LTC-46454JF LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Zeichenhöhe - Gelborange - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-46454JF ist ein vierstelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung numerischer Daten, typischerweise eingesetzt in Messgeräten, industriellen Bedienfeldern, Unterhaltungselektronik und Prüfgeräten. Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung fortschrittlicher AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für die LED-Chips, die eine überlegene Leistung gegenüber älteren Technologien wie Standard-GaAsP-LEDs bietet.

Die Zielgruppe umfasst Designer und Ingenieure, die Produkte entwickeln, bei denen Energieeffizienz, Lesbarkeit und Zuverlässigkeit entscheidend sind. Dazu gehören tragbare batteriebetriebene Geräte, Panel-Messgeräte, Displays für medizinische Geräte und alle Systeme, die eine konstante, wartungsarme visuelle Ausgabe benötigen. Der geringe Strombedarf des Bauteils macht es besonders geeignet für energieempfindliche Anwendungen.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Fotometrische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Der Schlüsselparameter, die durchschnittliche Lichtstärke (Iv), beträgt typischerweise 650 µcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 1mA pro Segment. Diese Messung erfolgt mit einem Sensor und Filter, der der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entspricht, um sicherzustellen, dass der Wert mit der menschlichen visuellen Wahrnehmung korreliert. Der weite Bereich von mindestens 200 µcd bis zum typischen Wert von 650 µcd deutet auf einen möglichen Binning-Prozess für die Helligkeit hin.

Die Farbcharakteristika werden durch die Wellenlänge definiert. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 611 nm, während die dominante Wellenlänge (λd) typischerweise 605 nm beträgt, beide gemessen bei IF=20mA. Die Differenz zwischen Peak- und dominanter Wellenlänge ist für LEDs normal und hängt mit der Form des Emissionsspektrums zusammen. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 17 nm und beschreibt die Breite des emittierten Lichtspektrums bei halber Maximalintensität. Eine schmalere Halbwertsbreite deutet auf eine reinere, gesättigtere Farbe hin. Die Kombination dieser Parameter definiert den charakteristischen gelborangen Farbton der Anzeige.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für die Anzeige. Die Absolutwerte setzen die Grenzen für den sicheren Betrieb. Der zulässige Dauer-Durchlassstrom pro Segment beträgt 25 mA bei 25°C, mit einem Derating-Faktor von 0,33 mA/°C. Das bedeutet, dass der maximal zulässige Dauerstrom sinkt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, um Überhitzung und Schäden zu verhindern. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom von 90 mA unter spezifischen Bedingungen erlaubt: ein Tastverhältnis von 1/10 und eine Pulsbreite von 0,1ms. Die maximale Sperrspannung pro Segment beträgt 5V; eine Überschreitung kann den LED-Übergang beschädigen.

Der zentrale Betriebsparameter ist die Durchlassspannung (VF), die typischerweise 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei einem Teststrom von 20mA pro Segment beträgt. Das Minimum ist mit 2,05V angegeben. Dieser Vf-Bereich ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Der Sperrstrom (IR) ist mit maximal 100 µA spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (VR) von 5V angelegt wird, was den Leckstrom im Sperrzustand angibt.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt. Dieser weite Bereich gewährleistet die Funktionalität unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, von industrieller Kühllagerung bis hin zu heißen Gehäusen. Der Lagertemperaturbereich ist identisch (-35°C bis +85°C). Eine kritische Montagespezifikation ist die maximale Löttemperatur: 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Diese Richtlinie ist für Wellenlöt- oder Reflow-Prozesse essenziell, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Epoxid-Gehäuse zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Während das Datenblatt keinen formalen Binning-Code detailliert beschreibt, deuten die spezifizierten Bereiche für Schlüsselparameter darauf hin, dass eine Selektion oder Binning stattfindet. Die Lichtstärke hat ein Minimum von 200 µcd und einen typischen Wert von 650 µcd, was darauf hindeutet, dass Bauteile möglicherweise nach Ausgangshelligkeit sortiert werden. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis ist mit maximal 2:1 spezifiziert. Dieses Verhältnis definiert die maximal zulässige Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten innerhalb derselben Ziffer oder zwischen Ziffern und gewährleistet so visuelle Gleichmäßigkeit. Bauteile werden getestet, um dieses Kriterium zu erfüllen.

Ähnlich hat die Durchlassspannung (VF) einen Bereich (2,05V bis 2,6V bei 20mA). Produkte könnten basierend auf Vf gruppiert werden, um konsistente Ansteuerspannungsanforderungen in einer Charge sicherzustellen. Die Spezifikationen für dominante und Peak-Wellenlänge zeigen ebenfalls eine enge Farbkontrolle an, was eine Form von Farbort-Binning darstellt.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien" auf der letzten Seite. Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Dieser Graph würde zeigen, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Er ist typischerweise nichtlinear, wobei die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte oft abfällt.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Dies zeigt die Diodencharakteristik der LED. Die Spannung steigt logarithmisch mit dem Strom.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve ist entscheidend für das Verständnis des thermischen Deratings. Die Lichtausgabe von AlInGaP-LEDs nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die glockenförmige Kurve um 611 nm zentriert mit einer Halbwertsbreite von 17 nm zeigt.

Diese Kurven ermöglichen es Designern, die Leistung unter nicht-standardisierten Bedingungen vorherzusagen, z.B. bei einem Betriebsstrom zwischen 1mA und 20mA oder bei Temperaturen außerhalb von 25°C.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil ist eine Standard-0,4-Zoll (10,0 mm) hohe Ziffernanzeige. Die Gehäuseabmessungen sind in einer Zeichnung angegeben (referenziert, aber nicht im Text detailliert), mit allen Abmessungen in Millimetern und Standardtoleranzen von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das physikalische Design weist eine graue Front mit weißen Segmenten auf, was den Kontrast verbessert, wenn die LEDs ausgeschaltet sind, und das emittierte Licht gleichmäßig streut, wenn sie eingeschaltet sind, was zum "hervorragenden Zeichenbild" und "hohen Kontrast" beiträgt, die in den Merkmalen erwähnt werden.

Das Pinbelegungsdiagramm und das interne Schaltbild sind entscheidend für das PCB-Layout. Das Bauteil hat eine 13-Pin-Konfiguration. Es verwendet eine gemultiplexted Common-Anode-Architektur. Die Pins 6, 8, 9 und 12 sind die gemeinsamen Anoden für die Ziffern 4, 3, 2 bzw. 1. Pin 13 ist die gemeinsame Anode für die oberen (UC) und unteren (LC) Doppelpunkte. Die individuellen Segmentkathoden (A, B, C, D, E, F, G, DP) sind auf separate Pins geführt. Diese Konfiguration ermöglicht eine gemultiplexted Ansteuerung, bei der die Ziffern nacheinander schnell einzeln beleuchtet werden, was die Gesamtzahl der benötigten Treiberpins reduziert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre bereitgestellte Richtlinie ist die Löttemperaturgrenze: maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardspezifikation für Durchsteckbauteile beim Wellenlöten. Designer müssen sicherstellen, dass ihr Lötprofil diesen thermischen Schock nicht überschreitet. Für manuelles Löten sollte ein temperaturgeregelter Lötkolben verwendet werden, und die Kontaktzeit mit dem Pin sollte minimiert werden.

Allgemeine Handhabungsvorsichtsmaßnahmen für LEDs gelten: Vermeiden Sie mechanische Belastung der Epoxidlinse, schützen Sie vor elektrostatischer Entladung (ESD) während der Handhabung und lagern Sie in geeigneten antistatischen, feuchtigkeitskontrollierten Umgebungen, wenn nicht sofort verwendet.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Artikelnummer ist LTC-46454JF. Das Suffix "JF" deutet wahrscheinlich auf einen spezifischen Gehäusetyp, Pin-Konfiguration oder Farbvariante (Gelborange) hin. Das Bauteil wird als "AlInGaP Gelborange Multiplex Common Anode"-Anzeige mit einem "rechtsseitigen Dezimalpunkt" beschrieben. Die Standardverpackung für solche Anzeigen erfolgt typischerweise in antistatischen Röhrchen oder Trays, um die Pins und die Linse während des Versands und der Handhabung zu schützen. Spezifische Mengen auf Rolle oder in Röhrchen sind im bereitgestellten Auszug nicht aufgeführt.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die Common-Anode-, gemultiplexted Bauweise ist ideal für mikrocontrollergesteuerte Anwendungen. Eine typische Schaltung beinhaltet die Verwendung von I/O-Ports eines Mikrocontrollers oder eines dedizierten LED-Treiber-ICs. Die gemeinsamen Anodenpins würden mit PNP-Transistoren oder P-Kanal-MOSFETs (oder direkt mit Mikrocontroller-Pins, wenn die Stromquellenfähigkeit ausreicht) verbunden, die geschaltet werden, um jede Ziffer sequentiell mit Strom zu versorgen. Die Segmentkathodenpins sind mit strombegrenzenden Widerständen und dann mit NPN-Transistoren, N-Kanal-MOSFETs oder den senkfähigen Ausgängen eines Treiber-ICs/Mikrocontrollers verbunden. Der Wert des strombegrenzenden Widerstands wird mit der Formel berechnet: R = (Vcc - Vf_led) / I_desired. Mit einer Vcc von 5V, einer typischen Vf von 2,6V und einem gewünschten Segmentstrom von 10mA wäre der Widerstand etwa (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ohm.

8.2 Designüberlegungen

• Multiplexing-Frequenz:Die Aktualisierungsrate muss hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden, typischerweise über 60-100 Hz pro Ziffer. Bei 4 Ziffern muss die Abtastfrequenz das 4-fache davon betragen.
• Spitzenstrom:In einem gemultiplexted Design ist der momentane Strom pro Segment höher als der Durchschnittsstrom. Wenn der Durchschnittsstrom pro Segment bei 5mA mit einem Tastverhältnis von 1/4 (4 Ziffern) angestrebt wird, müsste der momentane Strom während seiner EIN-Zeit 20mA betragen. Dies muss gegen die Maximalwerte geprüft werden.
• Wärmeableitung:Bei höheren Strömen oder in hohen Umgebungstemperaturen muss sichergestellt werden, dass die Verlustleistung pro Segment (max. 70mW) unter Berücksichtigung des Derating-Faktors nicht überschritten wird.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft für Panels, die aus schrägen Positionen betrachtet werden können.

9. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu älteren roten GaAsP-LED-Anzeigen bietet die AlInGaP-Technologie in der LTC-46454JF eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, sie kann die gleiche oder größere Helligkeit bei einem niedrigeren Treiberstrom erreichen, was direkt das Merkmal "geringer Strombedarf" ermöglicht. Sie bietet typischerweise auch eine bessere Temperaturstabilität und eine längere Betriebsdauer. Im Vergleich zu zeitgenössischen hochhellen roten LEDs bietet die gelborange Farbe (605-611nm) eine ausgezeichnete Sichtbarkeit und wird subjektiv oft als sehr hell wahrgenommen. Im Vergleich zu Vakuum-Fluoreszenz-Displays (VFDs) oder Flüssigkristallanzeigen (LCDs) bietet diese LED-Anzeige eine überlegene Robustheit, einen größeren Temperaturbereich, eine schnellere Ansprechzeit und benötigt keine Hintergrundbeleuchtung oder Hochspannungsversorgung, allerdings auf Kosten eines höheren Stromverbrauchs für mehrstellige Anzeigen als LCDs.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit einer 3,3V-Mikrocontroller-Stromversorgung betreiben?

A: Ja. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,6V, sodass bei 3,3V 0,7V am strombegrenzenden Widerstand abfallen. Dies ist für den Betrieb ausreichend, obwohl die verfügbare Spannungsreserve für die präzise Einstellung des Stroms im Vergleich zu einem 5V-System reduziert ist.

F: Welcher Mindeststrom ist nötig, um ein sichtbares Leuchten zu sehen?

A: Das Datenblatt spezifiziert Testbedingungen bis hinunter zu 1mA, wo die typische Lichtstärke 650 µcd beträgt. Sie wird wahrscheinlich auch bei noch niedrigeren Strömen sichtbar sein, obwohl die Helligkeit sehr schwach sein wird. Die "Niedrigstrom-Eigenschaften" sind ein Schlüsselmerkmal.

F: Wie steuere ich den Dezimalpunkt und die Doppelpunkte?

A: Der Dezimalpunkt (DP) hat seinen eigenen Kathodenpin (Pin 3). Die oberen und unteren Doppelpunkte (UC, LC) teilen sich eine gemeinsame Anode (Pin 13) und haben ihre Kathoden mit der Segment-B-Kathode (Pin 7) verbunden. Um einen Doppelpunkt zu beleuchten, müssen Sie die gemeinsame Anode Pin 13 aktivieren und die Segment-B-Kathode (Pin 7) auf Low ziehen.

F: Warum beträgt die Sperrspannungsfestigkeit nur 5V?

A: LEDs sind nicht dafür ausgelegt, Sperrspannung zu blockieren. Der PN-Übergang kann durch kleine Sperrspannungen leicht beschädigt werden. Die 5V-Festigkeit ist eine Sicherheitsgrenze; der Schaltungsentwurf sollte sicherstellen, dass niemals Sperrspannung angelegt wird, oft durch Verwendung von Schutzdioden parallel zur LED in bidirektionalen Signalapplikationen.

11. Praktischer Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer 4-stelligen Voltmeter-Anzeige.Ein Designer erstellt ein Labornetzteil, das eine klare Spannungsanzeige benötigt. Er wählt die LTC-46454JF aufgrund ihrer Helligkeit und Lesbarkeit. Das System verwendet einen Mikrocontroller mit einem ADC, um die Ausgangsspannung zu messen. Die Firmware des Mikrocontrollers implementiert eine Multiplexing-Routine, die die vier Ziffern zyklisch durchläuft. Die Segmentmuster für die Zahlen 0-9 sind in einer Nachschlagetabelle gespeichert. Der Designer berechnet strombegrenzende Widerstände für einen durchschnittlichen Segmentstrom von 8mA unter Berücksichtigung des 1/4-Tastverhältnis-Multiplexings (also ist der momentane Strom ~32mA, was innerhalb der gepulsten Nennwerte liegt, aber er könnte ihn reduzieren, um innerhalb der Dauer-Nennwerte zu bleiben). Er verwendet eine 5V-Schiene für die Anzeige. Die graue Front der Anzeige passt gut zum Frontpanel des Geräts, und die gelborangen Ziffern sind unter verschiedenen Lichtbedingungen in einem Labor gut sichtbar.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die Kerntechnologie ist das AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterialsystem, das auf einem nicht-transparenten GaAs (Galliumarsenid) Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung über den PN-Übergang dieses Halbleiters angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge dieses Lichts – in diesem Fall gelborange um 611 nm – wird durch die Bandlückenenergie der AlInGaP-Legierung bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses entwickelt wird. Das nicht-transparente GaAs-Substrat absorbiert jegliches nach unten emittierte Licht und verbessert den Kontrast, indem es interne Reflexion und Streuung reduziert, die einen "Halo"-Effekt um die Segmente verursachen könnten. Das 7-Segment-Layout ist ein standardisiertes Muster, bei dem verschiedene Kombinationen der Segmente (bezeichnet A bis G) beleuchtet werden, um die Ziffern 0-9 und einige Buchstaben zu bilden.

13. Technologietrends

Während diskrete 7-Segment-LED-Anzeigen wie die LTC-46454JF für spezifische Anwendungen, die hohe Helligkeit, Einfachheit und Robustheit erfordern, relevant bleiben, hat sich der allgemeine Trend in der Displaytechnologie hin zu integrierten Lösungen verschoben. Punktmatrix-LED-Anzeigen und OLEDs bieten größere Flexibilität für die Darstellung alphanumerischer Zeichen und Grafiken. Für einfache numerische Anzeigen dominieren LCDs in Ultra-Niedrigstrom-Anwendungen. Die inhärenten Vorteile von LEDs – hohe Helligkeit, Selbstemission, großer Temperaturbereich und lange Lebensdauer – gewährleisten jedoch ihre fortgesetzte Verwendung in industriellen, automotiven und Outdoor-Geräten, wo diese Faktoren entscheidend sind. Fortschritte in LED-Materialien, wie effizienteres AlInGaP und der Aufstieg von GaN-basierten blauen/grünen/weißen LEDs, haben die Farboptionen und Effizienz für neuere Displayprodukte erweitert.