LTS-4801JG LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-4801JG ist eine einstellige 7-Segment-Ziffernanzeige, die AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie zur Erzeugung von grünem Licht nutzt. Sie ist als Gerät mit gemeinsamer Anode (Common Anode) ausgelegt, was bedeutet, dass die Anoden aller LED-Segmente intern verbunden und auf gemeinsame Pins geführt sind, während jede Segmentkathode einzeln zugänglich ist. Diese Konfiguration ist bei multiplexgesteuerten Anzeigen üblich. Die Anzeige verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Ihr Haupteinsatzgebiet liegt in elektronischen Geräten, die eine klare, helle, einstellige numerische Anzeige erfordern, wie z.B. in Instrumententafeln, Haushaltsgeräten und industriellen Steuerungen.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Helligkeit & Kontrast:Das AlInGaP-Materialsystem bietet hohe Lichtausbeute, was zu exzellenter Helligkeit führt. Das Grau/Weiß-Design verbessert zudem den Kontrast für ein überlegenes Erscheinungsbild der Zeichen.
• Geringer Stromverbrauch:Das Bauteil arbeitet mit relativ niedrigen Durchlassströmen und eignet sich somit für batteriebetriebene oder energieeffiziente Anwendungen.
• Halbleiter-Zuverlässigkeit:Als LED-basiertes Bauteil bietet es eine lange Lebensdauer, Stoßfestigkeit und schnelle Schaltzeiten im Vergleich zu veralteten Technologien wie Glühlampen oder Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen.
• Kategorisierte Leistung:Die Lichtstärke ist kategorisiert, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anzeigen ermöglicht.
• Großer Betrachtungswinkel:Das Gehäuse und das Chipdesign bieten einen breiten Betrachtungswinkel und gewährleisten so die Lesbarkeit der Anzeige aus verschiedenen Positionen.
• Bleifreies Gehäuse:Das Bauteil entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.2 Zielanwendungen

Diese Anzeige ist für den Einsatz in gewöhnlichen elektronischen Geräten vorgesehen. Typische Anwendungen sind Büroautomationsgeräte (z.B. Kopierer, Drucker), Kommunikationsgeräte, Haushaltsgeräte (z.B. Mikrowellen, Backöfen, Waschmaschinen), Mess- und Prüfgeräte sowie industrielle Bedienfelder. Sie ist nicht für Anwendungen konzipiert, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme), ohne vorherige Konsultation und Qualifizierung.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder bei diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die ein einzelnes LED-Segment ohne Beschädigung dissipieren kann.
• Spitzendurchlassstrom pro Segment:60 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom muss linear um 0,33 mA/°C reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil kann in diesem gesamten Bereich gelagert und betrieben werden.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für 5 Sekunden, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind typische Betriebsparameter, gemessen bei Ta=25°C, die die Leistung des Bauteils unter Normalbedingungen definieren.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):320 bis 850 μcd (Mikrocandela) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Diese große Bandbreite zeigt an, dass das Bauteil nach Lichtstärke kategorisiert (gebinned) ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):571 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die emittierte Lichtintensität am höchsten ist, im grünen Bereich des Spektrums.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):572 nm (typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die eng mit der Spitzenwellenlänge übereinstimmt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies spezifiziert die Bandbreite des emittierten Lichts und deutet auf eine relativ reine grüne Farbe hin.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,05V bis 2,6V bei I_F=20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb. Die Schaltungsauslegung muss diesen Bereich berücksichtigen.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; ein Dauerbetrieb in Sperrrichtung ist nicht zulässig.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Maximal 2:1 für Segmente innerhalb des \"ähnlichen Lichtbereichs\". Dies gewährleistet eine einheitliche Erscheinung der Ziffer.
• Übersprechen:Die Spezifikation liegt unter 2,5%. Dies bezieht sich auf unerwünschtes Aufleuchten eines nicht angesteuerten Segments aufgrund von elektrischem Leckstrom oder optischer Kopplung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Lichtstärke \"kategorisiert\" ist. Dies bedeutet typischerweise, dass die Bauteile nach der Produktion basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standard-Teststrom (hier 1mA) getestet und sortiert (gebinned) werden. Das Binning stellt sicher, dass in einer mehrstelligen Anwendung gemeinsam verwendete Anzeigen eine abgestimmte Helligkeit aufweisen und verhindert, dass eine Ziffer merklich dunkler oder heller erscheint als ihre Nachbarn. Entwickler sollten für Konsistenz in ihrer Anwendung die Intensitätskategorie bei der Bestellung angeben oder kennen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\". Obwohl die spezifischen Graphen im Textauszug nicht enthalten sind, illustrieren solche Kurven typischerweise die Beziehung zwischen Schlüsselparametern. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs sind folgende Kurven zu erwarten:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung (V_F) und Durchlassstrom (I_F). Die Kurve zeigt eine Einschaltspannung von etwa 2V und dann einen relativ steilen Anstieg.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_Vvs I_F):Zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (I_Vvs T_a):Veranschaulicht die Abnahme der Lichtleistung bei steigender Sperrschichttemperatur. Dies ist eine kritische Überlegung für Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die einen Peak bei etwa 571-572 nm mit einer Breite von ungefähr 15 nm bei halber Maximalintensität zeigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,4 Zoll (10,0 mm). Die detaillierte mechanische Zeichnung liefert alle kritischen Abmessungen einschließlich Gesamtlänge, -breite, -höhe, Segmentgröße und -abstand sowie Pin-Positionen. Wichtige Hinweise aus der Zeichnung 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.
• Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser für die Pins beträgt 1,10 mm.
• Qualitätskriterien sind für Fremdmaterialien, Blasen im Segment, Verbiegung des Reflektors und Oberflächenschmutz durch Tinte definiert.

5.2 Pinbelegung & Schaltplan

Das Bauteil hat eine 10-polige einreihige Konfiguration. Der interne Schaltplan zeigt eine Common-Anode-Struktur. Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 1 (Kathode G), Pin 2 (Kathode F), Pin 3 (Gemeinsame Anode), Pin 4 (Kathode E), Pin 5 (Kathode D), Pin 6 (Kathode Dezimalpunkt), Pin 7 (Kathode C), Pin 8 (Gemeinsame Anode), Pin 9 (Kathode B), Pin 10 (Kathode A). Beachten Sie, dass es zwei gemeinsame Anodenpins (3 und 8) gibt, die intern verbunden sind. Dies ermöglicht Flexibilität im Leiterplattenlayout und kann bei der Stromverteilung helfen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Automatisierte Lötprofil

Für Wellen- oder Reflow-Löten ist die Bedingung mit maximal 260°C für 5 Sekunden spezifiziert, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Die Bauteilkörpertemperatur während der Montage darf deren maximalen Temperaturgrenzwert nicht überschreiten. Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um Schäden am Kunststoffgehäuse oder den internen Bonddrähten zu verhindern.

6.2 Manuelles Löten

Falls Handlöten notwendig ist, sollte die Lötspitze am Pin 1,6mm unterhalb der Auflageebene angesetzt werden. Die Löttemperatur sollte 350°C ±30°C betragen, und die Kontaktzeit 5 Sekunden nicht überschreiten. Die Verwendung einer höheren Temperatur für eine sehr kurze Zeit minimiert die Wärmeübertragung zu den empfindlichen LED-Chips.

7. Anwendungsdesign-Überlegungen

Mehrere wichtige Warnhinweise und Empfehlungen werden für einen zuverlässigen Betrieb gegeben:

• Treiber-Schutzschaltung:Die Schaltung muss die LEDs vor Sperrspannungen und transienten Spannungsspitzen während des Einschaltens oder Abschaltens schützen, da diese sofortigen Ausfall verursachen können.
• Konstantstrom-Ansteuerung:Dies wird gegenüber einer Konstantspannungs-Ansteuerung dringend empfohlen. Eine Konstantstromquelle gewährleistet gleichbleibende Helligkeit und schützt die LED vor thermischem Durchgehen, da die Durchlassspannung mit steigender Temperatur abnimmt.
• Berücksichtigung der V_F-Variation:Die Treiberschaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den beabsichtigten Strom über den gesamten Bereich der Durchlassspannung (2,05V bis 2,6V pro Chip bei 20mA) liefert.
• Strom-Derating:Der sichere Betriebs-Dauerstrom muss unter Berücksichtigung der maximalen Umgebungstemperatur der Anwendung gewählt werden, wobei der Derating-Faktor von 0,33 mA/°C über 25°C verwendet wird.
• Sperrspannung vermeiden:Dauerbetrieb in Sperrrichtung sollte strikt vermieden werden, da dies zu Metallmigration und vorzeitigem Bauteilversagen führen kann.

8. Zuverlässigkeitstests

Das Bauteil durchläuft eine Reihe standardisierter Zuverlässigkeitstests, um Robustheit sicherzustellen. Der Testplan umfasst:

• Betriebslebensdauertest (RTOL):1000 Stunden bei maximalem Nennstrom unter Raumtemperatur.
• Umwelttests:Hochtemperatur-/Feuchtelagerung (500 Std. bei 65°C/90-95% r.F.), Hochtemperaturlagerung (1000 Std. bei 105°C), Tieftemperaturlagerung (1000 Std. bei -35°C).
• Belastungstests:Temperaturwechsel (30 Zyklen zwischen -35°C und 105°C) und Temperaturschock (30 Zyklen zwischen -35°C und 105°C).
• Prozesskompatibilitätstests:Lötbeständigkeit (10 Sek. bei 260°C) und Lötbarkeit (5 Sek. bei 245°C).

Diese Tests beziehen sich auf etablierte militärische (MIL-STD), japanische industrielle (JIS) und interne Normen und geben Vertrauen in die Haltbarkeit der Komponente unter verschiedenen Lager- und Betriebsbedingungen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

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

A: Nein. Die Durchlassspannung beträgt maximal etwa 2,6V, und ein Vorwiderstand ist zwingend erforderlich. Direkter Anschluss an 5V würde die LED durch übermäßigen Strom zerstören. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

F: Warum gibt es zwei gemeinsame Anodenpins?

A: Sie sind intern verbunden. Dieses Design ermöglicht ein flexibleres Leiterplatten-Routing, kann helfen, den Strom auszugleichen, wenn mehrere Segmente gleichzeitig angesteuert werden, und bietet mechanische Stabilität.

F: Wie erreiche ich gleichmäßige Helligkeit in einer mehrstelligen Anzeige?

A: Verwenden Sie Konstantstrom-Treiber und stellen Sie sicher, dass Sie Anzeigen aus derselben oder eng abgestimmten Lichtstärke-Kategorie verwenden. Implementieren Sie Multiplexing mit geeignetem Segmentstrom und Tastverhältnis.

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

A: Die Spitzenwellenlänge ist die physikalische Wellenlänge der höchsten spektralen Leistung. Die dominante Wellenlänge ist der wahrgenommene Farbpunkt im CIE-Farbdiagramm. Für eine monochromatische Quelle wie diese grüne LED liegen sie sehr nahe beieinander.

10. Design-Fallstudie

Betrachten Sie den Entwurf einer einfachen digitalen Thermometeranzeige mit der LTS-4801JG. Das System verwendet einen Mikrocontroller mit multiplexierter Ausgabe. Designschritte umfassen:

1. Treiberauswahl:Wählen Sie einen Konstantstrom-LED-Treiber-IC oder entwerfen Sie diskrete Transistorschaltungen, die den erforderlichen Segmentstrom senken können (z.B. 10-15 mA für gute Helligkeit).
2. Stromeinstellung:Bestimmen Sie den Betriebsstrom. Beispielsweise bietet die Wahl von 10 mA gute Helligkeit, bleibt deutlich unter dem Maximum von 25 mA und lässt Spielraum für Temperatur-Derating.
3. Multiplexing-Schema:Konfigurieren Sie den Mikrocontroller so, dass er die Ziffern schnell durchschaltet. Die gemeinsamen Anoden werden von PNP-Transistoren (oder High-Side-Treibern) angesteuert, die vom MCU geschaltet werden, während die Segmentkathoden mit den Stromsenken-Ausgängen des Treiber-ICs verbunden sind.
4. Leiterplatten-Layout:Platzieren Sie die Anzeige auf der Platine und verwenden Sie die empfohlenen 1,10mm Löcher. Führen Sie die beiden gemeinsamen Anodenleitungen separat, um die Stromverteilung auszugleichen. Halten Sie die Leiterbahnen für hochstromführende Segmentleitungen kurz und breit.
5. Thermisches Management:Wenn das Bauteil in einer Umgebung mit hoher Umgebungstemperatur (z.B. >50°C) verwendet werden soll, berechnen Sie den maximal zulässigen Dauerstrom mit dem Derating-Faktor neu: I_F(max)= 25 mA - [0,33 mA/°C * (T_a- 25°C)].

11. Technologie & Funktionsprinzip

Die LTS-4801JG basiert auf AlInGaP-Halbleitertechnologie, die auf einem nicht-transparenten GaAs-Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall grün (~572 nm). Das nicht-transparente Substrat verbessert den Kontrast durch Absorption von Streulicht. Das 7-Segment-Format ist eine standardisierte Methode, um numerische Ziffern (0-9) und einige Buchstaben darzustellen, indem sieben unabhängige LED-Streifen (Segmente A-G) plus ein Dezimalpunkt selektiv beleuchtet werden.

12. Branchentrends

Während 7-Segment-Anzeigen für einfache numerische Anzeigen nach wie vor wichtig sind, geht der Branchentrend in Richtung Integration und Miniaturisierung. Oberflächenmontage-Bauteile (SMD) für die automatisierte Montage werden immer häufiger eingesetzt. Darüber hinaus werden mehrstellige monolithische Anzeigen und intelligente Anzeigen mit integrierten Treibern (I2C, SPI) immer üblicher, um das Systemdesign zu vereinfachen und die Bauteilanzahl zu reduzieren. Dennoch dienen diskrete einstellige Komponenten wie die LTS-4801JG weiterhin kostensensitiven Anwendungen, Prototypen und Designs, die spezifische mechanische oder optische Eigenschaften erfordern, die integrierte Module nicht bieten. Der Trend zu höherer Effizienz und breiterem Farbraum in der LED-Technologie beeinflusst auch Anzeigekomponenten, wobei bei monochromatischen Anzeigen wie dieser Effizienz und Zuverlässigkeit die primären Treiber sind.