bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA spezifiziert. Dieser Niedrigstrom-Betriebspunkt ist ein definierendes Merkmal, das seine Effizienz unterstreicht. Der typische Wert liegt in der Mitte dieses Bereichs und bietet für die meisten Innenanwendungen ausreichende Helligkeit bei minimalem Stromverbrauch.

Wellenlängencharakteristika:Die Spitzenemissionswellenlänge (λ_p) beträgt typischerweise 656 nm, was sie in den hellroten Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet. Die dominante Wellenlänge (λ_d) beträgt 640 nm. Die Differenz zwischen Spitzen- und dominanter Wellenlänge wird von der spektralen Form beeinflusst. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 22 nm, was auf eine relativ reine Farbemission mit minimaler Ausbreitung in benachbarte Farben hinweist, was zu einem gesättigten roten Erscheinungsbild beiträgt.

Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Dieser Parameter mit einem maximalen Verhältnis von 2:1 gewährleistet Gleichmäßigkeit über die gesamte Anzeige. Das bedeutet, die Helligkeit des dunkelsten Segments ist unter gleichen Treiberbedingungen (I_F=10mA) nicht weniger als halb so hoch wie die des hellsten Segments. Dies ist entscheidend für eine konsistente und professionelle visuelle Ausgabe, bei der kein Segment merklich dunkler als ein anderes erscheint.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und Bedingungen für eine zuverlässige Integration in eine Schaltung.

Durchlassspannung (V_F):Pro Segment liegt die Durchlassspannung typischerweise im Bereich von 2,1V bis 2,6V bei einem Treiberstrom von 20 mA. Dies ist ein Standardbereich für AlInGaP-LEDs. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diese Spannung bereitstellen kann. Bei dem empfohlenen Niedrigstrom von 1-10 mA wird die tatsächliche V_Fleicht niedriger sein, entsprechend der Dioden-I-V-Kurve.

Sperrstrom (I_R):Der maximale Sperrstrom pro Segment beträgt 10 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dies ist eine Leckstrom-Spezifikation, wichtig um sicherzustellen, dass die Anzeige bei versehentlich falscher Polung nicht signifikant leitet, obwohl ein solches Ereignis im Design vermieden werden sollte.

2.3 Absolute Maximalwerte

Diese Werte spezifizieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Ein Dauerbetrieb des Bauteils an diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies begrenzt die maximale Kombination aus Durchlassstrom und Spannungsabfall über einem Segment.
• Spitzendurchlassstrom pro Segment:100 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies ermöglicht kurze Perioden mit hochintensivem Multiplexing.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert reduziert sich linear um 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (T_a) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximal zulässige Dauerstrom ungefähr: 25 mA - ((85-25) * 0,33 mA) ≈ 5,2 mA.
• Sperrspannung pro Segment:5 V.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Dieser weite Bereich macht es für industrielle und automotivtaugliche Umgebungen (nicht-kritische Bereiche) geeignet.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standard-Richtlinie für Reflow-Lötprofile.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil"nach Lichtstärke kategorisiert"ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess basierend auf gemessener Lichtleistung. Obwohl spezifische Bincode-Details in diesem Auszug nicht angegeben sind, beinhaltet die typische Praxis das Testen jeder Einheit bei einem Standardstrom (z.B. 10 mA oder 20 mA) und deren Gruppierung in Bins basierend auf der gemessenen Lichtstärke (z.B. Bin A: 450-550 µcd, Bin B: 550-650 µcd). Dies ermöglicht es Herstellern, Anzeigen mit garantierten Mindesthelligkeitswerten für ihre Anwendung zu beziehen und sicherzustellen, dass die Konsistenz über Produktionschargen hinweg gewahrt bleibt. Das 2:1 Lichtstärke-Anpassungsverhältnis ist eine separate, verwandte Spezifikation, die innerhalb eines einzelnen Bauteils gilt.

4. Analyse der Leistungskurven

Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Kurven für ein solches Bauteil umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung, die für eine Diode typisch ist. Bei den niedrigen empfohlenen Betriebsströmen (1-10 mA) befindet sich die Kurve in ihrem steil ansteigenden Bereich, was bedeutet, dass kleine Spannungsänderungen große Stromänderungen verursachen. Daher wird eine Konstantstrom-Ansteuerung gegenüber einer Konstantspannungs-Ansteuerung für stabile und angeglichene Helligkeit dringend empfohlen.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_Vvs. I_F):Diese Kurve ist über einen weiten Strombereich im Allgemeinen linear. Der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt oder µcd/mA) kann bei niedrigeren Strömen am höchsten sein und bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop allmählich abnehmen.
• Durchlassspannung vs. Temperatur:Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist eine wichtige Überlegung für Treiberschaltungen, insbesondere für solche, die Spannungsquellen oder einfache Widerstände verwenden.
• Lichtstärke vs. Temperatur:Die Lichtleistung nimmt typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Rate dieser Abnahme ist ein wichtiger Zuverlässigkeitsparameter.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Die Anzeige hat eine Zeichenhöhe von 0,39 Zoll (10,0 mm). Das Gehäuse ist ein Standard-LED-Anzeigemodul-Format. Die physikalischen Abmessungen werden in einer detaillierten Zeichnung mit allen kritischen Maßen in Millimetern angegeben. Toleranzen für diese Abmessungen betragen typischerweise ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Bauteil verfügt über ein"graues Gesicht und weiße Segmente",was sich auf die Farbe des Kunststoffgehäuses (grau) und das diffuse Material bezieht, das die Segmentformen bildet (weiß). Die weißen Segmente helfen, das rote Licht des darunterliegenden LED-Chips zu streuen und zu diffundieren, wodurch ein gleichmäßiges, beleuchtetes Segment-Erscheinungsbild vor dem grauen, unbeleuchteten Hintergrund für hohen Kontrast entsteht.

6. Pinbelegung & Interne Schaltung

Die LTC-4665JD ist alsDuplex-Gemeinsame-Anode-Anzeige mit einemrechtsseitigen Dezimalpunktkonfiguriert. Dies ist eine kritische Information für den Schaltungsentwickler.

• Gemeinsame Anode:Dies bedeutet, dass die Anoden (positive Anschlüsse) der LEDs für jede Ziffer intern miteinander verbunden sind. Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Kathoden-Pin auf Low (Masse) gezogen werden, während die gemeinsame Anode für diese Ziffer auf High (mit positiver Spannung/Strom versorgt) gesetzt wird.
• Duplex-Anordnung:Die Pinbelegung zeigt gemeinsame Kathoden-Pins für die Ziffern 2 und 3 für die Segmente A, C, D, E, F und G. Ziffer 1 hat einige unabhängige Kathoden-Pins (B, C). Diese Multiplexing-Anordnung reduziert die Gesamtzahl der benötigten Pins zur Steuerung von drei Ziffern von 24 (8 Segmente x 3 Ziffern) auf 11. Sie erfordert Zeitmultiplexing in der Treiberschaltung, bei der jede Ziffer nacheinander in schneller Folge beleuchtet wird und sich auf das Nachleuchten des Auges verlässt, um alle Ziffern kontinuierlich beleuchtet erscheinen zu lassen.
• Pin-Funktionen:Die bereitgestellte Tabelle listet die spezifische Funktion für jeden der 11 Pins auf, einschließlich der gemeinsamen Anoden für Ziffer 3 (Pin 7) und für die Ziffern 1 & 2 (gemeinsam auf Pin 11), sowie verschiedene Kathodenverbindungen für spezifische Segmente über die Ziffern hinweg.

7. Löt- & Montagerichtlinien

Die wichtigste bereitgestellte Richtlinie ist das Löttemperaturprofil: eine maximale Spitzentemperatur von 260°C für nicht mehr als 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene (typischerweise die PCB-Oberfläche). Dies ist mit Standard-Blei-freien Reflow-Lötprozessen (z.B. mit SAC305-Lot) kompatibel.

Allgemeine Handhabung & Lagerung:Obwohl nicht explizit angegeben, sollten während der Handhabung Standard-ESD (Elektrostatische Entladung) Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, da LEDs Halbleiterbauteile sind, die anfällig für statische Schäden sind. Die Lagerung sollte innerhalb der spezifizierten Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche erfolgen, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu "Popcorning" führen kann.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode istmultiplexed constant current driving.Ein Mikrocontroller oder ein dedizierter Display-Treiber-IC wird verwendet. Der Prozess umfasst:

1. Aktivieren der gemeinsamen Anode für Ziffer 1 (durch Bereitstellung von Strom über einen Transistor oder Treiber-Pin).
2. Setzen der Kathodenleitungen für die Segmente, die in Ziffer 1 EIN sein sollen, auf einen Low-Zustand (Stromsenke).
3. Aufrechterhalten dieses Zustands für eine kurze Zeit (z.B. 1-5 ms).
4. Ausschalten der Anode von Ziffer 1 und der Segmentkathoden.
5. Wiederholen der Schritte 1-4 für Ziffer 2, dann Ziffer 3, und kontinuierliches Zyklisieren.

Der durchschnittliche Strom pro Segment ist der Spitzenstrom multipliziert mit dem Tastverhältnis (Zeit, in der die Ziffer aktiv ist). Um beispielsweise einen durchschnittlichen I_Fvon 5 mA mit einem Tastverhältnis von 1/3 (typisch für 3-stelliges Multiplexing) zu erreichen, müsste der Spitzenstrom während seiner aktiven Zeit 15 mA betragen. Dies muss gegen den maximalen Dauerstrom-Nennwert geprüft werden, der für Temperatur abgemindert ist.

8.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Immer Vorwiderstände oder, vorzugsweise, Konstantstrom-Treiber/Senken verwenden, um den Segmentstrom zu steuern. Dies kompensiert Schwankungen der Durchlassspannung und gewährleistet gleichmäßige Helligkeit.
• Multiplexing-Frequenz:Die Bildwiederholfrequenz sollte hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden, typischerweise über 60 Hz für die gesamte Anzeige (also jede Ziffer mit >180 Hz aktualisiert).
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber das finale Gehäuse sollte berücksichtigt werden. Eine tiefe Blende oder ein getöntes Fenster kann die wahrgenommene Helligkeit und den Winkel beeinflussen.
• Power Sequencing:Sicherstellen, dass kein Pin während des Einschaltens oder Ausschaltens des Systems Spannungen außerhalb der absoluten Maximalwerte ausgesetzt wird.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der LTC-4665JD sind:

• Materialtechnologie (AlInGaP):Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu hellerer Ausgangsleistung bei gleichem Strom oder äquivalenter Helligkeit bei viel niedrigerem Strom führt.
• Niedrigstrom-Betrieb:Ihre Charakterisierung und Prüfung für exzellente Niedrigstromleistung (bis hinunter zu 1 mA/Segment) ist ein Schlüsselvorteil für batteriebetriebene oder energieempfindliche Anwendungen. Nicht alle 7-Segment-Anzeigen halten bei solch niedrigen Strömen eine gute Intensitätsanpassung und Erscheinung aufrecht.
• Hochkontrast-Gehäuse:Das graue Gesicht/weiße Segment-Design ist für Kontrast optimiert, was gegenüber komplett roten oder grünen Gehäusen überlegen sein kann, insbesondere bei hohem Umgebungslicht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein, nicht direkt für die Segmentansteuerung. Die Durchlassspannung beträgt ~2,4V, und ein Vorwiderstand ist zwingend erforderlich, um den Strom zu begrenzen. Für die gemeinsame Anoden-Ansteuerung würde man einen PNP-Transistor oder einen High-Side-Treiber verwenden, um Strom zur Anode zu liefern, gesteuert vom MCU. Die Kathoden können über strombegrenzende Widerstände mit MCU-Pins verbunden werden, wenn der MCU den erforderlichen Spitzenstrom senken kann.

F: Was ist der Zweck der "Duplex"-Pin-Konfiguration?

A: Sie minimiert die Pinanzahl des Anzeigepakets, macht es physikalisch kleiner und kostengünstiger in der Herstellung. Sie erfordert eine Multiplexing-Treiberschaltung, was Standardpraxis für mehrstellige Anzeigen ist.

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

A: Sicherstellen, dass das Multiplexing-Tastverhältnis für jede Ziffer gleich ist. Die gemeinsamen Kathodenverbindungen für die Ziffern 2 & 3 bedeuten, dass ihre elektrischen Eigenschaften eng übereinstimmen. Ziffer 1, mit einigen unabhängigen Pins, könnte leichte Variationen aufweisen, aber die Lichtstärke-Anpassungsverhältnis-Spezifikation stellt sicher, dass sie bei korrekter Ansteuerung innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für Dauerbetrieb mit maximalem Nennstrom (25 mA/Segment) bei erhöhten Umgebungstemperaturen ist ein sorgfältiges thermisches Design der Leiterplatte (unter Verwendung von thermischen Entlastungspads, möglicherweise einer Massefläche) notwendig. Für typischen Niedrigstrom-Betrieb (1-10 mA Durchschnitt) ist keine spezielle Kühlung erforderlich.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines tragbaren, batteriebetriebenen 3-stelligen Voltmeters mit einem Mikrocontroller.

Umsetzung:Der Mikrocontroller betreibt einen ADC zur Spannungsmessung, wandelt den Wert in drei Ziffern um und steuert die LTC-4665JD an. Ein dedizierter Port-Expander oder GPIO-Pins steuern die 11 Anzeigeleitungen. Das Design verwendet Konstantstrom-Senken-Treiber (z.B. eine Transistor-Array wie ULN2003) für die Kathodenleitungen, um stabilen Strom unabhängig von V_F-Schwankungen zu gewährleisten. Die gemeinsamen Anoden werden von PNP-Transistoren angesteuert. Die Multiplexing-Routine läuft auf einem Timer-Interrupt mit 200 Hz pro Ziffer (600 Hz Gesamtaktualisierung). Um Energie zu sparen, wird der Segmentstrom über die strombegrenzende Schaltung auf 2 mA Durchschnitt eingestellt. Mit einem Tastverhältnis von 1/3 beträgt der Spitzenstrom 6 mA, was deutlich innerhalb der Nennwerte liegt. Das graue Gesicht bietet ausgezeichneten Kontrast zum dunklen Gehäuse des Instruments, und das AlInGaP-Rot ist leicht sichtbar. Der niedrige Stromverbrauch verlängert die Batterielebensdauer im Vergleich zur Verwendung einer für höhere Ströme ausgelegten Anzeige erheblich.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die Kerntechnologie ist die AlInGaP-Licht emittierende Diode. Wenn eine Durchlassspannung über den P-N-Übergang dieses Halbleitermaterials angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung aus Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt mit der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts korreliert. Die Verwendung eines nicht transparenten GaAs-Substrats hilft, streunende Photonen zu absorbieren, die sonst seitwärts oder rückwärts emittiert würden, und verbessert so die gesamte Vorwärts-Lichtextraktionseffizienz und den Kontrast. Die einzelnen LED-Chips sind drahtgebondet und innerhalb des Kunststoffgehäuses eingekapselt, das die sieben Segmente bildet. Das weiße, diffuse Material über jedem Chip verteilt das Punktlicht gleichmäßig über die Segmentfläche.

13. Technologietrends

Während dieses spezifische Bauteil eine etablierte Technologie verwendet, umfassen breitere Trends in der Display-Technologie:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Forschung an Halbleitermaterialien (wie verbessertes AlInGaP oder aufkommende Materialien für andere Farben) treibt die Lumen-pro-Watt-Kennzahl weiter nach oben, was hellere Displays oder niedrigeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Integration:Trends gehen in Richtung Displays mit integrierten Treiber-ICs ("Smart Displays"), die über serielle Schnittstellen (I2C, SPI) kommunizieren, was den Host-Controller-Entwurf vereinfacht und die Verkabelung reduziert.
• Miniaturisierung & Auflösung:Für 7-Segment-Typen geht der Trend hin zu kleineren Zeichenhöhen für dichtere Informationsanzeigen oder die Integration in kleinere Geräte, bei gleichzeitiger Wahrung der Lesbarkeit.
• Farboptionen:Während dies eine rote Anzeige ist, werden volle Farben programmierbare LED-Punktmatrix- und Segmentanzeigen für dynamischere Informationsdarstellung immer häufiger, allerdings oft zu höheren Kosten und mit größerer Komplexität als einfarbige Geräte wie die LTC-4665JD.

Die LTC-4665JD stellt eine ausgereifte, optimierte Lösung für Anwendungen dar, bei denen eine zuverlässige, energieeffiziente, numerische rote Anzeige die primäre Anforderung ist.