LTD-4708JS LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-4708JS ist ein zweistelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung zweier Ziffern (0-9) mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente. Die Kerntechnologie nutzt den Halbleiterwerkstoff Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) zur Erzeugung von gelbem Licht. Dieses Materialsystem ist für seine hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbreinheit im gelb-orange-roten Spektrum bekannt. Das Gerät verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es wird nach Lichtstärke kategorisiert, um gleichmäßige Helligkeitswerte über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen, was für ein einheitliches Erscheinungsbild in Mehrfachanwendungen entscheidend ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Fotometrische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Bei einem Standard-Prüfstrom von 1 mA pro Segment liegt die durchschnittliche Lichtstärke zwischen einem Minimum von 200 μcd und einem typischen Wert von 650 μcd. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt typischerweise 588 nm, die dominante Wellenlänge (λd) 587 nm, was die Ausgabe klar im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums verortet. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 15 nm, was auf eine relativ schmale Bandbreite und gute Farbsättigung hindeutet. Das Lichtstärke-Verhältnis zwischen den Segmenten ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was entscheidend für eine gleichmäßige Helligkeit aller Segmente einer Ziffer ist.

2.2 Elektrische und thermische Parameter

Elektrisch weist jedes LED-Segment eine Durchlassspannung (VF) von 2,05V bis 2,6V bei einem Treiberstrom von 20 mA auf. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: Der kontinuierliche Durchlassstrom pro Segment beträgt 25 mA bei 25°C und reduziert sich linear um 0,33 mA/°C mit steigender Umgebungstemperatur. Der Spitzen-Durchlassstrom, der unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), beträgt 60 mA. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt 70 mW. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5V pro Segment stand, wobei der Sperrstrom (IR) bei dieser Spannung weniger als 100 μA beträgt. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -35°C bis +85°C spezifiziert, was auf Robustheit für industrielle und konsumentennahe Umgebungen hindeutet.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Gerät \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortiervorgang nach der Fertigung. LEDs werden typischerweise nach der Herstellung getestet und basierend auf Schlüsselparametern wie Lichtstärke und Durchlassspannung gruppiert (gebinned), um Konsistenz sicherzustellen. Obwohl spezifische Bincode-Details in diesem Auszug nicht angegeben sind, ermöglicht ein solches System Designern, Bauteile mit eng abgestimmter Helligkeit auszuwählen. Dies verhindert sichtbare Unterschiede zwischen Ziffern oder Segmenten in einer Anordnung, was für ästhetische und funktionale Einheitlichkeit in Endprodukten entscheidend ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\". Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, illustrieren solche Kurven typischerweise die Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Lichtstärke (IV), Durchlassspannung (VF) gegenüber Temperatur und die Winkelverteilung des Lichts (Betrachtungswinkeldiagramm). Diese Kurven sind für Designer essenziell, um das nichtlineare Verhalten von LEDs zu verstehen. Beispielsweise zeigt die IV-Kurve, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt, bei höheren Strömen jedoch sättigen kann. Die Temperatur-Derating-Kurve ist für das Wärmemanagement-Design entscheidend, um Langlebigkeit und stabile Leistung sicherzustellen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Umriss

Die Gehäusezeichnung (referenziert, aber nicht detailliert dargestellt) liefert die physikalischen Abmessungen der Anzeige. Die primäre Spezifikation ist eine Ziffernhöhe von 0,4 Zoll (10,0 mm). Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Diese Information ist kritisch für das PCB-Footprint-Design und um sicherzustellen, dass die Anzeige korrekt in das Produktgehäuse passt.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Das Gerät hat eine 10-Pin-Konfiguration. Es verwendet eine Duplex-Gemeinsame-Kathoden-Architektur, was bedeutet, dass es zwei separate gemeinsame Kathoden-Pins gibt – einen für jede Ziffer (Pins 4 und 9). Die Anoden für die Segmente A bis G und den Dezimalpunkt (D.P.) befinden sich auf einzelnen Pins. Die spezifische Pinbelegung ist: 1(C), 2(D.P.), 3(E), 4(Kathode Ziffer 2), 5(D), 6(F), 7(G), 8(B), 9(Kathode Ziffer 1), 10(A). Die korrekte Identifikation von Kathoden- und Anoden-Pins ist wesentlich, um eine Sperrspannungsbeschädigung während des Schaltungsaufbaus zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte beinhalten einen kritischen Lötparameter: Das Gerät kann eine maximale Löttemperatur von 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden standhalten, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Diese Richtlinie ist für Wellenlöt- oder Handlötprozesse gedacht. Für Reflow-Löten sollte ein Profil mit einer Spitzentemperatur unterhalb dieses Limits und kontrollierten Anstiegsraten verwendet werden. Längere Exposition gegenüber hohen Temperaturen kann die internen Bonddrähte, LED-Chips oder das Kunststoffgehäuse beschädigen.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist für eine breite Palette von Anwendungen geeignet, die kompakte, stromsparende numerische Indikatoren erfordern. Typische Einsatzgebiete sind Instrumententafeln (z.B. Multimeter, Frequenzzähler), Haushaltsgeräte (Mikrowellen, Waschmaschinen, Thermostate), industrielle Steuerungsanzeigen und tragbare elektronische Geräte. Die hohe Helligkeit und der große Betrachtungswinkel machen sie sowohl in dunklen als auch in hell erleuchteten Umgebungen gut lesbar.

7.2 Designüberlegungen

Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Segmentanode oder gemeinsame Kathodenleitung zwingend erforderlich, um die gewünschte Helligkeit einzustellen und das Überschreiten des maximalen kontinuierlichen Durchlassstroms zu verhindern. Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung (Vcc), der LED-Durchlassspannung (VF ~2,6V max.) und dem gewünschten Durchlassstrom (z.B. 10-20 mA) berechnet.
Multiplexing:Die gemeinsame Kathoden-Architektur ist ideal für multiplexende Treiberschaltungen. Durch sequentielles Aktivieren einer Kathode (Ziffer) mit hoher Frequenz (typischerweise >100 Hz) während gleichzeitiger Versorgung der Anoden mit den entsprechenden Segmentdaten können zwei Ziffern mit einer reduzierten Anzahl von I/O-Pins im Vergleich zur statischen Ansteuerung gesteuert werden. Dies reduziert auch den durchschnittlichen Stromverbrauch.
Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, muss jedoch während des mechanischen Designs berücksichtigt werden, um den optimalen Betrachtungskegel der Anzeige mit der erwarteten Blicklinie des Benutzers auszurichten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Eingangsstrom zu größerer Helligkeit führt. Die erzeugte gelbe Farbe ist gesättigter und reiner. Im Vergleich zu einstelligen Anzeigen spart diese zweistellige Einheit Leiterplattenplatz und vereinfacht die Montage. Die Kategorisierung (Binning) nach Lichtstärke ist ein wichtiger Unterscheidungsfaktor zu nicht gebinnten Teilen und bietet Designern eine vorhersehbare Leistung, die für professionelle Produkte wesentlich ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich verwenden, um ein Segment mit 15 mA bei einer 5V-Versorgung zu betreiben?
A: Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes: R = (Vcc - VF) / IF. Unter Annahme eines typischen VF von 2,3V: R = (5V - 2,3V) / 0,015A ≈ 180 Ω. Verwenden Sie für ein konservatives Design stets den maximalen VF aus dem Datenblatt (2,6V): R = (5V - 2,6V) / 0,015A ≈ 160 Ω. Ein Standardwiderstand von 150 Ω oder 180 Ω wäre angemessen, wobei die tatsächliche Verlustleistung im Widerstand zu prüfen ist.
F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A: Nein. Mikrocontroller-Pins können typischerweise nicht den erforderlichen Strom liefern oder aufnehmen (bis zu 25 mA pro Segment, potenziell deutlich mehr für mehrere Segmente einer Ziffer). Sie müssen Transistortreiber (für das Schalten der gemeinsamen Kathode) und/oder dedizierte LED-Treiber-ICs verwenden, um ausreichenden Strom bereitzustellen und Multiplexing zu implementieren.
F: Was ist der Zweck der \"Spitzen-Durchlassstrom\"-Spezifikation?
A: Diese Spezifikation erlaubt kurze Stromimpulse, die höher sind als der DC-Nennwert. Diese können in multiplexenden Schaltungen verwendet werden, um während der kurzen EIN-Zeit jeder Ziffer eine höhere Spitzenhelligkeit zu erreichen. Der zeitliche Durchschnittsstrom muss weiterhin innerhalb der Grenzen des kontinuierlichen Nennwerts liegen.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen zweistelligen Zählers. Die Schaltung würde einen Mikrocontroller umfassen, der die Zählsequenz generiert. Zwei NPN-Transistoren (oder ein Dual-Transistor-Array) würden verwendet, um Strom durch die gemeinsamen Kathoden-Pins (Ziffer 1 & 2) zu ziehen, gesteuert von separaten Mikrocontroller-GPIOs im Open-Drain- oder Open-Collector-Modus. Die sieben Segmentanoden (A-G) würden über einzelne strombegrenzende Widerstände (z.B. 150Ω) mit anderen GPIOs verbunden. Die Firmware würde das Multiplexing implementieren: Transistor für Ziffer 1 einschalten, GPIOs setzen, um die für den Wert der ersten Ziffer benötigten Segmente zu beleuchten, einige Millisekunden warten, dann Ziffer 1 ausschalten, Ziffer 2 einschalten, Segmente für den Wert der zweiten Ziffer setzen und wiederholen. Dieser Zyklus erzeugt die Wahrnehmung, dass beide Ziffern kontinuierlich leuchten.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das Gerät arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet (etwa 2V für AlInGaP), werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in das aktive Gebiet injiziert. Ihre Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt – in diesem Fall AlInGaP, das für die Emission im gelben Spektrum ausgelegt ist. Jedes der sieben Segmente (plus der Dezimalpunkt) enthält einen oder mehrere dieser winzigen LED-Chips. Die gemeinsame Kathoden-Konfiguration bedeutet, dass die Kathoden (negative Anschlüsse) aller LEDs einer Ziffer intern verbunden sind, wodurch die gesamte Ziffer durch einen einzigen Schalter aktiviert oder deaktiviert werden kann.

12. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren LED-Materialien für rotes, oranges und gelbes Licht dar. Sie bietet höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität. Während dieses Datenblatt für ein diskretes Bauteil gilt, geht der Trend in der Displaytechnologie hin zu höherer Integration, wie z.B. mehrstellige Module mit integrierten Treibern und seriellen Schnittstellen (I2C, SPI). Darüber hinaus werden für gelbe Indikatoren manchmal phosphorkonvertierte weiße LEDs oder direkt emittierende InGaN-basierte LEDs mit breiterem Spektrum verwendet. Für Anwendungen, die reines, effizientes gelbes Licht mit einfacher Direktansteuerung erfordern, bleibt AlInGaP jedoch eine relevante und zuverlässige Wahl. Die hier diskutierten Prinzipien des Multiplexings, der Strombegrenzung und des Wärmemanagements sind grundlegend und gelten für eine Vielzahl von LED-basierten Displaytechnologien.