LTP-22801JF 17-Segment Alphanumerische LED-Anzeige Datenblatt - 2,24 Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Gelb-Orange - 5,2V Durchlassspannung - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTP-22801JF ist ein hochleistungsfähiges Einzelziffern-Alphanumerik-Displaymodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die eine klare, helle und zuverlässige Zeichendarstellung erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die Anzeige alphanumerischer Zeichen (Buchstaben A-Z, Zahlen 0-9 und einige Symbole) mithilfe einer 17-Segment-Konfiguration, die eine größere Flexibilität als herkömmliche 7-Segment-Anzeigen bietet.

Der Kernvorteil dieses Bauteils liegt in der Verwendung von Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitermaterial für die LED-Chips, speziell in einer Gelb-Orange-Farbe. Die AlInGaP-Technologie ist für ihre hohe Lichtausbeute und exzellente Leistung im Bernstein- bis Rotbereich bekannt. Die Anzeige verfügt über eine schwarze Front mit weißen Segmenten, was einen hohen Kontrast für optimale Lesbarkeit selbst bei verschiedenen Umgebungslichtverhältnissen bietet. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert, um gleichmäßige Helligkeitswerte über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen.

Der Zielmarkt umfasst Industrie-Bedienfelder, Prüf- und Messgeräte, Medizingeräte, Instrumentierung und jedes eingebettete System, in dem eine einzelne, hochgradig lesbare Ziffer für Statusanzeige, Datenausgabe oder Benutzerschnittstellen-Feedback benötigt wird.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Lichttechnische und optische Kennwerte

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Bei einem Standard-Prüfstrom von 20mA pro Segment und einer Umgebungstemperatur von 25°C bietet das Bauteil eine typische mittlere Lichtstärke von 41,6 Millicandela (mcd). Bei einem höheren Strom von 40mA steigt dieser Wert typischerweise auf 72,8 mcd, was eine gute Linearität der Lichtausgabe mit dem Strom demonstriert.

Die Farbcharakteristika sind durch spezifische Wellenlängen definiert. Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 611 Nanometer (nm), was sie eindeutig in den gelb-orangen Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet. Die dominante Wellenlänge (λd), die stärker mit der wahrgenommenen Farbe korreliert, beträgt typischerweise 605 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 17 nm, was auf eine relativ reine, gesättigte Farbe mit minimaler spektraler Streuung hinweist. Die Lichtstärkeanpassung zwischen den Segmenten ist mit einem maximalen Verhältnis von 2:1 spezifiziert, um ein einheitliches Erscheinungsbild des Zeichens zu gewährleisten.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Kennwerte definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für die Anzeige. Die absoluten Maximalwerte geben die Grenzen an, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Der maximale Dauer-Durchlassstrom pro Segment beträgt 24 mA, mit einem linearen Derating-Faktor von 0,31 mA/°C über 25°C. Für gepulsten Betrieb bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 1,0ms kann der Spitzen-Durchlassstrom 60 mA pro Segment erreichen. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt unter Dauerbetrieb 134 mW.

Unter typischen Betriebsbedingungen (IF=20mA) liegt die Durchlassspannung (VF) pro Segment zwischen einem Minimum von 4,1V und einem Maximum von 5,2V, wobei ein typischer Wert innerhalb dieses Bereichs zu erwarten ist. Diese relativ höhere Durchlassspannung ist charakteristisch für AlInGaP-LEDs. Die maximale Sperrspannung (VR), die pro Segment angelegt werden kann, beträgt 10V, wobei der Sperrstrom (IR) unter dieser Bedingung maximal 100 µA beträgt.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt, was es für eine Vielzahl von Umgebungen geeignet macht, von industrieller Kühlung bis hin zu Geräten in der Nähe von Wärmequellen. Der Lagertemperaturbereich ist identisch. Ein kritischer Parameter für die Montage ist die Löttemperatur-Bewertung: Das Bauteil kann eine maximale Löttemperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden aushalten, gemessen an einem Punkt 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Diese Information ist entscheidend für die Definition von Reflow-Lötprofilen während der PCB-Montage.

3. Mechanische und Verpackungsinformationen

3.1 Physikalische Abmessungen und Umriss

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 2,24 Zoll (57,0 mm), was sie als Großformat-Anzeige für klare Sicht auf Distanz klassifiziert. Die Gehäuseabmessungen sind in einer detaillierten Zeichnung angegeben. Alle kritischen Maße sind in Millimetern spezifiziert, mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Ingenieure müssen auf diese Zeichnung für das genaue PCB-Footprint-Design zurückgreifen, um ausreichende Abstände und korrekte Ausrichtung sicherzustellen.

3.2 Pin-Konfiguration und Schaltplan

Die LTP-22801JF ist eine Common-Anode-Baugruppe. Sie verfügt über 19 Pins in einer einreihigen Konfiguration. Der interne Schaltplan zeigt, dass die 17 Segmente (A1, A2, B, C, D1, D2, E, F, G1, G2, H, I, J, K, L, M) und der Dezimalpunkt (DP) einzelne LEDs sind. Die Common-Anode-Pins (Pin 1 und Pin 11) sind intern verbunden und bieten zwei Anschlüsse für die positive Versorgungsspannung, was die Stromverteilung und das PCB-Layout unterstützen kann. Jedes Segment-Kathode hat einen eigenen dedizierten Pin (Pins 2-10, 12-19). Diese Konfiguration ermöglicht die individuelle Multiplex-Steuerung jedes Segments.

4. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

4.1 Ansteuerung der Anzeige

Als Common-Anode-Anzeige sollten die Anoden (Pins 1 & 11) über eine strombegrenzende Schaltung mit der positiven Versorgungsspannung verbunden werden. Jeder Kathoden-Pin muss einzeln angesteuert werden, typischerweise durch einen Mikrocontroller-Port-Pin oder einen dedizierten Treiber-IC (wie einen Schieberegister- oder Segmenttreiber). Der Treiber muss in der Lage sein, den erforderlichen Segmentstrom bei Aktivierung (Kathode auf Low-Pegel gezogen) zu senken. Die Durchlassspannung (4,1V-5,2V) muss bei der Auswahl der Logikpegel und Treiber-ICs berücksichtigt werden; 5V-Systeme sind üblich.

Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jedes Segment oder, häufiger, für jeden Common-Anode-Knoten bei Multiplexbetrieb zwingend erforderlich. Der Widerstandswert (R) kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: 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. Die Verwendung des maximalen VF-Werts gewährleistet Helligkeitskonstanz auch bei Bauteiltoleranzen.

4.2 Überlegungen zum Multiplexen

Für Mehrfachziffernanwendungen oder zur Reduzierung der Mikrocontroller-Pinanzahl kann diese Einzelziffernanzeige in ein gemultiplextes Array integriert werden. In einer gemultiplexten Schaltung werden die Common-Anodes mehrerer Ziffern zusammengeschaltet (Ziffer 1 Anode, Ziffer 2 Anode, usw.), und die entsprechenden Segment-Kathoden werden ebenfalls zusammengeschaltet (alle 'A'-Segmente, alle 'B'-Segmente, usw.). Die Ziffern werden nacheinander in schneller Folge beleuchtet. Beim Multiplexen wird die Spitzen-Pulsstrom-Bewertung (60mA bei 1/10 Tastverhältnis) relevant. Der mittlere Strom darf den Dauerbetriebswert nicht überschreiten, daher kann der Pulsstrom höher sein. Beispiel: Eine Ansteuerung mit 40mA bei einem Tastverhältnis von 1/4 ergibt einen mittleren Strom von 10mA.

4.3 Thermomanagement und PCB-Layout

Obwohl die Verlustleistung einzelner Segmente gering ist, kann die Gesamtleistung einer voll beleuchteten Ziffer (alle 17 Segmente + DP bei 20mA und ~4,5V) etwa 1,5W erreichen. Eine ausreichende PCB-Kupferfläche und möglicherweise Wärmeleitungen unter dem Gehäuse können zur Wärmeableitung notwendig sein, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Ansteuerung mit höheren Strömen. Eine gute Lötstelle an allen Pins ist ebenfalls entscheidend für die Wärmeleitung von den LED-Chips weg.

5. Leistungsanalyse und Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische und optische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind. Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, umfassen Standardkennlinien für solche Bauteile typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kennlinie):Dieser Graph zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt. Er ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann aber bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Zeigt die exponentielle Beziehung und bestätigt den in der Tabelle spezifizierten VF-Bereich.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Für AlInGaP-LEDs nimmt die Lichtstärke typischerweise mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve ist für Anwendungen, die über den gesamten Temperaturbereich arbeiten, kritisch.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~611nm und die Halbwertsbreite zeigt.

Designer sollten diese Kurven verwenden, um die Leistung in ihrer spezifischen Anwendung vorherzusagen und dabei die Auswirkungen von Temperatur- und Ansteuerstromschwankungen zu berücksichtigen.

6. Vergleich und Technologiekontext

6.1 AlInGaP vs. andere LED-Technologien

Die Verwendung von AlInGaP auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat ist ein wesentlicher Unterscheidungsfaktor. Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-Technologien bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute und bessere Temperaturstabilität im Bernstein-Rot-Bereich. Im Vergleich zu phosphorkonvertierten weißen LEDs, die in einigen Anzeigen verwendet werden, bietet AlInGaP eine reine, gesättigte Farbe ohne die Komplexität und den Wirkungsgradverlust der Phosphorkonvertierung, was zu einem höheren Kontrast und potenziell längerer Lebensdauer führt.

6.2 17-Segment vs. 7-Segment und Punktmatrix

Eine 17-Segment-Anzeige (manchmal auch "Starburst"-Anzeige genannt) liegt zwischen einer 7-Segment-Anzeige und einer vollständigen Punktmatrix-Anzeige. Sie kann eine viel breitere Palette alphanumerischer Zeichen lesbarer darstellen als eine 7-Segment-Anzeige (z.B. Unterscheidung von 'S' und '5', korrekte Darstellung von 'M', 'W', 'K'), während sie weit weniger Steuerleitungen benötigt und einfacher anzusteuern ist als ein hochauflösendes Punktmatrix-Panel. Die LTP-22801JF ist eine optimale Lösung, wenn die Anwendung einen begrenzten Satz klarer, deutlicher Zeichen auf einer einzelnen, großen Ziffer erfordert.

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?

A: Nein, nicht direkt. Die typische Durchlassspannung (4,1V-5,2V) ist höher als 3,3V. Sie benötigen eine Versorgungsspannung von mindestens 5V für die LED-Seite. Die Steuersignale vom 3,3V-Mikrocontroller zu den Kathodentreibern müssten pegelverschoben werden, wenn die Treiber 5V-Logik-High-Eingänge benötigen, oder Sie müssen Treiber verwenden, die mit 3,3V-Logik kompatibel sind.

F: Warum gibt es zwei Common-Anode-Pins?

A: Die beiden intern verbundenen Anoden-Pins (1 und 11) ermöglichen Flexibilität im PCB-Routing und helfen, den gesamten Anodenstrom zu verteilen, der erheblich sein kann, wenn alle Segmente leuchten. Es wird empfohlen, beide mit der Versorgung zu verbinden.

F: Was ist der Zweck des Lichtstärkeanpassungsverhältnisses?

A: Dieses Verhältnis (max. 2:1) garantiert, dass das dunkelste Segment in einem Bauteil unter gleichen Bedingungen nicht weniger als halb so hell wie das hellste Segment sein wird. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit über das Zeichen hinweg und verhindert, dass einige Segmente merklich dunkler als andere erscheinen.

F: Wie erstelle ich Zeichen?

A: Sie benötigen eine Zeichentabelle oder Font-Tabelle in Ihrem Mikrocontroller-Code. Dies ist eine Nachschlagetabelle, die für jedes alphanumerische Zeichen, das Sie anzeigen möchten, definiert, welche Kombination der 17 Segmente (und DP) eingeschaltet werden muss (Kathode auf Low), wenn die Common-Anode auf High ist.

8. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Eine digitale Timer-Anzeige.Eine einzelne LTP-22801JF kann verwendet werden, um die Sekundenziffer auf einem großen Countdown-Timer anzuzeigen. Der Mikrocontroller würde die Anzeige der Zahlen von 9 bis 0 durchlaufen. Das Design würde beinhalten: 1) Bereitstellung einer stabilen 5V-Versorgung. 2) Platzierung eines einzelnen strombegrenzenden Widerstands auf der Common-Anode-Leitung (Pins 1 & 11). 3) Verbindung jedes der 18 Kathoden-Pins (17 Segmente + DP) mit einem einzelnen Pin eines Mikrocontrollers oder, effizienter, mit den Ausgängen zweier 8-Bit-Serielleingang/Parallelausgang-Schieberegister, um I/O-Pins zu sparen. 4) Programmierung des Mikrocontrollers mit den Segmentmustern für die Ziffern 0-9 und gegebenenfalls eines Doppelpunkts oder anderen Symbols unter Verwendung des DP. Die hohe Helligkeit und die große Zifferngröße stellen sicher, dass die Zeit aus der Ferne sichtbar ist.