LTC-3698KF LED-Anzeige Datenblatt - 0,39-Zoll Zeichenhöhe - Gelborange Farbe - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-3698KF ist ein einstelliges alphanumerisches Anzeigemodul in Festkörpertechnologie. Ihre Hauptfunktion besteht darin, in elektronischen Geräten klare, gut sichtbare numerische und begrenzte alphabetische Zeichenausgaben bereitzustellen. Die Kerntechnologie basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das für seine hocheffiziente Lichtemission im gelborangen bis roten Spektrum bekannt ist. Dieses spezifische Bauteil nutzt gelborange LED-Chips, die auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gefertigt sind. Die Anzeige verfügt über eine hellgraue Frontplatte mit weißen Segmenten, eine Kombination, die entwickelt wurde, um den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen zu maximieren. Ihre kompakte Zeichenhöhe von 0,39 Zoll macht sie für Anwendungen geeignet, bei denen Platz knapp ist, aber Lesbarkeit entscheidend ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Das Bauteil bietet mehrere entscheidende Vorteile, die seine Marktposition definieren. Es bietet hohe Helligkeit und ausgezeichneten Kontrast, was die Sichtbarkeit selbst in hell erleuchteten Umgebungen gewährleistet. Der große Betrachtungswinkel ist ein bedeutender Vorteil, der es ermöglicht, die Anzeige aus verschiedenen Positionen ohne wesentlichen Klarheitsverlust abzulesen. Als Festkörperbauteil bietet es im Vergleich zu älteren Technologien wie glühfadenbasierten Anzeigen eine überlegene Zuverlässigkeit und Langlebigkeit, ohne bewegliche Teile, die verschleißen können. Sein geringer Leistungsbedarf macht es ideal für batteriebetriebene oder energiebewusste Anwendungen. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert und wird in einer bleifreien Gehäuseausführung angeboten, die mit den RoHS-Richtlinien konform ist und somit Umweltvorschriften berücksichtigt. Typische Zielmärkte umfassen Industriemessgeräte (z.B. Schalttafelmessgeräte, Prüfgeräte), Konsumgeräte (z.B. Mikrowellenherde, Kaffeemaschinen), automotiven Zusatzanzeigen und verschiedene eingebettete Systeme, die eine zuverlässige numerische Anzeige benötigen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die elektrischen und optischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und die Leistung der Anzeige. Ein gründliches Verständnis ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Integration unerlässlich.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte geben die Grenzen an, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung pro Chip:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher von einem einzelnen LED-Segmentchip als Wärme abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Chip:60 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Er ist nützlich für Multiplexing-Verfahren oder um kurzzeitig eine höhere Helligkeit zu erreichen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Chip:Der Nennwert beträgt 25 mA bei 25°C. Entscheidend ist, dass dieser Nennwert linear mit einer Rate von 0,28 mA/°C abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximal zulässige Dauerstrom ungefähr: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,28 mA/°C) = 8,2 mA. Diese Stromabsenkung ist für das thermische Management und die langfristige Zuverlässigkeit entscheidend.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Bauteil kann diesen weiten Temperaturbereich aushalten und darin betrieben werden.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies definiert die Einschränkungen für das Reflow-Lötprofil.

2.2 Optische & Elektrische Kenngrößen (Typisch @ 25°C)

Diese Parameter beschreiben die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):500 (Min), 1300 (Typ), μcd (Mikrocandela) bei einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA. Dies ist das Maß für die wahrgenommene Lichtleistung. Die große Spanne deutet auf einen Binning-Prozess hin; Entwickler müssen den Minimalwert für den Sichtbarkeitsfall unter ungünstigsten Bedingungen berücksichtigen.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):611 nm (Typisch) bei IF=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm (Typisch) bei IF=20mA. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet ein monochromatischeres Licht.
• Dominante Wellenlänge (λd):605 nm (Typisch) bei IF=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die gelborange Farbe definiert.
• Durchlassspannung pro Segment (VF):2,05 (Min), 2,6 (Typisch) Volt bei IF=20mA. Dies ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Der Treiber muss genügend Spannung liefern, um diesen Spannungsabfall zu überwinden.
• Sperrstrom pro Segment (IR):100 μA (Max) bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Das Datenblatt weist ausdrücklich darauf hin, dass dieser Parameter nur für Testzwecke dient und das Bauteil nicht kontinuierlich unter Sperrvorspannung betrieben werden sollte.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (Iv-m):1,6:1 (Max) bei IF=1mA. Dies ist eine entscheidende Spezifikation für die Gleichmäßigkeit der Anzeige. Es bedeutet, dass das hellste Segment nicht mehr als das 1,6-fache heller ist als das dunkelste Segment innerhalb derselben Ziffer, was ein einheitliches Erscheinungsbild gewährleistet.
• Übersprechen:≤ 2,5%. Dies spezifiziert die maximale Menge an unbeabsichtigtem Lichtaustritt von einem nicht versorgten Segment, wenn ein benachbartes Segment beleuchtet ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem hergestellte Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtleistung (Iv) bei einem Standardteststrom (1mA) sortiert werden. Der angegebene Bereich von 500 bis 1300 μcd stellt wahrscheinlich die Streuung über verschiedene verfügbare Bins dar. Entwickler können einen spezifischen Bin für Anwendungen auswählen, die eine genaue Helligkeitsabstimmung zwischen mehreren Anzeigen erfordern. Das 1,6:1 Lichtstärke-Abgleichverhältnis innerhalb einer einzelnen Einheit ist ein separater, garantierter Leistungsparameter für die Segment-zu-Segment-Gleichmäßigkeit.

4. Analyse der Leistungskurven

Während das PDF auf typische Kennlinienkurven verweist, enthält der bereitgestellte Text nicht die eigentlichen Grafiken. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise umfassen:

• Strom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung. Die Durchlassspannung (VF) steigt mit dem Strom und hat einen negativen Temperaturkoeffizienten (nimmt mit steigender Temperatur ab).
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kurve):Zeigt, dass die Lichtleistung bei niedrigeren Strömen annähernd linear mit dem Strom ist, bei höheren Strömen jedoch aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sättigen kann.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Dies hängt mit der Anforderung zur Stromabsenkung zusammen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~611nm und die Halbwertsbreite von ~17nm zeigt.

Entwickler sollten für diese Grafiken das vollständige Datenblatt konsultieren, um die Leistung unter nicht standardmäßigen Bedingungen genau zu modellieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die Anzeige hat eine Zeichenhöhe von 0,39 Zoll (9,8 mm). Alle Maßtoleranzen betragen ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige mechanische Hinweise umfassen: eine Toleranz für die Pinspitzenverschiebung von ±0,4 mm, Grenzwerte für Fremdmaterial und Tintenkontamination auf der Segmentoberfläche, eine Grenze für die Reflektorkrümmung (≤1% der Länge) und eine Grenze für Blasen innerhalb des Segmentmaterials. Das Datenblatt empfiehlt einen Leiterplattenlochdurchmesser von 1,0 mm für die Anschlüsse.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Das Bauteil hat einen 16-Pin-Fußabdruck, obwohl nicht alle Positionen physikalische Pins oder elektrische Verbindungen haben. Es ist als eineGemeinsame AnodeAnzeige konfiguriert. Der interne Schaltplan zeigt, dass die Anoden für jede Ziffer (Ziffer 1, 2, 3) intern pro Ziffer miteinander verbunden sind. Jede Segmentkathode (A, B, C, D, E, F, G und L/L1/L2 für die Dezimalpunkte/Indikatoren) wird auf einen separaten Pin herausgeführt. Diese Architektur ist optimal für eine multiplexgesteuerte Ansteuerung, bei der ein Mikrocontroller nacheinander die gemeinsame Anode jeder Ziffer einschaltet, während er das Muster für diese Ziffer auf den gemeinsamen Kathodenleitungen bereitstellt.

Pinbelegungszusammenfassung:Pin 2: Gemeinsame Anode Ziffer 1; Pin 6: Gemeinsame Anode Ziffer 2; Pin 8: Gemeinsame Anode Ziffer 3. Kathoden: Pin 3 (E), 4 (C), 5 (D), 7 (L/L1/L2), 9 (G), 12 (B), 15 (A), 16 (F). Die Pins 1, 10, 11, 13, 14 sind als \"Keine Verbindung und kein Pin\" gekennzeichnet.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste Montagespezifikation ist das Löttemperaturprofil: maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Dies ist eine Standardanforderung für das bleifreie Reflow-Löten. Entwickler müssen sicherstellen, dass ihr Leiterplattenmontageprozess dieser Grenze entspricht, um Schäden an den internen LED-Chips oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser von 1,0 mm unterstützt das korrekte Einführen der Anschlüsse und das Aufsteigen des Lots. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Für die Lagerung gilt der angegebene Temperaturbereich von -35°C bis +105°C.

7. Anwendungsvorschläge und Entwurfsüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist das Multiplexing. Ein Mikrocontroller oder ein spezieller Displaytreiber-IC würde drei Ausgangsleitungen haben, um die drei gemeinsamen Anoden zu steuern (über Transistoren, da der Strom für eine gesamte Ziffer erheblich sein kann), und acht Ausgangsleitungen, um die Segmentkathoden zu steuern (typischerweise über strombegrenzende Widerstände oder einen Konstantstromtreiber). Der Mikrocontroller durchläuft schnell jede Ziffer, schaltet ihre Anode ein und aktiviert die Kathoden für die Segmente, die für diese Ziffer leuchten sollen. Die Trägheit des Auges erzeugt die Illusion einer stabilen, dreistelligen Anzeige.

7.2 Kritische Entwurfsüberlegungen

• Strombegrenzung:Externe Widerstände sind für jede Kathodenleitung (oder ein Konstantstromtreiber) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom (IF) für die Segmente einzustellen. Der Wert wird basierend auf der Versorgungsspannung (Vcc), der LED-Durchlassspannung (VF ~2,6V) und dem gewünschten Strom (z.B. 10-20 mA für gute Helligkeit unter Beachtung der Stromabsenkkurve) berechnet.
• Thermisches Management:Die Stromabsenkung mit der Temperatur ist entscheidend. In Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder Gehäusen mit schlechter Belüftung muss der maximale Dauerstrom entsprechend reduziert werden, um Überhitzung und beschleunigten Alterungsprozess zu verhindern.
• Multiplexing-Frequenz:Muss hoch genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >60 Hz pro Ziffer). Das Tastverhältnis beeinflusst die wahrgenommene Helligkeit; der Durchschnittsstrom muss für Leistungs- und thermische Berechnungen berücksichtigt werden.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist ein Vorteil, aber die Montageposition sollte dennoch im Verhältnis zum beabsichtigten Benutzer berücksichtigt werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen (VFDs) oder Glühfadenanzeigen bietet die AlInGaP-LED einen deutlich geringeren Stromverbrauch, höhere Zuverlässigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen. Im Vergleich zu Standard-GaAsP-LEDs in Rot bietet die AlInGaP-Technologie eine viel höhere Lichtausbeute (mehr Licht pro mA) und eine bessere Stabilität über Temperatur und Zeit. Die spezifische Kombination einer hellgrauen Front mit weißen Segmenten in diesem Bauteil verbessert den Kontrast im Vergleich zu rein roten oder grünen Anzeigen mit schwarzer Front, was die Lesbarkeit unter bestimmten Bedingungen möglicherweise verbessert.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck der \"Keine Verbindung und kein Pin\"-Positionen?

A: Dies wird oft getan, um einen standardisierten physikalischen Fußabdruck oder Pinabstand beizubehalten, der möglicherweise mit anderen Anzeigevarianten in einer Produktfamilie geteilt wird, selbst wenn einige Pins in diesem spezifischen Modell elektrisch nicht genutzt werden. Es gewährleistet mechanische Kompatibilität.

F: Wie interpretiere ich das Lichtstärke-Abgleichverhältnis von 1,6:1?

A: Dies garantiert visuelle Gleichmäßigkeit. Wenn Sie alle Segmente einer Ziffer bei gleichem Strom messen, wird das dunkelste Segment eine Intensität von \"X\" haben, und das hellste Segment wird eine Intensität von nicht mehr als \"1,6 * X\" haben. Ein niedrigeres Verhältnis zeigt eine bessere Gleichmäßigkeit an.

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

A: Nein. Sie müssen externe Komponenten verwenden. Die GPIO-Pins des Mikrocontrollers können nicht genügend Strom für die LEDs liefern/aufnehmen (insbesondere den gemeinsamen Anodenstrom für eine ganze Ziffer). Darüber hinaus benötigen Sie strombegrenzende Widerstände in Reihe mit jeder Kathode. Die Schaltung erfordert Transistoren (z.B. NPN/PNP oder MOSFETs), um den höheren Strom für die gemeinsamen Anoden zu schalten.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen 3-stelligen Voltmeter-Anzeige.Ein Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) misst eine Spannung. Die Firmware wandelt diesen Messwert in drei Dezimalziffern um. Unter Verwendung einer Multiplexing-Routine würde der Mikrocontroller: 1) Alle Ziffernanodentreiber ausschalten. 2) Das Segmentmuster für die \"Hunderter\"-Ziffer auf den Kathodenleitungen ausgeben (z.B. um \"1\" anzuzeigen).