LTS-4801JD LED-Anzeige Datenblatt - 0,39-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Hyper Rot - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-4801JD ist ein hochwertiges einstelliges 7-Segment-Anzeigemodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen 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.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese Anzeige bietet mehrere Schlüsselvorteile, die sie für eine Reihe von Anwendungen geeignet machen. Die Hauptvorteile sind ein ausgezeichnetes Zeichenbild mit durchgehend gleichmäßigen Segmenten, hohe Helligkeit und Kontrast für hervorragende Sichtbarkeit auch bei guter Beleuchtung und ein großer Betrachtungswinkel für Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen. Darüber hinaus zeichnet es sich durch einen geringen Leistungsbedarf und hohe Halbleiterzuverlässigkeit aus, was zu langer Lebensdauer und Energieeffizienz beiträgt. Das Bauteil ist nach Leuchtstärke kategorisiert, was gleichmäßige Helligkeitswerte gewährleistet. Der Zielmarkt umfasst Industrie-Bedienfelder, Mess- und Prüfgeräte, Haushaltsgeräte, Automobil-Armaturenbretter (Sekundäranzeigen) und alle eingebetteten Systeme, die eine kompakte, zuverlässige numerische Anzeige benötigen.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Die Leistung des LTS-4801JD wird durch eine Reihe präziser elektrischer und optischer Parameter definiert, die Entwickler für eine korrekte Implementierung berücksichtigen müssen.

2.1 Lichttechnische und optische Kenngrößen

Die optische Leistung ist zentral für seine Funktion. Das Bauteil verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Hyper Rote LED-Chips. Die Lichtausgabe ist durch eine typische mittlere Lichtstärke (Iv) von 200 bis 650 Mikrocandela (μcd) bei einem Durchlassstrom (IF) von 1mA charakterisiert. Die Farbe ist durch eine Spitzenemissionswellenlänge (λp) von 650 Nanometern (nm) und eine dominante Wellenlänge (λd) von 639 nm definiert, beide gemessen bei IF=20mA. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm, was auf ein relativ reines Rot hinweist. Die Lichtstärkeanpassung zwischen den Segmenten ist mit einem maximalen Verhältnis von 2:1 spezifiziert, was ein gleichmäßiges Erscheinungsbild der Ziffer gewährleistet.

2.2 Elektrische Parameter

Elektrische Spezifikationen gewährleisten sicheren und effektiven Betrieb. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: Die Verlustleistung pro Segment beträgt 70mW, der Spitzendurchlassstrom pro Segment beträgt 90mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) und der kontinuierliche Durchlassstrom pro Segment beträgt 25mA bei 25°C, linear reduziert um 0,33 mA/°C. Die maximale Sperrspannung pro Segment beträgt 5V. Unter typischen Betriebsbedingungen (Ta=25°C, IF=20mA) liegt die Durchlassspannung pro Segment (VF) zwischen 2,1V und 2,6V. Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 100 μA bei VR=5V.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C und einen identischen Lagertemperaturbereich ausgelegt. Dieser weite Bereich macht es für Umgebungen mit erheblichen Temperaturschwankungen geeignet. Die Löttemperaturfestigkeit gibt an, dass das Bauteil 260°C für 3 Sekunden an einem Punkt 0,116 Zoll (oder ca. 2,95mm) unterhalb der Auflageebene aushält, was eine kritische Information für den Bestückungsprozess ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Leuchtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert, dass ein Binning-System angewendet wird, wahrscheinlich basierend auf der gemessenen mittleren Lichtstärke (Iv) unter Standardtestbedingungen (IF=1mA). Bins würden Bauteile mit ähnlichen Lichtausgangspegeln gruppieren (z.B. 200-350 μcd, 350-500 μcd, 500-650 μcd). Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenter Helligkeit für mehrstellige Anzeigen oder Anwendungen auszuwählen, bei denen Helligkeitsabgleich kritisch ist. Das spezifizierte maximale Lichtstärkeanpassungsverhältnis von 2:1 ist eine Leistungsgarantie innerhalb eines einzelnen Bauteils, während Binning die Konsistenz über mehrere Bauteile hinweg sicherstellt.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte Datenblattauszug auf "Typische elektrische / optische Kennlinien" verweist, würden typische Kurven für ein solches Bauteil wichtige für das Design entscheidende Beziehungen grafisch veranschaulichen.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Eine typische I-V-Kurve würde die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF) für die AlInGaP LED-Chips zeigen. Die Kurve würde bei etwa 1,8V-2,0V merklich zu leiten beginnen und im normalen Betriebsbereich (z.B. 5-30mA) eine relativ steile Steigung aufweisen, wobei VF bei 20mA auf den typischen Wert von 2,1V-2,6V ansteigt. Diese Kurve ist für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung wesentlich.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Diese Kurve ist entscheidend für die Helligkeitssteuerung. Sie würde typischerweise zeigen, dass die Lichtstärke (Iv) über einen signifikanten Bereich annähernd linear mit dem Durchlassstrom (IF) zunimmt, bevor sie bei sehr hohen Strömen möglicherweise sättigt. Die Steigung dieser Linie bestimmt den Wirkungsgrad (Lumen pro Watt oder Candela pro Ampere). Entwickler nutzen dies, um den Betriebsstrom auszuwählen, der benötigt wird, um einen gewünschten Helligkeitspegel zu erreichen.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausgabe nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Eine Reduktionskurve würde die relative Lichtstärke als Funktion der Umgebungstemperatur (Ta) oder Sperrschichttemperatur (Tj) veranschaulichen. Bei AlInGaP LEDs kann die Ausgabe mit steigender Temperatur erheblich abfallen, was im thermischen Management und in für Hochtemperaturumgebungen vorgesehenen Designs berücksichtigt werden muss.

4.4 Spektrale Verteilung

Ein Spektralleistungsverteilungsdiagramm würde die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen zeigen, zentriert um das 650 nm Maximum. Die spektrale Halbwertsbreite von 20 nm gibt die Breite dieses Peaks bei halber Maximalintensität an und bestätigt die monochromatische Natur des roten Lichts.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Der physikalische Aufbau des LTS-4801JD ist für die mechanische Integration definiert.

5.1 Abmessungen und Umrisszeichnung

Das Gehäuse hat eine Zeichenhöhe von 0,39 Zoll (10,0 mm). Die detaillierte Maßzeichnung (im Datenblatt referenziert) spezifiziert die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Gehäuses, die Segmentabmessungen und -abstände, die Anschlussstiftabstände und -längen sowie die Position des rechten Dezimalpunkts. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Diese Zeichnung ist für die Erstellung des PCB-Footprints und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes im Gehäuse wesentlich.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das Bauteil hat eine 10-polige Konfiguration. Es verfügt über eine gemeinsame Anodenarchitektur, was bedeutet, dass die Anoden aller LED-Segmente intern verbunden und auf bestimmte Pins herausgeführt sind. Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 3 und Pin 8 sind gemeinsame Anoden (und sind intern verbunden). Die Kathoden für jedes Segment befinden sich auf einzelnen Pins: Pin 1 (G), Pin 2 (F), Pin 4 (E), Pin 5 (D), Pin 6 (D.P. für Dezimalpunkt), Pin 7 (C), Pin 9 (B), Pin 10 (A). Die Pinnummerierung und die Position von Pin 1 müssen aus der mechanischen Zeichnung identifiziert werden. Die Beschreibung "Rt. Hand Decimal" bestätigt, dass sich der Dezimalpunkt auf der rechten Seite der Ziffer befindet.

5.3 Internes Schaltbild

Das referenzierte interne Schaltbild stellt die gemeinsame Anodenkonfiguration visuell dar. Es würde einen gemeinsamen Knoten (die Anode) zeigen, der mit der positiven Versorgungsspannung verbunden ist, wobei die Kathode jeder Segment-LED (A bis G, plus DP) mit einem separaten Pin verbunden ist. Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Kathodenpin auf niedriges Potential gezogen werden (über einen strombegrenzenden Widerstand mit Masse verbunden), während die gemeinsame Anode auf hohem Potential gehalten wird.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Ein sachgemäßer Umgang ist erforderlich, um die Bauteilintegrität zu erhalten.

6.1 Reflow-Lötparameter

Der angegebene kritische Parameter ist die maximale Löttemperatur: 260°C für 3 Sekunden, gemessen 0,116 Zoll (2,95mm) unterhalb der Auflageebene. Dies entspricht typischen bleifreien Reflow-Profilen (z.B. IPC/JEDEC J-STD-020). Es sollte ein Standard-Reflow-Profil mit einer Aufwärmzone, einem schnellen Temperaturanstieg, einer Spitzentemperaturzone, die die angegebene Zeit nicht über 260°C liegt, und einer kontrollierten Abkühlzone verwendet werden. Das Profil muss sicherstellen, dass die Temperatur an den Gehäuseanschlüssen das absolute Maximum nicht überschreitet.

6.2 Vorsichtsmaßnahmen und Handhabung

Während der Handhabung und Bestückung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, da LED-Chips empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Vermeiden Sie mechanische Belastung der Anschlüsse oder des Kunststoffgehäuses. Die Reinigung nach dem Löten sollte mit Methoden erfolgen, die mit dem Gehäusematerial (wahrscheinlich Epoxid) kompatibel sind.

6.3 Lagerbedingungen

Das Bauteil sollte innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs von -35°C bis +85°C gelagert werden. Es ist ratsam, Bauteile in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit und in ESD-geschützter Verpackung zu lagern, bis sie verwendet werden, um Feuchtigkeitsaufnahme und elektrostatische Beschädigung zu verhindern.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode für eine gemeinsame Anodenanzeige wie das LTS-4801JD ist Multiplexing, insbesondere wenn mehrere Ziffern verwendet werden. Ein Mikrocontroller oder ein spezieller Displaytreiber-IC würde sequentiell die gemeinsame Anode jeder Ziffer mit Spannung versorgen, während er das Kathodenmuster für die Segmente ausgibt, die auf dieser Ziffer leuchten sollen. Diese Methode spart I/O-Pins. Für eine einstellige Anwendung kann eine einfachere statische Ansteuerung verwendet werden: Verbinden Sie die gemeinsamen Anodenpins (3 & 8) über einen strombegrenzenden Widerstand für die gesamte Anzeige mit der positiven Versorgungsspannung (Vcc) und verbinden Sie jeden Kathodenpin (A-G, DP) mit einem Mikrocontroller-I/O-Pin oder einem Treibertransistor. Jeder I/O-Pin benötigt einen seriellen strombegrenzenden Widerstand für sein jeweiliges Segment.

7.2 Berechnung des strombegrenzenden Widerstands

Der Wert des strombegrenzenden Widerstands ist kritisch. Er kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (Vcc - VF) / IF. Zum Beispiel, mit einem Vcc von 5V, einem typischen VF von 2,6V und einem gewünschten IF von 20mA: R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohm. Die Nennleistung des Widerstands sollte mindestens P = (IF)^2 * R = (0,020)^2 * 120 = 0,048W betragen, daher ist ein Standard-1/8W (0,125W) oder 1/4W Widerstand ausreichend.

7.3 Designüberlegungen

Helligkeitssteuerung:Die Helligkeit kann durch Variieren des Durchlassstroms (IF) innerhalb der spezifizierten Grenzen eingestellt werden, entweder durch Ändern des Widerstandswerts oder durch Verwendung von PWM (Pulsweitenmodulation) auf dem Ansteuersignal. PWM ist für die Dimmung sehr effektiv.

Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber berücksichtigen Sie die primäre Betrachtungsrichtung bei der Positionierung der Anzeige im Endprodukt.

Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende Belüftung, wenn mehrere Anzeigen verwendet werden oder bei hohen Umgebungstemperaturen, um Helligkeitsabfall zu verhindern und die Lebensdauer zu verlängern.

Kontrastverbesserung:Die graue Front und die weißen Segmente bieten einen inhärenten Kontrast. Für optimale Lesbarkeit kann ein dunkler Blendrahm oder Filter um die Anzeige den Kontrast weiter verbessern, insbesondere bei hellem Umgebungslicht.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das LTS-4801JD unterscheidet sich hauptsächlich durch die Verwendung von AlInGaP-Technologie und spezifischen Leistungsmerkmalen.

AlInGaP vs. andere LED-Technologien:Im Vergleich zu traditionellen GaAsP- oder GaP-roten LEDs bieten AlInGaP LEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute (mehr Lichtausgang pro Einheit elektrischer Leistung), bessere Temperaturstabilität und eine gesättigtere, "hyper" rote Farbe. Im Vergleich zu neueren Hochleistungs-Weiß-LEDs, die mit Filtern verwendet werden, ist dieses Bauteil einfacher, erfordert weniger komplexe Ansteuerelektronik und bietet direkt eine reine, effiziente rote Farbe.

Innerhalb von 7-Segment-Anzeigen:Seine 0,39-Zoll Zeichenhöhe platziert es in einer gängigen Größenkategorie für frontplattenmontierte Instrumente. Die aufgeführten wichtigsten Wettbewerbsvorteile sind seine durchgehend gleichmäßigen Segmente (für ein sauberes Erscheinungsbild), hohe Helligkeit und Kontrast und die Kategorisierung nach Leuchtstärke (Gewährleistung von Konsistenz). Der geringe Leistungsbedarf ist auch ein Vorteil für batteriebetriebene Geräte.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Zweck von zwei gemeinsamen Anodenpins (Pin 3 und Pin 8)?

A1: Zwei Pins für die gemeinsame Verbindung helfen, den gesamten Anodenstrom, der die Summe der Ströme aller beleuchteten Segmente ist, zu verteilen. Dies reduziert die Stromdichte in einem einzelnen Pin und PCB-Leiterbahn und verbessert die Zuverlässigkeit. Sie sind intern verbunden, daher muss in einer Schaltung nur einer angeschlossen werden, aber der Anschluss beider wird für beste Leistung empfohlen.

F2: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 3,3V-Mikrocontroller ohne strombegrenzenden Widerstand ansteuern?

A2: Nein. Sie müssen immer einen strombegrenzenden Widerstand für jedes Segment (oder eine geregelte Stromquelle) verwenden. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 2,1V-2,6V. Das direkte Anschließen von 3,3V an die LED über einen Mikrocontroller-Pin würde versuchen, einen unkontrollierten, möglicherweise zerstörerischen Strom durch die LED zu treiben, da der einzige Widerstand der Innenwiderstand des MCU-Pins und der LED wäre, der sehr niedrig ist.

F3: Was bedeutet "linear reduziert ab 25°C" für den kontinuierlichen Durchlassstrom?

A3: Es bedeutet, dass der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Der Reduktionsfaktor beträgt 0,33 mA/°C. Zum Beispiel, bei 50°C (25°C über dem Referenzwert), wäre der maximale Strom 25mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8,25mA = 16,75mA. Dies verhindert Überhitzung und gewährleistet Zuverlässigkeit.

F4: Wie interpretiere ich das Lichtstärkeanpassungsverhältnis von 2:1?

A4: Dies bedeutet, dass innerhalb einer einzelnen LTS-4801JD-Einheit das dunkelste Segment unter gleichen Bedingungen (IF=1mA) gemessen nicht weniger als halb so hell wie das hellste Segment sein wird. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit über die Ziffer hinweg.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf einer einfachen Digitalvoltmeter-Anzeige

Ein Entwickler erstellt ein kompaktes Digitalvoltmeter zur Anzeige von 0,0V bis 19,9V. Er benötigt eine klare, energiesparende Anzeige. Er wählt das LTS-4801JD wegen seiner hohen Helligkeit und 0,39-Zoll Größe, die für den vorgesehenen Einsatzzweck gut lesbar ist. Drei Anzeigen werden für die drei Ziffern verwendet. Der ADC des Mikrocontrollers liest die Spannung, wandelt sie in einen Wert um und steuert die Anzeigen über ein Multiplexing-Schema mit einem Transistorarray für die gemeinsamen Anoden und den I/O-Pins des MCUs (mit Serienwiderständen) für die Segmentkathoden. Der rechte Dezimalpunkt der mittleren Ziffer wird verwendet, um die Zehntelstelle anzuzeigen. Die AlInGaP rote Farbe wird wegen ihres hohen Kontrasts vor einem dunklen Panel gewählt. Der Entwickler berechnet die Widerstandswerte für ein 5V-System, um jedes Segment mit ~15mA zu betreiben, was ausreichende Helligkeit bietet und gleichzeitig deutlich unter der 25mA Dauerbelastbarkeit bei Raumtemperatur bleibt.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Das LTS-4801JD arbeitet nach dem grundlegenden Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Die AlInGaP-Chipstruktur bildet einen p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung des Übergangs (ca. 1,8-2,0V) überschreitet, werden Elektronen aus dem n-Typ-Bereich und Löcher aus dem p-Typ-Bereich in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlInGaP setzt diese Rekombination Energie hauptsächlich in Form von Photonen (Licht) im roten Wellenlängenbereich (~650 nm) frei. Jedes der sieben Segmente (A bis G) und der Dezimalpunkt (DP) enthält einen oder mehrere dieser winzigen LED-Chips, die im Gehäuse eingebettet sind. Die gemeinsame Anodenkonfiguration vereinfacht die externe Ansteuerschaltung, indem sie eine einzelne positive Spannungsquelle ermöglicht, um alle Segmente mit Strom zu versorgen, wobei die individuelle Steuerung durch das Erden der Kathode des gewünschten Segments erreicht wird.

12. Technologietrends und Kontext

7-Segment-LED-Anzeigen wie das LTS-4801JD repräsentieren eine ausgereifte und hochoptimierte Anzeigetechnologie. Während neuere Technologien wie Punktmatrix-OLEDs oder TFT-LCDs größere Flexibilität bieten (Vollgrafik, mehrere Farben), behalten 7-Segment-LEDs starke Vorteile in spezifischen Nischen: extreme Einfachheit der Ansteuerelektronik, sehr hohe Helligkeit und Kontrast, ausgezeichnete Lesbarkeit bei direktem Sonnenlicht, großer Betriebstemperaturbereich und außergewöhnliche Langzeitzuverlässigkeit ohne ausfallende Hintergrundbeleuchtung. Der Trend in diesem Segment geht zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt) durch fortschrittliche Halbleitermaterialien wie AlInGaP, wie in diesem Bauteil zu sehen, und zu oberflächenmontierbaren Gehäusen für automatisierte Bestückung. Sie bleiben die erste Wahl für Anwendungen, bei denen kostengünstige, robuste und hochlesbare numerische Anzeigen die Hauptanforderung sind.