LTD-4608JS LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-4608JS ist ein zweistelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung zweier Ziffern (0-9) und eines Dezimalpunkts mithilfe einzelner LED-Segmente. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial zur Erzeugung von gelbem Licht. Dieses Materialsystem ist für seinen hohen Wirkungsgrad und seine hervorragende Helligkeit im Vergleich zu herkömmlichen LED-Technologien bekannt. Das Bauteil verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Es wird basierend auf der Lichtstärke kategorisiert, was eine konsistente Auswahl in der Serienfertigung ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere Schlüsselvorteile, die sie für eine Reihe von Anwendungen geeignet machen. Ihr geringer Leistungsbedarf macht sie ideal für batteriebetriebene oder energieempfindliche Geräte. Die hohe Helligkeit und der Kontrast, gepaart mit einem weiten Betrachtungswinkel, gewährleisten die Lesbarkeit aus verschiedenen Perspektiven, was für Unterhaltungselektronik, Messgeräte und industrielle Bedienfelder entscheidend ist. Die Festkörperzuverlässigkeit von LEDs bedeutet eine lange Betriebsdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen, anders als bei mechanischen oder Vakuum-Fluoreszenzanzeigen. Die durchgehend gleichmäßigen Segmente bieten ein ansprechendes ästhetisches Erscheinungsbild. Die primären Zielmärkte umfassen tragbare elektronische Geräte, Prüf- und Messtechnik, Automobilarmaturenbretter (für nicht-kritische Anzeigen), Haushaltsgeräte und Kassenterminals, wo eine klare, zuverlässige numerische Anzeige erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt angegebenen wichtigsten elektrischen und optischen Parameter und erläutert deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.

2.1 Lichttechnische und optische Kennwerte

Die lichttechnische Leistung ist zentral für die Funktion der Anzeige. Diemittlere Lichtstärke (Iv)wird mit 200 bis 650 µcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 1mA angegeben. Diese große Bandbreite deutet auf einen Binning-Prozess hin; Entwickler müssen diese Variation berücksichtigen oder engere Bins für ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere Anzeigen hinweg spezifizieren. DieSpitzen-Emissionswellenlänge (λp)beträgt 588 nm, und diedominante Wellenlänge (λd)beträgt 587 nm, beide gemessen bei IF=20mA. Diese Werte definieren den gelben Farbpunkt. Diespektrale Halbwertsbreite (Δλ)von 15 nm deutet auf eine relativ schmale spektrale Bandbreite hin, was zu einer gesättigten gelben Farbe führt. DasLichtstärke-Anpassungsverhältnis (IV-m)von maximal 2:1 definiert die zulässige Helligkeitsvariation zwischen Segmenten innerhalb eines einzelnen Bauteils, was die Gesamtgleichmäßigkeit beeinflusst.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Spezifikationen definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen. DieDurchlassspannung pro Segment (VF)hat einen typischen Wert von 2,6V bei IF=20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für die Auslegung des strombegrenzenden Widerstandsnetzwerks. DerSperrstrom pro Segment (IR)beträgt maximal 100 µA bei VR=5V, was den Leckstrom angibt, wenn die LED in Sperrrichtung vorgespannt ist, was im Normalbetrieb im Allgemeinen vernachlässigbar ist. Diese Parameter müssen zusammen mit den absoluten Grenzwerten betrachtet werden, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

2.3 Thermische Werte und absolute Grenzwerte

Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. DerDauer-Durchlassstrom pro Segmentbeträgt 25 mA bei 25°C, mit einem Derating-Faktor von 0,33 mA/°C. Dies bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximale Strom etwa 25 mA - (0,33 mA/°C * (85-25)°C) = 5,2 mA. DerSpitzen-Durchlassstrombeträgt 60 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). DieVerlustleistung pro Segmentbeträgt 70 mW. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -35°C und +85°C und definiert die Umgebungsgrenzen für Betrieb und Nichtbetrieb. Die Löttemperaturbewertung (max. 260°C für 3 Sekunden) ist entscheidend für die Leiterplattenbestückungsprozesse.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung. Während spezifische Bin-Codes in diesem Dokument nicht angegeben sind, umfasst das typische Binning für solche Anzeigen das Sortieren von Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (z.B. 1mA, wie in den Kennwerten gezeigt). Dies stellt sicher, dass Entwickler, die mehrere Einheiten beziehen, konsistente Helligkeitsniveaus in ihren Produkten erreichen können. Ingenieure sollten den Hersteller für detaillierte Binning-Spezifikationen oder chargenspezifische Daten konsultieren, wenn Gleichmäßigkeit eine kritische Designanforderung ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden Standardkurven für solche LEDs typischerweise umfassen:

• IV-Kurve (Strom vs. Durchlassspannung):Zeigt die exponentielle Beziehung und hilft, den dynamischen Widerstand und den genauen Spannungsabfall bei verschiedenen Betriebsströmen zu bestimmen.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (Iv-IF):Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, normalerweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs, was bei der Helligkeitskalibrierung und Wirkungsgradberechnungen hilft.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (Iv-Ta):Zeigt die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur, was für die Auslegung von Anwendungen, die in Hochtemperaturumgebungen arbeiten, entscheidend ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die Spitzen- und dominante Wellenlänge sowie die Form des Emissionsspektrums bestätigt.

Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen und die Treiberschaltung für Leistung und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteilgehäuse wird durch eine detaillierte Maßzeichnung (in Millimetern) definiert. Wichtige Merkmale sind der Gesamtplatzbedarf, die Höhe der Anzeige, der Abstand zwischen den beiden Ziffern sowie die Lage und der Durchmesser der Montagelöcher oder Pins. Das Pinbelegungsdiagramm ist entscheidend: Es handelt sich um eine 10-Pin-Konfiguration mit zwei gemeinsamen Anoden (eine für jede Ziffer) und individuellen Kathoden für die Segmente A-G und den Dezimalpunkt (D.P.). Das interne Schaltbild zeigt die multiplexed Anordnung: Alle entsprechenden Segmente (z.B. alle 'A'-Segmente) zwischen den beiden Ziffern sind intern mit einem einzigen Kathodenpin verbunden. Die Anode jeder Ziffer wird separat gesteuert (Pin 9 für Ziffer 1, Pin 4 für Ziffer 2). Dieses Multiplex-Design reduziert die Anzahl der benötigten Treiberpins von 15 (7 Segmente + DP pro Ziffer, plus zwei Masseanschlüsse) auf 10 und vereinfacht die Schnittstellenschaltung.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Die primäre Bestückungsüberlegung ist der Lötprozess. Der absolute Grenzwert gibt an, dass die Löttemperatur maximal 260°C für höchstens 3 Sekunden nicht überschreiten darf, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardbewertung für Wellenlöten oder Handlöten. Für Reflow-Löten sollte ein Standard bleifreies Profil mit einer Spitzentemperatur unter 260°C verwendet werden, wobei die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur kontrolliert wird, um die thermische Belastung der LED-Chips und des Kunststoffgehäuses zu minimieren. Ein ordnungsgemäßer Umgang zur Vermeidung elektrostatischer Entladungen (ESD) wird empfohlen, obwohl das Datenblatt keine ESD-Bewertung angibt. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-35°C bis +85°C) in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit erfolgen, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" führen könnte.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige eignet sich gut für jede Anwendung, die eine kompakte, helle, zweistellige numerische Anzeige erfordert. Beispiele sind: digitale Multimeter, Labornetzteile, Frequenzzähler, Uhrdisplays (Minuten/Sekunden), Anzeigetafeln, Produktionslinienzähler und Statusanzeigen an Netzwerk- oder Audiogeräten. Ihre gelbe Farbe wird oft für Warnanzeigen gewählt oder um einen deutlichen visuellen Kontrast zu anderen Anzeigen zu bieten.

7.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Verwenden Sie eine Multiplex-Treiberschaltung. Jede Ziffer wird abwechselnd mit einer hohen Frequenz (typischerweise >100 Hz) angesteuert, um den Eindruck zu erwecken, dass beide Ziffern kontinuierlich leuchten. Dies erfordert Mikrocontroller-GPIO-Pins oder einen dedizierten Anzeigetreiber-IC (wie einen 7447-Decoder oder einen MAX7219), der in der Lage ist, den Segmentstrom zu senken und den Ziffernanodenstrom zu liefern.
• Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Kathodenleitung (Segmente) obligatorisch oder in den Treiber integriert. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (Vcc - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung ist (verwenden Sie den Maximalwert für die Worst-Case-Stromberechnung), Vcc die Versorgungsspannung und IF der gewünschte Durchlassstrom (nicht überschreitend des Dauerbetriebswerts).
• Helligkeitssteuerung:Die durchschnittliche Helligkeit kann durch Anpassen des IF-Stroms oder durch Verwendung von Pulsweitenmodulation (PWM) auf den Treibersignalen gesteuert werden.
• Betrachtungswinkel:Positionieren Sie die Anzeige unter Berücksichtigung ihres weiten Betrachtungswinkels, um die Sichtbarkeit für den Endbenutzer sicherzustellen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien bietet diese AlInGaP-LED-Anzeige deutliche Vorteile. Gegenüber älterenGaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDsbietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute und Helligkeit bei gleichem Strom sowie eine bessere Temperaturstabilität. Im Vergleich zuLCD (Flüssigkristallanzeige)-Modulen benötigt sie keine Hintergrundbeleuchtung, bietet größere Betrachtungswinkel, arbeitet bei Kälte schneller und ist mechanisch robuster. Der primäre Kompromiss ist der höhere Leistungsverbrauch bei der Anzeige vieler Segmente im Vergleich zu LCDs. Innerhalb des LED-Segmentanzeigemarkts sind ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale die spezifische 0,4-Zoll-Ziffernhöhe, die AlInGaP-Gelbfarbe, die Duplex-Gemeinsame-Anode-Konfiguration und die kategorisierte Lichtstärke, die Qualitätskonsistenz gewährleistet.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Wie schließe ich diese Anzeige an einen Mikrocontroller an?

A: Sie benötigen mindestens 10 GPIO-Pins. Schließen Sie die gemeinsamen Anodenpins (4 & 9) an Mikrocontroller-Pins an, die als Ausgänge konfiguriert sind und auf HIGH gesetzt werden, um eine Ziffer zu aktivieren. Schließen Sie die Segmentkathodenpins (1,2,3,5,6,7,8,10) an Pins an, die als Ausgänge konfiguriert sind und auf LOW gesetzt werden, um ein Segment einzuschalten. Sie müssen multiplexen, indem Sie schnell eine Ziffer aktivieren, ihre Segmente setzen und dann zur anderen Ziffer wechseln. Die Verwendung eines dedizierten Treiber-ICs wird dringend empfohlen, um die MCU-Last zu reduzieren.

F: Warum wird der Durchlassstrom mit der Temperatur heruntergestuft (derated)?

A: Mit steigender Temperatur sinkt der interne Wirkungsgrad der LED, und mehr elektrische Leistung wird in Wärme anstatt in Licht umgewandelt. Diese Wärme kann, wenn sie nicht abgeführt wird, die Sperrschichttemperatur weiter erhöhen, was zu beschleunigtem Abbau oder Ausfall führt. Das Herunterstufen des Stroms begrenzt die erzeugte Wärme und hält die Sperrschichttemperatur innerhalb sicherer Grenzen.

F: Was bedeutet ein "Lichtstärke-Anpassungsverhältnis von 2:1"?

A: Es bedeutet, dass innerhalb einer einzelnen Anzeigeeinheit die Helligkeit des dunkelsten Segments nicht weniger als die Hälfte der Helligkeit des hellsten Segments beträgt. Ein Verhältnis von 1:1 wäre perfekte Gleichmäßigkeit; 2:1 ist eine gängige Spezifikation, die eine akzeptable visuelle Konsistenz gewährleistet.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf eines einfachen zweistelligen Zählers.Das Ziel ist das Zählen von 00 bis 99. Ein kostengünstiger Mikrocontroller (z.B. ein ATtiny) erzeugt die Steuersignale. Die Schaltung verwendet acht 180Ω strombegrenzende Widerstände (einer pro Segmentkathode, berechnet für eine 5V-Versorgung, VF=2,6V, IF~13mA). Zwei NPN-Transistoren (z.B. 2N3904) werden als High-Side-Schalter für die gemeinsamen Anodenpins verwendet, gesteuert von zwei weiteren MCU-Pins. Die Firmware implementiert einen Timer-Interrupt bei 2ms. In der Interrupt-Service-Routine deaktiviert sie die aktuell angezeigte Ziffer, aktualisiert das Segmentmuster für die nächste Ziffer basierend auf dem Zählwert, aktiviert den Transistor für diese Ziffer und beendet dann. Die Hauptschleife erhöht die Zählvariable jede Sekunde. Dieses Design nutzt die MCU-Ressourcen effizient und bietet eine stabile, flimmerfreie Anzeige.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung, die die Durchlassspannung der Diode überschreitet (ca. 2,05-2,6V), über ein Segment angelegt wird (von der gemeinsamen Anode zu ihrer spezifischen Kathode), rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven AlInGaP-Bereich. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen frei und erzeugt gelbes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 588 nm. Die sieben Segmente (A bis G) sind individuelle LED-Chips, die in einem "8"-Muster angeordnet sind. Durch selektives Ansteuern verschiedener Kombinationen dieser Segmente können alle numerischen Ziffern von 0 bis 9 gebildet werden. Die Duplex-Gemeinsame-Anode-Konfiguration bedeutet, dass alle LEDs für eine Ziffer eine gemeinsame positive Spannungsverbindung teilen, die während des Multiplexens geschaltet wird, um diese Ziffer zu aktivieren.

12. Technologietrends und Entwicklungen

Während dieses spezifische Bauteil etablierte AlInGaP-Technologie verwendet, entwickelt sich das breitere Feld der LED-Anzeigen weiter. Trends umfassen die Einführung noch effizienterer Materialien wie InGaN (Indiumgalliumnitrid) für eine breitere Farbpalette, obwohl AlInGaP für Rot, Orange und Gelb dominant bleibt. Es gibt eine Bewegung hin zu höherdichten mehrstelligen Modulen und Anzeigen mit integrierten Treibern und Controllern ("intelligente Anzeigen"), um das Systemdesign zu vereinfachen. Miniaturisierung ist ein weiterer Trend, wobei kleinere Ziffernhöhen für tragbare Geräte verfügbar werden. Darüber hinaus zielen Fortschritte in der Gehäusetechnik darauf ab, das thermische Management zu verbessern, was höhere Helligkeit bei gegebenen Strompegeln oder verbesserte Langlebigkeit ermöglicht. Das grundlegende Multiplex-Prinzip bleibt aufgrund seiner Effizienz bei der Pinreduzierung Standard.