LTD-2601JS LED-Anzeige Datenblatt - 0,28-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTD-2601JS ist ein zweistelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Zahlen und einigen begrenzten Zeichen durch individuell ansteuerbare Segmente. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, das speziell für die Lichtemission im gelben Wellenlängenspektrum entwickelt wurde. Diese Materialwahl bietet Vorteile in Effizienz und Farbreinheit im Vergleich zu älteren Technologien. Das Bauteil verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, die für hohen Kontrast und optimale Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen sorgt. Es ist als Common-Anode-Konfiguration kategorisiert, ein Standarddesign, das das Multiplexen in mehrstelligen Anwendungen vereinfacht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere Schlüsselvorteile, die ihre Marktposition definieren. Ihre 0,28-Zoll (7 mm) Ziffernhöhe bietet ein kompaktes, dennoch gut lesbares Format, geeignet für Panel-Messgeräte, Instrumentierung, Haushaltsgeräte und industrielle Steuerungsschnittstellen, wo Platz knapp ist. Der Einsatz von AlInGaP-Technologie liefert hohe Lichtstärke und ein ausgezeichnetes Zeichenbild, das auch in hell erleuchteten Umgebungen für gute Sichtbarkeit sorgt. Ein großer Betrachtungswinkel ist ein weiteres kritisches Merkmal, der eine genaue Ablesung aus verschiedenen Positionen ermöglicht – essentiell für frontplattenmontierte Geräte. Das Bauteil ist auch nach Lichtstärke kategorisiert, d.h. Einheiten werden für konstante Helligkeit gebinnt, und es wird in einer bleifreien Bauform angeboten, die der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) entspricht, was es für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet macht. Der Zielmarkt umfasst Entwickler von Test- und Messgeräten, Kassenterminals, Automobil-Armaturenbrettern (Sekundäranzeigen) und Haushaltsgeräten, die zuverlässige, wartungsarme numerische Anzeigen benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Parameter ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für Dauerbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher als Wärme von einem einzelnen LED-Segment abgeführt werden kann. Das Überschreiten dieses Limits riskiert thermische Degradation des Halbleiterübergangs.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA. Dies ist der maximale Momentanstromimpuls, den ein Segment verkraften kann, typischerweise relevant für Multiplex-Schemata mit Impulsen hoher Tastverhältnisse.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dies ist der empfohlene Maximalstrom für stationären (DC) Betrieb. Ein Derating-Faktor von 0,28 mA/°C ist spezifiziert, d.h. der maximal zulässige Dauerstrom verringert sich, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt, um Überhitzung zu verhindern.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch und zur Beschädigung der LED führen.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Bauteil ist für Betrieb und Lagerung in diesem breiten Temperaturbereich ausgelegt, geeignet für die meisten industriellen und Verbraucherumgebungen.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (bei Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):200 (Min), 600 (Typ) µcd bei einem Durchlassstrom (If) von 1 mA. Dieser Parameter, gemessen mit einem Filter, der die menschliche Augenempfindlichkeit (CIE-Kurve) simuliert, quantifiziert die wahrgenommene Helligkeit. Der große Bereich deutet auf ein Binning-System hin.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):588 nm (Typ) bei If=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist, und definiert die gelbe Farbe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (Typ). Dies zeigt die spektrale Reinheit; eine schmalere Breite bedeutet eine gesättigtere, reine gelbe Farbe.
• Dominante Wellenlänge (λd):587 nm (Typ). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Übereinstimmung mit der LED-Farbe wahrnimmt, eng verwandt mit der Spitzenwellenlänge.
• Durchlassspannung pro Segment (Vf):2,05 (Min), 2,6 (Typ) V bei If=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand. Er ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (Ir):100 µA (Max) bei Vr=5V. Dies ist der kleine Leckstrom, wenn die LED mit ihrer maximalen Sperrspannung betrieben wird.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:2:1 (Max). Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsvariation zwischen Segmenten innerhalb derselben Ziffer oder zwischen Ziffern, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.
• Übersprechen:≤2,5%. Dieser Parameter misst die unbeabsichtigte Beleuchtung eines benachbarten Segments, wenn ein angrenzendes Segment aktiviert ist, verursacht durch interne optische Reflexion oder elektrisches Übersprechen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung.

• Lichtstärke-Binning:Die Iv-Spezifikation zeigt ein Minimum von 200 µcd und einen typischen Wert von 600 µcd bei 1mA. Einheiten werden getestet und in verschiedene Helligkeits-Bins sortiert (z.B. Hochhelligkeit, Standardhelligkeit). Entwickler können einen spezifischen Bin für Anwendungen auswählen, die konstante Helligkeit über mehrere Anzeigen oder Produktionsläufe hinweg erfordern.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Obwohl nicht explizit mit mehreren Bins detailliert, deuten die engen Spezifikationen für Spitzen- (588 nm) und dominante Wellenlänge (587 nm) auf eine enge Prozesskontrolle hin. Für kritische Farbabgleich-Anwendungen könnte eine weitere Wellenlängensortierung als kundenspezifische Option verfügbar sein.
• Durchlassspannungs-Binning:Der Vf-Bereich (2,05V bis 2,6V) deutet auf eine natürliche Variation hin. Für Entwürfe, die empfindlich auf die Versorgungsspannung reagieren oder auf präzise Stromabgleichung in gemultiplexten Arrays abzielen, kann die Auswahl von LEDs aus einem engen Vf-Bin wichtig sein.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte PDF-Auszug \"TYPISCHE ELEKTRISCHE / OPTISCHE KENNLINIEN\" erwähnt, sind die spezifischen Graphen nicht im Text enthalten. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise umfassen:

• Strom vs. Spannung (I-V-Kurve):Dieser Graph würde die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom (If) und Durchlassspannung (Vf) zeigen. Er ist essentiell, um die erforderliche Treiberspannung für einen gewünschten Strom zu bestimmen und für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kurve):Diese Darstellung zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt. Sie ist bei niedrigeren Strömen generell linear, kann aber bei höheren Strömen aufgrund von thermischem und Effizienz-Droop sättigen. Diese Kurve hilft, den Treiberstrom für die gewünschte Helligkeit und Effizienz zu optimieren.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Das Verstehen dieses Deratings ist kritisch für Anwendungen, die in Hochtemperaturumgebungen betrieben werden.
• Spektrale Verteilungskurve:Eine Darstellung der relativen optischen Leistung gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~588 nm und die spektrale Halbwertsbreite von ~15 nm zeigt und damit die gelben Farbcharakteristiken bestätigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die Anzeige entspricht einem Standard-Durchsteck-DIP-Format (Dual In-line Package). Wichtige dimensionale Hinweise aus dem Datenblatt umfassen: Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Die Pin-Spitzen-Verschiebungstoleranz beträgt ±0,4 mm, was für die PCB-Lochplatzierung wichtig ist. Spezifische Qualitätskontrollen werden vermerkt: Fremdmaterial auf einem Segment muss ≤10 mils sein, Tintenverschmutzung auf der Oberfläche ≤20 mils, Verbiegung muss ≤1/100 sein, und Blasen innerhalb des Segmentmaterials müssen ≤10 mils sein.

5.2 Pin-Belegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil hat 10 Pins in einer Reihe. Das interne Schaltbild zeigt, dass es sich um einen Common-Anode-Typ mit zwei separaten Common-Anode-Pins handelt (Pin 6 für Ziffer 2, Pin 9 für Ziffer 1). Jedes Segment (A, B, C, D, E, F, G und Dezimalpunkt) hat seinen eigenen dedizierten Kathoden-Pin. Diese Konfiguration ist Standard für Multiplexing: Durch sequentielles Aktivieren eines Common-Anode-Pins (Ziffer) und Ansteuern der entsprechenden Kathoden-Pins für die Segmente dieser Ziffer können mehrere Ziffern mit einer reduzierten Anzahl von I/O-Pins gesteuert werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt gibt spezifische Lötbedingungen an, um thermische Schäden während der PCB-Montage zu verhindern: \"Lötbedingungen: 1/16 Zoll unter der Auflageebene für 3 Sekunden bei 260°C.\" Dies bezieht sich auf Wellenlöten. Die Lötspitze sollte 1,6 mm (1/16\") unter dem Kunststoffgehäuse der Anzeige positioniert sein, und die Kontaktzeit sollte bei einer maximalen Temperatur von 260°C 3 Sekunden nicht überschreiten. Dies verhindert das Schmelzen des Kunststoffgehäuses oder die Beschädigung der internen Bonddrähte durch übermäßige Hitze. Für Reflow-Löten darf das Profil die maximale Temperaturbewertung, abgeleitet von der Lagertemperatur (+105°C) plus einem Sicherheitsabstand, nicht überschreiten, obwohl kein spezifisches Reflow-Profil bereitgestellt wird. Bauteile sollten in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln in einer kontrollierten Umgebung gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist Multiplexing. Ein Mikrocontroller würde zwei I/O-Pins als Ziffernselektoren verwenden (Senken des Stroms für die Common-Anodes über Transistoren) und 8 I/O-Pins (oder ein Schieberegister), um den Strom für die Segmentkathoden zu senken. Ein strombegrenzender Widerstand ist in Reihe mit jeder Segmentkathode oder jeder Common-Anode erforderlich. Der Widerstandswert wird mit R = (Vcc - Vf\_led) / I\_gewünscht berechnet. Bei einem typischen Vf von 2,6V bei 20mA und einer 5V-Versorgung ergibt sich R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ohm. Für gemultiplexten Betrieb kann der Momentanstrom pro Segment höher sein (z.B. 20mA), aber der mittlere Strom, unter Berücksichtigung des Tastverhältnisses, muss innerhalb des Dauerbetriebsratings bleiben.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Immer Reihenwiderstände oder Konstantstrom-Treiber verwenden. Eine LED niemals direkt an eine Spannungsquelle anschließen.
• Multiplexing-Frequenz:Eine Aktualisierungsrate verwenden, die hoch genug ist, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >60 Hz pro Ziffer). Die Nachbildwirkung des Auges integriert das Licht.
• Betrachtungswinkel:Die Anzeige so positionieren, dass die primäre Betrachtungsrichtung innerhalb des spezifizierten großen Betrachtungswinkels liegt, für besten Kontrast.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit angegeben, sind LEDs empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Montage mit ESD-Vorsichtsmaßnahmen handhaben.
• Wärmeableitung:In Hochhelligkeits- oder Hochtemperatur-Anwendungen sicherstellen, dass das PCB-Layout eine gewisse Wärmeableitung vom LED-Gehäuse ermöglicht, insbesondere wenn nahe dem maximalen Dauerstrom betrieben wird.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren roten GaAsP (Galliumarsenidphosphid) LED-Anzeigen bietet die AlInGaP-Technologie in der LTD-2601JS eine deutlich höhere Lumenausbeute, was zu helleren Anzeigen bei gleichem Strom oder gleichwertiger Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Die gelbe Farbe (587-588 nm) liegt in einem Bereich hoher Empfindlichkeit für das menschliche photopische (Tageslicht-) Sehen, wodurch sie subjektiv heller erscheint als rote oder grüne LEDs ähnlicher Strahlungsleistung. Im Vergleich zu zeitgenössischen Side-Glow- oder Punktmatrix-Anzeigen ist das 7-Segment-Format einfacher anzusteuern und zu dekodieren und bietet niedrigere Systemkosten für rein numerische Anwendungen. Ihr Durchsteckgehäuse bietet eine robuste mechanische Befestigung im Vergleich zu oberflächenmontierten Alternativen, was in Anwendungen mit Vibration von Vorteil ist.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

• F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ansteuern?A: Ja. Die typische Vf beträgt 2,6V, also bleibt bei einer 3,3V-Versorgung ein Headroom von 0,7V für einen strombegrenzenden Widerstand. Der Widerstandswert wäre kleiner: R = (3,3 - 2,6) / I\_gewünscht. Sicherstellen, dass der gewünschte Strom innerhalb der Stromsenk-/Quellfähigkeiten des Mikrocontroller-Pins erreichbar ist.
• F: Was ist der Zweck des Derating-Faktors für den Dauerstrom?A: Der Derating-Faktor (0,28 mA/°C) berücksichtigt die reduzierte Wärmeableitungsfähigkeit bei höheren Umgebungstemperaturen. Bei 85°C Umgebungstemperatur beträgt der maximal zulässige Dauerstrom 25mA - [0,28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16,8mA = 8,2mA. Ein Betrieb oberhalb dieses heruntergerechneten Stroms riskiert das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur.
• F: Das Datenblatt erwähnt einen \"rechtsseitigen Dezimalpunkt\". Was bedeutet das?A: Dies gibt die Position des Dezimalpunktsegments an. Ein \"rechtsseitiger Dezimalpunkt\" bedeutet, dass der Dezimalpunkt rechts von der Ziffer angeordnet ist, was die Standardkonvention für die Anzeige von Dezimalzahlen ist (z.B. \"12,3\").
• F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?A: Für typischen Betrieb bei oder unter 20mA pro Segment in einer moderaten Umgebungstemperatur ist kein dedizierter Kühlkörper erforderlich. Die PCB selbst dient als Wärmeverteiler. Für Dauerbetrieb an den absoluten Maximalwerten oder in Hochtemperaturumgebungen sollte jedoch ein thermisches Management in Betracht gezogen werden.

10. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer einfachen Digitalvoltmeter-Anzeige.Ein Entwickler benötigt eine zweistellige Anzeige, um Spannungen von 0,0 bis 9,9V für ein Labornetzteil anzuzeigen. Die LTD-2601JS wird aufgrund ihrer Lesbarkeit und einfachen Schnittstelle ausgewählt. Der ADC des Mikrocontrollers liest die Spannung, wandelt sie in eine Dezimalzahl um und sucht die 7-Segment-Codes für die Zehnerstelle, Einerstelle und den Dezimalpunkt. Zwei NPN-Transistoren werden verwendet, um die Common-Anode-Pins (Ziffer 1 & 2) auf Masse zu schalten. Acht Mikrocontroller-I/O-Pins, jeweils mit einem 120-Ohm-Reihenwiderstand, sind mit den Segmentkathoden (A-G und DP) verbunden. Die Firmware multiplex die Ziffern mit 100 Hz. Die graue Front/weißen Segmente bieten einen ausgezeichneten Kontrast zum schwarzen Panel des Netzteils. Die hohe Helligkeit stellt sicher, dass sie in einem gut beleuchteten Labor sichtbar ist. Die bleifreie Konformität erfüllt die Umweltstandards des Unternehmens für neue Produkte.

11. Einführung des Betriebsprinzips

Das grundlegende Prinzip ist die Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang. Das AlInGaP-Material ist ein direkter Bandabstand-Halbleiter. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die interne Diffusionsspannung des Übergangs (ungefähr gleich Vf) übersteigt, werden Elektronen aus der N-Region über den Übergang in die P-Region injiziert, und Löcher aus der P-Region bewegen sich in die N-Region. Diese injizierten Minoritätsträger (Elektronen auf der P-Seite, Löcher auf der N-Seite) rekombinieren mit den Majoritätsträgern. In einem direkten Bandabstand-Material wie AlInGaP ist ein signifikanter Teil dieser Rekombinationen strahlend, d.h. sie setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Energie des Photons und damit seine Wellenlänge (Farbe) wird durch die Bandabstandsenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die durch die präzisen Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor eingestellt wird. Das nicht-transparente GaAs-Substrat hilft, Licht nach oben zu reflektieren und erhöht so die Vorwärts-Lichtstärke. Jedes Segment ist ein separater LED-Chip, und die Kombination der beleuchteten Segmente bildet die gewünschte Ziffer oder das Zeichen.

12. Technologietrends und Entwicklungen

Während Durchsteck-7-Segment-Anzeigen wie die LTD-2601JS für Prototyping, Bildungskits und Anwendungen, die robuste mechanische Befestigung erfordern, relevant bleiben, geht der breitere Branchentrend entschieden in Richtung oberflächenmontierter (SMD) Bauformen. SMD-LEDs bieten einen kleineren Platzbedarf, geringere Bauhöhe, Eignung für automatisierte Bestückung und oft eine bessere thermische Leistung durch direkte Anbindung an die PCB. Für Anzeigen werden integrierte Treiber-ICs immer häufiger, die das LED-Array mit Scannlogik und manchmal sogar seriellen Kommunikationsschnittstellen (wie I2C oder SPI) kombinieren, was den Mikrocontroller-I/O- und Softwareaufwand drastisch reduziert. In Bezug auf Materialien dominiert InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) den blauen, grünen und weißen LED-Markt aufgrund seiner breiteren Bandabstandsabstimmbarkeit, während AlInGaP für Rot, Orange und Gelb exzellent ist. Für zukünftige Anzeigen versprechen Micro-LED- und Mini-LED-Technologien noch höhere Dichte, Helligkeit und Effizienz, obwohl diese derzeit eher auf hochauflösende Videobildschirme als auf einfache Segmentanzeigen abzielen. Das zeitlose Prinzip des 7-Segment-Formats gewährleistet jedoch seine Nützlichkeit in kostenempfindlichen, lesbarkeitskritischen numerischen Anwendungen für die absehbare Zukunft.