LTP-15801KD 16-Segment Alphanumerische LED-Anzeige Datenblatt - 1,5-Zoll Zeichenhöhe - Hyper Rot (650nm) - 2,6V Durchlassspannung - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTP-15801KD ist ein einstelliges, 16-Segment alphanumerisches Leuchtdioden (LED)-Anzeigemodul. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer klaren, hochsichtbaren numerischen und begrenzten alphabetischen Zeichenausgabe für elektronische Geräte und Instrumentierung. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, um eine Hyper Rote Emission zu erzeugen, die für ihre hohe Effizienz und Lichtstärke bekannt ist. Das Bauteil verfügt über eine schwarze Front mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es ist nach seiner Lichtstärke kategorisiert, was eine gleichbleibende Helligkeit über Produktionschargen hinweg für Anwendungen ermöglicht, bei denen ein einheitliches Erscheinungsbild entscheidend ist.

2. Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

2.1 Photometrische und optische Kennwerte

Die optische Leistung ist unter Standardtestbedingungen einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 20mA pro Segment definiert. Der Schlüsselparameter, die durchschnittliche Lichtstärke (Iv), hat einen typischen Wert von 27,3 Millicandela (mcd). Dieser Wert repräsentiert die wahrgenommene Helligkeit der beleuchteten Segmente. Das Bauteil emittiert Licht bei einer Peak-Emissionswellenlänge (λp) von 650 Nanometern (nm), die in den tiefroten Bereich des sichtbaren Spektrums fällt. Die dominante Wellenlänge (λd) ist mit 639 nm spezifiziert. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm und gibt die spektrale Reinheit oder Schmalbandigkeit des emittierten Lichts an. Ein Lichtstärke-Anpassungsverhältnis von 2:1 (maximal) ist spezifiziert, was bedeutet, dass der Helligkeitsunterschied zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb einer Einheit dieses Verhältnis nicht überschreiten sollte, um visuelle Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für eine zuverlässige Nutzung. Die absoluten Maximalwerte setzen die Grenzen: eine maximale Verlustleistung von 70 mW pro Segment, ein Spitzen-Durchlassstrom von 90 mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis) und ein maximaler kontinuierlicher Durchlassstrom von 25 mA pro Segment bei 25°C, der oberhalb dieser Temperatur linear mit 0,33 mA/°C abnimmt. Die maximale Sperrspannung (VR) pro Segment beträgt 5V. Unter normalen Betriebsbedingungen (IF=20mA) beträgt die typische Durchlassspannung (VF) pro Segment 2,6V, maximal 5,2V. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 100 µA bei VR=5V. Diese Parameter sind entscheidend für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung und um sicherzustellen, dass die LED keinen Bedingungen ausgesetzt wird, die einen vorzeitigen Ausfall verursachen könnten.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C und einen identischen Lagertemperaturbereich ausgelegt. Dieser weite Bereich macht es für den Einsatz in sowohl Verbraucher- als auch Industrieumgebungen geeignet. Eine kritische Handhabungsspezifikation ist die maximale Löttemperatur von 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden, gemessen an einem Punkt 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Die Einhaltung dieses Reflow-Lötprofils ist wesentlich, um thermische Schäden an den LED-Chips, internen Bondverbindungen und dem Kunststoffgehäuse zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Leuchtstärke kategorisiert" ist. Dies bezieht sich auf einen Produktions-Binning-Prozess, bei dem gefertigte Einheiten basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standard-Teststrom sortiert (gebinned) werden. Obwohl die spezifischen Bin-Codes in diesem Dokument nicht detailliert sind, stellt ein solches System sicher, dass Entwickler Anzeigen mit konsistenten Helligkeitsniveaus beziehen können. Dies ist besonders wichtig bei mehrstelligen Anzeigen oder Produkten, bei denen mehrere Einheiten nebeneinander verwendet werden, da es merkliche Helligkeitsunterschiede zwischen einzelnen Ziffern oder Geräten verhindert.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien", die für LED-Bauteile Standard sind. Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht reproduziert sind, illustrieren diese Kurven typischerweise die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF), die Beziehung zwischen Lichtstärke (Iv) und Durchlassstrom (IF) sowie die Änderung der Lichtstärke mit der Umgebungstemperatur. Diese Kurven sind für Entwickler von unschätzbarem Wert. Die VF-IF-Kurve hilft bei der Auswahl der geeigneten Treiberspannung und des Vorwiderstands. Die Iv-IF-Kurve zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom ansteigt, verdeutlicht aber auch den Punkt abnehmender Erträge und erhöhter Wärmeentwicklung. Die Iv-Ta-Kurve demonstriert den negativen Temperaturkoeffizienten von LEDs, bei dem die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt, was Entscheidungen zum thermischen Management beeinflusst.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Umriss

Das Gehäuse ist eine Durchsteckmontage (DIP)-Anzeige. Alle kritischen Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das Hauptmerkmal ist die 1,5-Zoll (38 mm) Ziffernhöhe, die die physikalische Größe des angezeigten Zeichens definiert. Die Zeichnung detailliert das Segmentlayout (A1, A2, B, C, D1, D2, E, F, G1, G2, H, I, J, K, L, M) und den gesamten Platzbedarf des Bauteils auf einer Leiterplatte (PCB).

5.2 Pinbelegung und Polaritätskennzeichnung

Das Bauteil hat eine 17-Pin-Konfiguration. Pin 1 ist als GEMEINSAME ANODE gekennzeichnet. Dies ist eine kritische Polaritätskennzeichnung; alle anderen Pins (2 bis 17) sind KATHODEN für einzelne Segmente oder den Dezimalpunkt. Das interne Schaltbild bestätigt eine Common-Anode-Konfiguration, was bedeutet, dass alle LED-Segment-Anoden intern mit dem gemeinsamen Pin (Pin 1) verbunden sind. Um ein Segment zu beleuchten, muss der gemeinsame Anoden-Pin mit einer positiven Spannung (über einen strombegrenzenden Widerstand) verbunden werden, und der entsprechende Kathoden-Pin muss auf Masse (logisch Low) gezogen werden. Die Pin-Verbindungstabelle ordnet ausdrücklich jede Kathoden-Pinnummer ihrem entsprechenden Segment zu (z.B. Pin 2 = G1, Pin 3 = E, usw.). Ein rechtsseitiger Dezimalpunkt ist ebenfalls in das Gehäuse integriert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Montageanweisung betrifft den Lötprozess. Wie in den absoluten Maximalwerten vermerkt, kann die Komponente eine maximale Löt- (Reflow-) Temperatur von 260°C für nicht mehr als 3 Sekunden aushalten. Dies ist ein Standardprofil für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse mit bleifreiem Lot. Es ist zwingend erforderlich, Zeit und Temperatur während der Montage zu kontrollieren, um ein Verziehen, Verfärben oder Brechen des Kunststoffgehäuses zu verhindern und die internen Bonddrähte und Halbleiterchips vor thermischer Belastung zu schützen. Manuelles Löten mit einem Lötkolben sollte ebenfalls schnell und mit kontrollierter Hitze durchgeführt werden, um lokale Überhitzung zu vermeiden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die spezifische Teilenummer ist LTP-15801KD. Das "LTP"-Präfix bezeichnet wahrscheinlich die Produktfamilie (LED-Anzeige), "15801" kann die 1,5-Zoll-Größe und den 16-Segment-Typ anzeigen, und "KD" könnte ein Suffix sein, das die Farbe (Hyper Rot) und vielleicht die Common-Anode-Konfiguration bezeichnet. Das Datenblatt enthält keine Details zur Großverpackung (z.B. Röhrchen, Trays oder Spulen) oder zu Mindestbestellmengen. Für die Produktion muss man die Verpackungsspezifikationen des Herstellers oder Distributors konsultieren.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige eignet sich für Anwendungen, die eine einzelne, hochsichtbare Ziffer oder ein Zeichen erfordern. Häufige Verwendungen sind: Panel-Meter für Spannungs-, Strom- oder Temperaturanzeigen; digitale Uhren oder Timer; industrielle Steuerpulte; Test- und Messgeräte; sowie Verbrauchergeräte wie Mikrowellen oder Audioverstärker, bei denen ein einzelner Parameter angezeigt wird.

8.2 Designüberlegungen

Treiberschaltung:Eine Common-Anode-Anzeige erfordert einen Stromsenken-Treiber. Jede Segmentkathode muss mit einem Treiber verbunden werden, der den erforderlichen Strom (z.B. 20mA) im aktiven Zustand senken kann. Die gemeinsame Anode wird typischerweise über einen strombegrenzenden Widerstand mit der positiven Versorgung verbunden. Alternativ kann ein Konstantstrom-Treiber-IC für eine bessere Helligkeitsgleichmäßigkeit und Stabilität über die Temperatur verwendet werden.
Multiplexing:Obwohl dies eine einstellige Anzeige ist, gilt das Prinzip, wenn mehrere Ziffern verwendet werden. Die Segmente aller Ziffern können parallel geschaltet werden, und die gemeinsame Anode jeder Ziffer wird sequentiell mit hoher Frequenz angesteuert. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Treiber-Pins erheblich.
Strombegrenzung:Ein externer Widerstand in Reihe mit der gemeinsamen Anode ist zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom einzustellen. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung der LED (für Sicherheit den Maximalwert verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 20mA) ist.
Betrachtungswinkel:Das Datenblatt gibt einen "Weiten Betrachtungswinkel" an, was für Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen die Anzeige aus schrägen Positionen betrachtet werden kann.

9. Technischer Vergleich

Das Hauptunterscheidungsmerkmal der LTP-15801KD ist die Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Technologie für die Hyper Rote Emission. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bieten AlInGaP-LEDs eine deutlich höhere Lumenausbeute, was bedeutet, dass sie bei gleichem elektrischem Strom mehr Licht (höhere mcd) erzeugen. Sie haben im Allgemeinen auch eine bessere Temperaturstabilität und eine längere Betriebsdauer. Das 16-Segment-Design, im Gegensatz zu einer einfacheren 7-Segment-Anzeige, ermöglicht die Darstellung eines vollständigeren alphanumerischen Zeichensatzes (A-Z, 0-9 und einige Symbole), was ihre Vielseitigkeit gegenüber rein numerischen Anzeigen erhöht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Peak-Wellenlänge (650nm) und dominanter Wellenlänge (639nm)?
A: Die Peak-Wellenlänge ist die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die die gleiche wahrgenommene Farbe wie die tatsächliche breitbandige Ausgabe der LED erzeugen würde. Für rote LEDs ist die dominante Wellenlänge oft etwas kürzer als die Peak-Wellenlänge.

F: Warum beträgt der maximale Dauerstrom 25mA, aber der Spitzen-Impulsstrom 90mA?
A: Der Dauerstrom ist durch die Fähigkeit des Bauteils, Wärme abzuführen, begrenzt. Bei 25mA liegt die Verlustleistung (VF * IF) innerhalb des 70mW-Limits. Impulsstrom (90mA bei 1/10 Tastverhältnis) ermöglicht eine höhere momentane Helligkeit (da die Lichtstärke in etwa proportional zum Strom ist), weil die durchschnittliche Leistung über die Zeit niedriger ist und Überhitzung verhindert. Die LED-Sperrschicht hat Zeit, sich zwischen den Impulsen abzukühlen.

F: Wie schließe ich diese Anzeige an einen Mikrocontroller an?
A: Sie können die 17 Pins aufgrund der Pinanzahl und Strombegrenzungen nicht direkt an einen Standard-MCU anschließen. Sie müssen externe Treiberschaltungen verwenden. Ein gängiger Ansatz ist die Verwendung eines dedizierten LED-Treiber-ICs mit Konstantstromsenken (wie der MAX7219 oder ähnlich) oder einer Gruppe von Transistor-Arrays (wie der ULN2003), die von den GPIO-Pins des MCU gesteuert werden. Der Treiber übernimmt das Stromsenken für die Kathoden, während die gemeinsame Anode über einen Widerstand versorgt wird.

11. Praktischer Anwendungsfall

Entwurf eines einstelligen DC-Voltmeters:Eine praktische Anwendung ist der Bau eines 0-9,9V Voltmeters. Die LTP-15801KD kann die Zehnerstelle (0-9) anzeigen. Sie würde von einem Mikrocontroller (z.B. einem Arduino oder PIC) angesteuert. Der MCU liest eine analoge Spannung über seinen ADC, skaliert sie und bestimmt, welche Segmente beleuchtet werden müssen, um die korrekte Ziffer zu bilden. Die 16 Segmente ermöglichen eine klare Darstellung von Zahlen. Die Treiberschaltung, wie oben beschrieben, verbindet die niederstrom-digitalen Ausgänge des MCU mit den höheren Stromanforderungen der LED. Die Hyper Rote Farbe bietet eine ausgezeichnete Sichtbarkeit. Beim PCB-Layout muss darauf geachtet werden, die strombegrenzenden Widerstände nahe an der Anzeige zu platzieren und saubere Stromversorgungsleitungen sicherzustellen, um zu vermeiden, dass Rauschen die analoge Messung beeinflusst.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung, die ihre charakteristische Durchlassspannung (VF) überschreitet, über Anode und Kathode angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ Halbleitermaterial mit Löchern aus dem p-Typ Material im aktiven Bereich (dem Übergang). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die rotem/orangem/gelbem Licht entspricht. In dieser 16-Segment-Anzeige sind mehrere einzelne AlInGaP-LED-Chips innerhalb des Gehäuses montiert, die jeweils ein Segment des Zeichens bilden. Sie sind elektrisch in einer Common-Anode-Konfiguration verbunden, um die Ansteuerung zu vereinfachen.

13. Technologietrends

Während Durchsteckmontage-Anzeigen wie die LTP-15801KD für Prototyping, Hobbyprojekte und bestimmte industrielle Anwendungen relevant bleiben, geht der breitere Trend in der Displaytechnologie hin zu Oberflächenmontage (SMD)-Gehäusen. SMD-LEDs bieten einen kleineren Platzbedarf, eine geringere Bauhöhe und sind besser für automatisierte Bestückungsanlagen geeignet, was die Herstellungskosten senkt. Für alphanumerische Anzeigen sind Punktmatrix-Panels (die viele kleinere LEDs in einem Raster verwenden) verbreiteter geworden, da sie eine größere Flexibilität bei der Darstellung von Grafiken und einem breiteren Zeichensatz bieten. Darüber hinaus sind organische LED (OLED)-Displays in der Unterhaltungselektronik mittlerweile üblich und bieten überlegenen Kontrast, Betrachtungswinkel und Dünnheit, obwohl sie sich in Technologie und Anwendung erheblich von diskreten LED-Segmentanzeigen unterscheiden. Das AlInGaP-Materialsystem selbst stellt einen Fortschritt gegenüber älteren LED-Materialien dar und bietet höhere Effizienz und Zuverlässigkeit.