LTS-3861JF LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll (7,62mm) Ziffernhöhe - AlInGaP Gelb-Orange - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3861JF ist ein einstelliges 7-Segment-LED-Anzeigemodul mit zusätzlichem Dezimalpunkt auf der rechten Seite. Ihre Hauptfunktion besteht darin, in elektronischen Geräten eine klare, gut sichtbare numerische und begrenzt alphanumerische Zeichenausgabe zu liefern. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) als Halbleitermaterial für die LED-Chips, das für die Erzeugung von hocheffizientem Licht im gelb-orangen Spektralbereich bekannt ist. Das Gerät verfügt über ein graues Ziffernblatt mit weißen Segmenten, was den Kontrast und die Lesbarkeit erhöht. Es ist als gemeinsame Anode (Common Anode) konfiguriert, was die Ansteuerschaltung in vielen mikrocontrollerbasierten Anwendungen vereinfacht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wesentlichen Vorteile dieser Anzeige ergeben sich aus ihrer AlInGaP-Bauweise und ihrem Design. Sie bietet hohe Helligkeit und ausgezeichneten Kontrast, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen die Sichtbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen entscheidend ist. Der große Betrachtungswinkel gewährleistet, dass die Anzeige auch aus schrägen Positionen gut lesbar bleibt. Ihr geringer Strombedarf und die hohe Zuverlässigkeit der Festkörpertechnik machen sie ideal für den langfristigen Einsatz in Konsum- und Industrie-Elektronik. Zu den primären Zielmärkten gehören Instrumententafeln, Kassensysteme (POS), Haushaltsgeräte, industrielle Steuereinheiten und Kommunikationsgeräte, bei denen eine einfache, zuverlässige numerische Anzeige benötigt wird.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen und optischen Eigenschaften.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die Lichtstärke ist kategorisiert, mit einem typischen Wert von 600 Mikrocandela (ucd) bei einem Durchlassstrom von 1mA. Dieser Parameter wird mit einem Sensor gemessen, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve abgestimmt ist, um sicherzustellen, dass der Wert mit der menschlichen Wahrnehmung von Helligkeit korreliert. Die dominante Wellenlänge beträgt 605 Nanometer (nm), was die Ausgabe klar im gelb-orangen Farbbereich platziert. Die spektrale Halbwertsbreite beträgt 17 nm, was auf eine relativ reine, gesättigte Farbe mit minimaler spektraler Streuung hindeutet. Das Verhältnis der Lichtstärke zwischen den Segmenten ist mit 2:1 spezifiziert, um ein einheitliches Erscheinungsbild der Ziffer zu gewährleisten.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung pro LED-Chip beträgt typischerweise 2,60 Volt bei 20mA. Entwickler müssen den Durchlassspannungsbereich (2,05V bis 2,60V) beim Entwurf der strombegrenzenden Schaltung berücksichtigen, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen. Der Sperrstrom ist mit maximal 100 Mikroampere bei einer Sperrspannung von 5V spezifiziert. Es ist äußerst wichtig zu beachten, dass dieser Sperrspannungszustand nur für Testzwecke dient; das Bauteil ist nicht für den Dauerbetrieb unter Sperrspannung ausgelegt. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: 70mW Verlustleistung pro Segment, ein Spitzendurchlassstrom von 90mA unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Puls) und ein Dauer-Durchlassstrom von 25mA bei 25°C, der oberhalb dieser Temperatur linear um 0,33 mA/°C reduziert werden muss.

2.3 Thermische und Umgebungsbedingungen

Das Gerät ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt, mit einem identischen Lagertemperaturbereich. Dieser weite Bereich unterstützt den Einsatz in Umgebungen mit erheblichen Temperaturschwankungen. Die Löttemperaturbewertung ist für die Montage entscheidend: Die Bauteiltemperatur darf während des Lötvorgangs ihren Maximalwert nicht überschreiten, wobei eine Richtlinie von 260°C für 5 Sekunden für die Anschlüsse 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene gilt.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt zeigt an, dass die Geräte nach Lichtstärke kategorisiert werden. Das bedeutet, dass Einheiten getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung bei einem Standardteststrom (typischerweise 1mA oder 20mA) in verschiedene Bins sortiert werden. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenter Helligkeit für eine bestimmte Anwendung auszuwählen. Während spezifische Bincodes in diesem Auszug nicht detailliert sind, stellt die Spezifikation des 2:1-Intensitätsverhältnisses sicher, dass die Segmente innerhalb eines einzelnen Geräts eine angemessen einheitliche Helligkeit aufweisen. Entwickler sollten den Hersteller für detaillierte Binning-Informationen konsultieren, wenn eine enge Helligkeitsgleichheit über mehrere Anzeigen hinweg erforderlich ist.

4. Analyse der Leistungskurven

Typische Leistungskurven werden im Datenblatt referenziert. Diese Diagramme sind wesentlich, um das Geräteverhalten über die Ein-Punkt-Spezifikationen bei 25°C hinaus zu verstehen. Sie umfassen typischerweise:

• IV-Kurve (Strom vs. Spannung):Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom. Diese Kurve ist nichtlinear und entscheidend für den Entwurf des korrekten strombegrenzenden Widerstands oder Konstantstrom-Treibers.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt. Sie hilft bei der Bestimmung des optimalen Treiberstroms für eine gewünschte Helligkeitsstufe unter Berücksichtigung von Verlustleistung und Lebensdauer.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies ist kritisch für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Treiberströmen arbeiten.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei 611nm und die spektrale Breite zeigt.

Diese Kurven ermöglichen es Ingenieuren, die Leistung unter realen, nicht-idealen Bedingungen vorherzusagen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,3 Zoll (7,62 mm). Die Gehäuseabmessungszeichnung liefert kritische mechanische Daten für das Leiterplatten-Layout und die Gehäuseanpassung. Wichtige Toleranzen sind vermerkt: ±0,25mm für die meisten Abmessungen und eine Pin-Spitzen-Verschiebungstoleranz von ±0,4 mm. Der empfohlene Leiterplatten-Lochdurchmesser für die Pins beträgt 1,40 mm. Das Datenblatt enthält auch Qualitätskontrollhinweise zu akzeptablen Niveaus von Fremdmaterial, Blasen im Segment, Verbiegung des Reflektors und Oberflächen-Tintenverschmutzung.

5.1 Pinbelegung und Schaltplan

Das Gerät hat eine 10-polige einreihige Konfiguration. Der interne Schaltplan zeigt ein gemeinsames Anoden-Design, bei dem die Anoden aller LEDs für eine bestimmte Ziffer miteinander verbunden sind. Die Pin-Verbindungstabelle ist für die korrekte Verdrahtung wesentlich:
Pin 1: Gemeinsame Anode
Pin 2: Kathode F (Segment)
Pin 3: Kathode G (Segment)
Pin 4: Kathode E (Segment)
Pin 5: Kathode D (Segment)
Pin 6: Gemeinsame Anode (intern mit Pin 1 verbunden)
Pin 7: Kathode D.P. (Dezimalpunkt)
Pin 8: Kathode C (Segment)
Pin 9: Kathode B (Segment)
Pin 10: Kathode A (Segment)
Die beiden Anodenpins (1 und 6) helfen bei der Stromverteilung und können auf der Leiterplatte miteinander verbunden werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow- und Handlötung

Für automatisierte Lötprozesse ist die Bedingung mit 260°C für 5 Sekunden spezifiziert, gemessen 1,6mm unterhalb der Auflageebene. Für Handlötung ist eine höhere Lötkolbentemperatur von 350°C ±30°C erlaubt, aber die Kontaktzeit muss auf innerhalb von 5 Sekunden begrenzt werden. Das Überschreiten dieser Zeit-Temperatur-Profile kann den internen Epoxidharz, die LED-Chips oder die Bonddrähte beschädigen.

6.2 Lagerung und Handhabung

Obwohl im Auszug nicht explizit detailliert, gelten für LED-Bauteile Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung). Sie sollten in antistatischer Verpackung in einer kontrollierten Umgebung innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-35°C bis +85°C) gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme und anderen Abbau zu verhindern.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Da es sich um eine gemeinsame Anoden-Anzeige handelt, werden die Anoden typischerweise über einen strombegrenzenden Widerstand an eine positive Versorgungsspannung (Vcc) angeschlossen oder vorzugsweise von einer Konstantstromquelle oder einem als Stromquelle konfigurierten Mikrocontroller-Pin (falls innerhalb seiner Fähigkeiten) angesteuert. Die Kathodenpins werden mit Masse verbunden (Senkenstrom), um ein Segment einzuschalten. Dies ist das Gegenteil einer gemeinsamen Kathoden-Anzeige. Das Multiplexen mehrerer Ziffern ist eine gängige Technik, um I/O-Pins zu sparen, wobei die Anoden schnell geschaltet werden, während die entsprechenden Kathodenmuster angelegt werden.

7.2 Kritische Designwarnungen

Der Abschnitt "Hinweise" hebt mehrere wichtige Punkte hervor:
1. Strombegrenzung ist zwingend erforderlich:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Reihenwiderstand oder eine aktive Konstantstromschaltung ist immer erforderlich, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.
2. Durchlassspannungsvariation berücksichtigen:Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den beabsichtigten Treiberstrom über den gesamten VF-Bereich (2,05V-2,60V) liefert.
3. Sperrspannung vermeiden:Die Treiberschaltung sollte einen Schutz (wie eine parallel geschaltete Diode) enthalten, um Sperrspannungsspitzen während des Ein-/Ausschaltens zu verhindern.
4. Thermisches Management:Der Treiberstrom muss für hohe Umgebungstemperaturen reduziert werden. Übermäßiger Strom oder hohe Betriebstemperatur führen zu beschleunigtem Helligkeitsabfall und vorzeitigem Ausfall.
5. Anwendungsbereich:Das Gerät ist für Standard-Elektronikgeräte vorgesehen. Für sicherheitskritische Anwendungen (Luftfahrt, Medizin, etc.) sind spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich.

8. Zuverlässigkeit und Tests

Das Gerät durchläuft eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests basierend auf militärischen (MIL-STD), japanischen (JIS) und internen Standards. Dazu gehören:
- Betriebslebensdauertest (RTOL):1000 Stunden bei maximalem Nennstrom.
- Umweltbelastungstests:Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung, Hoch-/Tieftemperaturlagerung, Temperaturwechsel und Temperaturschock.
- Prozessrobustheitstests:Lötbeständigkeits- und Lötbarkeitstests.
Diese Tests validieren die Fähigkeit des Geräts, den Belastungen der Fertigung, Lagerung und des Langzeitbetriebs standzuhalten.

9. Vergleich und Differenzierung

Die primäre Unterscheidung der LTS-3861JF liegt in der Verwendung von AlInGaP-Technologie für die gelb-orange Emission. Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute und bessere Temperaturstabilität, was zu hellerer, konsistenterer Ausgabe führt. Das graue Ziffernblatt/weiße Segment-Design bietet im Vergleich zu vollständig diffusen Gehäusen einen überlegenen Kontrast. Ihre 0,3-Zoll-Zifferngröße zielt auf eine spezifische Nische zwischen kleineren, weniger lesbaren Anzeigen und größeren, leistungsstärkeren ab.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen gemeinsamer Anode und gemeinsamer Kathode?
A: Bei einer gemeinsamen Anoden-Anzeige sind alle LED-Anoden miteinander an Vcc verbunden, und Segmente werden durch Senken von Strom (Kathode auf niedriges Potential bringen) eingeschaltet. Bei gemeinsamer Kathode sind alle Kathoden mit Masse verbunden, und Segmente werden durch Quellen von Strom (Anode auf hohes Potential bringen) eingeschaltet. Die Treiberschaltung muss zum Typ passen.

F: Wie berechne ich den Wert des strombegrenzenden Widerstands?
A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_Versorgung - VF_LED) / I_gewünscht. Verwenden Sie den maximalen VF aus dem Datenblatt (2,60V), um ausreichend Strom am unteren Ende des VF-Bereichs sicherzustellen. Für eine 5V-Versorgung und 20mA gewünschten Strom: R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm. Überprüfen Sie stets die Widerstandsbelastbarkeit: P = I^2 * R.

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A: Das hängt von der Stromquellen-/Senken-Fähigkeit des MCU-Pins ab. Viele MCUs können mehr Strom senken als sie quellen können. Für eine gemeinsame Anoden-Anzeige (Senkenstrom) können Sie sie möglicherweise direkt ansteuern, wenn der Segmentstrom (z.B. 10-20mA) innerhalb der Senkstrom-Spezifikation des MCU pro Pin und des Gesamtpaketlimits liegt. Ein Treiber-IC (z.B. 74HC595 Schieberegister mit TPIC6B595 Senktreiber oder ein spezieller LED-Treiber) wird oft für Multiplexing und zur Bereitstellung höherer Ströme verwendet.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen digitalen Timer-Anzeige.
Vier LTS-3861JF Ziffern werden verwendet, um Minuten und Sekunden (MM:SS) anzuzeigen. Ein Mikrocontroller mit begrenzten I/O-Pins wird gewählt.Umsetzung:Multiplexing verwenden. Verbinden Sie alle entsprechenden Segmentkathoden (A, B, C, D, E, F, G, DP) der vier Ziffern miteinander. Diese acht Leitungen werden mit acht als Ausgänge konfigurierten Mikrocontroller-Pins verbunden (um Strom zu senken). Der gemeinsame Anoden-Pin jeder Ziffer wird über einen kleinen NPN-Transistor (z.B. 2N3904), der den Gesamtziffernstrom (bis zu 8 Segmente * 20mA = 160mA) handhaben kann, mit einem separaten Mikrocontroller-Pin verbunden. Der Mikrocontroller schaltet schnell zyklisch einen Transistor ein (aktiviert eine Ziffer), während er gleichzeitig das Segmentmuster für diese Ziffer auf den Kathodenleitungen ausgibt. Eine Aktualisierungsrate von >100Hz verhindert sichtbares Flackern. Strombegrenzungswiderstände werden entweder auf den Kathodenleitungen oder in den Anodenpfaden platziert.

12. Technologieprinzip

AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) ist ein III-V-Verbindungshalbleiter. Bei Flusspolung rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Das spezifische Verhältnis von Al, In, Ga und P im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert. Für gelb-oranges Licht (~605nm) wird eine spezifische Zusammensetzung verwendet. AlInGaP wird auf einem GaAs-Substrat aufgewachsen. Es ist bekannt für hohe interne Quanteneffizienz und gute Leistung bei erhöhten Temperaturen im Vergleich zu anderen Materialsystemen für rot-gelbe Farben.

13. Branchentrends

Der Trend bei diskreten LED-Anzeigen geht hin zu höherer Effizienz, breiterem Farbraum und Integration mit Oberflächenmontagetechnik (SMT). Während AlInGaP für hochleistungsfähiges Bernstein und Rot dominant bleibt, dringen AllnGaN-basierte Bauteile weiter in das grüne und gelbe Spektrum vor. Es gibt auch einen allgemeinen Branchentrend hin zu feinerer Pixelung und Direktsicht-LED-Modulen für große Displays, was die Nachfrage nach diskreten Segmentziffern in einigen Anwendungen reduziert. Für einfache, kostengünstige, hochzuverlässige numerische Anzeigen in Industrie- und Konsumgeräten bleiben segmentierte LED-Anzeigen wie die LTS-3861JF jedoch aufgrund ihrer Einfachheit, Haltbarkeit und einfachen Schnittstelle eine robuste und praktische Lösung.