LTS-4301JG LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Grün - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-4301JG ist ein kompaktes, leistungsstarkes einstelliges numerisches Anzeigemodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, helle und zuverlässige numerische Anzeigen erfordern. Ihre Kernfunktion besteht darin, die Ziffern 0-9 und einige begrenzte alphanumerische Zeichen visuell darzustellen, indem ihre sieben einzeln ansteuerbaren Segmente und ein Dezimalpunkt verwendet werden. Das Bauteil ist für die Integration in eine breite Palette elektronischer Geräte konzipiert, bei denen Platz knapp, aber Lesbarkeit von größter Bedeutung ist.

Die Anzeige nutzt fortschrittliche Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitertechnologie für ihre lichtemittierenden Elemente. Dieses Materialsystem ist bekannt für die Erzeugung hocheffizienter Lichtemission im roten, orangen, bernsteinfarbenen und gelb-grünen Spektrum. In diesem spezifischen Bauteil ist es darauf abgestimmt, eine deutliche grüne Farbe zu erzeugen. Die Verwendung von AlInGaP auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat trägt zum hohen Kontrastverhältnis der Anzeige bei, da das Substrat hilft, interne Lichtstreuung zu verhindern, wodurch die unbeleuchtete "graue Fläche" dunkel und die beleuchteten "weißen Segmente" hell und lebendig erscheinen.

Der Zielmarkt für diese Komponente ist breit gefächert und umfasst Industrie-Bedienfelder, Prüf- und Messgeräte, Konsumgeräte, Automobilarmaturenbretter (für Sekundäranzeigen), medizinische Geräte und Kassenterminals. Ihr zentrales Wertversprechen liegt darin, ein überlegenes visuelles Leistungspaket anzubieten – gekennzeichnet durch hohe Helligkeit, ausgezeichneten Kontrast und große Betrachtungswinkel – bei gleichzeitiger Beibehaltung der Festkörperzuverlässigkeit und des relativ geringen Stromverbrauchs im Vergleich zu älteren Anzeigetechnologien wie Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen (VFDs) oder Glühlampen.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Optische Kenngrößen

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Diemittlere Lichtstärke (Iv)ist mit einem typischen Wert von 850 µcd (Mikrocandela) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA spezifiziert. Das Minimum beträgt 320 µcd, und in der Tabelle ist kein Maximum angegeben, was auf eine zielgerichtete Spezifikation hindeutet. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Helligkeit eines Segments unter Standardbetriebsbedingungen. Die Messung wird mit einem Sensor und Filter durchgeführt, die auf die CIE photopische Hellempfindlichkeitskurve kalibriert sind, welche die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges unter normalen Lichtverhältnissen nachahmt, um sicherzustellen, dass der angegebene Wert direkt mit der visuellen Wahrnehmung korreliert.

Die Farbcharakteristika werden durch Wellenlängenparameter definiert. DiePeak-Emissionswellenlänge (λ_p)beträgt 571 nm, was die Wellenlänge ist, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist. Diedominante Wellenlänge (λ_d)beträgt 572 nm; dies ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die der wahrgenommenen Farbe der LED-Ausgabe am nächsten kommt. Die enge Nachbarschaft dieser beiden Werte (571 nm vs. 572 nm) deutet auf eine spektral reine grüne Farbe mit minimaler Verschiebung zwischen dem physikalischen Peak und dem wahrgenommenen Farbton hin. Diespektrale Linienhalbwertsbreite (Δλ)beträgt 15 nm und stellt die Bandbreite dar, über die die Intensität des emittierten Lichts mindestens die Hälfte ihres Spitzenwerts beträgt. Eine schmalere Halbwertsbreite deutet im Allgemeinen auf eine gesättigtere, reinere Farbe hin.

Das_{Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I})V-m

ist als maximal 2:1 spezifiziert. Dies ist ein kritischer Parameter für die Anzeigegleichmäßigkeit, der sicherstellt, dass der Helligkeitsunterschied zwischen dem dunkelsten und hellsten Segment innerhalb einer einzelnen Ziffer unter identischen Betriebsbedingungen den Faktor zwei nicht überschreitet. Dieses Verhältnis ist entscheidend für die Erzielung eines konsistenten und professionell aussehenden numerischen Zeichens.

2.2 Elektrische KenngrößenDie elektrischen Spezifikationen definieren die Betriebsgrenzen und Bedingungen für eine zuverlässige Nutzung. Die_F)Durchlassspannung pro Segment (V_Fhat einen typischen Wert von 2,6V und ein Maximum von 2,6V bei I

=20 mA. Das Minimum ist mit 2,05V angegeben. Diese Durchlassspannung ist charakteristisch für die AlInGaP-Technologie und entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung, typischerweise Widerstände, für jedes Segment.Der_R)Sperrstrom pro Segment (I_Rbeträgt maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V

) von 5V. Dieser Parameter gibt den Leckstrompegel an, wenn die LED in Sperrrichtung vorgespannt ist, was für Festkörperbauelemente im Allgemeinen sehr niedrig ist.Absolute Maximalwerte
- legen die harten Grenzen für das Überleben des Bauteils fest. Wichtige Werte umfassen:Dauer-Durchlassstrom pro Segment:
- 25 mA (linear ab 25°C entlastet).Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:
- 60 mA (erlaubt unter gepulsten Bedingungen: 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).Verlustleistung pro Segment:
- 70 mW.Sperrspannung pro Segment:
5 V.

Das Betreiben oder Überschreiten dieser Grenzwerte riskiert einen permanenten Schaden an den LED-Chips.

2.3 Thermische und UmgebungskenngrößenDas Bauteil ist für einenBetriebstemperaturbereichvon -35°C bis +85°C ausgelegt. Dieser weite Bereich macht es geeignet für Anwendungen in rauen Umgebungen, von gefrierenden Außenbedingungen bis hin zu heißen industriellen Umgebungen. DerLagertemperaturbereich

ist identisch (-35°C bis +85°C).Ein kritischer Montageparameter ist dieLöttemperatur

Spezifikation: Das Bauteil kann 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene widerstehen. Dies ist ein Standardreferenzwert für Wellenlöt- oder Reflow-Lötprozesse, der Hersteller bei der Einstellung des thermischen Profils anleitet, um eine Beschädigung des Kunststoffgehäuses oder der internen Bonddrähte zu vermeiden.

3. Erläuterung des Binning-SystemsDas Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteilnach Lichtstärke kategorisiert

ist. Dies deutet darauf hin, dass der Hersteller einen Binning- oder Sortierprozess anwendet. In der LED-Fertigung gibt es natürliche Schwankungen in der Ausgangsleistung aufgrund geringfügiger Unterschiede im epitaktischen Wachstum und der Chipverarbeitung. Um für die Kunden Konsistenz zu gewährleisten, werden LEDs nach der Produktion getestet und basierend auf Schlüsselparametern in verschiedene "Bins" (Gruppen) sortiert.

Für die LTS-4301JG ist das primäre Binning-Kriterium die Lichtstärke bei einem festen Prüfstrom (wahrscheinlich 1 mA oder 20 mA). Die Bauteile werden so gruppiert, dass alle Einheiten innerhalb einer bestimmten Bestellung oder Charge Lichtstärken innerhalb eines definierten Bereichs aufweisen (z. B. könnte die in den Spezifikationen genannte Spanne von 320-850 µcd einen Standard-Bin darstellen, oder es könnten engere Sub-Bins verfügbar sein). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Anzeigen mit garantierter Mindesthelligkeit auszuwählen, um ein einheitliches Erscheinungsbild über alle Ziffern in einer mehrstelligen Installation sicherzustellen. Obwohl in diesem kurzen Datenblatt nicht detailliert beschrieben, können andere gängige Binning-Parameter für farbige LEDs die dominante Wellenlänge (zur Sicherstellung der Farbkonstanz) und die Durchlassspannung umfassen.

4. Analyse der LeistungskurvenDas Datenblatt verweist auftypische elektrische/optische Kennlinien

. Obwohl die spezifischen Graphen im Textausschnitt nicht bereitgestellt werden, würden Standardkurven für ein solches Bauteil typischerweise Folgendes umfassen:Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):

Dieser Graph würde zeigen, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Für LEDs ist diese Beziehung über einen signifikanten Bereich im Allgemeinen linear, wird jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop sättigen. Die Kurve ermöglicht es Konstrukteuren, einen Betriebsstrom zu wählen, der die gewünschte Helligkeit liefert, ohne das Bauteil übermäßig zu belasten oder seine Lebensdauer zu verkürzen.Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:

Diese Kurve zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Sie ist wesentlich für die Bestimmung der Stromversorgungsanforderungen und für die Berechnung des notwendigen Spannungsabfalls über einen in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand.Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:

Die Lichtausgabe einer LED nimmt ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Diese Kurve quantifiziert diese Entlastung und zeigt den Prozentsatz der verbleibenden Lichtausgabe bei erhöhten Temperaturen (z. B. bei 85°C). Dies ist kritisch für Anwendungen, die in Hochtemperaturumgebungen betrieben werden, um sicherzustellen, dass die Anzeige ausreichend hell bleibt.Spektrale Verteilungskurve:

Dies wäre eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die glockenförmige Kurve zeigt, die um 571-572 nm mit der 15 nm Halbwertsbreite zentriert ist. Sie bestätigt visuell die Farbreinheit des emittierten Lichts.

5. Mechanische und VerpackungsinformationenDie LTS-4301JG wird in einem standardmäßigen einstelligen Siebensegment-LED-Gehäuse geliefert. DieGehäuseabmessungen

Zeichnung wird referenziert, wobei alle Abmessungen in Millimetern und mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm angegeben sind, sofern nicht anders vermerkt. Der physische Footprint und die Segmentanordnung folgen industrieüblichen Mustern für einfachen Austausch und PCB-Layout.DiePin-Belegungist für die 10-polige Konfiguration klar definiert. Es handelt sich um einGemeinsame-Kathode

Design, was bedeutet, dass die Kathoden (negative Anschlüsse) aller Segmente und des Dezimalpunkts intern verbunden und zu zwei gemeinsamen Pins (Pin 3 und Pin 8) herausgeführt sind. Jedes Segment-Anode (positiver Anschluss) hat einen eigenen dedizierten Pin (Pins 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Pin 6 ist speziell für die Dezimalpunkt (D.P.)-Anode vorgesehen. Diese gemeinsame Kathoden-Konfiguration ist weit verbreitet und vereinfacht die Treiberschaltung, insbesondere bei Verwendung von Multiplexing-Techniken mit Mikrocontroller-I/O-Ports.Dasinterne Schaltbild

stellt diese elektrische Konfiguration visuell dar und zeigt die acht einzelnen LEDs (Segmente A-G plus DP) mit ihren getrennten Anoden und ihren zusammengeführten Kathoden zu den gemeinsamen Pins.

6. Löt- und MontagerichtlinienWie in den thermischen Kenngrößen erwähnt, ist die zentrale Richtlinie die Löttemperaturgrenze:260°C für 3 Sekunden bei 1/16 Zoll (1,6mm) unterhalb der Auflageebene

. Dies ist ein kritischer Parameter für Prozessingenieure, die Reflow-Lötofen oder Wellenlötmaschinen einrichten. Das thermische Profil muss so gestaltet werden, dass die Temperatur an den Bauteilanschlüssen diese Grenze nicht länger als die spezifizierte Zeit überschreitet, um Gehäuserisse, Delamination oder Schäden an der internen Die-Attach- und Bonddrahtverbindung zu verhindern.

Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, da LED-Chips empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Es wird empfohlen, die Bauteile in antistatischer Verpackung zu lagern und zu handhaben und geerdete Arbeitsplätze zu verwenden.

Für die Reinigung nach dem Löten sollten Standardprozesse verwendet werden, die mit dem Kunststoffmaterial des Bauteils (wahrscheinlich Epoxid oder ähnlich) kompatibel sind. Isopropylalkohol oder spezielle Elektronikreiniger sind typischerweise sicher, aber die Kompatibilität sollte bei der Verwendung aggressiver Lösungsmittel überprüft werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen_{Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode für eine gemeinsame Kathoden-Anzeige wie die LTS-4301JG ist die Verwendung eines Mikrocontrollers. Jeder Segment-Anoden-Pin ist über einen strombegrenzenden Widerstand mit einem Mikrocontroller-Ausgangspin verbunden. Der Wert dieses Widerstands (R}limit_{) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R}limit_{= (V}supply_F- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, eine V_Fvon 2,6V und einen gewünschten I

von 10 mA wäre der Widerstand (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ohm. Die beiden gemeinsamen Kathoden-Pins werden miteinander verbunden und dann an einen Mikrocontroller-Pin angeschlossen, der als Ausgang konfiguriert ist und auf logisch LOW (0V) gesetzt wird, um die Anzeige zu aktivieren. Um mehrere Ziffern anzusteuern, wird Multiplexing verwendet: Die Segmentleitungen aller Ziffern sind parallel geschaltet, und die gemeinsame Kathode jeder Ziffer wird einzeln gesteuert, wobei immer nur eine Ziffer in schneller Folge eingeschaltet wird. Dies spart eine erhebliche Anzahl von I/O-Pins.

Für Konstantstrom-Ansteuerung oder Hochleistungsanwendungen können dedizierte LED-Treiber-ICs (wie der MAX7219 oder TM1637) verwendet werden. Diese Chips übernehmen intern das Multiplexing, die Stromregelung und manchmal sogar die Zifferndekodierung, was das Software- und Hardware-Design erheblich vereinfacht.

7.2 DesignüberlegungenStrombegrenzung:

Schließen Sie eine LED niemals direkt an eine Spannungsquelle ohne einen strombegrenzenden Mechanismus (Widerstand oder Konstantstromtreiber) an. Die Durchlassspannung ist kein fester Schwellenwert, sondern eine Charakteristik des Stromflusses; ohne Begrenzung steigt der Strom zerstörerisch an.Helligkeitssteuerung:

Die Helligkeit kann auf zwei Hauptarten gesteuert werden: 1) Anpassen des Durchlassstroms (über den Wert des Begrenzungswiderstands in einem Spannungsansteuerungsschema). 2) Verwendung von Pulsweitenmodulation (PWM) auf den Segment- oder gemeinsamen Kathodenleitungen. PWM ist effizienter und bietet einen breiteren, lineareren Dimmbereich.Betrachtungswinkel:

Das Datenblatt gibt einen "großen Betrachtungswinkel" an. Für optimale Lesbarkeit sollte die Anzeige so montiert werden, dass die primäre Betrachtungsrichtung ungefähr senkrecht zur Vorderseite der Anzeige verläuft. Der große Winkel bietet Flexibilität für die Betrachtung außerhalb der Achse.Wärmeableitung:

Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist (max. 70 mW), kann sich in einer multiplexen Anwendung, bei der mehrere Segmente gleichzeitig eingeschaltet sind, die Gesamtleistung im Gehäuse summieren. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung, wenn die Anzeige eingeschlossen ist, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur.

8. Technischer Vergleich und Vorteile
- Im Vergleich zu älteren Siebensegment-Technologien bietet die LTS-4301JG deutliche Vorteile:gegenüber Glühlampen-/Lampen-basierten Anzeigen:
- Deutlich geringerer Stromverbrauch, viel längere Lebensdauer (Zehntausende Stunden vs. Hunderte/Tausende), höhere Stoß- und Vibrationsfestigkeit und kühlere Betriebstemperatur.gegenüber Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen (VFDs):
- Niedrigere Betriebsspannung (2-5V vs. mehrere zehn Volt für VFDs), einfachere Treiberelektronik, keine Notwendigkeit einer Heizfaden-Stromversorgung und typischerweise bessere Leistung in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. VFDs können größere Betrachtungswinkel und eine andere Farbe (oft blaugrün) bieten, aber LEDs sind im Allgemeinen robuster.gegenüber Flüssigkristallanzeigen (LCDs):

LEDs sind selbstleuchtend und bieten daher ausgezeichnete Sichtbarkeit bei schwachem Licht und ohne Hintergrundbeleuchtung. Sie haben eine viel schnellere Ansprechzeit und einen breiteren Betriebstemperaturbereich. LCDs verbrauchen jedoch im statischen Anzeigemodus deutlich weniger Strom und können komplexere Grafiken anzeigen.Die Verwendung vonAlInGaP

-Technologie speziell, verglichen mit älteren GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs, bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu helleren Anzeigen bei gleichem Eingangsstrom oder der gleichen Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Die Farbe ist auch gesättigter und visuell ansprechender.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Was ist der Zweck von zwei gemeinsamen Kathoden-Pins (Pin 3 und Pin 8)?

A: Dies dient hauptsächlich der mechanischen und elektrischen Symmetrie im Dual-Inline-Gehäuse. Es hilft, die Stromverteilung auszugleichen, wenn mehrere Segmente gleichzeitig leuchten, und bietet Flexibilität beim PCB-Routing. Intern sind diese beiden Pins verbunden, sodass Sie entweder einen oder beide zusammengeschlossen verwenden können.
F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontrollersystem ansteuern?_{A: Ja, aber Sie müssen den strombegrenzenden Widerstand neu berechnen. Mit einer V}supply_Fvon 3,3V und einer V

von 2,6V beträgt die Spannung über dem Widerstand nur 0,7V. Für einen Strom von 10 mA benötigen Sie einen 70-Ohm-Widerstand (0,7V / 0,01A). Stellen Sie sicher, dass der Ausgangspin des Mikrocontrollers den erforderlichen Strom senken/bereitstellen kann.
F: Die Lichtstärke ist in µcd angegeben. Wie hell ist das in der Praxis?

A: 850 µcd (0,85 mcd) ist eine Standardhelligkeit für eine kleine Indikator-LED. Für eine Siebensegmentanzeige, die innen unter normalem Umgebungslicht betrachtet wird, bietet dies klare und leicht lesbare Zeichen. Für sonnenlichttaugliche Anwendungen wäre eine viel höhere Helligkeit (mehrere zehn mcd pro Segment) erforderlich.
F: Was bedeutet "Rt. Hand Decimal" in der Beschreibung?

A: Es zeigt an, dass der Dezimalpunkt auf der rechten Seite der Ziffer positioniert ist, was die Standard- und häufigste Platzierung für numerische Anzeigen ist.

10. Funktionsprinzipien_FDas grundlegende Betriebsprinzip basiert auf der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Der AlInGaP-Chip besteht aus Schichten von p-Typ- und n-Typ-Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs überschreitet (ungefähr die V

), werden Elektronen aus der n-Region und Löcher aus der p-Region in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In einem direkten Bandlückenhalbleiter wie AlInGaP setzt ein signifikanter Teil dieser Rekombinationen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses durch Anpassen der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor eingestellt wird.

Das Siebensegment-Format ist eine einfache und effiziente Möglichkeit, numerische Ziffern mit einer minimalen Anzahl unabhängig gesteuerter Elemente (sieben Segmente plus ein Dezimalpunkt) darzustellen. Durch das Beleuchten spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle zehn Dezimalziffern (0-9) und einige Buchstaben (wie A, C, E, F, H, L, P usw.) gebildet werden.

11. Technologietrends

Während diskrete Siebensegment-LED-Anzeigen wie die LTS-4301JG aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit und Kosteneffektivität für dedizierte numerische Anzeigen nach wie vor hochrelevant sind, beeinflussen breitere Display-Technologietrends ihren Anwendungsbereich.Integration:

Es gibt einen Trend zu integrierten Anzeigemodulen, die die LED-Ziffern, den Treiber-IC und manchmal einen Mikrocontroller in einem einzigen Gehäuse enthalten und über serielle Schnittstellen (I2C, SPI) kommunizieren. Dies reduziert die Anzahl der Komponenten und die Designkomplexität für den Endbenutzer.Materialentwicklung:

Die AlInGaP-Technologie ist ausgereift und ausgezeichnet für Rot-Bernstein-Gelb-Grün-Farben. Für reines Grün und Blaugrün bietet Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Technologie oft eine höhere Effizienz. Zukünftige Anzeigen könnten fortschrittliche phosphorkonvertierte LEDs oder Mikro-LED-Arrays für eine noch bessere Leistung nutzen.Anwendungsverschiebung: