LTS-313AJD LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll Zeichenhöhe - Hyper Rote Farbe - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen für ein kompaktes, einstelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul. Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die eine klare, helle numerische Anzeige bei minimalem Stromverbrauch erfordern. Sein zentrales Designkonzept zielt darauf ab, ausgezeichnete Lesbarkeit und Zuverlässigkeit in einem kleinen Formfaktor zu bieten.

Die Anzeige nutzt fortschrittliche Halbleitermaterialien, um ihre charakteristische Lichtausgabe zu erreichen. Sie wird hinsichtlich ihrer Lichtstärke kategorisiert, um Gleichmäßigkeit in der Serienfertigung und vorhersehbare Leistung in Endanwenderanwendungen sicherzustellen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser Anzeige umfassen ihren sehr geringen Strombedarf, was sie für batteriebetriebene oder energiesensitive Schaltungen geeignet macht. Die hohe Helligkeit und der hohe Kontrast, kombiniert mit einem großen Betrachtungswinkel, gewährleisten Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen und aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Die Festkörperbauweise bietet im Vergleich zu mechanischen oder glühfadenbasierten Anzeigen inhärente Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer.

Ihre 0,3-Zoll Zeichenhöhe macht sie ideal für tragbare Instrumente, Unterhaltungselektronik, Panel-Messgeräte, industrielle Steuerungsschnittstellen und jedes eingebettete System, in dem Platz knapp ist, aber klare numerische Rückmeldung essentiell ist. Das durchgehende, gleichmäßige Segmentdesign trägt zu einem ausgezeichneten Zeichenbild bei und verbessert die Benutzererfahrung.

2. Detaillierte Analyse der technischen Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine objektive und detaillierte Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und physikalischen Parameter.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die lichtemittierenden Elemente basieren auf Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitertechnologie, speziell in einer Hyper Rot Farbformulierung. Dieses Materialsystem ist für hohe Effizienz und gute Temperaturstabilität im rot-orangen Wellenlängenbereich bekannt.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 200 bis 600 Mikrocandela (μcd) bei einem Standard-Prüfstrom von 1mA. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Helligkeit. Die erwähnte Kategorisierung bedeutet, dass Bauteile basierend auf gemessener Intensität sortiert (gebinned) werden, um innerhalb dieses garantierten Bereichs zu liegen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Typischerweise 650 Nanometer (nm). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 639 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge und der Schlüsselparameter zur Definition der Farbe (Hyper Rot).
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Etwa 20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder die Streuung der emittierten Wellenlängen um das Maximum an. Ein Wert von 20nm ist charakteristisch für AlInGaP LEDs.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis:Spezifiziert als maximal 2:1. Dies ist ein kritischer Parameter für mehrstellige Anzeigen oder Anwendungen mit mehreren Segmenten. Er stellt sicher, dass die Helligkeitsvariation zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment dieses Verhältnis nicht überschreitet und so ein einheitliches Erscheinungsbild gewährleistet.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften definieren die Betriebsgrenzen und typischen Bedingungen für das Bauteil.

• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typischerweise 2,1V, maximal 2,6V, gemessen bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem leuchtenden Segment. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung ausreichende Spannung bereitstellen kann.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment (I_F):Der absolute Maximalwert beträgt 25mA bei 25°C. Oberhalb von 25°C gilt ein Derating-Faktor von 0,33 mA/°C, was bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt, um Überhitzung zu verhindern.
• Spitzen-Durchlassstrom:Ein gepulster Strom von bis zu 90mA ist unter spezifischen Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Dies ermöglicht Multiplexing-Verfahren oder kurze Pulse höherer Helligkeit.
• Sperrspannung (V_R):Maximal 5V. Eine Überschreitung kann den LED-Übergang beschädigen. Schaltungsentwürfe sollten Schutzmaßnahmen enthalten, wenn Sperrspannung möglich ist.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 μA bei der vollen Sperrspannung von 5V, was den Leckstrom im ausgeschalteten Zustand angibt.
• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Diese thermische Grenze, kombiniert mit dem Strom-Derating, ist entscheidend für Zuverlässigkeitsberechnungen.

2.3 Thermische und Umgebungswerte

• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Umgebungen ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardrichtlinie für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse, um thermische Schäden am Gehäuse oder Chip zu vermeiden.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil \"hinsichtlich Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies bezieht sich auf eine gängige Praxis in der LED-Fertigung, bekannt als \"Binning\".

Aufgrund inhärenter geringfügiger Schwankungen im Halbleiter-Epitaxie- und Fertigungsprozess können LEDs aus derselben Produktionscharge leichte Unterschiede in Schlüsselparametern wie Lichtstärke und Durchlassspannung aufweisen. Um Konsistenz für Kunden sicherzustellen, testen Hersteller jede LED und sortieren sie in verschiedene Leistungsgruppen oder \"Bins\". Ein Produkt, das hinsichtlich Lichtstärke kategorisiert ist, bedeutet, dass die Einheiten garantiert den spezifizierten Intensitätsbereich (in diesem Fall 200-600 μcd) erfüllen, und oft können engere Bins innerhalb dieses Bereichs für Anwendungen mit hoher Gleichmäßigkeit angefordert werden. Obwohl in diesem kurzen Datenblatt nicht detailliert, können andere gängige Binning-Parameter dominante Wellenlänge (für Farbkonsistenz) und Durchlassspannung umfassen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien. Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht bereitgestellt werden, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung basierend auf den aufgeführten Parametern ableiten.

4.1 Strom vs. Spannung (I-V) Kennlinie

Eine typische I-V-Kennlinie würde die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung zeigen. Die Kurve würde durch den typischen V_F-Punkt von 2,1V bei 20mA verlaufen. Diese Kurve ist wesentlich für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung, egal ob ein einfacher Widerstand oder ein Konstantstromtreiber verwendet wird.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_Vvs. I_F)

Dieser Graph würde zeigen, wie die Helligkeit mit dem Strom ansteigt. Er ist typischerweise über einen Bereich linear, wird aber bei höheren Strömen aufgrund von thermischem und Effizienz-Droop sättigen. Die Kurve würde die Intensität bei der Prüfbedingung von 1mA zeigen und die Leistung bis zum maximalen Dauerstrom veranschaulichen.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Kennlinien, die bei anderen Temperaturen als 25°C angegeben sind, würden wichtige Abhängigkeiten veranschaulichen:

• Durchlassspannung vs. Temperatur:Für AlInGaP LEDs nimmt V_Ftypischerweise mit steigender Temperatur ab (negativer Temperaturkoeffizient). Dies ist wichtig für das thermische Management und den Konstantstromtreiber-Entwurf.
• Lichtstärke vs. Temperatur:Die Ausgangsintensität nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Das Derating des Dauerstroms steht in direktem Zusammenhang mit der Steuerung dieses thermischen Effekts, um Helligkeit und Lebensdauer zu erhalten.

4.4 Spektrale Verteilung

Ein Spektraldiagramm würde die Leistungsverteilung des emittierten Lichts über die Wellenlängen visualisieren, zentriert um 650nm (Maximum) mit einer Halbwertsbreite von 20nm, was den Hyper Rot Farbpunkt bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil hat eine graue Front mit weißen Segmenten, was den Kontrast durch Reduzierung der Reflexion von Umgebungslicht erhöht. Die Gehäuseabmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm angegeben. Der genaue Footprint und Pinabstand sind kritisch für das PCB-Layout. Das interne Schaltbild bestätigt eine gemeinsame Kathodenkonfiguration für alle Segmente und die Dezimalpunkte. Dies bedeutet, dass alle Kathoden (negative Anschlüsse) der LED-Segmente intern mit gemeinsamen Pins (1 und 6) verbunden sind, während jede Segmentanode (positiver Anschluss) ihren eigenen dedizierten Pin hat. Diese Konfiguration ist üblich und vereinfacht das Multiplexing in mikrocontrollergesteuerten Anwendungen.

6. Pinbelegung und Schaltungsschnittstelle

Das 10-polige Bauteil hat folgende Pinbelegung:

1. Gemeinsame Kathode
2. Anode F (Oberes Segment)
3. Anode G (Mittleres Segment)
4. Anode E (Linkes unteres Segment)
5. Anode D (Unteres Segment)
6. Gemeinsame Kathode (intern mit Pin 1 verbunden)
7. Anode RDP (Rechter Dezimalpunkt)
8. Anode C (Rechtes unteres Segment)
9. Anode B (Rechtes oberes Segment)
10. Anode A (Oberes Segment)

Hinweis: Das Datenblatt erwähnt auch \"Rt. and Lt. Hand Decimal\", was darauf hinweist, dass das Bauteil sowohl rechte als auch linke Dezimalpunkte enthält, obwohl nur die Anode des rechten Dezimalpunkts (RDP) in der Pinverbindungstabelle aufgeführt ist. Der linke Dezimalpunkt ist wahrscheinlich intern mit einer anderen Segmentanode verbunden oder in dieser Version nicht separat zugänglich. Die gemeinsame Kathodenverbindung an Pin 1 und 6 ermöglicht Flexibilität beim PCB-Routing und der Wärmeableitung.

7. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste bereitgestellte Richtlinie ist die Löttemperaturgrenze: maximal 260°C für 3 Sekunden bei 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Dies entspricht den Standard-IPC-Richtlinien für Durchsteckbauteile. Für Wellenlöten bedeutet dies, Vorwärm- und Kontaktzeit zu kontrollieren. Für manuelles Löten sollte ein temperaturgeregeltes Lötgerät verwendet werden, um längere Hitzeeinwirkung zu vermeiden. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, da LEDs empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit erfolgen.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Tragbare Multimeter und Prüfgeräte:Geringer Stromverbrauch ist ideal für die Batterielaufzeit.
• Haushaltsgeräte:Timer, Temperaturanzeigen an Öfen oder Heizgeräten.
• Industrielle Steuerungspanels:Statusanzeigen, Zählerdisplays.
• Automotive Zubehördisplays:Für Zusatzinstrumente (Spannung, Temperatur).
• Bausätze für Ausbildung und Prototyping:Aufgrund ihrer Einfachheit und gemeinsamen Schnittstelle.

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand oder Konstantstromtreiber für jede Segmentanode. Der Widerstandswert kann berechnet werden als R = (Versorgungsspannung - V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung und einem Zielstrom von 10mA mit einer typischen V_F von 2,1V: R = (5 - 2,1) / 0,01 = 290Ω. Ein 270Ω oder 330Ω Standardwiderstand wäre geeignet.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist eine gemeinsame Kathodenkonfiguration leicht zu multiplexen. Durch sequentielles Aktivieren der gemeinsamen Kathode jeder Ziffer und Bereitstellen der Segmentdaten für diese Ziffer können viele Ziffern mit weniger I/O-Pins gesteuert werden. Die Spitzenstrombewertung ermöglicht höhere gepulste Ströme während des Multiplexzyklus, um eine durchschnittliche Helligkeit zu erreichen.
• Mikrocontroller-Schnittstelle:Erfordert typischerweise 8 I/O-Leitungen (7 Segmente + 1 Dezimalpunkt) pro Ziffer, wenn nicht gemultiplext, plus einen Transistor oder Treiber-IC, um den gemeinsamen Kathodenstrom zu schalten, der die Summe der Ströme aller leuchtenden Segmente in dieser Ziffer ist.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ermöglicht flexible Montagepositionen, aber für optimale Lesbarkeit sollte die primäre Blickrichtung des Benutzers berücksichtigt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Glüh- oder Vakuum-Fluoreszenzanzeigen (VFDs) bietet diese LED-Anzeige deutlich geringeren Stromverbrauch, längere Lebensdauer und höhere Stoß-/Vibrationsfestigkeit. Innerhalb der LED-Anzeigenfamilie bietet der Einsatz von AlInGaP für Hyper Rot Vorteile gegenüber älteren GaAsP roten LEDs, typischerweise höhere Effizienz (mehr Licht pro mA), bessere Temperaturstabilität und eine gesättigtere rote Farbe. Die 0,3-Zoll Größe ist kleiner als gängige 0,5-Zoll oder 0,56-Zoll Anzeigen und ermöglicht höhere Dichte oder kompaktere Designs. Der geringe Strombedarf (effektiv bereits bei 1mA) ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für strombegrenzte Designs im Vergleich zu Anzeigen, die 5-20mA pro Segment für Standardhelligkeit benötigen.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Was ist der Zweck der beiden gemeinsamen Kathodenpins (1 und 6)?

Sie sind intern verbunden. Die Bereitstellung von zwei Pins ermöglicht eine bessere Stromverteilung, reduziert die Stromdichte pro Pin, unterstützt die Flexibilität beim PCB-Layout (Routing von beiden Seiten) und kann die Wärmeableitung vom Chip verbessern.

10.2 Kann ich diese Anzeige direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

Sie können die Segmentanoden mit Mikrocontroller-Ausgangspins verbinden, aber Siemüsseneinen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jedem Pin schalten. Der Mikrocontroller-Pin allein kann den Strom nicht sicher begrenzen. Darüber hinaus wird der gemeinsame Kathodenstrom (bis zu 25mA x Anzahl leuchtender Segmente) wahrscheinlich die Senkfähigkeit eines einzelnen Mikrocontroller-Pins überschreiten, was einen externen Transistor oder Treiber-IC (wie einen ULN2003) zum Schalten der Kathode erfordert.

10.3 Was bedeutet \"Hyper Rot\" im Vergleich zu Standard Rot?

\"Hyper Rot\" ist ein Marketingbegriff, der oft für AlInGaP LEDs mit einer dominanten Wellenlänge um 630-640nm verwendet wird. Es erscheint als ein tieferes, orangestichigeres Rot im Vergleich zur etwas längeren Wellenlänge (660-670nm) \"Tiefrot\" oder dem kürzeren, orangefarbeneren Standard \"Rot\" (620-625nm). Es bietet eine gute Balance aus visueller Helligkeit und Farbunterscheidung.

10.4 Wie erreiche ich gleichmäßige Helligkeit über alle Ziffern in einem mehrstelligen Design?

Verwenden Sie die Multiplexing-Technik und stellen Sie sicher, dass die strombegrenzenden Widerstände für alle entsprechenden Segmente über die Ziffern hinweg identisch sind. Die Spezifikation des Intensitätsanpassungsverhältnisses (max. 2:1) im Datenblatt hilft, aber für beste Ergebnisse verwenden Sie LEDs aus derselben Produktionscharge oder implementieren Sie eine Software-Helligkeitskalibrierung, wenn Ihr Treiber Pulsweitenmodulation (PWM) erlaubt.

11. Design- und Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen 3-stelligen Voltmeter-Anzeige.

1. Schaltungstopologie:Verwenden Sie drei LTS-313AJD Anzeigen in einer gemultiplexten Konfiguration. Die Segmentanoden (A-G, DP) aller drei Anzeigen sind parallel geschaltet. Die gemeinsamen Kathodenpins jeder Anzeige sind mit dem Kollektor eines separaten NPN-Transistors (z.B. 2N3904) verbunden, wobei der Emitter an Masse liegt. Die Transistorbasis wird über einen Basiswiderstand von einem Mikrocontroller-Pin angesteuert.
2. Mikrocontroller-Rolle:Ein ADC liest die Spannung. Die Firmware wandelt den Wert in drei Ziffern um. Sie tritt dann in eine schnelle Schleife ein: Sie schaltet alle Kathodentransistoren aus, gibt das Segmentmuster für Ziffer 1 an die parallelen Anodenleitungen aus (über Reihenwiderstände), schaltet den Kathodentransistor für Ziffer 1 ein, wartet eine kurze Zeit (z.B. 2ms) und wiederholt dies für Ziffer 2 und Ziffer 3. Der Zyklus wiederholt sich schnell genug (z.B. >60Hz), um als stetiges, flimmerfreies Display zu erscheinen.
3. Berechnungen:Wenn jedes Segment während seiner aktiven Zeit mit 5mA betrieben wird und drei Segmente pro Ziffer leuchten (z.B. bei Anzeige von \"1\"), beträgt der Spitzenstrom pro Segment 5mA. Der Durchschnittsstrom pro Segment beträgt 5mA / 3 (für 3-stelliges Multiplex) ≈ 1,67mA, was gut innerhalb der Grenzen liegt und Strom spart. Der Kathodentransistor muss 3 Segmente * 5mA = 15mA schalten, was leicht zu bewältigen ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine 7-Segment LED-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden in einer Achterform. Jede Diode (Segment) ist ein p-n-Übergang Halbleiterbauelement. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung des Übergangs überschreitet (etwa 2,1V für diesen AlInGaP Typ), rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die in der AlInGaP-Verbindung gezielt eingestellt wird. Durch selektives Anlegen von Strom an verschiedene Kombinationen der sieben Segmente (A bis G) können die Ziffern 0-9 und einige Buchstaben gebildet werden. Die gemeinsame Kathodenkonfiguration verbindet intern alle negativen Seiten dieser Dioden, was die externe Steuerung vereinfacht.

13. Technologietrends und Kontext

Diskrete 7-Segment LED-Anzeigen wie diese repräsentieren eine ausgereifte und zuverlässige Technologie. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie bewegen sich hin zu höherer Integration, wie mehrstellige Module mit eingebauten Controllern (z.B. TM1637 oder MAX7219 Treiber), die über I2C oder SPI kommunizieren und den Mikrocontroller-I/O- und Softwareaufwand drastisch reduzieren. Es gibt auch einen Trend hin zu organischen LEDs (OLED) und flexiblen Displays für komplexere Grafiken. Für einfache, helle, kostengünstige und stromsparende numerische Anzeigen in rauen Umgebungen (breiter Temperaturbereich, hohe Helligkeit erforderlich) bleiben diskrete LED-Segmente jedoch eine dominante und optimale Lösung. Die fortlaufende Entwicklung von LED-Materialien, wie effizienterem AlInGaP und InGaN (für blau/grün), verbessert weiterhin die Effizienz, Helligkeit und Farboptionen für solche Anzeigen.