Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 2. Detaillierte technische Spezifikationen
- 2.1 Photometrische und optische Kenngrößen
- 2.2 Elektrische Kenngrößen
- 2.3 Absolute Maximalwerte
- 3. Binning- und Kategorisierungssystem
- 4. Analyse der Kennlinien
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 7. Anwendungsvorschläge
- 7.1 Typische Anwendungsszenarien
- 7.2 Designüberlegungen
- 8. Technischer Vergleich und Abgrenzung
- 9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel
- 11. Funktionsprinzip
- 12. Technologietrends und Kontext
1. Produktübersicht
Die LTP-2257KA ist ein einstelliges, alphanumerisches Anzeigemodul für Anwendungen, die eine klare und zuverlässige Zeichenausgabe erfordern. Ihre Kernfunktion ist die visuelle Darstellung von Daten, typischerweise ASCII- oder EBCDIC-codierter Zeichen, über ein Raster einzeln ansteuerbarer Leuchtdioden (LEDs). Das Bauteil ist für den Einsatz in Systemen konzipiert, bei denen niedriger Stromverbrauch, Halbleiterzuverlässigkeit und große Betrachtungswinkel entscheidende Leistungsfaktoren sind.
Der primäre Markt für diese Komponente umfasst Industrie-Bedienfelder, Messgeräte, Kassenterminals, einfache Informationsanzeigen und eingebettete Systeme, bei denen eine einfache, robuste Zeichenanzeige benötigt wird. Ihr stapelbares Design ermöglicht die horizontale Erstellung mehrstelliger Anzeigen und bietet so Flexibilität für die Darstellung von Wörtern oder Zahlen.
Der technologische Kernvorteil liegt in der Verwendung von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Halbleitermaterial für die LED-Chips. Dieses Materialsystem ist für seine hocheffiziente Lichtemission im roten bis bernsteinorangen Spektrum bekannt und bietet gute Sichtbarkeit. Die Anzeige verfügt über eine schwarze Front, die einen hohen Kontrast zu den beleuchteten weißen Punkten bietet und die Lesbarkeit unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen erheblich verbessert.
2. Detaillierte technische Spezifikationen
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und physikalischen Hauptparameter.
2.1 Photometrische und optische Kenngrößen
Die optische Leistung ist zentral für die Funktion der Anzeige. Die Schlüsselparameter werden unter standardisierten Testbedingungen (Ta=25°C) gemessen, um Konsistenz zu gewährleisten.
- Mittlere Lichtstärke (IV):Reicht von mindestens 2100 µcd bis maximal 5000 µcd, wobei ein typischer Wert impliziert ist. Diese Intensität wird pro Punkt unter einer gepulsten Ansteuerung von Ip=32mA bei einem Tastverhältnis von 1/16 gemessen. Das Tastverhältnis von 1/16 ist typisch für gemultiplexte Matrixansteuerungen, bei denen jede Zeile nur einen Bruchteil der Zeit aktiv ist. Der verwendete Sensor nähert sich der CIE photopischen Hellempfindlichkeitsfunktion an und stellt sicher, dass die Messung mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges korreliert.
- Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):Typischerweise 621 Nanometer (nm). Dies gibt die Wellenlänge an, bei der die optische Leistungsabgabe am größten ist. Sie liegt im rot-orangen Bereich des sichtbaren Spektrums.
- Dominante Wellenlänge (λd):615 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als mit der Farbe der LED-Ausgabe übereinstimmend wahrnimmt. Sie liegt leicht unter der Spitzenwellenlänge, was aufgrund der Form des Emissionsspektrums üblich ist.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 18 nm. Dieser Parameter definiert die Bandbreite des emittierten Lichts, speziell die Breite der Spektralkurve bei halber Maximalleistung. Ein Wert von 18 nm deutet auf eine relativ schmalbandige, monochromatische Quelle hin, was für AlInGaP-LEDs charakteristisch ist und zu einer gesättigten Farbe führt.
- Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (IV-m):Maximal 2:1. Dies ist ein kritischer Parameter für die Anzeigegleichmäßigkeit. Er spezifiziert, dass die Lichtstärke eines einzelnen Punktes nicht mehr als das Doppelte der Lichtstärke eines anderen Punktes innerhalb desselben Anzeigemoduls beträgt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit über alle Segmente eines Zeichens hinweg.
2.2 Elektrische Kenngrößen
Die elektrischen Parameter definieren die Schnittstelle und die Leistungsanforderungen des Bauteils.
- Durchlassspannung (VF):Liegt pro Punkt bei einem Prüfstrom (IF) von 20mA zwischen 2,05V (min) und 2,6V (max). Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie leitet. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung diese Spannung bereitstellen kann. Der typische Wert wird nicht angegeben, liegt aber innerhalb dieses Bereichs.
- Sperrstrom (IR):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 15V. Dies ist der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die LED in Sperrrichtung vorgespannt ist. Er ist im Betrieb im Allgemeinen vernachlässigbar, muss jedoch im Schaltungsschutzdesign berücksichtigt werden.
- Mittlerer Durchlassstrom pro Punkt:Der Nenn-Durchschnittsstrom beträgt 13 mA. Oberhalb von 25°C gilt jedoch ein linearer Derating-Faktor von 0,17 mA/°C. Das bedeutet, dass der maximal zulässige Durchschnittsstrom mit steigender Umgebungstemperatur reduziert werden muss, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern. Beispielsweise wäre bei 85°C der maximale Durchschnittsstrom: 13 mA - [0,17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10,2 = 2,8 mA.
2.3 Absolute Maximalwerte
Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen, auch nicht kurzzeitig, überschritten werden dürfen. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen kann dauerhafte Schäden verursachen.
- Mittlere Verlustleistung pro Punkt:Maximal 36 mW. Dies ist das Produkt aus mittlerem Durchlassstrom und Durchlassspannung.
- Spitzen-Durchlassstrom pro Punkt:Maximal 100 mA. Dies ist der höchste zulässige Momentanstrom, typischerweise relevant während sehr kurzer Pulse in Multiplex-Schemata.
- Sperrspannung pro Punkt:Maximal 5 V. Eine Überschreitung kann zum Durchbruch der Sperrschicht führen.
- Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
- Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist entscheidend für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse.
3. Binning- und Kategorisierungssystem
Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies deutet darauf hin, dass Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute sortiert oder "gebinned" werden. Der Lichtstärkebereich (2100-5000 µcd) stellt wahrscheinlich die Streuung über mehrere Bins dar. Hersteller gruppieren LEDs typischerweise in engere Intensitätsbereiche (z.B. 2100-3000 µcd, 3000-4000 µcd, 4000-5000 µcd). Dies ermöglicht es Kunden, einen Bin für ihre spezifischen Helligkeitsgleichmäßigkeitsanforderungen auszuwählen. Für eine Anzeige mit mehreren Einheiten ist die Verwendung von LEDs aus demselben Intensitäts-Bin wesentlich, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu erreichen. Das Datenblatt spezifiziert kein Binning für Durchlassspannung oder Wellenlänge, obwohl die angegebenen Min/Max-Bereiche für VFund λpdie Gesamtstreuung definieren.
4. Analyse der Kennlinien
Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung ableiten.
- Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Diese Grafik würde zeigen, wie die Lichtausbeute mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist typischerweise nichtlinear, wobei die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte abfällt. Der 32mA-Pulstestpunkt liegt wahrscheinlich auf dem effizienten, linearen Teil dieser Kurve.
- Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt die Dioden-I-V-Kennlinie. Die Spannung steigt logarithmisch mit dem Strom. Die spezifizierte VFbei 20mA ist ein einzelner Punkt auf dieser Kurve.
- Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Dies ist eine kritische Kurve zum Verständnis des thermischen Verhaltens. Die Lichtausbeute von LEDs nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Das für den Durchlassstrom spezifizierte Derating steht in direktem Zusammenhang mit der Steuerung dieses thermischen Effekts, um Leistung und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.
- Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die einen Peak bei etwa 621nm und eine Breite von etwa 18nm bei halber Peak-Intensität (FWHM) zeigt.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
Das Bauteil ist ein Durchsteckbauelement mit einem Standard-DIP-Gehäuse (Dual In-line Package), das für die Leiterplattenmontage geeignet ist.
- Matrix-Höhe:Das definierende physikalische Merkmal ist eine Zeichenhöhe von 1,97 Zoll (50,15 mm). Dies ist eine großformatige Anzeige, die für die Betrachtung aus der Entfernung konzipiert ist.
- Gehäuseabmessungen:Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Zeichnung ist für das Leiterplatten-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes im Gehäuse unerlässlich.
- Pin-Belegung:Das Bauteil hat 12 Pins in einer Reihe.
- Pins 1-7: Entsprechen den Kathoden-Zeilen 1 bis 7. In einer üblichen Matrix-Konfiguration wären dies die Scan-Lines.
- Pins 8-12: Entsprechen den Anoden-Spalten 5 bis 1 (beachten Sie die umgekehrte Reihenfolge: Pin 8 ist Spalte 5, Pin 12 ist Spalte 1). Dies wären die Datenleitungen.
- Internes Schaltbild:Das bereitgestellte Diagramm zeigt eine Standard-5x7-Matrix-Konfiguration. Jede LED (Punkt) befindet sich am Schnittpunkt einer Anoden-Spalte und einer Kathoden-Zeile. Um einen bestimmten Punkt zu beleuchten, muss seine entsprechende Anodenleitung auf High (positive Spannung) und seine Kathodenleitung auf Low (Masse) gezogen werden. Diese Matrix-Anordnung minimiert die Anzahl der benötigten Treiber-Pins (12 statt 35 für einzeln adressierte Punkte).
- Polaritätskennzeichnung:Die Pinbelegungstabelle identifiziert klar die Anoden- und Kathodenanschlüsse. Das Gehäuse hat wahrscheinlich eine Kerbe oder Markierung an einem Ende, um die Pin-1-Orientierung anzuzeigen.
6. Löt- und Montagerichtlinien
Die wichtigste bereitgestellte Montagespezifikation betrifft den Lötprozess.
- Reflow-/Wellenlötparameter:Der absolute Maximalwert gibt an, dass das Bauteil einer Löttemperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden standhalten kann. Diese Messung wird 1,6 mm unterhalb der Auflageebene (d.h. auf Leiterplattenebene) durchgeführt, nicht am Bauteilkörper. Dies ist ein Standardwert für bedrahtete Bauteile und ist mit typischen Wellenlötprofilen kompatibel. Für Reflow-Löten mit bleifreiem Lot (das höhere Schmelzpunkte hat) muss das Profil sorgfältig kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Bauteilkörpertemperatur nicht für längere Zeit die maximale Lagertemperatur von 85°C überschreitet, selbst wenn die Anschlüsse kurzzeitig 260°C ausgesetzt sind.
- Handlöten:Falls Handlöten erforderlich ist, sollte ein temperaturgeregeltes Lötgerät verwendet werden. Die Kontaktzeit pro Pin sollte minimiert werden, idealerweise unter 3 Sekunden, um zu verhindern, dass sich die Wärme die Anschlüsse hinauf ausbreitet und die internen Bonddrähte oder das Epoxidharz beschädigt.
- Reinigung:Es werden keine spezifischen Reinigungsanweisungen gegeben. Standard-Isopropylalkohol oder zugelassene Flussmittelentferner können verwendet werden, aggressive Lösungsmittel sollten jedoch vermieden werden, da sie die Kunststofffront oder Markierungen beschädigen könnten.
- Lagerbedingungen:Das Bauteil sollte innerhalb seines spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer trockenen, nicht kondensierenden Umgebung gelagert werden. Es ist ratsam, die Bauteile bis zur Verwendung in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln aufzubewahren, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Lötens zu "Popcorning" führen kann.
7. Anwendungsvorschläge
7.1 Typische Anwendungsszenarien
- Industrie-Bedienfelder:Anzeige von Sollwerten, Prozesswerten (Temperatur, Druck, Geschwindigkeit), Fehlercodes oder Maschinenstatus.
- Prüf- und Messgeräte:Anzeige numerischer Messwerte von Multimetern, Netzteilen oder Signalgeneratoren.
- Unterhaltungselektronik (Legacy):Uhren, Timer, einfache Taschenrechner oder Geräteanzeigen.
- Embedded-System-Prototyping:Eine einfache, direkte Ausgabe für Mikrocontroller (z.B. Arduino, PIC), um Debug-Informationen oder Benutzeraufforderungen anzuzeigen.
- Gestapelte mehrstellige Anzeigen:Durch das nebeneinander Anordnen mehrerer LTP-2257KA-Module können Wörter, Zahlen oder einfache Laufschriften für grundlegende Informationsanzeigen oder Beschilderungen erstellt werden.
7.2 Designüberlegungen
- Treiberschaltung:Ein dedizierter LED-Treiber-IC oder Mikrocontroller-GPIO-Pins mit strombegrenzenden Widerständen sind erforderlich. Aufgrund der Matrix-Konfiguration ist ein Multiplexing- (Scanning-) Schema notwendig. Der Treiber muss Strom in die Anoden-Spalten einspeisen und Strom aus den Kathoden-Zeilen ziehen. Der Spitzenstrom pro Punkt (100mA) und das Derating des Durchschnittsstroms müssen in den Multiplexing-Zeitberechnungen berücksichtigt werden.
- Strombegrenzung:Externe Widerstände sind für jede Anoden-Spalte oder Kathoden-Zeile (abhängig von der Treibertopologie) zwingend erforderlich, um den Betriebsstrom einzustellen. Der Wert wird basierend auf der Versorgungsspannung (VCC), der LED-Durchlassspannung (VF) und dem gewünschten Strom (IF) berechnet. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung, einer VFvon 2,3V und einem Ziel-IFvon 20mA: R = (5V - 2,3V) / 0,02A = 135 Ohm. Ein Standard-150-Ohm-Widerstand wäre geeignet.
- Thermisches Management:Obwohl das Bauteil eine geringe Leistung aufweist, muss die Derating-Kurve für den Durchlassstrom in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur befolgt werden. Sorgen Sie für ausreichende Luftzirkulation, wenn die Anzeige eingeschlossen ist. Die mittlere Verlustleistung pro Punkt (max. 36mW) ergibt eine maximale Gesamtverlustleistung für ein vollständig beleuchtetes Zeichen, die für das thermische Leiterplattendesign berücksichtigt werden sollte.
- Betrachtungswinkel:Das Merkmal "großer Betrachtungswinkel" ist vorteilhaft, aber für optimale Lesbarkeit sollte die Anzeige in Richtung des Hauptbetrachters montiert werden. Das Schwarzfront/Weißpunkt-Design bietet aus den meisten Winkeln einen guten Kontrast.
8. Technischer Vergleich und Abgrenzung
Im Vergleich zu anderen zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung (2000) verfügbaren Anzeigetechnologien bot die LTP-2257KA spezifische Vorteile:
- vs. Glühlampen oder Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen (VFDs):LEDs sind Halbleiterbauelemente und bieten eine weitaus größere Zuverlässigkeit, Stoß-/Vibrationsfestigkeit, längere Lebensdauer (typischerweise Zehntausende von Stunden) und niedrigere Betriebsspannung/-leistung. Sie benötigen auch keine geheizten Glühfäden oder Hochspannungen.
- vs. Frühe LCDs:LEDs sind selbstleuchtend, d.h. sie erzeugen ihr eigenes Licht, was sie bei schwachem Licht oder im Dunkeln ohne Hintergrundbeleuchtung gut sichtbar macht. Sie haben einen viel größeren Betriebstemperaturbereich und eine schnellere Ansprechzeit. Allerdings verbrauchen sie mehr Leistung als reflektive LCDs und sind nicht für komplexe Grafiken geeignet.
- vs. Andere LED-Technologien:Die Verwendung von AlInGaP-Material bot im Vergleich zu den älteren GaAsP- oder GaP-Materialien bei einem gegebenen Treiberstrom eine höhere Effizienz und bessere Farbreinheit (gesättigteres Rot-Orange). Das spezifische 5x7-Format mit einer großen Höhe von 1,97 Zoll zielte auf Anwendungen ab, die aus der Entfernung leicht lesbare Zeichen benötigen.
9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F: Kann ich diese Anzeige mit einem konstanten Gleichstrom auf allen Punkten gleichzeitig ansteuern?
A: Technisch ja, aber es ist höchst ineffizient und würde die Durchschnittsleistungsgrenzwerte überschreiten, wenn alle 35 Punkte eingeschaltet wären. Die Standard- und vorgesehene Methode ist Multiplexing, bei dem die Punkte nacheinander mit hoher Frequenz eine Zeile (oder Spalte) nach der anderen beleuchtet werden, wodurch der Eindruck einer stabilen Anzeige entsteht, während der Durchschnittsstrom drastisch reduziert wird.
F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzen- und dominanter Wellenlänge?
A: Die Spitzenwellenlänge ist die Stelle, an der die LED die meiste optische Leistung abgibt. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als mit der Farbe der LED übereinstimmend wahrnimmt. Sie sind oft nahe beieinander, aber aufgrund der Asymmetrie des LED-Emissionsspektrums nicht identisch. Die dominante Wellenlänge ist für die Farbwahrnehmung relevanter.
F: Die Durchlassspannung beträgt 2,05-2,6V. Kann ich sie mit einer 3,3V-Logikversorgung betreiben?
A: Ja, absolut. Eine 3,3V-Versorgung ist ausreichend, um die LED in Durchlassrichtung vorzuspannen. Sie müssen den Wert des strombegrenzenden Widerstands basierend auf der niedrigeren Versorgungsspannung neu berechnen (z.B. R = (3,3V - 2,3V) / 0,02A = 50 Ohm).
F: Was bedeutet "1/16 Tastverhältnis" in der Lichtstärke-Testbedingung?
A: Es bedeutet, dass die LED mit einem 32mA-Strom gepulst wurde, der Puls jedoch nur für 1/16 der gesamten Zeitperiode aktiv war. Die gemessene Intensität ist der Durchschnitt über den gesamten Zeitraum. Dies simuliert die Bedingungen in einem 1:16-Multiplex-Treiberschema (z.B. 7 Zeilen + 9 Leerstellen = 16 Zeitschlitze).
10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel
Fall: Aufbau einer einfachen 4-stelligen Voltmeter-Anzeige.Ein Ingenieur muss eine Spannung von 0,000 bis 9,999 Volt auf einem Panel anzeigen. Er entscheidet sich für vier horizontal gestapelte LTP-2257KA-Module.
- Schaltungsdesign:Ein Mikrocontroller mit einem ADC liest die Spannung. Die Firmware wandelt den Messwert in vier Dezimalziffern um. Die I/O-Ports des Mikrocontrollers, kombiniert mit diskreten Transistoren oder einem dedizierten Multiplex-Treiber-IC (wie dem MAX7219), sind konfiguriert, um die vier Anzeigen zu scannen. Die Kathoden-Zeilen jeder Anzeige sind parallel geschaltet, während die Anoden-Spalten jeder Ziffer separat gesteuert werden. Dies erzeugt eine 4-stellige x 7-zeilige Matrix.
- Stromeinstellung:Unter Verwendung einer 5V-Versorgung und mit dem Ziel einer hellen Anzeige wählen sie einen Durchschnittsstrom von 15mA pro Punkt. Unter Berücksichtigung des Multiplexings über 4 Ziffern und 7 Zeilen (effektiv ein Tastverhältnis von 1/28 für jeden Punkt, wenn alle eingeschaltet sind), wäre der Spitzenpulsstrom während seines aktiven Zeitschlitzes höher (z.B. 15mA * 28 = 420mA), dies muss jedoch gegen den Spitzenstrom-Nennwert von 100mA geprüft werden. Daher müssten sie die Timing-Einstellungen anpassen oder einen niedrigeren Durchschnittsstrom verwenden, um den Spitzenwert innerhalb der Spezifikation zu halten.
- Thermische Überlegung:Das Panel ist für eine Laborumgebung (25°C) vorgesehen. Das Derating des Durchschnittsstroms ist hier kein Problem. Sie stellen jedoch sicher, dass die Leiterplatte eine Massefläche hat, um die Wärmeabfuhr von der Treiberschaltung zu unterstützen.
- Ergebnis:Das Endprodukt zeigt eine klare, helle 4-stellige Anzeige mit gutem Betrachtungswinkel und erfüllt die Anforderungen für ein Tischgerät.
11. Funktionsprinzip
Die LTP-2257KA arbeitet nach dem grundlegenden Prinzip einer Leuchtdiode (LED), die in einer passiven Matrix angeordnet ist. Jeder der 35 Punkte, die das 5x7-Raster bilden, ist ein individueller AlInGaP-LED-Chip. Wenn eine Durchlassvorspannung, die das Sperrschichtpotential der Diode (etwa 2V) überschreitet, an ein spezifisches Anoden- (Spalte) und Kathoden- (Zeile) Paar angelegt wird, fließt Strom durch die LED an dieser Kreuzung. Dieser Strom bewirkt, dass sich Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters rekombinieren und Energie in Form von Photonen – Licht – mit einer für das AlInGaP-Material charakteristischen Wellenlänge (Rot-Orange) freisetzen.
Die Matrix-Organisation ist eine clevere Verbindungsmethode. Anstatt 35 separate Drähte zu haben, sind die Anoden aller LEDs in einer vertikalen Spalte miteinander verbunden und die Kathoden aller LEDs in einer horizontalen Zeile miteinander verbunden. Um einen einzelnen Punkt zu beleuchten, wird seine spezifische Spalte positiv angesteuert und seine spezifische Zeile auf Masse gezogen. Um ein Muster (wie ein Zeichen) anzuzeigen, durchläuft ein Scan-Algorithmus schnell die Zeilen (oder Spalten) und schaltet für jede Zeile nacheinander die entsprechenden Spaltentreiber ein. Bei einer ausreichend hohen Frequenz (typischerweise >100Hz) lässt das Nachleuchten des Auges das gesamte Zeichen stabil beleuchtet erscheinen.
12. Technologietrends und Kontext
Die LTP-2257KA repräsentiert eine ausgereifte, etablierte Anzeigetechnologie. Zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung waren Punktmatrix-LED-Anzeigen eine Mainstream-Lösung für alphanumerische Ausgaben. Der Wechsel zu AlInGaP von älteren Materialien wie GaAsP war ein bedeutender Trend, der verbesserte Effizienz und Farbe bot.
Nachfolgende Trends haben sich in Richtung bewegt:
Oberflächenmontage-Bauteile (SMD):Moderne Äquivalente sind fast ausschließlich SMD-Typen, die eine kleinere, automatisierte Montage ermöglichen.
Höhere Dichte und Vollmatrix-Anzeigen:Das grundlegende 5x7-Format wurde weitgehend durch größere Punktmatrix-Module (z.B. 8x8, 16x16) und vollgrafische Panels verdrängt, die beliebige Formen und Text in mehreren Schriftarten anzeigen können.
Integrierte Controller:Moderne LED-Matrix-Module enthalten oft den Treiber, Speicher und die Kommunikationsschnittstelle (wie I2C oder SPI) auf einer einzigen Platine, was den Design-Prozess für Ingenieure erheblich vereinfacht.
Alternative Technologien:Für viele Anwendungen, die eine einfache Zeichenausgabe erfordern, sind stromsparende LCDs (mit oder ohne Hintergrundbeleuchtung) und OLED-Anzeigen üblicher geworden, insbesondere dort, wo Stromverbrauch, geringe Bauhöhe oder Grafikfähigkeit Priorität haben.
Trotz dieser Trends bleiben Durchsteck-Punktmatrix-LED-Anzeigen wie die LTP-2257KA in Bildungseinrichtungen, für Hobbyprojekte, bei der Wartung von Altgeräten und in spezifischen industriellen Anwendungen relevant, wo ihre Einfachheit, Robustheit, hohe Helligkeit und großer Temperaturbereich entscheidende Vorteile sind.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |