LTS-4801JR 0,39-Zoll Super-Rot-LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 10,0mm - Durchlassspannung 2,6V - Leistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-4801JR ist ein einstelliges alphanumerisches Siebensegment-Anzeigemodul. Sie verfügt über eine Ziffernhöhe von 0,39 Zoll (10,0 Millimeter) und eignet sich somit ideal für Anwendungen, die klare, mittelgroße numerische Anzeigen erfordern. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie, um eine Super-Rot-Farbe zu erzeugen. Das Gehäuse präsentiert eine graue Front mit weißen Segmentmarkierungen, was einen hohen Kontrast für eine ausgezeichnete Zeichenlesbarkeit bietet. Diese Anzeige ist als gemeinsame Anode (Common Anode) ausgelegt, eine gängige Konfiguration zur Vereinfachung der Treiberschaltung in Multiplex-Anwendungen.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• 0,39 Zoll Ziffernhöhe:Bietet eine ausgewogene Größe für gute Sichtbarkeit ohne übermäßigen Stromverbrauch.
• Kontinuierliche, gleichmäßige Segmente:Sichert eine konsistente Lichtemission über jedes Segment hinweg für ein professionelles Erscheinungsbild.
• Geringer Leistungsbedarf:Effiziente AlInGaP-Technologie ermöglicht eine helle Ausgabe bei relativ niedrigen Durchlassströmen.
• Hohe Helligkeit & Hoher Kontrast:Die Super-Rot-AlInGaP-Chips in Kombination mit dem Grau/Weiß-Design liefern eine ausgezeichnete Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtbedingungen.
• Großer Betrachtungswinkel:Bietet konsistente Leuchtdichte und Farbe über einen weiten Betrachtungsbereich.
• Kategorisiert nach Lichtstärke:Bauteile werden nach ihrer Intensität sortiert (gebinned), um eine gleichmäßige Helligkeit in mehrstelligen Anzeigen zu gewährleisten.
• Bleifreies Gehäuse (RoHS-konform):Hergestellt gemäß Umweltschutzvorschriften zur Beschränkung gefährlicher Stoffe.
• Halbleiter-Zuverlässigkeit:LEDs bieten im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien eine lange Lebensdauer, Stoßfestigkeit und Vibrationsbeständigkeit.

1.2 Zielanwendungen und Markt

Diese Anzeige ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten vorgesehen. Typische Anwendungsbereiche sind Instrumententafeln, Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerungsanzeigen, Mess- und Prüfgeräte sowie Haushaltsgeräte, die eine klare numerische Anzeige benötigen. Sie eignet sich für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit, Lesbarkeit und stromsparender Betrieb entscheidend sind. Das Datenblatt warnt ausdrücklich vor der Verwendung in sicherheitskritischen Systemen (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung) ohne vorherige Rücksprache, was ihren primären Markt in kommerzieller und industrieller Elektronik kennzeichnet.

2. Technische Spezifikationen und objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte (Grenzwerte)

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Dauerbetrieb an oder nahe diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher als Wärme von einem einzelnen LED-Segment abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dieser ist nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) für Multiplexing zulässig.
• 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. Beispiel: Bei 50°C wäre der maximale Dauerstrom etwa 25 mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 16,75 mA.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil kann in diesem weiten Temperaturbereich betrieben und gelagert werden.
• Löttemperatur:260°C max. für 5 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll (≈1,6mm) unterhalb der Auflageebene.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind typische Leistungsparameter, gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):200 µcd (Min), 520 µcd (Typ) bei I_F=1mA. Dies ist die Lichtausbeute pro Segment. Das 2:1-Anpassungsverhältnis stellt sicher, dass innerhalb einer Charge das hellste Segment nicht mehr als doppelt so hell wie das dunkelste ist, was für ein gleichmäßiges Erscheinungsbild wichtig ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):639 nm (Typ). Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe am höchsten ist, und definiert die \"Super-Rot\"-Farbe.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm (Typ). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die leicht von der Spitzenwellenlänge abweichen kann.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (Typ). Dies gibt die Farbreinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,10V (Min), 2,60V (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einer LED im Betrieb. Die Schaltungsauslegung muss diesen Bereich berücksichtigen.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (Max) bei V_R=5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; das Bauteil sollte nicht unter Dauer-Sperrspannung betrieben werden.
• Übersprechen (Cross Talk):< 2,5%. Dies spezifiziert die minimale Lichtstreuung von einem unbeleuchteten Segment neben einem beleuchteten.

3. Binning- und Sortiersystem

Das Datenblatt gibt an, dass die LTS-4801JR \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem Anzeigen basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem Standard-Teststrom (typisch 1mA oder 20mA) sortiert werden. Dies stellt sicher, dass bei der Verwendung mehrerer Ziffern nebeneinander ihre Helligkeit für den Benutzer gleichmäßig erscheint. Entwickler sollten angeben, ob für ihre Anwendung eine enge Intensitätsanpassung erforderlich ist. Das Dokument spezifiziert keine detaillierten Bin-Codes oder Schwellenwerte für Wellenlänge (Farbe) oder Durchlassspannung, was darauf hindeutet, dass die primäre Sortierung auf Lichtstärke basiert.

4. Analyse der Kennlinien

Während der bereitgestellte Textauszug auf \"Typische elektrische/optische Kennlinien\" verweist, sind die spezifischen Grafiken nicht im Text enthalten. Typischerweise würde ein solches Datenblatt die folgenden wesentlichen Kurven für die Designanalyse enthalten:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt den nichtlinearen Zusammenhang, entscheidend für den Entwurf von strombegrenzenden Schaltungen.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt, oft zeigt sich im Arbeitsbereich ein nahezu linearer Zusammenhang.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die Reduzierung der Lichtausbeute mit steigender Temperatur, was für Hochtemperaturanwendungen kritisch ist.
• Relative spektrale Leistungsverteilung:Eine Grafik, die die Intensität über der Wellenlänge aufträgt und das Maximum bei ~639nm sowie die spektrale Breite zeigt.

Entwickler sollten die vollständige PDF-Datei für diese Grafiken konsultieren, um genaue Vorhersagen über die Leistung unter spezifischen Betriebsbedingungen zu treffen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige hat ein Standard-Durchsteckmontage-DIP (Dual In-line Package) Format. Wichtige dimensionale Hinweise sind:

• Alle Maße sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Toleranz für die Pinspitzenverschiebung beträgt ±0,40 mm, was für die PCB-Lochplatzierung berücksichtigt werden muss.
• Der empfohlene PCB-Lochdurchmesser für zuverlässiges Löten beträgt 1,0 mm.
• Qualitätsspezifikationen begrenzen Fremdmaterialien, Blasen im Segment, Verformung des Reflektors und Oberflächen-Tintenverschmutzung, um optische Klarheit und ästhetische Qualität sicherzustellen.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Die LTS-4801JR ist ein 10-poliges Bauteil mit gemeinsamer Anoden-Konfiguration. Der interne Schaltplan zeigt alle sieben Segmente (A-G) und den Dezimalpunkt (DP) mit ihren Kathoden, die an einzelne Pins angeschlossen sind. Die Anoden aller Segmente sind intern miteinander verbunden und an zwei Pins (Pin 3 und Pin 8) herausgeführt, die ebenfalls intern verbunden sind. Dies ermöglicht Flexibilität im PCB-Layout und bei der Stromversorgung.

Pinbelegung:

1: Kathode G

2: Kathode F

3: Gemeinsame Anode (intern mit Pin 8 verbunden)

4: Kathode E

5: Kathode D

6: Kathode D.P. (Dezimalpunkt)

7: Kathode C

8: Gemeinsame Anode (intern mit Pin 3 verbunden)

9: Kathode B

10: Kathode A

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Automatisches Löten (Wellen-/Reflow-Löten)

Die empfohlene Bedingung ist 260°C für 5 Sekunden, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Die Temperatur des Bauteilkörpers selbst darf während dieses Prozesses ihren Maximalwert nicht überschreiten.

6.2 Handlöten

Für Handlötarbeiten kann eine Temperatur von 350°C ±30°C verwendet werden, die Lötzeit muss jedoch auf 5 Sekunden pro Pin begrenzt werden, ebenfalls gemessen von 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Es muss darauf geachtet werden, eine längere Hitzeeinwirkung zu vermeiden.

6.3 Lagerbedingungen

Obwohl nicht explizit für die Lagerung angegeben, liegt der Betriebs- und Lagertemperaturbereich bei -35°C bis +85°C. Es ist gute Praxis, Bauteile in einer trockenen, kontrollierten Umgebung zu lagern, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Zuverlässigkeitstests

Das Bauteil durchläuft eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests basierend auf militärischen (MIL-STD), japanischen (JIS) und internen Standards. Dies gewährleistet Robustheit unter verschiedenen Umweltbelastungen.

• Betriebslebensdauertest (RTOL):1000 Stunden bei maximalem Nennstrom unter Raumtemperatur.
• Umweltbelastungstests:Beinhaltet Hochtemperatur-/Feuchtelagerung (65°C/90-95% RH für 500h), Hochtemperaturlagerung (105°C für 1000h), Tieftemperaturlagerung (-35°C für 1000h), Temperaturwechsel (-35°C bis 105°C für 30 Zyklen) und Temperaturschock.
• Mechanische/Lötbarkeitstests:Lötbeständigkeit (260°C für 10s) und Lötbarkeit (245°C für 5s) Tests überprüfen die Integrität der Pins während der Montageprozesse.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Kritische Anwendungswarnungen

• Absolute Maximalwerte:Das Überschreiten der Grenzwerte für Strom, Leistung oder Temperatur führt zu schwerwiegender Lichtausbeutereduzierung oder katastrophalem Ausfall.
• Treiberschutzschaltung:Die Schaltung muss die LEDs vor Sperrspannungen und Spannungstransienten während des Ein-/Ausschaltens schützen. Ein Vorwiderstand allein reicht hierfür nicht aus; Dioden-Clamps oder integrierte Treiber-ICs mit Schutzfunktionen werden empfohlen.
• Konstantstrom-Ansteuerung:Für konsistente Helligkeit und Langlebigkeit wird dringend empfohlen, die Segmente mit einer Konstantstromquelle anzusteuern, anstatt mit einer einfachen Spannungsquelle mit Vorwiderstand, insbesondere in Umgebungen mit schwankender Temperatur.
• Durchlassspannungsbereich:Die Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den erforderlichen Strom über den gesamten V_F-Bereich (2,10V bis 2,60V bei 20mA) liefert.
• Thermisches Management:Der maximale Dauerstrom muss basierend auf der tatsächlichen Betriebsumgebungstemperatur reduziert werden. Ausreichende Belüftung oder Kühlkörper können in geschlossenen oder Hochtemperaturumgebungen notwendig sein.
• Sperrspannung vermeiden:Dauerhafte Sperrspannung kann zu Metallmigration innerhalb des Halbleiters führen, was einen vorzeitigen Ausfall verursacht.

8.2 Typische Anwendungsschaltungen

Für eine gemeinsame Anoden-Anzeige wie die LTS-4801JR werden die Anoden (Pin 3 & 8) mit einer positiven Versorgungsspannung (V_CC) verbunden. Jeder Kathoden-Pin wird mit einer Stromsenke verbunden. Dies kann erreicht werden durch:

1. Transistor-Senken:NPN-Transistoren oder N-Kanal-MOSFETs, gesteuert von einem Mikrocontroller.
2. Integrierte Treiber-ICs:Spezielle LED-Treiberchips oder Mikrocontroller-Port-Pins mit ausreichender Senkenstromfähigkeit (unter Beachtung des 25mA-pro-Segment-Limits). Ein strombegrenzender Widerstand wird typischerweise in Reihe mit jedem Segment oder im gemeinsamen Anodenpfad platziert, wenn eine Spannungsquelle verwendet wird, aber eine Konstantstromschaltung ist überlegen.

Für das Multiplexen mehrerer Ziffern werden die gemeinsamen Anoden verschiedener Ziffern sequentiell mit hoher Frequenz geschaltet, während die entsprechenden Kathodenmuster für jede Ziffer angezeigt werden. Dies reduziert die Anzahl der benötigten I/O-Pins.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTS-4801JR differenziert sich durch mehrere Schlüsselattribute:

• Materialtechnologie (AlInGaP):Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Effizienz und Helligkeit, insbesondere im Rot/Orange/Bernstein-Spektrum, was zu geringerem Stromverbrauch bei gleicher Lichtausbeute führt.
• Super-Rot-Farbe:Die 631-639 nm dominante/Spitzenwellenlänge liefert eine lebendige, tiefrote Farbe, die hoch gesättigt und gut sichtbar ist.
• Intensitäts-Binning:Nicht alle Anzeigen bieten garantierte Lichtstärkeanpassung, was für mehrstellige Anwendungen zur Vermeidung ungleichmäßiger Helligkeit entscheidend ist.
• Weiter Temperaturbereich:Der Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ist robust für industrielle und automotive (nicht sicherheitskritische) Anwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nicht direkt zum Senken des Stroms. Ein Mikrocontroller-Pin kann typischerweise 20-25mA senken, was dem absoluten Maximum für ein Segment entspricht. Dies lässt keinen Sicherheitsspielraum und riskiert Schäden an LED und Mikrocontroller. Es ist immer besser, einen Transistor oder Treiber-IC zu verwenden. Zum Sourcen von Strom (zur gemeinsamen Anode) liefert ein Pin möglicherweise nicht genug Strom für alle gleichzeitig leuchtenden Segmente (7*20mA=140mA).

F: Warum gibt es zwei gemeinsame Anoden-Pins (3 und 8)?

A: Sie sind intern verbunden. Dies bietet Layout-Flexibilität, ermöglicht den Anschluss der Anode von beiden Seiten der Leiterplatte für geringeren Widerstand und kann durch Nutzung beider Pins bei der Wärmeableitung helfen.

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

A: Spitzenwellenlänge (λ_p) ist das physikalische Maximum des Lichtemissionsspektrums. Dominante Wellenlänge (λ_d) wird basierend auf der Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges (CIE-Kurve) berechnet und repräsentiert die wahrgenommene Farbe. Sie sind oft nahe beieinander, aber nicht identisch.

F: Wie berechne ich den Wert des Vorwiderstands?

A: Bei Verwendung einer einfachen Spannungsquelle (V_versorgung) lautet die Formel R = (V_versorgung - V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt (2,60V), um sicherzustellen, dass der Mindeststrom erreicht wird. Beispiel: Mit einer 5V-Versorgung und einem gewünschten I_F von 20mA: R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm. Berechnen Sie den Wert stets neu für verschiedene Versorgungsspannungen und Ströme.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer 4-stelligen Voltmeter-Anzeige.

1. Bauteilauswahl:Verwenden Sie vier LTS-4801JR-Anzeigen. Stellen Sie sicher, dass sie aus demselben Intensitäts-Bin stammen, wenn gleichmäßige Helligkeit kritisch ist.
2. Ansteuerungsmethode:Implementieren Sie Multiplexing. Verbinden Sie alle entsprechenden Segmentkathoden (A, B, C,... DP) über die vier Anzeigen hinweg miteinander. Verwenden Sie vier NPN-Transistoren (z.B. 2N3904), um die gemeinsame Anode jeder Ziffer einzeln zu steuern.
3. Stromregelung:Platzieren Sie einen einzelnen strombegrenzenden Widerstand im gemeinsamen Pfad der Transistorkollektoren (vor den Anoden). Da nur eine Ziffer gleichzeitig leuchtet, wird der Widerstandswert für den Gesamtstrom einer Ziffer berechnet (z.B. 8 Segmente * 5mA je = 40mA). Alternativ verwenden Sie für jede Kathodenleitung einen Konstantstrom-Treiber-IC für bessere Genauigkeit.
4. Mikrocontroller-Schnittstelle:Verwenden Sie 7-8 Mikrocontroller-Pins für die Segmentmuster (Kathoden) und 4 Pins zur Steuerung der Ziffernauswahl-Transistoren (Anoden).
5. Software:In der Hauptschleife schalten Sie sequentiell einen Zifferntransistor ein, geben das Segmentmuster für diese Ziffer aus, warten eine kurze Zeit (1-5ms) und gehen dann zur nächsten Ziffer über. Die Bildwiederholfrequenz sollte über 60Hz liegen, um Flackern zu vermeiden.
6. Schutz:Fügen Sie kleine Widerstände (z.B. 100Ω) in Reihe mit der Basis jedes Transistors und den Mikrocontroller-Pins hinzu, um den Strom zu begrenzen. Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung sauber und frei von Spannungsspitzen ist.

12. Funktionsprinzip

Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung (V_F) der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen aus dem n-Typ-Material mit Löchern aus dem p-Typ-Material in der Sperrschicht. Dieses Rekombinationsereignis setzt Energie frei. In Standarddioden ist diese Energie primär thermisch. In LED-Materialien wie AlInGaP ist die Bandlückenenergie des Halbleiters so beschaffen, dass die freigesetzte Energie in Form von Photonen (Licht) erfolgt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird direkt durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP hat eine Bandlücke, die Photonen im roten bis bernsteinfarbenen Teil des sichtbaren Spektrums erzeugt. Die Siebensegmentanzeige packt einfach mehrere solcher LED-Chips (einen pro Segment und den Dezimalpunkt) in eine Standardanordnung, wobei ihre elektrischen Anschlüsse zu Pins für die externe Steuerung herausgeführt werden.

13. Technologietrends

Die Verwendung von AlInGaP stellt einen Fortschritt gegenüber früheren LED-Materialien für Rot/Orange-Farben dar. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie, die für solche Bauteile relevant sind, umfassen:

• Erhöhte Effizienz:Laufende Materialforschung zielt darauf ab, die interne Quanteneffizienz (IQE) und die Lichtextraktionseffizienz von LEDs zu verbessern, was zu höherer Helligkeit bei niedrigeren Strömen führt.
• Miniaturisierung:Während 0,39 Zoll eine Standardgröße ist, gibt es einen Trend zu kleineren, hochdichten Anzeigen mit Oberflächenmontage (SMD)-Gehäusen anstelle von Durchsteckmontage-DIP-Gehäusen für die automatisierte Montage.
• Integration:Treiberschaltungen werden zunehmend entweder in das Anzeigemodul selbst (intelligente Displays) oder in anspruchsvollere, mehrkanalige Konstantstrom-Treiber-ICs integriert, was das Systemdesign vereinfacht.
• Größerer Farbraum:Obwohl dies eine monochrome Anzeige ist, kommt die zugrundeliegende Materialtechnologieentwicklung für rote LEDs auch Vollfarb-RGB-Displays zugute und treibt reinere und gesättigtere Farben voran.
• Fokus auf Zuverlässigkeit und Standardisierung:Da LEDs in anspruchsvollere Anwendungen vordringen, werden standardisierte Tests (wie im Zuverlässigkeitsabschnitt zu sehen) und detailliertere Lebensdauerspezifikationen (L70, L90 Bewertungen) üblich.

Trotz dieser Trends bleiben diskrete Siebensegmentanzeigen wie die LTS-4801JR für Anwendungen hochrelevant, die einfache, zuverlässige, kostengünstige und hochlesbare numerische Ausgaben erfordern, wo eine Vollgrafik-Anzeige unnötig ist.