LTS-3861JR LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll Zeichenhöhe - 2,6V Durchlassspannung - Super Rot - Deutsche Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTS-3861JR ist ein einstelliges 7-Segment-LED-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, numerische Zeichen (0-9) und einige begrenzte alphanumerische Symbole durch die selektive Beleuchtung ihrer sieben einzelnen Segmente und eines optionalen Dezimalpunkts visuell darzustellen.

Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial für die LED-Chips. Dieses Materialsystem ist für die Herstellung hocheffizienter roter und bernsteinfarbener LEDs bekannt. Die Chips werden auf einem nicht transparenten GaAs (Galliumarsenid) Substrat gefertigt, was den Kontrast verbessert, indem interne Lichtstreuung und Reflexion minimiert werden. Das Bauteil verfügt über eine graue Frontplatte und weiße Segmentfarbe, was den Kontrast und die Lesbarkeit der beleuchteten roten Segmente vor dem Hintergrund erhöht.

Die Anzeige ist nach Lichtstärke kategorisiert, d.h. Einheiten werden gebinnt oder getestet, um sicherzustellen, dass sie bestimmte Helligkeitskriterien erfüllen, was eine konsistente Leistung für Produktionschargen gewährleistet.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Kompakte Abmessungen:Besitzt eine Ziffernhöhe von 0,3 Zoll (7,62 mm), was sie für platzbeschränkte Panels und Geräte geeignet macht.
• Optische Qualität:Bietet durchgehend gleichmäßige Segmente für ein glattes, professionelles Zeichenbild ohne Lücken oder Unregelmäßigkeiten.
• Hohe Leistung:Liefert hohe Helligkeit und hohen Kontrast für eine ausgezeichnete Sichtbarkeit.
• Großer Betrachtungswinkel:Gewährleistet klare Lesbarkeit aus einem breiten Blickwinkelbereich.
• Geringer Stromverbrauch:Ist mit geringem Leistungsbedarf ausgelegt und damit energieeffizient.
• Zuverlässigkeit:Profitiert von der Festkörperzuverlässigkeit ohne bewegliche Teile, was zu einer langen Betriebsdauer führt.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen LED-Segment sicher als Wärme abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 90 mA. Dies ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 25 mA bei 25°C. Dieser Strom muss linear um 0,33 mA/°C reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V. Das Überschreiten dieses Werts kann den PN-Übergang der LED zerstören.
• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen und definieren die typische Betriebsleistung.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 200 μcd (min) bis 600 μcd (max) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Dies ist das Maß für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit.
• Peak-Emissionswellenlänge (λ_p):Typischerweise 639 nm bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Typischerweise 20 nm bei I_F=20mA. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere Farbe.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 631 nm bei I_F=20mA. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (Super Rot) definiert.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Liegt im Bereich von 2,0 V (min) bis 2,6 V (max) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betrieb.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dies ist der geringe Leckstrom, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1 bei I_F=1mA. Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten innerhalb eines einzelnen Bauteils und gewährleistet ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.

Hinweis: Die Lichtstärkemessung folgt dem CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) Standard für die Augenempfindlichkeitskurve.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Die LTS-3861JR verwendet ein Kategorisierungssystem hauptsächlich fürLichtstärke. Das bedeutet, dass während der Fertigung Bauteile getestet und basierend auf ihrer gemessenen Helligkeit bei einem Standardteststrom (typischerweise 1mA oder 20mA) in verschiedene Bins oder Kategorien sortiert werden. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile mit konsistenten Helligkeitsniveaus für ihre Anwendungen auszuwählen und verhindert auffällige Variationen der Anzeigeintensität über mehrere Ziffern in einer mehrstelligen Anzeige hinweg. Das Datenblatt gibt einen Bereich (200-600 μcd) an, und Produkte werden garantiert innerhalb spezifizierter Teilbereiche davon liegen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die für das Design entscheidend sind. Obwohl sie im bereitgestellten Text nicht dargestellt sind, würden Standardkurven für ein solches Bauteil umfassen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I_F-V_F-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung. Wesentlich für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_V-I_F-Kurve):Zeigt, wie die Helligkeit mit dem Strom zunimmt, typischerweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs, bevor der Wirkungsgrad abfällt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (I_V-T_a-Kurve):Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausbeute bei steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements und der Stromreduzierung.
• Spektrale Verteilung:Ein Diagramm, das die relative optische Leistung über die Wellenlängen zeigt, zentriert um das 639 nm Maximum, mit einer Breite, die durch die 20 nm Halbwertsbreite definiert ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Physikalische Abmessungen

Das Bauteil hat eine definierte Gehäusekontur. Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm) mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Wichtige Abmessungen umfassen die Gesamthöhe, -breite und -tiefe des Gehäuses, die Größe des Ziffernfensters und den Abstand zwischen den Segmenten.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die LTS-3861JR ist einCommon-Anode-Bauteil. Das bedeutet, die Anoden aller LED-Segmente (A-G und DP) sind intern verbunden und zu gemeinsamen Pins (Pin 1 und Pin 6) herausgeführt. Die Kathode jedes Segments wird zu einem individuellen Pin herausgeführt. Um ein Segment zu beleuchten, muss sein entsprechender Kathodenpin auf ein niedriges Logikpegel (Masse) gezogen werden, während der gemeinsame Anodenpin auf einer positiven Spannung (über einen Vorwiderstand) gehalten wird.

Pinbelegungstabelle:

1: Gemeinsame Anode

2: Kathode F

3: Kathode G

4: Kathode E

5: Kathode D

6: Gemeinsame Anode

7: Kathode D.P. (Dezimalpunkt)

8: Kathode C

9: Kathode B

10: Kathode A

Das interne Schaltbild zeigt die elektrische Verbindung der 7 Segmente (A, B, C, D, E, F, G) und des Dezimalpunkts (DP) mit den beiden gemeinsamen Anodenknoten.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die Einhaltung der Lötvorschriften ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden.

• Reflow-Löten:Die maximal zulässige Löttemperatur beträgt 260°C. Das Bauteil sollte dieser Spitzentemperatur nicht länger als 3 Sekunden ausgesetzt sein. Die Temperatur wird an einem Punkt 1,6mm unterhalb des Bauteilkörpers (der Auflageebene auf der Leiterplatte) gemessen.
• Handlöten:Falls Handlöten notwendig ist, sollte ein temperaturgeregeltes Lötgerät verwendet werden, und die Kontaktzeit mit jedem Pin sollte minimiert werden, um eine übermäßige Wärmeübertragung zum LED-Chip zu verhindern.
• Lagerbedingungen:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Oszilloskope, Netzteile.
• Unterhaltungselektronik:Audioverstärker, Radiowecker, Küchengeräte.
• Industriesteuerungen:Pultinstrumente, Prozessanzeigen, Timer-Displays.
• Automotive Aftermarket:Instrumente und Anzeigemodule (erweiterte Temperaturanforderungen berücksichtigen).

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Ein Vorwiderstand ist für jede gemeinsame Anodenverbindung zwingend erforderlich, um den Strom durch die Segmente zu begrenzen. Der Widerstandswert (R) wird berechnet mit: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein sicheres Design den maximalen V_F-Wert aus dem Datenblatt.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen wird eine Multiplexing-Technik verwendet, bei der die Ziffern nacheinander schnell eingeschaltet werden. Der Spitzenstrom pro Segment kann höher sein (bis zum gepulsten Nennwert von 90mA), um das reduzierte Tastverhältnis zu kompensieren und eine höhere wahrgenommene Helligkeit zu erreichen.
• Treiberschaltungen:Verwenden Sie spezielle LED-Treiber-ICs oder Mikrocontroller-GPIO-Pins mit ausreichender Stromsenken/-quellen-Fähigkeit. Für Common-Anode muss der Treiber Strom senken (mit Masse verbinden).
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber die endgültige Montageorientierung relativ zum Benutzer sollte berücksichtigt werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTS-3861JR unterscheidet sich hauptsächlich durch die Verwendung vonAlInGaP-Technologie im Vergleich zu älteren GaAsP- oder Standard-GaP-LEDs. Wichtige Vorteile sind:

• Höherer Wirkungsgrad und Helligkeit:AlInGaP-LEDs bieten bei gleichem Treiberstrom eine deutlich höhere Lichtstärke.
• Bessere Farbsättigung:Die \"Super Rot\"-Farbe ist lebendiger und reiner im Vergleich zu Standard-Rot-LEDs.
• Verbesserte Temperaturstabilität:AlInGaP zeigt im Allgemeinen geringere Variationen in Wellenlänge und Intensität bei Temperaturänderungen im Vergleich zu einigen älteren Technologien.
• Die 0,3-Zoll-Ziffernhöhe bietet einen Kompromiss zwischen Lesbarkeit und Leiterplattenfläche und liegt zwischen kleineren 0,2-Zoll- und größeren 0,5-Zoll- oder 0,56-Zoll-Anzeigen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Unterschied zwischen \"Peak-Wellenlänge\" und \"dominanter Wellenlänge\"?

A1: Die Peak-Wellenlänge ist die Stelle, an der die optische Ausgangsleistung physikalisch am höchsten ist. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge, die beim menschlichen Auge denselben Farbeindruck erzeugen würde. Bei LEDs sind sie oft nahe beieinander, aber aufgrund der Form des Emissionsspektrums nicht identisch.

F2: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A2: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Ein direkter Anschluss würde wahrscheinlich den maximalen Dauerstrom (25mA) überschreiten und die LED zerstören. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf Ihrer Versorgungsspannung (z.B. 5V), der LED-Durchlassspannung (~2,6V max) und Ihrem gewünschten Betriebsstrom (z.B. 10-20mA).

F3: Warum gibt es zwei gemeinsame Anodenpins (Pin 1 und Pin 6)?

A3: Dies ist ein übliches Design für mechanische und elektrische Symmetrie. Es hilft, den Strom gleichmäßiger zu verteilen und bietet Flexibilität beim Leiterplatten-Layout. Intern sind sie verbunden. Sie können einen davon verwenden oder beide mit Ihrer positiven Versorgung verbinden.

F4: Wie berechne ich die Verlustleistung für das thermische Design?

A4: Für ein einzelnes Segment: P_d= V_F* I_F. Zum Beispiel, bei I_F=20mA und V_F=2,5V, P_d= 50mW, was unter dem Maximum von 70mW liegt. In einer multiplexen Anzeige mit mehreren eingeschalteten Segmenten, berechnen Sie für den Worst-Case (z.B. Ziffer \"8\" mit allen 7 Segmenten beleuchtet).

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer 4-stelligen Voltmeter-Anzeige.

Ein Designer erstellt ein kompaktes Voltmeter-Modul. Er wählt vier LTS-3861JR-Anzeigen. Um I/O-Pins am Mikrocontroller zu sparen, verdrahtet er die Anzeigen in einer Multiplex-Konfiguration: Alle entsprechenden Segmentkathoden (A, B, C,...) sind über die vier Ziffern hinweg miteinander verbunden. Die gemeinsame Anode jeder Ziffer wird von einem separaten Transistorschalter gesteuert. Der Mikrocontroller schaltet nacheinander die Anode einer Ziffer ein, während er das Segmentmuster für diese Ziffer ausgibt. Um die Helligkeit bei einem Tastverhältnis von 1/4 beizubehalten, wird der Segmentstrom während seiner aktiven Zeit erhöht, bleibt aber innerhalb des gepulsten Stromnennwerts. Strombegrenzungswiderstände werden in die gemeinsamen Anodenleitungen (vor den Transistoren) eingefügt. Die AlInGaP-Technologie stellt sicher, dass die Anzeige auch bei mäßig hellem Umgebungslicht klar lesbar bleibt.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Eine LED (Licht emittierende Diode) ist eine Halbleiterdiode. Im Durchlassbetrieb rekombinieren Elektronen aus dem n-dotierten Bereich mit Löchern aus dem p-dotierten Bereich in der aktiven Schicht. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP ist ein Verbindungshalbleiter, dessen Bandlücke durch Anpassen der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor eingestellt werden kann, um Licht im roten, orangen und bernsteinfarbenen Spektrum zu erzeugen. Die Bezeichnung \"Super Rot\" weist auf einen spezifischen, hochreinen Rot-Farbpunkt hin. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert Streulicht und verbessert so den Kontrast, indem es verhindert, dass dieses Licht durch den Chip zurückreflektiert wird und den dunklen (ausgeschalteten) Zustand der Segmente überstrahlt.

12. Technologietrends und Entwicklung

Während diskrete 7-Segment-Anzeigen wie die LTS-3861JR für bestimmte Anwendungen relevant bleiben, umfassen breitere Trends in der Displaytechnologie:

• Integration:Bewegung hin zu mehrstelligen Modulen mit integrierten Treiber-ICs, was die Schnittstelle für Mikrocontroller vereinfacht (z.B. SPI- oder I2C-Kommunikation).
• Materialfortschritte:Laufende Forschung an Materialien wie GaN (für Blau/Grün/Weiß) und Verbesserungen bei AlInGaP und InGaN (für Rot) treiben Effizienz (Lumen pro Watt) und Zuverlässigkeit weiter nach oben.
• Alternative Technologien:In vielen Consumer-Anwendungen ersetzen Punktmatrix-OLED- oder LCD-Displays segmentierte LEDs aufgrund ihrer Flexibilität bei der Darstellung von Grafiken und Text. Segmentierte LEDs behalten jedoch starke Vorteile in Anwendungen, die sehr hohe Helligkeit, große Betrachtungswinkel, extreme Einfachheit und niedrige Kosten für rein numerische Anzeigen erfordern.
• Miniaturisierung:Es gibt einen ständigen Drang zu kleineren Pixelabständen und höherer Dichte, obwohl die 0,3-Zoll-Größe aufgrund von Lesbarkeitsanforderungen für viele Instrumententafeln ein Standard bleibt.