LTS-4730AJD 0,4-Zoll Hyper-Rot LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 10,16mm - Durchlassspannung 2,6V - Leistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-4730AJD ist ein kompaktes Einzelziffer-7-Segment-Anzeigemodul für Anwendungen, die klare numerische Anzeigen erfordern. Ihre Kernfunktion ist die visuelle Darstellung der Ziffern 0-9 und einiger Buchstaben mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente. Das Bauteil ist mit AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie gefertigt, speziell in Hyper-Rot, was im Vergleich zu Standard-Rot-LEDs deutliche Vorteile in Sichtbarkeit und Effizienz bei bestimmten Lichtverhältnissen bietet.

Der primäre Markt für diese Komponente umfasst Industrie-Bedienfelder, Messgeräte, Prüf- und Messtechnik, Haushaltsgeräte und jedes eingebettete System, das einen einfachen, zuverlässigen und stromsparenden numerischen Indikator benötigt. Ihr Design priorisiert Lesbarkeit und Langlebigkeit in verschiedenen Betriebsumgebungen.

1.1 Kernvorteile und Merkmale

Das Datenblatt hebt mehrere Schlüsselmerkmale hervor, die den Produktnutzen definieren:

• Ziffernhöhe:Bietet eine 0,4-Zoll (10,16 mm) Zeichenhöhe und damit eine gute Balance zwischen Größe und Lesbarkeit für frontplattenmontierte Anwendungen.
• Optische Qualität:Bietet durchgehend gleichmäßige Segmente, ausgezeichnetes Zeichenbild, hohe Helligkeit, hohen Kontrast und einen weiten Betrachtungswinkel. Diese Eigenschaften stellen sicher, dass die angezeigte Zahl aus verschiedenen Perspektiven klar und lesbar ist.
• Effizienz und Zuverlässigkeit:Für geringen Strombedarf ausgelegt und bietet Halbleiterzuverlässigkeit, d.h. keine beweglichen Teile und hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und Vibration.
• Gleichmäßigkeit:Die Lichtstärke ist kategorisiert (gebinned), was Entwicklern ermöglicht, Bauteile mit abgestimmten Helligkeitsstufen für Mehrfachziffernanzeigen auszuwählen und so ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.
• Ästhetik:Das Bauteil hat eine graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast bei ausgeschalteten LEDs erhöht und ein neutrales, professionelles Erscheinungsbild bietet.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine objektive Analyse der im Datenblatt definierten kritischen Parameter.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die jedes einzelne LED-Segment kontinuierlich verkraften kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Dies ist nützlich für Multiplexing oder kurze Übersteuerung zur Erhöhung der Helligkeit.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich oberhalb von 25°C linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximal zulässige Dauerstrom etwa: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 5,2 mA. Diese Stromreduzierung ist entscheidend für das thermische Management.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den LED-Übergang beschädigen.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardrichtlinie für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse.

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

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):200-650 µcd (Mikrocandela) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Die große Bandbreite zeigt den Binning-Prozess; Entwickler können eine Mindestintensität spezifizieren.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):650 nm (Nanometer). Dies ist die Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung abgibt, und definiert ihre Hyper-Rot-Farbe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dieser Parameter beschreibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts. Ein Wert von 20 nm ist typisch für AlInGaP-Rot-LEDs.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):639 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt, und kann leicht von der Spitzenwellenlänge abweichen.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):2,1V (Min), 2,6V (Typ) bei I_F=20 mA. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Der Spannungsabfall über jedem Segment muss im Stromversorgungsdesign berücksichtigt werden.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 µA (Max) bei V_R=5V. Dies ist der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.
• Lichtstärke-Abgleichsverhältnis (I_V-m):2:1 (Max). Dies spezifiziert das maximal zulässige Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment innerhalb eines einzelnen Bauteils und gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass die Bauteile"nach Lichtstärke kategorisiert sind."Dies bezieht sich auf einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung.

• Lichtstärke-Binning:Aufgrund natürlicher Schwankungen im Halbleiterfertigungsprozess werden LEDs getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standardstrom (z.B. 1mA) in verschiedene Bins sortiert. Die LTS-4730AJD ist mit einer Mindestintensität von 200 µcd und typisch bis zu 650 µcd erhältlich. Für Anwendungen, die eine gleichmäßige Helligkeit über mehrere Ziffern hinweg erfordern, ist die Spezifikation von Teilen aus demselben oder benachbarten Intensitäts-Bins wesentlich.
• Wellenlängen-/Farb-Binning:Obwohl nicht explizit mit mehreren Codes detailliert, implizieren die Spezifikation "Hyper-Rot" und die angegebenen dominanten/Spitzenwellenlängen (639nm, 650nm) einen eng kontrollierten Farbpunkt. Bei diesem Produkt scheint sich das primäre Binning auf die Lichtstärke zu konzentrieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Grafiken im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung ableiten.

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Diese Grafik würde zeigen, wie die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom ansteigt. Sie ist typischerweise nichtlinear, wobei die Effizienz bei sehr hohen Strömen aufgrund von Erwärmung abfällt. Der 20mA-Testpunkt ist ein üblicher Betriebszustand.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen Spannung und Strom für den LED-Übergang. Sie ist exponentieller Natur. Die spezifizierte V_Fvon 2,6V bei 20mA ist ein Punkt auf dieser Kurve.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die LED-Lichtleistung nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve ist entscheidend, um die Leistung in erhöhten Temperaturumgebungen zu verstehen, und steht im Einklang mit der Spezifikation zur Stromreduzierung.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei 650nm und die 20nm Halbwertsbreite zeigt und die Hyper-Rot-Farbeigenschaften bestätigt.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Das Bauteil hat einen Standard-Durchsteck-DIP (Dual In-line Package) Footprint. Die Maßzeichnung liefert alle kritischen Maße für das PCB (Leiterplatten) Layout, einschließlich:

• Gesamthöhe, -breite und -tiefe.
• Pinabstand (z.B. typischer Standardreihenabstand von 0,1 Zoll / 2,54mm).
• Position und Größe des Ziffernfensters.
• Auflageebene und Anschlussdrahtabmessungen.
• Toleranzen sind, sofern nicht anders angegeben, mit ±0,25 mm spezifiziert, was für diese Art von Bauteil Standard ist.

5.2 Pinbelegung und Internes Schaltbild

Die Anzeige hat eine Common-Anode-Konfiguration. Das interne Schaltbild zeigt, dass Segmente einzelne LEDs sind. Die Pinbelegungstabelle ist für die korrekte Verdrahtung wesentlich:

• Common-Anode-Pins:Pin 1 & 3 sind miteinander verbunden und dienen als Anode für die Segmente G, H und J (die rechten vertikalen Segmente und das mittlere horizontale Segment). Pin 14 ist die Anode für die Segmente B, C und den Dezimalpunkt (D.P.).
• Kathoden-Pins:Die Pins 7 (H & J), 8 (G), 9 (D.P.), 10 (C) und 11 (B) sind die Kathoden für einzelne Segmente oder Segmentpaare. Um ein Segment zu beleuchten, muss seine entsprechende Kathode mit einer niedrigeren Spannung (Masse) verbunden werden, während die relevante gemeinsame Anode über einen strombegrenzenden Widerstand mit einer positiven Spannung versorgt wird.
• Nicht verbundene Pins:Die Pins 2, 4, 5, 6, 12 und 13 sind als "NO PIN" oder "NO CONNECTION" gekennzeichnet, was bedeutet, dass sie für mechanische Stabilität physisch vorhanden sind, aber keine elektrische Funktion haben.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste bereitgestellte Richtlinie ist die Spezifikation der Löttemperatur: maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies ist entscheidend, um thermische Schäden an den LED-Chips, der Epoxidlinse und den internen Bonddrähten zu verhindern.

• Prozess:Dieser Parameter ist sowohl für Wellenlöt- als auch für Reflow-Lötprozesse geeignet, obwohl darauf geachtet werden muss, dass das gesamte Temperaturprofil der Baugruppe innerhalb der Grenzen bleibt.
• Handlöten:Falls Handlöten notwendig ist, sollte eine temperaturgeregelte Lötspitze verwendet und die Kontaktzeit mit den Pins minimiert werden.
• Lagerung:Obwohl nicht spezifiziert, sollten Standard-ESD (Elektrostatische Entladung) Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden. Die Lagerung von Bauteilen in antistatischen Beuteln in einer kühlen, trockenen Umgebung wird empfohlen.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Das Ansteuern einer Common-Anode-7-Segment-Anzeige wie der LTS-4730AJD beinhaltet typischerweise die Verwendung eines Mikrocontrollers oder eines dedizierten Display-Treiber-ICs (z.B. 74HC595 Schieberegister mit strombegrenzenden Widerständen oder ein MAX7219). Die Schaltung muss:

1. Eine positive Spannung an die Common-Anode-Pins (1/3 und 14) liefern.
2. Den Strom über die einzelnen Kathoden-Pins über strombegrenzende Widerstände zur Masse führen. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung und einen Ziel-I_Fvon 10mA mit V_F=2,6V: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Immer externe strombegrenzende Widerstände für jedes Segment oder jede gemeinsame Kathodenleitung verwenden. Sich auf den Pin-Stromlimit des Mikrocontrollers zu verlassen, ist nicht sicher oder zuverlässig.
• Multiplexing:Für Mehrfachziffernanzeigen wird eine Multiplexing-Technik verwendet, bei der die Ziffern schnell nacheinander beleuchtet werden. Die Spitzenstrom-Nennwert (90mA bei 1/10 Tastverhältnis) ermöglicht kurzzeitig höhere Ströme, um das reduzierte Tastverhältnis zu kompensieren und die wahrgenommene Helligkeit beizubehalten.
• Betrachtungswinkel:Der weite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber das finale Gehäuse sollte berücksichtigt werden. Die graue Front bietet guten Kontrast im ausgeschalteten Zustand.
• Thermisches Management:Die Stromreduzierungskurve für Hochtemperaturumgebungen einhalten. Bei Verwendung mehrerer Anzeigen für ausreichende Belüftung sorgen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der LTS-4730AJD sind die Verwendung vonAlInGaPTechnologie undHyper-Rot color.

• vs. Standard GaAsP/GaP Rot-LEDs:AlInGaP-LEDs bieten im Allgemeinen höhere Effizienz, bessere Helligkeit und stabilere Wellenlänge über Temperatur und Treiberstrom. Hyper-Rot (650nm) ist tiefer und gesättigter als Standard-Rot (~630nm), was für bestimmte Indikatoren oder bei hoher Umgebungslichtstärke vorteilhaft sein kann.
• vs. Größere/Kleinere Anzeigen:Die 0,4-Zoll-Ziffer ist eine gängige Größe und bietet einen guten Kompromiss. Kleinere Ziffern sparen Platz, sind aber aus der Entfernung schwerer zu lesen; größere Ziffern sind besser sichtbar, verbrauchen aber mehr Frontplattenfläche und Leistung.
• vs. Niedrigeffizienz-Anzeigen:Der "geringe Strombedarf" und die hohe Helligkeit deuten auf eine gute Lichtausbeute hin, was sie für batteriebetriebene Geräte oder Anwendungen geeignet macht, bei denen Wärmeentwicklung ein Problem darstellt.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (650nm) und dominanter Wellenlänge (639nm)?
A: Die Spitzenwellenlänge ist das physikalische Maximum der spektralen Ausgangsleistung. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als Farbe wahrnimmt, berechnet aus dem vollen Spektrum. Beide werden zur Farbangabe verwendet, wobei die dominante Wellenlänge für visuelle Anwendungen oft relevanter ist.

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 Mikrocontroller-Pin, der als Low-Ausgang gesetzt ist, kann den Strom senken, aber der Widerstand ist zwingend erforderlich, um den korrekten Strom einzustellen und sowohl die LED als auch den Mikrocontroller zu schützen.

F: Der max. Dauerstrom ist 25mA, aber die Testbedingung für V_Fist 20mA. Welchen sollte ich für das Design verwenden?
A: 20mA ist eine Standard-Testbedingung und ein üblicher, zuverlässiger Arbeitspunkt, der gute Helligkeit bietet und dabei deutlich unter dem absoluten Maximum von 25mA bleibt, was einen Sicherheitsspielraum ermöglicht. Sie können für 10-20mA entwerfen, abhängig von Ihren Helligkeits- und Leistungsanforderungen.

F: Was bedeutet "nach Lichtstärke kategorisiert" für meine Bestellung?
A: Es bedeutet, dass die LEDs nach der Produktion nach Helligkeit sortiert werden. Bei der Bestellung können Sie möglicherweise einen Mindest-Lichtstärke-Bin spezifizieren (z.B. "400 µcd min"), um sicherzustellen, dass alle Anzeigen in Ihrem Projekt eine ähnliche Helligkeit haben. Konsultieren Sie den Distributor oder Hersteller für verfügbare Bin-Codes.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige.
Ein Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) misst eine Spannung. Die Firmware wandelt diesen Wert in eine Dezimalzahl um. Um sie auf der LTS-4730AJD anzuzeigen, würde der Mikrocontroller:

1. Eine Nachschlagetabelle verwenden, um zu bestimmen, welche Segmente (a-g, dp) für jede Ziffer 0-9 leuchten müssen.
2. Eine Multiplexing-Routine einsetzen, wenn mehrere Ziffern verwendet werden. Für eine einzelne Ziffer würde er einfach die korrekten Kathoden-Pins auf Low setzen, während die Common-Anode-Pins über einen Transistorschalter auf High gehalten werden, mit geeigneten strombegrenzenden Widerständen an jeder Kathodenleitung.
3. Die Hyper-Rot-Farbe bietet klare Sichtbarkeit. Der geringe Stromverbrauch ist vorteilhaft, wenn das Messgerät tragbar ist. Der weite Betrachtungswinkel ermöglicht es, die Anzeige von der Seite zu sehen.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTS-4730AJD basiert aufAlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)Halbleitermaterial, das auf einem nicht transparenten GaAs (Galliumarsenid) Substrat gewachsen wird. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang dieses Materials angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht. Bei diesem Bauteil ist die Zusammensetzung so eingestellt, dass Licht im "Hyper-Rot"-Bereich des Spektrums (~650nm) erzeugt wird. Das nicht transparente Substrat verbessert den Kontrast, indem es Streulicht absorbiert. Jedes Segment der Ziffer ist ein separater LED-Chip oder ein Teil eines Chips, der intern mit den entsprechenden Pins verbunden ist.

12. Technologietrends

Während 7-Segment-Anzeigen grundlegend bleiben, umfassen Trends in der Indikatortechnologie:

• Integration:Bewegung hin zu Anzeigen mit integrierten Treiber-ICs (I2C, SPI-Schnittstelle), um das Mikrocontroller-Design zu vereinfachen und die Bauteilanzahl zu reduzieren.
• Materialien:Laufende Entwicklung bei LED-Materialien wie InGaN (für Blau/Grün/Weiß) und verbessertem AlInGaP für höhere Effizienz und breitere Farbgamuts.
• Bauformen:Zunehmende Verbreitung von Oberflächenmontage (SMD) Gehäusen für automatisierte Montage, obwohl Durchsteck-Anzeigen wie diese für Prototyping, Reparatur und bestimmte industrielle Anwendungen beliebt bleiben.
• Alternativen:Für komplexere Informationen werden OLED- oder TFT-LCD-Module kostengünstiger, aber für einfache, helle, stromsparende und hochzuverlässige numerische Anzeigen bleiben LED-7-Segment-Anzeigen wie die LTS-4730AJD eine robuste und optimale Lösung.