LTA-1000KR LED-Anzeige Datenblatt - Rechteckige Lichtleiste - Super Rot - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTA-1000KR ist ein Halbleiter-Lichtemissionsdiode (LED)-Anzeigemodul, das als zehnsegmentige rechteckige Lichtleiste konzipiert ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine große, helle und gleichmäßige Beleuchtungsfläche für Anwendungen bereitzustellen, die einen kontinuierlichen visuellen Indikator oder eine Lichtquelle erfordern. Das Bauteil ist auf Zuverlässigkeit und Effizienz ausgelegt und nutzt fortschrittliche Halbleitermaterialien für eine konsistente Leistung.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wesentlichen Vorteile dieses Produkts umfassen seine große und gleichmäßige Lichtemissionsfläche, die ideal für Statusanzeigen, Panelbeleuchtung oder Hintergrundbeleuchtung ist, wo ein deutliches rechteckiges Muster gewünscht wird. Es arbeitet mit geringem Leistungsbedarf und trägt so zu einem energieeffizienten Systemdesign bei. Die hohe Helligkeit und der hohe Kontrast gewährleisten eine ausgezeichnete Sichtbarkeit selbst in gut beleuchteten Umgebungen. Seine Halbleiterbauweise bietet im Vergleich zu herkömmlichen Glüh- oder Leuchtstofflampen-Indikatoren eine überlegene Zuverlässigkeit und Lebensdauer, ohne dass Glühfäden brechen oder Gase sich abbauen können. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in der Produktion ermöglicht. Darüber hinaus erfüllt es die Anforderungen an bleifreie Verpackungen und entspricht damit modernen Umweltvorschriften (RoHS). Diese Kombination von Merkmalen macht es geeignet für Industrie-Steuerpulte, Messgeräte, Unterhaltungselektronik und Automobilarmaturenbretter, wo zuverlässige und klare visuelle Signalisierung entscheidend ist.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen, optischen und physikalischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Lichttechnische und optische Kenngrößen

Die optische Leistung ist zentral für die Funktion des Bauteils. Die verwendeten LED-Chips basieren auf AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Technologie auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat, die für hohe Effizienz im rot/orangen Wellenlängenspektrum bekannt ist. Die typische Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt 639 nm bei einem Durchlassstrom (IF) von 20 mA, was es in den "Super Rot"-Farbbereich einordnet. Die dominante Wellenlänge (λd) ist mit 631 nm spezifiziert. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm, was auf ein relativ schmales Band des emittierten Lichts hinweist und zur Farbreinheit beiträgt.

Die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) pro Segment ist ein Schlüsselparameter. Unter einer Testbedingung von IF=1 mA liegt die Intensität zwischen einem Minimum von 200 μcd und einem typischen Wert von 675 μcd. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis zwischen ähnlichen Lichtflächen ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was wichtig ist, um ein einheitliches Erscheinungsbild über alle zehn Segmente zu gewährleisten, wenn sie gleichzeitig beleuchtet werden.

2.2 Elektrische Parameter und absolute Grenzwerte

Das Verständnis der elektrischen Grenzwerte ist entscheidend für ein zuverlässiges Schaltungsdesign. Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die sicher als Wärme von einem einzelnen LED-Segment abgeführt werden kann.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 25 mA bei 25°C. Dieser Wert verringert sich linear um 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Entwickler müssen den reduzierten Maximalstrom bei der höchsten Betriebstemperatur ihrer Anwendung berechnen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 90 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies ermöglicht eine kurzfristige Übersteuerung, um eine höhere momentane Helligkeit zu erreichen.
• Durchlassspannung pro Segment (VF):Typischerweise 2,6 V bei IF=20 mA, mit einem Maximum von 2,6 V. Das Minimum beträgt 2,0 V. Dieser Spannungsabfall ist wichtig für die Berechnung der Werte der seriellen strombegrenzenden Widerstände.
• Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V. Das Überschreiten dieses Werts kann den LED-Übergang beschädigen.
• Sperrstrom pro Segment (IR):Maximal 100 μA bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5 V.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +105°C ausgelegt. Der Lagerungstemperaturbereich ist identisch. Dieser weite Bereich gewährleistet die Funktionalität in rauen Umgebungen. Die Reduzierung des Durchlassstroms mit der Temperatur (0,33 mA/°C) ist eine direkte Folge der thermischen Eigenschaften der LED; höhere Temperaturen verringern die Effizienz und den maximal sicheren Betriebsstrom. Die spezifizierte Lötbedingung ist ein Wellen- oder Reflow-Prozess, bei dem die Gehäusetemperatur 260°C für 3 Sekunden nicht überschreitet, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene. Diese Richtlinie ist für die Montage entscheidend, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse oder den internen Bonddrähten zu verhindern.

3. Mechanische und Verpackungsinformationen

3.1 Abmessungen und Aufbau

Das Bauteil wird als rechteckige Lichtleiste beschrieben. Das Gehäuse hat eine graue Vorderseite und weiße Segmente, was wahrscheinlich den Kontrast erhöht, indem es einen dunklen Hintergrund für die beleuchteten Segmente bietet. Die genauen Abmessungen sind in einer Zeichnung angegeben (im Datenblatt referenziert, aber nicht im Text detailliert). Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Eine spezifische Toleranz für die Pinspitzenverschiebung beträgt ±0,4 mm, was für das PCB-Footprint-Design und die automatisierte Montage wichtig ist.

3.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das LTA-1000KR hat eine 20-polige Konfiguration. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pins 1 bis 10 sind die Anoden für die Segmente A bis K (Hinweis: 'I' wird ausgelassen, es werden J und K verwendet). Pins 11 bis 20 sind die entsprechenden Kathoden in umgekehrter Reihenfolge (Kathode K bis Kathode A). Diese Anordnung deutet auf einen gemeinsamen Kathodenanschluss für jedes Segment hin, jedoch mit individuellem Zugang sowohl zur Anode als auch zur Kathode jeder LED. Dies bietet maximale Flexibilität für Multiplexing oder individuelle Segmentsteuerung. Ein interner Schaltplan ist referenziert, der typischerweise zehn unabhängige LED-Elemente zeigt.

4. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

4.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Lichtleiste ist für Anwendungen konzipiert, die eine lineare Anordnung heller Indikatoren erfordern. Mögliche Einsatzgebiete sind:

• Pegelanzeigen:Für Signalstärke, Lautstärke, Druck oder Temperaturmessgeräte, bei denen die beleuchtete Länge einem Wert entspricht.
• Fortschrittsbalken:In Messgeräten oder Verbrauchergeräten, um den Fertigstellungsstatus anzuzeigen.
• Hintergrundbeleuchtung:Für randbeleuchtete Panels oder Schilder, wo eine gleichmäßige rechteckige Beleuchtung benötigt wird.
• Industrielle Statusanzeigen:Auf Steuerpulten, um den Maschinenstatus oder Alarmbedingungen über mehrere Kanäle hinweg anzuzeigen.

4.2 Schaltungsdesign und Ansteuerung

Um das LTA-1000KR sicher und effektiv zu betreiben, müssen mehrere Designregeln befolgt werden:

1. Strombegrenzung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein Serienwiderstand muss mit jedem Segment verwendet werden (oder eine stromgeregelte Treiberschaltung), um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert zu begrenzen, typischerweise bei oder unterhalb des 25 mA Dauerwerts. Der Widerstandswert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vversorgung - VF) / IF, wobei VF die Durchlassspannung der LED ist (verwenden Sie den Maximalwert für die Worst-Case-Stromberechnung).
2. Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist (max. 70 mW), kann der Gesamtwert für zehn Segmente 700 mW betragen. Eine ausreichende PCB-Kupferfläche oder andere Kühlkörper können erforderlich sein, wenn alle Segmente kontinuierlich mit hohem Strom betrieben werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen.
3. Multiplexing:Der individuelle Zugang zu Anode und Kathode macht das Bauteil gut geeignet für Multiplexing-Ansteuerungsschemata. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Mikrocontroller-I/O-Pins. Es muss darauf geachtet werden, dass der Spitzenstrom während des Multiplexing-Pulses den 90 mA-Wert nicht überschreitet und der zeitliche Mittelwert des Stroms den Dauerwert respektiert.
4. Sperrspannungsschutz:In Schaltungen, wo Sperrspannungstransienten möglich sind, können externe Schutzdioden notwendig sein, da die eigene Sperrspannungsfestigkeit der LED nur 5V beträgt.

4.3 Montage und Handhabung

Die Einhaltung des Lötprofils (max. 260°C für 3 Sekunden) ist zwingend erforderlich, um Gehäuserisse oder Delamination zu verhindern. Während der Handhabung und Montage sollten Standard-ESD (Elektrostatische Entladung)-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, da LED-Chips empfindlich gegenüber statischer Elektrizität sind. Die Lagerung sollte innerhalb der spezifizierten Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche erfolgen, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" führen kann.

5. Leistungsanalyse und technischer Vergleich

5.1 Analyse der Schlüsselparameter

Die Verwendung von AlInGaP-Technologie ist ein bedeutender Faktor. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid)-roten LEDs bietet AlInGaP eine wesentlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom führt. Das nicht transparente GaAs-Substrat hilft, das Licht nach oben zu lenken und verbessert so den nutzbaren Lichtausstoß von der Oberseite. Das spezifizierte Lichtstärke-Anpassungsverhältnis von 2:1 ist ein Standardgrad für solche Anzeigen und gewährleistet eine akzeptable visuelle Gleichmäßigkeit. Entwickler, die eine engere Gleichmäßigkeit benötigen, müssten eine elektrische Kalibrierung implementieren oder selektierte Bauteile (Binning) auswählen, falls verfügbar.

5.2 Vergleich mit alternativen Lösungen

Im Vergleich zu einem Cluster diskreter LEDs bietet diese integrierte Lichtleiste eine gleichmäßigere und mechanisch robustere Lösung mit vereinfachter Montage (eine Komponente gegenüber zehn). Im Vergleich zu Vakuum-Fluoreszenz- oder Elektrolumineszenz-Anzeigen bieten LEDs eine viel längere Lebensdauer, eine niedrigere Betriebsspannung und kein Risiko von Gasleckagen oder Phosphorabbau. Der Hauptkompromiss könnte der Betrachtungswinkel und der spezifische Farbpunkt sein, der bei diesem Modell im tiefroten Spektrum festgelegt ist.

6. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich alle zehn Segmente gleichzeitig mit 25 mA betreiben?

A: Ja, elektrisch ist das möglich, da jedes Segment unabhängig ist. Sie müssen jedoch die gesamte Verlustleistung (bis zu 700 mW) berücksichtigen und sicherstellen, dass die Leiterplatte und die Umgebung die entstehende Wärme bewältigen können, um die Zuverlässigkeit zu erhalten, insbesondere nahe der oberen Temperaturgrenze.

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Die Spitzenwellenlänge (λp=639nm) ist die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge (λd=631nm) ist die einzelne Wellenlänge von monochromatischem Licht, die für das menschliche Auge die gleiche Farbe zu haben scheint. Der Unterschied ergibt sich aus der Form des Emissionsspektrums der LED.

F: Wie interpretiere ich den Hinweis "Die Lichtstärke wird gemessen mit... CIE Augenempfindlichkeitskurve"?

A: Dieser Hinweis bestätigt, dass die Intensitätswerte (in Mikrocandela, μcd) lichttechnische Einheiten sind, gewichtet durch die standardmäßige menschliche photopische (tagadaptierte) visuelle Empfindlichkeitskurve. Dies macht die Zahlen aussagekräftig für die Vorhersage der wahrgenommenen Helligkeit, im Gegensatz zu radiometrischen Einheiten (Watt), die die gesamte Lichtleistung unabhängig von der Farbe messen.

F: Die Pinbelegung zeigt individuelle Anoden und Kathoden. Kann ich es als gemeinsame Anoden- oder gemeinsame Kathoden-Anzeige verdrahten?

A: Die physikalische Pinbelegung ist festgelegt. Um eine gemeinsame Kathoden-Anzeige zu simulieren, würden Sie alle Kathoden-Pins (11-20) auf Ihrer Leiterplatte miteinander verbinden. Um eine gemeinsame Anoden-Anzeige zu simulieren, würden Sie alle Anoden-Pins (1-10) miteinander verbinden. Die bereitgestellte Konfiguration bietet die Flexibilität, beides in der Hardware zu implementieren.

7. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Batterieladezustandsanzeigers

Ein Entwickler entwirft ein Ladegerät für eine Werkzeugbatterie. Er möchte einen 10-segmentigen Balkengraphen, der den Ladezustand von 0% bis 100% anzeigt. Das LTA-1000KR wird aufgrund seiner hellroten Farbe und rechteckigen Segmentform ausgewählt, die leicht ablesbar ist.

Umsetzung:Der System-Mikrocontroller hat begrenzte I/O-Pins. Der Entwickler verwendet ein Multiplexing-Schema. Er verbindet die zehn Anoden (Pins 1-10) mit zehn einzelnen Mikrocontroller-Pins, die als Ausgänge konfiguriert sind. Er verbindet die zehn Kathoden (Pins 11-20) miteinander und schaltet diesen gemeinsamen Knoten über einen einzelnen N-Kanal-MOSFET, der von einem anderen Mikrocontroller-Pin gesteuert wird. Um ein Segment zu beleuchten, wird sein entsprechender Anoden-Pin auf High gesetzt (über einen strombegrenzenden Widerstand), und der gemeinsame Kathoden-MOSFET wird eingeschaltet. Der Mikrocontroller durchläuft schnell jedes Segment (z.B. 1ms pro Segment). Der Spitzenstrom pro Segment wird über die Widerstandsberechnung auf 20 mA eingestellt: R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohm (120Ω oder 150Ω Standardwert verwenden). Der mittlere Strom pro Segment beträgt 2 mA (20 mA * 1/10 Tastverhältnis), was deutlich innerhalb des Dauerwerts liegt. Die Anzeige erscheint aufgrund des Nachleuchtens des Auges gleichmäßig beleuchtet. Die Helligkeit kann in der Software einfach durch Variation des Tastverhältnisses des Multiplexing eingestellt werden.

8. Einführung in das technische Funktionsprinzip

Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind Halbleiter-p-n-Übergangsbauteile. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Gebiet und Löcher aus dem p-Typ-Gebiet in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie freigesetzt. In Materialien wie AlInGaP wird diese Energie hauptsächlich als Photonen (Licht) und nicht als Wärme freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses durch Anpassung der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor eingestellt wird. Das nicht transparente Substrat absorbiert nach unten emittiertes Licht und verbessert so die Gesamteffizienz, indem es interne Verluste reduziert und das Licht dazu anregt, von der Oberseite des Chips auszutreten. Die graue Vorderseite und die weißen Segmente des Gehäuses wirken jeweils als Reflektor und Diffusor, um aus den darunter montierten diskreten LED-Chips ein gleichmäßiges rechteckiges Erscheinungsbild zu erzeugen.

9. Technologietrends und Kontext

Das LTA-1000KR repräsentiert eine ausgereifte LED-Anzeigetechnologie. Der breitere Branchentrend ging in Richtung höherer Effizienz und größerer Integration. Während diskrete LED-Lichtleisten wie diese für spezifische Bauformen nach wie vor wichtig sind, entstehen neue Technologien. Oberflächenmontierbare (SMD) LED-Arrays bieten noch kleinere Bauraumabmessungen und sind besser für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geeignet. Darüber hinaus ermöglicht die Entwicklung von organischen LEDs (OLEDs) und Mikro-LEDs vollständig adressierbare, flexible und ultrahochauflösende Displays. Für Anwendungen, die jedoch einfache, robuste, hochhelle Indikatoren in einem spezifischen Balkenformat erfordern, bieten anorganische LED-Arrays wie das auf AlInGaP basierende LTA-1000KR weiterhin eine optimale Balance aus Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten. Der Wechsel zu bleifreier Verpackung, wie bei diesem Bauteil zu sehen, spiegelt den branchenweiten Wandel hin zu umweltverträglichen Fertigungsprozessen wider, der durch globale Vorschriften wie RoHS und REACH vorangetrieben wird.