LTP-4323JD LED-Display Datenblatt - 0,4-Zoll Zeichenhöhe - Hyper-Rot - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTP-4323JD ist ein leistungsstarkes, zweistelliges alphanumerisches Displaymodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle und zuverlässige numerische und begrenzte alphabetische Anzeigen erfordern. Seine Kerntechnologie basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das speziell für die Lichtemission im Hyper-Rot-Spektrum entwickelt wurde. Diese Materialwahl, gewachsen auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat, bietet im Vergleich zu älteren Technologien eine überlegene Effizienz und Helligkeit für rote Emissionen. Das Bauteil verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten und bietet einen hohen Kontrast für eine ausgezeichnete Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen. Es ist nach Lichtstärke kategorisiert, um eine konsistente Leistung über alle Produktionschargen hinweg zu gewährleisten, und ist in einer bleifreien Bauform erhältlich, die den RoHS-Richtlinien entspricht.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Kompakt und gut lesbar:Besitzt eine Zeichenhöhe von 0,4 Zoll (10,0 mm), was es für platzbeschränkte Panels geeignet macht, während eine ausgezeichnete Zeichendefinition erhalten bleibt.
• Hervorragende optische Leistung:Bietet hohe Helligkeit, hohen Kontrast und einen weiten Betrachtungswinkel dank der AlInGaP-LED-Chips und des kontinuierlichen, gleichmäßigen Segmentdesigns.
• Energieeffizient:Hat einen geringen Leistungsbedarf und trägt so zu einem niedrigeren Gesamtsystemverbrauch bei.
• Designflexibilität:Erhältlich in einer Common-Cathode-Konfiguration (gemäß diesem Datenblatt), was die Treiberschaltungsentwicklung für viele mikrocontrollerbasierte Systeme vereinfacht.
• Robuste Konstruktion:Bietet Halbleiterzuverlässigkeit mit ausgezeichnetem Zeichenerscheinungsbild und ist einfach auf Standard-Leiterplatten (PCBs) zu montieren.
• Umweltkonformität:Als bleifreies Bauteil verpackt, entsprechend moderner Umweltstandards.

1.2 Zielanwendungen und Markt

Dieses Display ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten in verschiedenen Branchen vorgesehen. Typische Anwendungen umfassen Instrumententafeln, Prüf- und Messgeräte, Kassensysteme (POS), industrielle Steuerungsschnittstellen, Haushaltsgeräte und Kommunikationsgeräte. Es ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige, klare und helle alphanumerische Anzeige erfordern. Das Datenblatt warnt ausdrücklich davor, diese standardmäßige kommerzielle Komponente ohne vorherige Rücksprache in sicherheitskritischen Systemen (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, Verkehrssteuerung) einzusetzen, was seinen primären Markt in allgemeinen Industrie- und Konsumelektronikanwendungen unterstreicht.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

Der folgende Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher von einem einzelnen LED-Segment abgeführt werden kann, ohne Überhitzungsrisiko.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) für kurze Zeit zulässig, nicht für Dauerbetrieb.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear um 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Beispielsweise wäre bei 85°C der maximale Dauerstrom ungefähr: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) ≈ 5,2 mA.
• Temperaturbereich:Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist -35°C bis +85°C.
• Lötbedingungen:Das Bauteil hält einer Lötung bei 260°C für 5 Sekunden stand, gemessen 1/16 Zoll (≈1,59 mm) unterhalb der Auflageebene.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen und maximalen/minimalen Leistungsparameter, gemessen unter spezifizierten Testbedingungen (Ta=25°C).

• Mittlere Lichtstärke (Iv):Liegt im Bereich von 200 μcd (Min.) bis 650 μcd (Max.), mit einem angegebenen typischen Wert, getestet bei IF=1mA. Dies gibt die Helligkeitsausgabe an.
• Durchlassspannung pro Segment (VF):Typischerweise 2,6V, mit einem spezifizierten Maximalwert, bei IF=20mA. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung ausreichend Spannung bereitstellen kann, um den gewünschten Strom über alle Einheiten hinweg zu erreichen, unter Berücksichtigung dieses VF-Bereichs.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):650 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die emittierte Lichtintensität am höchsten ist, und definiert die \"Hyper-Rot\"-Farbe.
• Dominante Wellenlänge (λd):639 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe des Lichts wahrnimmt, entscheidend für die Farbangabe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Sperrstrom (IR):Maximal 100 μA bei VR=5V. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass dieser Sperrspannungszustand nur für Testzwecke dient und das Bauteil nicht kontinuierlich unter Sperrvorspannung betrieben werden kann.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Maximal 2:1 für Segmente innerhalb derselben \"ähnlichen Lichtfläche\". Dies spezifiziert die zulässige Helligkeitsschwankung zwischen Segmenten in einem Zeichen.
• Übersprechen:Spezifiziert als ≤ 2,5%, bezieht sich auf unerwünschte optische Interferenz zwischen benachbarten Segmenten.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das LTP-4323JD verwendet ein Kategorisierungssystem für die Lichtstärke. Das bedeutet, Einheiten werden getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtausgabe in verschiedene Leistungsklassen (Bins) sortiert. Die Modulmarkierung enthält einen \"Z: BIN CODE\"-Identifikator. Dies ermöglicht es Entwicklern, Displays mit konsistenten Helligkeitsstufen für ein einheitliches Erscheinungsbild in Mehrfachanwendungen auszuwählen. Das Datenblatt gibt die spezifischen Bincode-Werte oder die mit jedem Code verbundenen Intensitätsbereiche nicht im Detail an, die typischerweise in einem separaten Binning-Dokument definiert oder beim Kauf vereinbart werden.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische/optische Kennlinien\". Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, umfassen solche Kurven typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die nichtlineare Beziehung, entscheidend für den Entwurf von Konstantstromtreibern.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt, oft sublinear bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmungseffekten.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtausgabe bei steigender Temperatur, was für Anwendungen in nicht klimatisierten Umgebungen entscheidend ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei 650 nm und die 20 nm Halbwertsbreite zeigt.

Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) zu verstehen und das Design für Effizienz und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Display hat einen Standard-Dual-Inline-Package (DIP)-Footprint. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Pinspitzenverschiebungstoleranz beträgt 0,4 mm.
• Spezifische Qualitätsgrenzen sind für Fremdmaterial auf Segmenten (≤10 mils), Tintenverunreinigung (≤20 mils), Verbiegung des Reflektors (≤1/100 seiner Länge) und Blasen im Segment (≤10 mils) festgelegt.
• Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser für die Anschlüsse ist Ø1,30 mm.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das Bauteil hat 20 Pins. Das interne Schaltbild und die Pinverbindungstabelle zeigen, dass es sich bei dieser spezifischen Teilenummer (LTP-4323JD) um einenCommon-CathodeTyp handelt. Jedes Segment (A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U, DP) hat seinen eigenen Anoden-Pin. Die beiden Zeichen teilen sich gemeinsame Kathoden-Pins (Pin 4 für Zeichen 1, Pin 10 für Zeichen 2). Pin 14 ist als \"Nicht verbunden\" aufgeführt. Die korrekte Identifikation der gemeinsamen Kathoden-Pins ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf, um den Strom richtig abzusenken.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Automatisierte Lötprofile

Für Wellen- oder Reflow-Lötung ist die Bedingung mit 260°C für 5 Sekunden spezifiziert, gemessen 1,59 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Die Temperatur des Bauteilkörpers selbst während der Montage darf die maximale Temperaturbewertung nicht überschreiten.

6.2 Handlötanleitungen

Für Handlötung sollte die Lötspitze 1,59 mm unterhalb der Auflageebene angesetzt werden. Die Lötzeit muss innerhalb von 5 Sekunden bei einer Temperatur von 350°C ±30°C liegen. Das Überschreiten dieser Zeit- oder Temperaturgrenzen kann die internen Bonddrähte oder die LED-Chips beschädigen.

7. Zuverlässigkeitstests

Das Bauteil durchläuft eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests basierend auf militärischen (MIL-STD), japanischen industriellen (JIS) und internen Standards. Diese Tests validieren seine Robustheit und Langlebigkeit:

• Betriebslebensdauertest (RTOL):1000 Stunden Dauerbetrieb bei maximalem Nennstrom, um langfristige Lichtdegradation und Ausfälle zu testen.
• Umweltbelastungstests:Umfasst Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung (500 Std. bei 65°C/90-95% RH), Hochtemperaturlagerung (1000 Std. bei 105°C) und Tieftemperaturlagerung (1000 Std. bei -35°C).
• Thermische Zyklen & Schock:Temperaturwechsel (30 Zyklen zwischen -35°C und 105°C) und Temperaturschock (30 Zyklen zwischen -35°C und 105°C mit schnellen Übergängen), um mechanische Ausfälle aufgrund von Unterschieden im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) zu testen.
• Lötbarkeitstests:Lötbeständigkeit (10 Sek. bei 260°C) und Lötbarkeit (5 Sek. bei 245°C) stellen sicher, dass die Anschlüsse die Montageprozesse aushalten.

8. Kritische Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Design- und Implementierungswarnungen

• Treibersstrom und thermisches Management:Das Überschreiten des empfohlenen Dauer-Durchlassstroms oder der Betriebstemperatur beschleunigt die Lichtausgabedegradation (Lumendepreciation) und kann zu vorzeitigem katastrophalem Ausfall führen. Die lineare Derating-Kurve für den Strom muss beachtet werden.
• Schutzschaltungen:Die Treiberschaltung muss Schutz gegen Sperrspannungen und Spannungstransienten während des Einschalt- oder Abschaltvorgangs enthalten, da LEDs niedrige Sperrspannungsdurchbruchspannungen haben.
• Konstantstrom-Ansteuerung:Dies ist die empfohlene Methode zum Betreiben von LEDs. Sie gewährleistet eine konsistente Helligkeit über alle Einheiten und Temperaturschwankungen hinweg, da sie den negativen Temperaturkoeffizienten der Durchlassspannung der LED kompensiert.
• Berücksichtigung der Durchlassspannung:Die Stromversorgung oder Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den gesamten Bereich der Durchlassspannung (VF, typ. 2,6V, max. laut Spezifikation) aufnehmen kann, um sicherzustellen, dass der Zieltreiberstrom unter allen Bedingungen an alle Segmente geliefert wird.

8.2 Typische Anwendungsschaltungskonzepte

Für ein Common-Cathode-Display wie das LTP-4323JD wird oft ein typisches Multiplexing-Schema verwendet, um die 16 Segmente über zwei Zeichen zu steuern. Die gemeinsamen Kathoden-Pins (4 und 10) werden sequentiell auf Masse geschaltet (z.B. durch einen Transistor), während die entsprechenden Segment-Anoden-Pins auf High-Pegel gesetzt werden (mit strombegrenzenden Widerständen oder einem Konstantstrom-Treiber-IC), um die gewünschten Segmente für dieses Zeichen zu beleuchten. Dies reduziert die benötigte Anzahl an Mikrocontroller-I/O-Pins. Das Design muss sicherstellen, dass der Spitzenstrom pro Segment während des multiplexen Pulses den absoluten Maximalwert nicht überschreitet und der zeitliche Mittelwert des Stroms das gewünschte Helligkeitsniveau erreicht.

9. Vergleichende Vorteile und Technologiekontext

Die Verwendung von AlInGaP-Technologie für rote LEDs stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber älteren Technologien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) dar. AlInGaP bietet eine wesentlich höhere externe Quanteneffizienz, was zu einer helleren Ausgabe bei gleichem Eingangsstrom führt. Die \"Hyper-Rot\"-Emission (650 nm Maximum) ist auch visuell deutlicher und kann eine bessere Leistung in Anwendungen bieten, bei denen das Display möglicherweise durch Filter oder bei Umgebungslicht betrachtet wird. Das graue Front/weiße Segment-Design maximiert den Kontrast. Im Vergleich zu einfachen 7-Segment-Displays ermöglicht das 16-Segment-Format eine vollständigere Darstellung des Alphabets (wenn auch begrenzt), was den Nutzen des Bauteils in Anwendungen erhöht, die kurze Textmeldungen neben Zahlen erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich dieses Display direkt mit einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,6V, aber ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung ist immer erforderlich, um den korrekten Strom (z.B. 20 mA) einzustellen. Die Verwendung nur eines 5V-Pins würde einen übermäßigen Strom verursachen und das LED-Segment zerstören. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (Vcc - Vf) / If.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Spitzenwellenlänge (650 nm) ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Dominante Wellenlänge (639 nm) ist der vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbpunkt, der aufgrund der Form des Emissionsspektrums abweichen kann. Beide sind für die Spezifikation wichtig.

F: Warum wird Konstantstrom-Ansteuerung gegenüber Konstantspannung empfohlen?

A: Die Durchlassspannung (Vf) einer LED nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei einer Konstantspannungsversorgung würde dies zu einem Anstieg des Stroms führen, was zu weiterer Erwärmung und thermischem Durchgehen führt. Eine Konstantstromquelle hält einen stabilen Strom unabhängig von Vf-Schwankungen aufrecht, gewährleistet eine stabile Helligkeit und schützt die LED.

F: Wie interpretiere ich das \"Lichtstärke-Abgleichverhältnis\" von 2:1?

A: Dies bedeutet, dass das hellste Segment in einer definierten \"ähnlichen Lichtfläche\" (wahrscheinlich innerhalb eines Zeichens) nicht mehr als doppelt so hell wie das dunkelste Segment in derselben Fläche sein wird. Es ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen zweistelligen Voltmeter-Anzeige.Das LTP-4323JD wäre ideal. Der ADC des Mikrocontrollers liest eine Spannung, wandelt sie in eine Dezimalzahl um und steuert das Display an. Die Firmware würde das Multiplexing handhaben: Sie setzt das Segmentmuster für die Zehnerstelle auf die Anodenleitungen, legt den gemeinsamen Kathoden-Pin 4 für eine kurze Zeit (z.B. 5 ms) auf Masse, setzt dann das Segmentmuster für die Einerstelle und legt den gemeinsamen Kathoden-Pin 10 für die gleiche Zeit auf Masse, wiederholt dies schnell. Die Trägheit des Auges erzeugt die Illusion, dass beide Ziffern kontinuierlich leuchten. Eine sorgfältige Berechnung der strombegrenzenden Widerstände ist basierend auf der Versorgungsspannung und dem gewünschten mittleren Segmentstrom (unter Berücksichtigung des Tastverhältnisses des Multiplexings) erforderlich. Das Design muss Schutzdioden enthalten, wenn die Treiberschaltung die LEDs einer Sperrspannung aussetzen kann.

12. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus der n-dotierten AlInGaP-Schicht mit Löchern aus der p-dotierten Schicht. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Legierungszusammensetzung des AlInGaP-Kristallgitters bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall im roten Bereich um 650 nm. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert jegliches nach unten emittierte Licht und verbessert die Gesamteffizienz, indem es es nach oben reflektiert. Jedes Segment im Display enthält einen oder mehrere dieser mikroskopischen LED-Chips.

13. Technologietrends und Kontext

AlInGaP-basierte LEDs stellen eine ausgereifte und hochoptimierte Technologie für bernsteinfarbene, rote und hyper-rote Emissionen dar. Während neuere Materialien wie Galliumnitrid (GaN) den Markt für blaue, grüne und weiße LEDs dominieren, bleibt AlInGaP der Effizienzführer für längere Wellenlängen. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie konzentrieren sich auf Miniaturisierung (kleiner als 0,4-Zoll-Ziffern), höhere Pixeldichte (hin zu Punktmatrix oder OLED für Vollgrafik) und verbesserte Effizienz (niedrigere Treiberströme bei gleicher Helligkeit). Für dedizierte, hochzuverlässige, hochhelle alphanumerische Anzeigen in rauen Umgebungen (breiter Temperaturbereich) bleiben Segment-LED-Displays wie das LTP-4323JD jedoch eine robuste und kosteneffektive Lösung. Zukünftige Entwicklungen könnten die direkte Integration von Treiberelektronik in das Gehäuse oder eine weitere Verfeinerung des Gehäuses für ein noch besseres thermisches Management umfassen.