LTS-4801JF 0,4-Zoll Gelb-Orange LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 10mm - Durchlassspannung 2,6V - Leistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-4801JF ist ein hochwertiges Einzelziffer-7-Segment-Alphanumerik-Displaymodul für Anwendungen, die eine klare, helle numerische Anzeige erfordern. Seine Kernfunktion ist die visuelle Darstellung der Ziffern 0-9 und einiger Buchstaben mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente. Das Bauteil ist für Zuverlässigkeit und einfache Integration in verschiedene elektronische Systeme ausgelegt.

Die Hauptanwendung dieses Displays liegt in Instrumententafeln, Prüfgeräten, Industrie-Steuerungen, Haushaltsgeräten und allen Geräten, bei denen eine kompakte, gut lesbare numerische Anzeige erforderlich ist. Sein Design priorisiert Klarheit und Langlebigkeit, was es sowohl für kommerzielle als auch industrielle Umgebungen geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Display bietet mehrere entscheidende Vorteile, die es auf dem Markt hervorheben. Es verfügt über eine Ziffernhöhe von 0,4 Zoll (10 mm), was eine ausgezeichnete Balance zwischen Größe und Lesbarkeit bietet. Die Segmente sind durchgehend und gleichmäßig, was für ein konsistentes und professionelles Erscheinungsbild bei Beleuchtung sorgt. Ein großer Vorteil ist der geringe Leistungsbedarf, der es ideal für batteriebetriebene oder energieeffiziente Geräte macht.

Darüber hinaus bietet es hohe Helligkeit und hohen Kontrast, was die Sichtbarkeit auch bei guter Beleuchtung gewährleistet. Der große Betrachtungswinkel ermöglicht es, das Display aus verschiedenen Positionen ohne wesentlichen Klarheitsverlust abzulesen. Dank der Festkörperzuverlässigkeit bietet es eine lange Betriebsdauer bei minimalem Wartungsaufwand. Das Bauteil ist zudem nach Lichtstärke kategorisiert, was für eine gleichmäßige Helligkeit über alle Produktionschargen hinweg sorgt. Der Zielmarkt umfasst Entwickler von tragbaren Geräten, Panel-Messgeräten, Medizingeräten und Automobil-Armaturenbrettern, bei denen Platz, Stromverbrauch und Zuverlässigkeit entscheidende Faktoren sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der technischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität des Displays. Das Bauteil nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, um eine gelb-orange Emission zu erzeugen. Die typische Spitzen-Emissionswellenlänge (λp) beträgt 611 nm bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA. Die dominante Wellenlänge (λd) ist mit 605 nm spezifiziert und definiert die wahrgenommene Farbe. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 17 nm, was auf eine relativ reine Farbemission mit minimaler spektraler Streuung hindeutet.

Die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) pro Segment ist ein Schlüsselparameter. Unter einer Standardtestbedingung von IF=1mA liegt die Intensität zwischen einem Minimum von 200 μcd und einem typischen Wert von 650 μcd. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis zwischen den Segmenten ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was für eine gleichmäßige Helligkeit über die gesamte Ziffer und somit ein einheitliches Erscheinungsbild sorgt. Die graue Fläche mit weißen Segmenten verbessert den Kontrast, wenn die LEDs ausgeschaltet sind, und trägt zum hervorragenden Zeichenbild bei, das in den Merkmalen erwähnt wird.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Spezifikationen definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für das Bauteil. Die absoluten Maximalwerte dürfen nicht überschritten werden, um dauerhafte Schäden zu vermeiden. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt 70 mW. Der Spitzen-Durchlassstrom pro Segment beträgt 60 mA, ist jedoch nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Der kontinuierliche Durchlassstrom pro Segment ist bei 25°C mit 25 mA bewertet, mit einem Derating-Faktor von 0,33 mA/°C bei steigender Umgebungstemperatur. Die maximale Sperrspannung pro Segment beträgt 5 V.

Unter typischen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) liegt die Durchlassspannung (Vf) pro Segment zwischen 2,05V und 2,6V. Der Sperrstrom (Ir) beträgt maximal 100 μA bei einer angelegten Sperrspannung (Vr) von 5V. Diese Parameter sind entscheidend für die Auslegung der entsprechenden strombegrenzenden Schaltung und die Gewährleistung eines stabilen Betriebs über die Lebensdauer des Bauteils.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C und einen Lagerungstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt. Dieser weite Bereich macht es für Anwendungen in rauen Umgebungen geeignet. Das Derating des kontinuierlichen Durchlassstroms mit der Temperatur (0,33 mA/°C) ist eine kritische Designüberlegung, um Überhitzung zu verhindern und Langlebigkeit sicherzustellen. Das Datenblatt spezifiziert auch ein Löt-Temperaturprofil: Das Bauteil kann 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene widerstehen. Die Einhaltung dieser Richtlinie ist während des PCB-Bestückungsprozesses unerlässlich, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Gehäuse zu vermeiden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies bezieht sich auf eine gängige Praxis in der LED-Fertigung, die als Binning bekannt ist. Aufgrund inhärenter Schwankungen im Halbleiterfertigungsprozess können LEDs aus derselben Produktionscharge leichte Unterschiede in Schlüsselparametern wie Lichtstärke, Durchlassspannung und dominanter Wellenlänge aufweisen.

Um Konsistenz für den Endanwender sicherzustellen, messen Hersteller diese Parameter und sortieren die LEDs in verschiedene "Bins". Die LTS-4801JF wird speziell nach Lichtstärke (Iv) gebinnt. Das bedeutet, dass innerhalb einer einzelnen Bestellung oder Rolle die Helligkeit der Segmente innerhalb eines vordefinierten, engen Bereichs liegt (wie durch das 2:1-Anpassungsverhältnis nahegelegt). Dies eliminiert große Helligkeitsunterschiede zwischen verschiedenen Einheiten in einer Anwendung, was für Mehrfachziffernanzeigen oder Produkte, bei denen visuelle Gleichmäßigkeit wichtig ist, entscheidend ist. Das Datenblatt gibt die Min/Typ/Max-Werte (200/650 μcd) an, aber spezifische Bincodes für engere Gruppierungen wären typischerweise auf Anfrage beim Hersteller erhältlich.

4. Analyse der Leistungskurven

Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, wären typische Kennlinien für ein solches Bauteil für eine vertiefte Designanalyse unerlässlich. Dazu gehören üblicherweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Dieser Graph zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt. Sie ist typischerweise nichtlinear, wobei die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund von Erwärmungseffekten abnimmt. Entwickler nutzen dies, um einen optimalen Betriebspunkt auszuwählen, der Helligkeit mit Stromverbrauch und Lebensdauer in Einklang bringt.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Diese Kurve ist entscheidend für den Entwurf der Treiberschaltung. Sie zeigt den Spannungsabfall über der LED für einen gegebenen Strom, bestätigt die Vf-Spezifikationen und hilft bei der Berechnung der Verlustleistung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Dieser Graph veranschaulicht, wie die Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur der LED abnimmt. Er unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements, insbesondere beim Betrieb mit hohen Strömen oder bei erhöhten Umgebungstemperaturen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~611 nm und die Form des Emissionsspektrums zeigt und somit die durch die spektrale Halbwertsbreite angezeigte Farbreinheit bestätigt.

Diese Kurven ermöglichen es Ingenieuren, die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen vorherzusagen und ihre Designs hinsichtlich Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Der physikalische Aufbau des Bauteils wird durch seine Gehäuseabmessungen definiert. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung (alle Maße in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben). Zu den Hauptmerkmalen gehören die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Gehäuses, der Abstand zwischen den Pins und die Position des Dezimalpunkts (in der Teilebeschreibung als "Rt. Hand Decimal" vermerkt).

Das Pinbelegungsdiagramm ist entscheidend für den korrekten PCB-Layout. Das LTS-4801JF ist ein Bauteil mit gemeinsamer Anode. Das interne Schaltbild zeigt, dass alle Anoden der Segmente intern mit zwei Pins verbunden sind (Pin 3 und Pin 8, die gemeinsam sind). Die Kathoden jedes Segments (A, B, C, D, E, F, G und der Dezimalpunkt) werden auf einzelne Pins geführt (jeweils 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Pin 6 ist speziell für die Kathode des Dezimalpunkts vorgesehen. Diese Konfiguration erfordert eine Treiberschaltung mit Stromsenke, bei der die gemeinsame(n) Anode(n) mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden sind und die einzelnen Segmentkathoden über strombegrenzende Widerstände auf Massepotential gezogen (gesenkt) werden, um sie einzuschalten.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Die ordnungsgemäße Handhabung während der Bestückung ist kritisch. Der absolute Maximalwert spezifiziert die Lötbedingung: Das Bauteil kann einer Temperatur von 260°C für 3 Sekunden standhalten, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein Standard-Reflow-Lötprofil. Es ist zwingend erforderlich, diese Richtlinie einzuhalten, um thermischen Schock zu vermeiden, der die internen Bonddrähte beschädigen, den LED-Chip verschlechtern oder das Gehäuse delaminieren kann.

Allgemeine Empfehlungen umfassen: Verwendung eines geregelten Reflow-Ofens mit einem validierten Temperaturprofil; nach Möglichkeit Vermeidung von Handlötung direkt an den Bauteilpins; Sicherstellung, dass die PCB sauber und frei von Verunreinigungen ist; und Befolgung der Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) während der Handhabung, da LEDs empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Für die Lagerung ist der spezifizierte Bereich -35°C bis +85°C in einer trockenen, antistatischen Umgebung.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Basisteilenummer ist LTS-4801JF. Das Suffix "JF" kann spezifische Eigenschaften wie Farbe (gelb-orange) und Gehäusetyp anzeigen. Obwohl in diesem Auszug nicht detailliert, wäre die typische Verpackung für solche Komponenten auf antistatischer Band- und Rolle, geeignet für automatisierte Pick-and-Place-Bestückungsmaschinen. Die Rollenmenge (z.B. 1000 Stück, 2000 Stück) wird vom Hersteller definiert. Für die Bestellung müssen Ingenieure die vollständige Teilenummer angeben. Wenn der Hersteller verschiedene Bins für Lichtstärke oder Durchlassspannung anbietet, könnten zusätzliche Bincodes an die Teilenummer angehängt werden (z.B. LTS-4801JF-XXX). Es ist unerlässlich, den vollständigen Produktleitfaden des Herstellers oder den Distributor für die vollständigen Bestelloptionen und Verpackungsspezifikationen zu konsultieren.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTS-4801JF ist ideal für jede Anwendung, die eine einzelne, hochlesbare Ziffer erfordert. Häufige Anwendungen sind: Panel-Messgeräte für Spannung, Strom oder Temperatur; Timer- und Zähleranzeigen; Anzeigetafeln; Gerätesteuerpanels (z.B. Öfen, Mikrowellen); Prüf- und Messgeräte; und Statusanzeigen an Industriemaschinen. Ihr geringer Stromverbrauch macht sie zu einer Kandidatin für tragbare, batteriebetriebene Geräte.

8.2 Designüberlegungen und Schaltungstechnik

Beim Entwurf mit dieser Anzeige müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Erstens muss ein geeigneter strombegrenzender Widerstand für jedes Segment (oder ein einzelner Widerstand an der gemeinsamen Anode, wenn gleichmäßige Helligkeit akzeptabel ist) basierend auf dem gewünschten Durchlassstrom (z.B. 10-20 mA) und der Versorgungsspannung berechnet werden. Die Formel lautet R = (V_Versorgung - Vf_LED) / I_LED. Die Verwendung des maximalen Vf (2,6V) stellt sicher, dass der Widerstand nicht unterdimensioniert ist.

Zweitens muss die Treiberschaltung in der Lage sein, den Gesamtstrom für alle beleuchteten Segmente zu senken. Wenn alle Segmente plus der Dezimalpunkt eingeschaltet sind (Anzeige der Ziffer '8.'), muss der gemeinsame Anodenpin bis zu 9 * I_LED liefern. Der Treiber-IC (wie ein Mikrocontroller-GPIO-Pin oder ein dedizierter Displaytreiber) muss für die Kathodenpins ausreichende Stromsenkfähigkeit haben. Multiplexing ist für eine einzelne Ziffer nicht erforderlich, aber für Mehrfachzifferndesigns mit ähnlichen Anzeigen wäre ein Multiplexing-Schema notwendig, um mehrere Ziffern mit weniger I/O-Pins zu steuern. Die Wärmeableitung sollte berücksichtigt werden, wenn in der Nähe des maximalen kontinuierlichen Stroms gearbeitet wird, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Glühlampen oder Vakuum-Fluoreszenz-Displays (VFDs) bietet die LTS-4801JF erhebliche Vorteile: viel geringerer Stromverbrauch, längere Lebensdauer (Festkörperzuverlässigkeit), schnellere Ansprechzeit und größere Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und Vibration. Im Vergleich zu anderen LED-Technologien bietet die Verwendung von AlInGaP-Material hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbstabilität für rote, orange und gelbe Farben, oft mit besserer Leistung in Hochtemperaturumgebungen als einige frühere LED-Materialien.

Innerhalb der Kategorie der 7-Segment-Anzeigen sind ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale die spezifische 0,4-Zoll-Ziffernhöhe, die gelb-orange Farbe, die gemeinsame Anodenkonfiguration, die Einbeziehung eines rechtsseitigen Dezimalpunkts und ihre Kategorisierung für Lichtstärkekonsistenz. Entwickler würden sie mit anderen Größen (0,3", 0,5", 0,56"), Farben (rot, grün, blau), Konfigurationen (gemeinsame Kathode) und Helligkeitsgraden vergleichen, um das optimale Bauteil für ihre Anwendung auszuwählen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck der beiden gemeinsamen Anodenpins (3 und 8)?

A: Sie sind intern verbunden. Zwei Pins zu haben hilft, den gesamten Anodenstrom zu verteilen, reduziert die Stromdichte in einem einzelnen Pin, verbessert die Zuverlässigkeit und kann beim PCB-Layout für die Stromzuführung hilfreich sein.

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

A: Nein. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder Segmentkathode verwenden. Ein direkter Anschluss würde wahrscheinlich den maximalen Durchlassstrom überschreiten und das LED-Segment zerstören. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf Ihrer Versorgungsspannung (z.B. 5V), der LED-Durchlassspannung (~2,6V) und Ihrem gewünschten Strom (z.B. 15 mA).

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

A: Es bedeutet, dass das dunkelste Segment in einem Bauteil unter denselben Testbedingungen nicht weniger als halb so hell wie das hellste Segment sein wird. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit über die gesamte Ziffer.

F: Wie interpretiere ich das Derating des Durchlassstroms?

A: Der Nennwert des kontinuierlichen Durchlassstroms von 25 mA gilt bei einer Umgebungstemperatur von 25°C. Für jedes Grad Celsius über 25°C müssen Sie den maximal zulässigen kontinuierlichen Strom um 0,33 mA reduzieren, um Überhitzung zu verhindern. Zum Beispiel wäre bei 50°C Umgebungstemperatur der maximale Strom 25 mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 16,75 mA.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen batteriebetriebenen digitalen Thermometers, das die Temperatur auf eine Dezimalstelle anzeigt. Der Mikrocontroller liest einen Temperatursensor, verarbeitet die Daten und muss eine Einzelziffernanzeige für die ganze Zahl und einen Dezimalpunkt ansteuern. Die LTS-4801JF ist eine geeignete Wahl.

Die Designschritte würden umfassen: 1) Zuweisung von Mikrocontroller-GPIO-Pins zu jeder Segmentkathode (A-G) und der Dezimalpunktkathode (DP). 2) Verbindung der beiden gemeinsamen Anodenpins (3 & 8) mit der positiven Versorgungsschiene (z.B. 3,3V oder 5V) über einen einzelnen strombegrenzenden Widerstand, wenn gleichmäßige Helligkeit akzeptabel ist, oder individuelle Widerstände pro Segment für präzise Steuerung. 3) Berechnung des Widerstandswerts. Für eine 3,3V-Versorgung, einen Zielstrom von 10mA und ein Vf von 2,6V: R = (3,3V - 2,6V) / 0,01A = 70 Ohm. Ein Standardwiderstand von 68 oder 75 Ohm würde verwendet werden. 4) Schreiben der Firmware, um den Temperaturwert (z.B. "25,7") in das korrekte Muster der Segmentaktivierungen umzuwandeln, um "5" anzuzeigen und den Dezimalpunkt zu beleuchten. Die gemeinsame Anode ist immer mit Strom versorgt, und der Mikrocontroller senkt den Strom auf Masse an den Kathoden, die den Segmenten entsprechen, die benötigt werden, um die Ziffer "5" zu bilden (Segmente A, C, D, F, G) und die DP-Kathode.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTS-4801JF basiert auf der Leuchtdioden (LED)-Technologie. Eine LED ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Bereich und Löcher aus dem p-Typ-Bereich in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Farbe des Lichts wird durch die Bandlücke des Halbleitermaterials bestimmt.

Dieses spezifische Bauteil verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Material, das auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen ist. AlInGaP hat eine Bandlücke, die für die Emission von Licht im roten bis gelb-orangen Spektrum geeignet ist. Das "nicht transparente" Substrat hilft, den Kontrast zu verbessern, indem es Streulicht absorbiert, was zu dem im Datenblatt erwähnten hohen Kontrastverhältnis beiträgt. Jedes Segment der Ziffer enthält einen oder mehrere winzige AlInGaP-LED-Chips. Die graue Fläche und die weißen Segmente sind Teil des Kunststoffgehäuses, das als Diffusor und Linse wirkt, um die Lichtausgabe für optimale Sichtbarkeit und Betrachtungswinkel zu formen.

13. Technologietrends und Entwicklungen

Das Gebiet der Displaytechnologie entwickelt sich kontinuierlich weiter. Während traditionelle 7-Segment-LED-Anzeigen wie die LTS-4801JF aufgrund ihrer Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffektivität in numerischen Anzeigeanwendungen hochrelevant bleiben, sind breitere Trends erkennbar. Es gibt einen allgemeinen Trend zu höherer Integration, wie z.B. Anzeigen mit eingebauten Controllern (I2C- oder SPI-Schnittstellen), die die Mikrocontroller-Schnittstelle vereinfachen und die Anzahl der benötigten I/O-Pins reduzieren.

In Bezug auf Materialien dominiert, während AlInGaP für Rot/Orange/Gelb hervorragend ist, anderes Material wie InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) das blaue und grüne Spektrum und wird in weißen LEDs verwendet. Die Forschung zur Verbesserung der Effizienz (Lumen pro Watt), der Farbwiedergabe und der Lebensdauer über alle LED-Farben hinweg geht weiter. Speziell für 7-Segment-Anwendungen konzentrieren sich die Trends darauf, einen noch geringeren Stromverbrauch für IoT-Geräte, höhere Helligkeit für sonnenlichtlesbare Anwendungen und dünnere Gehäuse für schlankere Produktdesigns zu erreichen. Das grundlegende Prinzip und die Anwendung diskreter 7-Segment-Anzeigen als robuste, leicht verständliche Mensch-Maschine-Schnittstelle bleiben jedoch ein Grundpfeiler im Elektronikdesign.