LTS-3861JS LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - 40mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3861JS ist ein einstelliges, alphanumerisches Sieben-Segment-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, gut sichtbare numerische oder begrenzt alphanumerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, elektrische Signale in ein sichtbares, segmentiertes Lichtmuster umzuwandeln, das Zahlen und einige Buchstaben darstellt. Die Kerntechnologie basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das speziell für die Lichtemission im gelben Wellenlängenbereich entwickelt wurde. Dieses Materialsystem ist für seinen hohen Wirkungsgrad und seine ausgezeichnete Helligkeit im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-Galliumphosphid (GaP) bekannt. Das Gerät verfügt über eine graue Frontplatte und weiße Segmentmarkierungen, die zusammen mit der gelben Emission einen kontrastreichen, leicht lesbaren Charakter erzeugen, insbesondere unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere Schlüsselvorteile, die sie für eine Reihe von industriellen und konsumnahen Anwendungen geeignet machen. Ihre hohe Helligkeit und ihr ausgezeichnetes Kontrastverhältnis gewährleisten auch in hell erleuchteten Umgebungen eine gute Lesbarkeit. Der große Betrachtungswinkel ermöglicht eine klare Sicht auf die Anzeige aus verschiedenen Positionen, was für Panel-Messgeräte und Instrumentierung entscheidend ist. Die Festkörperzuverlässigkeit der LED-Technologie bedeutet eine lange Betriebsdauer, Stoß- und Vibrationsfestigkeit sowie eine schnelle Ansprechzeit. Der geringe Leistungsbedarf macht sie kompatibel mit batteriebetriebenen oder niederspannungsdigitalen Logikschaltungen. Typische Zielmärkte und Anwendungen umfassen Test- und Messgeräte (Multimeter, Oszilloskope), industrielle Steuerpulte, Armaturenbrettanzeigen im Automobilbereich, Haushaltsgeräte und alle elektronischen Geräte, bei denen eine kompakte, zuverlässige numerische Anzeige benötigt wird.

2. Technische Parameter und objektive Interpretation

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die lichttechnische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) wird zwischen 200 und 600 Mikrocandela (µcd) bei einem Durchlassstrom (If) von 1 mA spezifiziert. Dieser Bereich deutet auf einen Kategorisierungs- oder Binning-Prozess für die Helligkeit hin. Der typische Wert liegt wahrscheinlich in der Mitte dieses Bereichs. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt 588 nm und die dominante Wellenlänge (λd) 587 nm, beide gemessen bei If=20mA. Diese Werte ordnen die Ausgabe eindeutig in den rein gelben Bereich des sichtbaren Spektrums ein. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von 15 nm deutet auf eine relativ schmale spektrale Bandbreite hin, was zu einer gesättigten, rein gelben Farbe ohne signifikante Ausbreitung in benachbarte grüne oder orangefarbene Wellenlängen führt. Das maximale Lichtstärke-Anpassungsverhältnis von 2:1 gibt die zulässige Helligkeitsschwankung zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer an und gewährleistet so ein einheitliches Erscheinungsbild.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften definieren die Schnittstelle zwischen der Anzeige und der Treiberschaltung. Die Durchlassspannung pro Segment (Vf) hat einen typischen Wert von 2,6V und ein Maximum von 2,6V bei If=20mA. Dies ist ein kritischer Parameter für die Auslegung der strombegrenzenden Widerstände oder Konstantstrom-Treiberkreise. Die niedrige Durchlassspannung ist vorteilhaft für Niederspannungssystemdesigns. Der Sperrstrom pro Segment (Ir) beträgt maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (Vr) von 5V, was den Leckstrom angibt, wenn die LED in Sperrrichtung gepolt ist – wichtig für Multiplex-Schaltungen. Die absoluten Maximalwerte geben harte Grenzen vor: ein kontinuierlicher Durchlassstrom pro Segment von 25 mA (oberhalb von 25°C abgeleitet), ein Spitzen-Durchlassstrom von 60 mA unter gepulsten Bedingungen und eine maximale Verlustleistung pro Segment von 40 mW. Das Überschreiten dieser Werte kann zu sofortiger oder allmählicher Degradation des LED-Chips führen.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Gerät ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt. Dieser weite Bereich macht es für den Einsatz in rauen Umgebungen, sowohl innen als auch außen, geeignet. Der Lagertemperaturbereich ist identisch. Die Löttemperaturbewertung ist entscheidend für die Montage: Das Gerät kann eine maximale Temperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden aushalten, gemessen an einem Punkt 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Dies definiert das Reflow-Lötprofil, das während der PCB-Montage verwendet werden muss, um thermische Schäden am internen Chip, den Bonddrähten oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich fest, dass das Gerät "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies bezieht sich auf einen Binning- oder Sortierprozess, der während der Fertigung durchgeführt wird. Aufgrund inhärenter Schwankungen im Halbleiterepitaxie- und Chipherstellungsprozess können LEDs aus derselben Produktionscharge leicht unterschiedliche optische Ausgaben haben. Um für den Endbenutzer Konsistenz zu gewährleisten, werden die hergestellten Einheiten getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (wahrscheinlich 1mA oder 20mA) in verschiedene "Bins" sortiert. Der spezifizierte Bereich von 200 bis 600 µcd stellt die Streuung über die für dieses Produkt angebotenen Bins dar. Entwickler müssen sich bewusst sein, dass die tatsächliche Helligkeit einer bestimmten Einheit innerhalb dieses vordefinierten Bereichs liegen wird. Die engen spektralen Spezifikationen (Wellenlänge) deuten darauf hin, dass auch das Farb-Binning streng kontrolliert wird, was einen konsistenten Gelbton über alle Einheiten hinweg sicherstellt.

4. Analyse der Leistungskurven

Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, wären typische Kurven für ein solches Gerät für ein vertieftes Design unerlässlich. Diese würden normalerweise umfassen:Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve): Diese nichtlineare Kurve zeigt die Beziehung zwischen der an der LED anliegenden Spannung und dem resultierenden Strom. Sie ist entscheidend für die Bestimmung des geeigneten Serienwiderstandswerts, um den gewünschten Betriebsstrom zu erreichen.Lichtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kurve): Dieser Graph zeigt, wie die Lichtausgabe mit steigendem Treiberstrom zunimmt. Er ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird aber bei hohen Strömen sättigen.Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur: Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur der LED steigt. Das Verständnis dieser Entlastung ist für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten, von entscheidender Bedeutung.Spektrale Verteilungskurve: Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die visuell die schmale Halbwertsbreite von 15 nm und das Maximum bei 588 nm bestätigt.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

Das Gerät verwendet ein Standard-Einstelliges, 10-poliges, seitliches DIP-Gehäuse (Dual In-line Package). Die Gehäuseabmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm angegeben. Die 0,3-Zoll-Ziffernhöhe (7,62 mm) bezieht sich auf die physikalische Größe des beleuchteten Zeichens. Die graue Front und die weißen Segmente sind Teil der Kunststoffformung. Das Pinbelegungsdiagramm ist entscheidend: Es zeigt eine gemeinsame Anodenkonfiguration mit zwei gemeinsamen Anodenpins (1 und 6) für Redundanz oder geringere Stromdichte pro Pin. Die anderen Pins (2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) sind die Kathoden für die Segmente F, G, E, D, Dezimalpunkt, C, B bzw. A. Das interne Schaltbild bestätigt, dass alle LED-Segmente der Ziffer eine gemeinsame positive Verbindung (Anode) teilen und jedes Segment seine eigene negative Verbindung (Kathode) hat. Diese Konfiguration wird typischerweise von einem "Senken"-Treiber-IC angetrieben, der die Kathode des zu beleuchtenden Segments auf Masse legt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste Montagerichtlinie ist die Löttemperaturspezifikation: maximal 260°C für 3 Sekunden bei 1,6 mm unterhalb der Auflageebene. Dies entspricht einem Standard-bleifreien Reflow-Lötprofil (z.B. IPC/JEDEC J-STD-020). Das Profil muss sicherstellen, dass der Körper des Bauteils diesen Temperatur-/Zeitgrenzwert nicht überschreitet, um Schäden am Epoxidharz, dem LED-Chip oder den internen Bonddrähten zu verhindern. Für Handlötung sollte ein temperaturgeregeltes Lötkolben verwendet werden, und die Kontaktzeit sollte minimiert werden. Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden, da LED-Chips empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Die Lagerung sollte in einer trockenen, Umgebungsbedingungen entsprechenden Umgebung innerhalb des spezifizierten Bereichs von -35°C bis +85°C erfolgen, vorzugsweise in feuchtigkeitsempfindlichen Geräte (MSD) Beuteln, wenn die Lagerdauer verlängert wird.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Artikelnummer ist LTS-3861JS. Das "LTS"-Präfix bezeichnet wahrscheinlich ein Lite-On-Anzeigeprodukt, "3861" ist die spezifische Serie/das spezifische Modell, und "JS" kann die Farbe (Gelb) und den Gehäusestil angeben. Das Datenblatt spezifiziert keine Details zur Großverpackung (Röhren, Trays oder Spulen), aber solche Anzeigen werden üblicherweise in antistatischen Röhren oder "Ammo Packs" für die automatische Bestückung oder auf Spulen für die Tape-and-Reel-Automatik geliefert. Das Etikett auf der Verpackung würde typischerweise die Artikelnummer, Menge, Datumscode und, falls zutreffend, den Lichtstärke-Bin-Code enthalten.

8. Anwendungsempfehlungen

Typische Anwendungsschaltungen: Die gemeinsame Anodenkonfiguration wird am besten von einem Mikrocontroller oder einem dedizierten Treiber-IC mit Open-Drain- oder Open-Collector-Ausgängen angesteuert. Ein strombegrenzender Widerstand muss in Reihe mit jedem Kathodenpin (oder jedem Treiberausgang) geschaltet werden. Der Widerstandswert wird mit R = (Vcc - Vf) / If berechnet, wobei Vcc die Versorgungsspannung, Vf die Durchlassspannung der LED (für Designreserven 2,6V verwenden) und If der gewünschte Durchlassstrom (z.B. 10-20 mA für volle Helligkeit) ist. Zum Multiplexen mehrerer Ziffern werden die gemeinsamen Anoden sequentiell geschaltet (gescannt), während die entsprechenden Kathoden für jede Ziffer angesteuert werden.Designüberlegungen: 1)Strombegrenzung: Immer Serienwiderstände oder Konstantstromtreiber verwenden. 2)Wärmemanagement: Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte bei Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohem Dauerstrom für ausreichende Belüftung gesorgt werden. 3)Betrachtungswinkel: Die Anzeige unter Berücksichtigung der beabsichtigten Blicklinie des Benutzers relativ zum spezifizierten großen Betrachtungswinkel montieren. 4)Helligkeitsregelung: Die Helligkeit kann durch Variieren des Durchlassstroms (innerhalb der Nennwerte) oder durch Verwendung von Pulsweitenmodulation (PWM) am Treiber eingestellt werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal der LTS-3861JS ist die Verwendung von AlInGaP-Material für die gelbe Emission. Im Vergleich zur älteren GaP:Y-Technologie (Galliumphosphid dotiert für Gelb) bietet AlInGaP einen deutlich höheren Lichtwirkungsgrad, was bei gleichem Treiberstrom zu größerer Helligkeit oder ähnlicher Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Es bietet auch eine überlegene Farbreinheit und -sättigung. Im Vergleich zu einer gefilterten oder phosphorkonvertierten weißen LED, die hinter einem Farbfilter verwendet wird, um Gelb zu erzeugen, ist das direkt emittierende AlInGaP-Gelb effizienter und hat einen stabileren Farbpunkt über Temperatur- und Stromschwankungen hinweg. Die 0,3-Zoll-Ziffernhöhe ist eine Standardgröße, die eine gute Balance zwischen Lesbarkeit und Leiterplattenplatzverbrauch bietet und sich zwischen kleineren 0,2-Zoll- und größeren 0,5-Zoll- oder 0,56-Zoll-Anzeigen einfügt.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich für eine 5V-Versorgung verwenden?A: Für einen Zielstrom von 20mA und eine Vf von 2,6V gilt: R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm. Ein Standard-120Ω- oder 150Ω-Widerstand wäre geeignet.F: Kann ich sie direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?A: Es wird nicht empfohlen, den Strom für die gemeinsame Anode von einem MCU-Pin zu beziehen, da der Gesamtziffernstrom (z.B. 8 Segmente * 20mA = 160mA) die Pin-Nennwerte überschreitet. Verwenden Sie den MCU, um einen Transistor oder Treiber-IC zu steuern. Das Senken des Kathodenstroms (pro Segment) über einen MCU-Pin kann möglich sein, wenn der Stromsenken-Nennwert des Pins (z.B. 25mA) pro Segment nicht überschritten wird.F: Warum gibt es zwei gemeinsame Anodenpins (1 und 6)?A: Für Redundanz und zur Verteilung des gesamten Anodenstroms. Wenn alle Segmente leuchten, fließt der Gesamtstrom in die gemeinsame Anode. Zwei Pins reduzieren die Stromdichte pro Pin, verbessern die Zuverlässigkeit und bieten eine Backup-Verbindung. Sie sollten auf der Leiterplatte miteinander verbunden werden.F: Was bedeutet das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis von 2:1?A: Es bedeutet, dass das hellste Segment in der Ziffer unter denselben Testbedingungen nicht mehr als doppelt so hell wie das dunkelste Segment sein wird, was visuelle Gleichmäßigkeit gewährleistet.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fall: Entwurf einer einfachen Digitalvoltmeter-Anzeige: Ein Entwickler erstellt eine 3-stellige DC-Voltmeter-Anzeige. Er wählt drei LTS-3861JS-Anzeigen. Der ADC des Mikrocontrollers liest die Spannung, wandelt sie in einen Wert um und steuert die Anzeigen an. Ein dedizierter 7-Segment-Treiber-IC (wie der MAX7219 oder ein Multiplexing-Schieberegister) wird verwendet, um zwischen den wenigen I/O-Pins des MCU und den 24 Segmentleitungen (3 Ziffern * 8 Segmente) und 3 gemeinsamen Anodenleitungen zu vermitteln. Der Treiber-IC übernimmt den Multiplex-Scan und aktualisiert jede Ziffer sequentiell mit hoher Frequenz, um Flackern zu vermeiden. Der Entwickler berechnet die Serienwiderstände basierend auf der Ausgangsspannung des Treibers und der gewünschten Helligkeit. Das PCB-Layout platziert die Anzeigen in einer Reihe, mit sorgfältiger Leitungsführung zur Vermeidung von Übersprechen. Die graue Front und die gelben Segmente verleihen ein klassisches, kontrastreiches Instrumentenaussehen. Der weite Betriebstemperaturbereich gewährleistet die Funktionalität in einer Werkstattsumgebung.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Das grundlegende Funktionsprinzip basiert auf der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Der AlInGaP-Chip besteht aus epitaktisch auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsenen Schichten aus Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphidverbindungen. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs (ca. 2V) überschreitet, werden Elektronen aus dem n-Typ-Bereich und Löcher aus dem p-Typ-Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Bandlückenenergie der AlInGaP-Legierung bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall Gelb (~587-588 nm). Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert jegliches nach unten emittierte Licht und verbessert den Kontrast, indem es interne Reflexionen verhindert, die die Segmente verwaschen könnten.

13. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Effizienz sichtbarer LEDs für rote, orange, bernsteinfarbene und gelbe Farben dar. Sie hat ältere GaAsP- und GaP-Technologien in leistungskritischen Anwendungen weitgehend abgelöst. Der Trend in der Displaytechnologie geht zu höherer Integration und Miniaturisierung. Während diskrete 7-Segment-Anzeigen wie die LTS-3861JS für viele Anwendungen nach wie vor von entscheidender Bedeutung sind, wächst der Einsatz von LED-Punktmatrixanzeigen und OLEDs für größere Flexibilität bei der Darstellung von Grafiken und Text. Für einfache, helle, kostengünstige und hochzuverlässige numerische Anzeigen haben jedoch dedizierte 7-Segment-LEDs wie diese, insbesondere mit effizienten Materialien wie AlInGaP, aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit und ausgezeichneten Lesbarkeit weiterhin eine starke und dauerhafte Rolle im elektronischen Design.