LTS-360KR LED-Anzeige Datenblatt - 0,36-Zoll Zeichenhöhe - Super Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-360KR ist eine einstellige, alphanumerische 7-Segment-Anzeige, die für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, eine hochgradig lesbare visuelle Ausgabe für digitale Instrumente, Unterhaltungselektronik, Industrie-Steuerpanels und Prüfgeräte bereitzustellen. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Technologie, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen ist und für die Erzeugung hocheffizienter roter Lichtemission bekannt ist. Dieses spezifische Materialsystem ermöglicht es der Anzeige, im Vergleich zu älteren LED-Technologien eine überlegene Helligkeit und Farbreinheit zu erreichen.

Die zentralen Vorteile dieses Anzeigemoduls umfassen sein exzellentes Zeichenbild, das durch kontinuierlich gleichmäßige Segmente erreicht wird, die glatte, klar definierte Ziffern formen. Es bietet hohe Helligkeit und hohen Kontrast vor seinem grauen Ziffernblatt, was die Lesbarkeit selbst in hell beleuchteten Umgebungen sicherstellt. Ein weiterer bedeutender Vorteil ist der große Betrachtungswinkel, der eine klare Ablesbarkeit aus verschiedenen Positionen ermöglicht. Darüber hinaus ist das Bauteil nach Leuchtdichte kategorisiert, was bedeutet, dass Einheiten gebinnt und getestet werden, um spezifische Helligkeitskriterien zu erfüllen, und so Konsistenz in Produktionschargen bietet. Das Gehäuse ist zudem bleifrei und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), was es für die moderne Elektronikfertigung geeignet macht.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Die Schlüsselparameter werden unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Helligkeit der beleuchteten Segmente. Der typische Wert beträgt 975 µcd (Mikrocandela) bei einem Durchlassstrom (IF) von 1mA. Der spezifizierte Mindestwert liegt bei 320 µcd. Diese hohe Intensität stellt sicher, dass die Anzeige leicht sichtbar ist.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):Die Wellenlänge, bei der die LED die maximale optische Leistung emittiert. Für die LTS-360KR beträgt diese typischerweise 639 Nanometer (nm) bei IF=20mA, was sie fest im roten Bereich des sichtbaren Spektrums verortet.
• Dominante Wellenlänge (λd):Diese beträgt 631 nm bei IF=20mA. Sie repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe der LED am besten widerspiegelt – ein lebhaftes Superrot.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Diese beträgt etwa 20 nm und gibt die spektrale Reinheit oder Schmalheit des emittierten Lichtbands an. Ein kleinerer Wert deutet auf eine monochromatischere Lichtquelle hin.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (Iv-m):Dieses Verhältnis, spezifiziert mit maximal 2:1, gewährleistet Gleichmäßigkeit über die verschiedenen Segmente der Ziffer hinweg. Es bedeutet, dass das hellste Segment unter gleichen Bedingungen nicht mehr als doppelt so hell wie das dunkelste Segment sein wird, was für ein einheitliches Erscheinungsbild sorgt.

Alle Lichtstärkemessungen werden mit einer Sensor- und Filterkombination durchgeführt, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve nahekommt, um sicherzustellen, dass die Daten mit der menschlichen visuellen Wahrnehmung korrelieren.

2.2 Elektrische Parameter und absolute Maximalwerte

Die Einhaltung dieser Werte ist entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb und zur Vermeidung dauerhafter Schäden am Bauteil.

• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Der maximal empfohlene kontinuierliche Gleichstrom für jedes einzelne LED-Segment beträgt 25 mA. Eine Überschreitung kann zu beschleunigtem Degradationsprozess oder Ausfall führen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Für gepulsten Betrieb ist ein höherer Strom zulässig. Das Bauteil kann unter spezifischen Bedingungen einen Spitzenstrom von 90 mA pro Segment verkraften: bei einer Frequenz von 1 kHz und einem Tastverhältnis von 10%.
• Verlustleistung pro Segment:Die maximale Leistung, die von einem einzelnen Segment abgeführt werden kann, beträgt 70 mW. Diese wird berechnet als Durchlassspannung (VF) multipliziert mit Durchlassstrom (IF).
• Durchlassstrom-Derating:Der maximale kontinuierliche Durchlassstrom muss oberhalb von 25°C reduziert werden. Der Derating-Faktor beträgt 0,33 mA pro Grad Celsius. Beispielsweise wäre bei 85°C der maximal zulässige Dauerstrom etwa 25 mA - ((85-25) * 0,33 mA) ≈ 5,2 mA.
• Durchlassspannung pro Segment (VF):Typischerweise 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei IF=10mA. Das Minimum beträgt 2,1V. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrspannung (VR):Die maximale Sperrspannung, die an ein Segment angelegt werden kann, beträgt 5V. Eine Überschreitung kann zum Durchbruch und zur Beschädigung der LED führen.
• Sperrstrom (IR):Der Leckstrom bei Anlegen der maximalen Sperrspannung von 5V beträgt typischerweise 100 µA oder weniger.

2.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

• Betriebstemperaturbereich:Die Anzeige ist für einen zuverlässigen Betrieb bei Umgebungstemperaturen von -35°C bis +85°C ausgelegt.
• Lagertemperaturbereich:Das Bauteil kann ohne Betrieb in einem Temperaturbereich von -35°C bis +85°C gelagert werden.
• Löttemperatur:Während der Montage kann das Bauteil eine Löttemperatur von 260°C für 5 Sekunden verkraften, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Dies ist eine Standardanforderung für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse.

3. Binning- und Kategorisierungssystem

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteilnach Lichtstärke kategorisiertist. Dies ist ein kritischer Aspekt der Qualitätskontrolle und des Designs. In der LED-Fertigung gibt es natürliche Schwankungen in der Ausgangsleistung, selbst innerhalb derselben Produktionscharge. Binning ist der Prozess des Sortierens von LEDs basierend auf spezifischen gemessenen Parametern nach der Produktion. Für die LTS-360KR ist das primäre Binning-Kriterium ihre Lichtstärke (Iv). Durch den Kauf gebinnter Bauteile stellen Designer sicher, dass alle Anzeigen in ihrem Produkt ein konsistentes Helligkeitsniveau aufweisen und vermeiden so merkliche Unterschiede zwischen einzelnen Einheiten. Während das Datenblatt den Min/Typ/Max-Bereich (320-975 µcd) angibt, bieten Hersteller diese Teile typischerweise in engeren, vordefinierten Intensitäts-Bins an (z.B. 800-900 µcd, 900-1000 µcd). Designer sollten sich mit Lieferanten über verfügbare Bin-Codes beraten, um die für ihre Anwendung erforderliche Helligkeitskonsistenz zu spezifizieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Leistungskurven für ein solches Bauteil Folgendes umfassen, alles entscheidend für einen robusten Schaltungsentwurf:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Dieser Graph zeigt, wie die Lichtausgabe mit steigendem Durchlassstrom zunimmt. Sie ist typischerweise nichtlinear, wobei der Wirkungsgrad bei sehr hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte oft abfällt.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (V-I-Kurve):Diese zeigt die für Dioden typische exponentielle Beziehung. Sie ist wesentlich für die Bestimmung der notwendigen Treiberspannung und für den Entwurf von Konstantstrom-Treibern.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve demonstriert das thermische Derating der Lichtausgabe. Mit steigender Temperatur nimmt die Lichtstärke generell ab. Das Verständnis hierfür hilft beim Entwurf für eine konsistente Helligkeit über den beabsichtigten Betriebstemperaturbereich.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung, die die relative abgegebene Leistung über verschiedene Wellenlängen zeigt, zentriert um die Spitzenwellenlänge von 639 nm, mit einer charakteristischen Breite, die durch die 20 nm Halbwertsbreite definiert ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LTS-360KR ist ein Durchsteckmontage (DIP) Gehäuse mit einer Ziffernhöhe von 0,36 Zoll (9,14 mm). Die Gehäuseabmessungen sind im Datenblatt mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm angegeben, sofern nicht anders vermerkt. Eine wichtige mechanische Anmerkung ist die Verschiebetoleranz der Pinspitze von ±0,4 mm, was für PCB-Layout und automatisierte Bestückungsprozesse wichtig ist. Die Anzeige verfügt über ein graues Ziffernblatt mit weißen Segmenten, was den in den Merkmalen erwähnten hohen Kontrast bietet. Das interne Schaltbild bestätigt, dass es sich um einegemeinsame Anode (Common Anode)Konfiguration handelt. Das bedeutet, die Anoden aller LED-Segmente sind intern miteinander verbunden und zu zwei Pins herausgeführt (Pin 1 und Pin 6, die intern verbunden sind). Jede Segmentkathode (A, B, C, D, E, F, G und der Dezimalpunkt) hat ihren eigenen dedizierten Pin. Diese Konfiguration ist üblich und erfordert, dass die Treiberschaltung den Strom durch die individuellen Kathodenpins senkt, während sie der gemeinsamen Anode eine positive Spannung zuführt.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte liefern die zentrale Richtlinie für das Löten: Das Bauteil kann eine Temperatur von 260°C für 5 Sekunden an einem Punkt 1,6 mm unterhalb der Auflageebene verkraften. Dies entspricht standardmäßigen bleifreien Reflow- oder Wellenlötprofilen. Designer sollten sicherstellen, dass ihr Montageprozess dieses thermische Budget nicht überschreitet. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden. Für die Lagerung sollte der spezifizierte Bereich von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung eingehalten werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu Popcorning führen könnte.

7. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTS-360KR ist ideal für jedes Gerät, das eine klare, einstellige numerische Anzeige benötigt. Häufige Anwendungen umfassen:

• Digitale Multimeter, Oszilloskope und andere Test- und Messgeräte.
• Industrielle Steuerpanels und Prozessanzeigen.
• Konsumgeräte wie Mikrowellenherde, Waschmaschinen und Audioequipment.
• Automotive Zubehörinstrumente und -anzeigen (unter Berücksichtigung des weiten Temperaturbereichs).
• Uhr- und Timermodule.

7.2 Kritische Designüberlegungen

• Strombegrenzung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist für jedes Segment zwingend erforderlich (oder ein integrierter Konstantstromtreiber), um ein Überschreiten des maximalen kontinuierlichen Durchlassstroms (25 mA) zu verhindern. Der Widerstandswert wird mit der Formel berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung der LED (für Designreserve 2,6V verwenden) und IF der gewünschte Betriebsstrom ist (z.B. 10-20 mA für gute Helligkeit).
• Treiberschaltung:Für eine Common-Anode-Anzeige muss der Mikrocontroller oder Treiber-IC so konfiguriert sein, dass er Strom senkt. Dies beinhaltet typischerweise, den gemeinsamen Anodenpin auf logisch High (Vcc) zu setzen und die gewünschten Segmentkathodenpins auf logisch Low (Masse) zu ziehen, um sie einzuschalten.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist Multiplexing eine gängige Technik, um viele Segmente mit weniger I/O-Pins zu steuern. Während die LTS-360KR einstellig ist, ist das Verständnis hierfür für das Systemdesign entscheidend. Beim Multiplexing wird schnell zwischen den aktiven Ziffern umgeschaltet. Die Spitzenstrombewertung (90 mA bei 10% Tastverhältnis) wird hier relevant, wenn gepulste Ströme über 25 mA verwendet werden, um während der kurzen Einschaltzeit eine höhere wahrgenommene Helligkeit zu erreichen.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist, hilft eine ausreichende Belüftung und die Vermeidung der Platzierung in der Nähe anderer wärmeerzeugender Komponenten, die LED-Effizienz und -Lebensdauer zu erhalten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber das PCB-Layout und das Produktgehäuse sollten so gestaltet sein, dass mechanische Hindernisse vermieden werden, die diesen Winkel für den Endbenutzer einschränken könnten.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal der LTS-360KR ist die Verwendung vonAlInGaPLED-Technologie. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, sie kann die gleiche Helligkeit bei niedrigerem Strom erzeugen, was die Energieeffizienz verbessert, oder eine viel höhere Helligkeit bei gleichem Strom. Sie bietet auch eine bessere Farbsättigung und Stabilität über Temperatur und Lebensdauer. Das graue Ziffernblatt/weiße Segment-Design bietet im Vergleich zu Anzeigen mit diffundierten oder getönten Ziffernblättern einen überlegenen Kontrast. Die Kategorisierung (Binning) nach Lichtstärke ist ein Schlüsselmerkmal für professionelle Anwendungen, bei denen Anzeigengleichmäßigkeit kritisch ist, und unterscheidet sie von nicht gebinnten, kostengünstigeren Alternativen, bei denen die Helligkeit von Einheit zu Einheit merklich variieren kann.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Was ist der Zweck von zwei gemeinsamen Anodenpins (Pin 1 und Pin 6)?

A1: Sie sind intern verbunden. Dieses Dual-Pin-Design bietet mechanische Stabilität während der PCB-Bestückung und bietet zwei Anschlusspunkte für die gemeinsame Anode auf der Leiterplatte, was für das Routing des höheren Stroms hilfreich sein kann, der benötigt wird, wenn mehrere Segmente gleichzeitig leuchten.

F2: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A2: Nein. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jedem Segment verwenden. Für eine 5V-Versorgung und einen Zielstrom von 10mA, unter Verwendung eines typischen VF von 2,6V, wäre der Widerstandswert (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohm. Überprüfen Sie stets, dass der tatsächliche Strom den Maximalwert nicht überschreitet.

F3: Was bedeutet \"nach Lichtstärke kategorisiert\" für mein Design?

A3: Es bedeutet, dass Sie diese Anzeigen innerhalb eines spezifischen, engen Helligkeitsbereichs spezifizieren und kaufen können (z.B. einen spezifischen Bin-Code). Dies stellt sicher, dass alle Anzeigen in Ihrer Produktionscharge nahezu identische Helligkeit aufweisen und verhindert, dass eine Einheit dunkler oder heller als eine andere erscheint, was für die Produktqualität entscheidend ist.

F4: Wie interpretiere ich die Durchlassstrom-Derating-Spezifikation?

A4: Der maximale Dauerstrom von 25 mA ist nur bei 25°C garantiert. Für jedes Grad Celsius über 25°C müssen Sie den Maximalstrom um 0,33 mA reduzieren. Wenn Ihr Gerät bei 60°C arbeitet, beträgt das Derating (60-25)*0,33 = 11,55 mA. Daher beträgt der maximale sichere Dauerstrom bei 60°C 25 mA - 11,55 mA = 13,45 mA pro Segment.

10. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Beispiel: Entwurf einer einstelligen Voltmeter-Anzeige.Ein Designer erstellt ein einfaches Panel-Meter zur Anzeige von 0-9. Er wählt die LTS-360KR aufgrund ihrer Klarheit und des großen Betrachtungswinkels. Das System verwendet einen Mikrocontroller mit 5V-Logik. Der Designer verbindet die gemeinsamen Anodenpins (1 & 6) über einen einzelnen strombegrenzenden Widerstand, der für den maximal möglichen Gesamtstrom dimensioniert ist (z.B. wenn die Ziffer \"8\" angezeigt wird, sind alle 7 Segmente an), mit der 5V-Schiene. Alternativ verbindet er sie direkt mit 5V und platziert individuelle strombegrenzende Widerstände an jedem der 8 Kathodenpins (Segmente A-G und DP), jeweils berechnet für einen Segmentstrom von 10-15 mA. Die als Open-Drain konfigurierten oder einfach auf Logik Low gesetzten Mikrocontroller-I/O-Pins senken den Strom auf Masse, um die Segmente zu beleuchten. Der Designer spezifiziert LTS-360KR-Teile aus einem Bin mit einer Mindestintensität von 800 µcd, um eine ausreichende Helligkeit im Gehäuse des Endprodukts sicherzustellen. Er stellt sicher, dass das PCB-Layout die Anzeige von einem nahegelegenen Spannungsregler fernhält, um lokale Erwärmung zu vermeiden, die die Helligkeit reduzieren könnte.

11. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine 7-Segment-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden (LEDs) in einer Achterform. Durch selektives Ansteuern spezifischer Segmente (bezeichnet mit A bis G) können alle zehn arabischen Ziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden. Die LTS-360KR verwendet AlInGaP-Halbleitermaterial. Wenn eine Durchlassspannung oberhalb der Diodenschwelle (ca. 2,1V) angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall Superrot bei ~639 nm. Die Common-Anode-Konfiguration vereinfacht die Treiberschaltung bei Verwendung von Mikrocontroller-Ports, die besser im Stromsenken als im Stromquellen sind.

12. Technologietrends und Kontext

Während 7-Segment-Anzeigen für numerische Lesungen allgegenwärtig bleiben, entwickelt sich die zugrundeliegende LED-Technologie weiter. AlInGaP repräsentiert eine ausgereifte, leistungsstarke Technologie für rote, orange und gelbe LEDs. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie umfassen einen Wechsel zu Oberflächenmontage (SMD) Gehäusen für automatisierte Bestückung, höherdichte mehrstellige Module und die Integration von Treibern und Controllern innerhalb des Displaygehäuses. Es gibt auch laufende Entwicklungen bei Materialien wie GaN (Galliumnitrid) für Blau und Grün und die Verwendung von Phosphoren zur Erzeugung von weißem Licht. Für dedizierte, hochzuverlässige, gut sichtbare einstellige Indikatoren bleiben jedoch Durchsteckmontage-AlInGaP-Anzeigen wie die LTS-360KR aufgrund ihrer bewährten Zuverlässigkeit, exzellenten optischen Eigenschaften und einfachen Handhabung beim Prototyping und in bestimmten industriellen Anwendungen eine robuste und optimale Wahl.