LSHD-F101 0,39-Zoll Einzelziffer Rote LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 10,0mm - Durchlassspannung 2,6V - Leistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Bei der LSHD-F101 handelt es sich um ein Einzelziffer-LED-Anzeigemodul mit sieben Segmenten plus Dezimalpunkt. Sie nutzt fortschrittliche Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Epitaxieschichten, die auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen sind, um hocheffiziente rote Lichtemission zu erzeugen. Die primäre Anwendung dieses Bauteils liegt in elektronischen Geräten, die klare, helle und zuverlässige numerische Anzeigen erfordern, wie z.B. in Instrumententafeln, Haushaltsgeräten und industriellen Steuerungen. Ihre Kernvorteile umfassen ein hervorragendes Zeichenbild durch kontinuierlich gleichmäßige Segmente, hohe Helligkeit und Kontrast für eine überlegene Sichtbarkeit sowie die Festkörperzuverlässigkeit, die eine lange Betriebsdauer gewährleistet.

1.1 Hauptmerkmale

• Ziffernhöhe: 0,39 Zoll (10,0 mm).
• Kontinuierlich gleichmäßige Segmente für ein gleichmäßiges Zeichenbild.
• Geringer Leistungsbedarf, was die Energieeffizienz verbessert.
• Hohe Helligkeit & hoher Kontrast für eine ausgezeichnete Lesbarkeit.
• Großer Betrachtungswinkel, geeignet für verschiedene Montagepositionen.
• Festkörperzuverlässigkeit ohne bewegliche Teile.
• Kategorisiert nach Lichtstärke, um eine Helligkeitsabstimmung bei Mehrfachziffernanwendungen zu ermöglichen.
• Bleifreies Gehäuse, konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für eine zuverlässige Leistung nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment: 70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen LED-Segment sicher abgeführt werden kann, ohne thermische Schäden zu verursachen.
• Spitzendurchlassstrom pro Segment: 90 mA. Dieser Wert gilt unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) und liegt über dem Dauerstromwert.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment: 25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear um 0,28 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt. Bei höheren Temperaturen sind eine ordnungsgemäße Wärmeableitung oder eine Stromreduzierung erforderlich.
• Sperrspannung pro Segment: 5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zu sofortigem und katastrophalem Ausfall führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich: -35°C bis +105°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses breiten industriellen Temperaturbereichs ausgelegt.
• Lötbedingungen: Das Gehäuse kann das Löten bei 260°C für maximal 5 Sekunden aushalten, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter spezifizierten Testbedingungen (Ta=25°C).

• Mittlere Lichtstärke pro Segment (Iv): Liegt im Bereich von 200-750 µcd bei 1mA Treiberstrom bis 3400-9750 µcd bei 10mA. Diese hohe Intensität gewährleistet eine helle Anzeigeausgabe.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp): 650 nm (typisch). Sie gibt die Wellenlänge an, bei der die optische Leistungsabgabe maximal ist.
• Dominante Wellenlänge (λd): 639 nm (typisch). Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe als Rot definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ): 20 nm (typisch). Sie gibt die spektrale Reinheit des emittierten roten Lichts an.
• Durchlassspannung pro Chip (Vf): 2,10V bis 2,60V bei einem Teststrom von 20mA. Der Schaltungsentwurf muss diesen Bereich berücksichtigen, um einen konsistenten Treiberstrom sicherzustellen.
• Sperrstrom pro Segment (Ir): Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung von 5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; ein Dauerbetrieb in Sperrrichtung ist untersagt.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis: Maximal 2:1 zwischen den Segmenten bei einem Treiberstrom von 1mA. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit über die gesamte Anzeige.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem Anzeigen basierend auf der gemessenen Lichtausbeute bei einem Standardteststrom (z.B. 1mA oder 10mA) sortiert werden. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile aus demselben oder benachbarten Helligkeits-Bins auszuwählen, um eine visuelle Gleichmäßigkeit bei Mehrfachziffernanzeigen sicherzustellen und zu verhindern, dass einige Ziffern heller oder dunkler erscheinen als andere. Obwohl spezifische Bincode-Details in diesem Auszug nicht angegeben sind, ist diese Kategorisierung ein entscheidender Qualitätskontrollschritt für die ästhetische und funktionale Konsistenz in der endgültigen Anwendung.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien", die für den detaillierten Entwurf wesentlich sind. Diese umfassen typischerweise:

• IV-Kennlinie (Durchlassstrom vs. Durchlassspannung): Zeigt die exponentielle Beziehung, entscheidend für den Entwurf von Konstantstromtreibern.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom: Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt, was bei der Helligkeitskalibrierung und Effizienzberechnungen hilft.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur: Zeigt die Reduzierung der Lichtausgabe bei steigender Temperatur, wichtig für das thermische Management.
• Spektrale Verteilung: Ein Diagramm, das die relative Intensität über der Wellenlänge aufträgt und die dominante und die Spitzenwellenlänge sowie die spektrale Breite bestätigt.

Konstrukteure sollten diese Kurven konsultieren, um die Treiberbedingungen zu optimieren, Temperaturabhängigkeiten zu verstehen und die Leistung in der tatsächlichen Betriebsumgebung vorherzusagen.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige hat eine hellgraue Front mit weißen Segmenten. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben.
• Die Toleranz für die Pinspitzenverschiebung beträgt ±0,40 mm.
• Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser für die Pins beträgt 1,0 mm.
• Qualitätsspezifikationen begrenzen Fremdmaterialien, Blasen im Segment, Verformungen des Reflektors und Oberflächenschmutz durch Tinte, um die optische Klarheit und mechanische Integrität sicherzustellen.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Das Bauteil hat eine 10-Pin-Konfiguration mit einer gemeinsamen Anoden-Architektur. Der interne Schaltplan zeigt zwei gemeinsame Anoden-Pins (Pin 1 und Pin 6), die intern miteinander verbunden sind, was Redundanz und potenziell eine bessere Stromverteilung bietet. Die Segment-Kathoden (A-G und DP) sind mit einzelnen Pins verbunden. Diese Konfiguration ist Standard für das Multiplexen mehrerer Ziffern, obwohl es sich hier um eine Einzelziffer handelt. Die Pinbelegung ist wie folgt: 1-Gemeinsame Anode, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Gemeinsame Anode, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Automatisches Löten

Empfohlene Bedingung: 260°C für 5 Sekunden, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Gehäuses. Die Bauteilkörpertemperatur darf während dieses Prozesses ihren Maximalwert nicht überschreiten.

6.2 Manuelles Löten

Empfohlene Bedingung: 350°C ±30°C für maximal 5 Sekunden, wobei die Lötspitze 1,6mm unterhalb der Auflageebene positioniert wird. Es muss darauf geachtet werden, eine längere Hitzeeinwirkung zu vermeiden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt, einschließlich Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsgeräten. Ihre hohe Helligkeit und Lesbarkeit machen sie geeignet für Panel-Messgeräte, Uhr-Anzeigen, einfache Steuereinheiten-Anzeigen und Unterhaltungselektronik, bei der ein klarer numerischer Indikator benötigt wird.

7.2 Kritische Entwurfsüberlegungen

• Ansteuerungsmethode:Konstantstrom-Ansteuerung wird gegenüber Konstantspannung dringend empfohlen, um eine konsistente Lichtstärke und Langlebigkeit sicherzustellen, da die LED-Helligkeit eine Funktion des Stroms und nicht der Spannung ist.
• Strombegrenzung:Die Treiberschaltung muss den Strom zu jedem Segment innerhalb des absoluten Maximalwerts (25mA Dauerstrom, temperaturabhängig reduziert) begrenzen. Ein Überschreiten führt zu schnellem Leistungsabfall.
• Spannungsbereich:Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den gesamten Durchlassspannungsbereich (Vf) von 2,10V bis 2,60V abdeckt, um den beabsichtigten Strom an alle Einheiten zu liefern.
• Sperrspannungsschutz:Die Treiberschaltung sollte einen Schutz (z.B. Seriendioden oder integrierte Schaltungsfunktionen) enthalten, um zu verhindern, dass während des Einschaltens, Abschaltens oder bei Fehlerzuständen eine Sperrspannung oder Spannungsspitzen an die LED-Kathoden angelegt werden.
• Thermisches Management:Der sichere Betriebsstrom muss basierend auf der maximalen Umgebungstemperatur der Anwendungsumgebung reduziert werden, unter Verwendung des Reduktionsfaktors von 0,28 mA/°C über 25°C.

8. Zuverlässigkeitstests

Das Bauteil durchläuft eine umfassende Reihe von Zuverlässigkeitstests basierend auf militärischen (MIL-STD), japanischen industriellen (JIS) und internen Standards. Diese Tests validieren seine Robustheit und Langlebigkeit:

• Betriebslebensdauer (RTOL):1000 Stunden bei maximalem Nennstrom unter Raumtemperatur.
• Umgebungsbelastung:Umfasst Hochtemperatur-/Feuchtigkeitslagerung (500h bei 65°C/90-95% RH), Hoch- und Niedertemperaturlagerung (1000h bei 105°C und -35°C), Temperaturwechsel- und Temperaturschocktests.
• Prozessrobustheit:Lötbeständigkeits- und Lötbarkeitstests stellen sicher, dass das Gehäuse standardmäßige Montageprozesse aushält.

9. Warnhinweise und Nutzungseinschränkungen

Das Bauteil ist nicht für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltungssysteme, Verkehrssicherheitssysteme). Für solche Anwendungen ist eine Konsultation mit dem Hersteller für speziell qualifizierte Komponenten zwingend erforderlich. Der Hersteller übernimmt keine Haftung für Schäden, die durch einen Betrieb außerhalb der absoluten Maximalwerte oder entgegen den bereitgestellten Anweisungen entstehen. Besondere Aufmerksamkeit ist erforderlich, um eine Sperrspannung zu vermeiden, die Metallmigration verursachen und zu erhöhtem Leckstrom oder Ausfall führen kann.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LSHD-F101 unterscheidet sich durch die Verwendung von AlInGaP-Technologie auf einem GaAs-Substrat. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP oder GaP bieten AlInGaP-LEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu größerer Helligkeit führt. Das Merkmal "kontinuierlich gleichmäßige Segmente" deutet auf ein hochwertiges Form- und Diffusordesign hin, das sichtbare Lücken oder Hotspots innerhalb eines Segments eliminiert und zu einem professionelleren und besser lesbaren Zeichenbild führt. Der große Betrachtungswinkel und die kategorisierte Lichtstärke sind weitere Vorteile für Anwendungen, die eine konsistente visuelle Leistung aus verschiedenen Blickwinkeln oder über mehrere Einheiten hinweg erfordern.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit einer 5V-Versorgung und einem einfachen Widerstand ansteuern?

A: Ja, aber eine sorgfältige Berechnung ist erforderlich. Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes (R = (Vversorgung - Vf_LED) / I_LED) und unter Annahme eines ungünstigsten Vf von 2,6V bei 20mA wäre der Widerstandswert (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohm. Aufgrund der Vf-Schwankung kann die Helligkeit jedoch zwischen Segmenten/Anzeigen variieren. Ein Konstantstromtreiber wird für Konsistenz bevorzugt.

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

A: Spitzenwellenlänge (650nm) ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Dominante Wellenlänge (639nm) ist die einzelne Wellenlänge, die beim menschlichen Auge den gleichen Farbeindruck erzeugen würde. Die dominante Wellenlänge ist für die Farbangabe relevanter.

F: Warum gibt es zwei gemeinsame Anoden-Pins?

A: Dies bietet mechanische Symmetrie, vereinfacht das Leiterplattenlayout und kann helfen, den Strom gleichmäßiger zu verteilen, was potenziell die Zuverlässigkeit und Helligkeitsgleichmäßigkeit verbessert.

12. Entwurfs- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeter-Anzeige.

Ein Konstrukteur wählt die LSHD-F101 für eine 2-stellige Voltmeter-Anzeige (erfordert zwei Einheiten). Zuerst prüft er die Helligkeits-Binning-Informationen, um zwei Anzeigen aus demselben Bin für eine gleichmäßige Helligkeit zu beschaffen. Der Mikrocontroller arbeitet mit 3,3V. Um jedes Segment mit einem Ziel von 10mA für gute Helligkeit anzusteuern, entwirft er einen Konstantstrom-Senken-Treiber unter Verwendung eines Transistor-Array-ICs. Die Treiberschaltung enthält Schutzdioden, um induktive Spannungsspitzen von den langen Drähten, die zum Anzeigepanel führen, zu begrenzen. Das Leiterplattenlayout platziert die Anzeigen mit ausreichendem Abstand für die empfohlenen 1,0mm Montagelöcher und beinhaltet eine Massefläche zur Wärmeableitung. Während des Tests überprüfen sie die Segmenthelligkeit bei der maximal erwarteten Umgebungstemperatur von 50°C und bestätigen, dass der Strom entsprechend auf etwa 18mA pro Segment reduziert ist (25mA - (0,28mA/°C * (50-25)°C)).

13. Einführung in das Betriebsprinzip

Die Lichtemission in der LSHD-F101 basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang aus AlInGaP-Materialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das eingebaute Potenzial des Übergangs übersteigt, werden Elektronen aus dem n-Typ-Gebiet und Löcher aus dem p-Typ-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Dort rekombinieren sie und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall Rot. Das GaAs-Substrat ist optisch absorbierend, daher ist der Chip für Emission von der Oberseite ausgelegt, die dann durch das geformte Kunststoffgehäuse gestreut wird, um die gleichmäßigen Segmente zu bilden.

14. Technologietrends und Kontext

AlInGaP-Technologie stellt eine ausgereifte und hocheffiziente Lösung für rote, orange und gelbe LEDs dar. Während neuere Technologien wie Galliumnitrid (GaN)-basierte LEDs den Blau-, Grün- und Weißlichtmarkt dominieren, bleibt AlInGaP aufgrund seiner überlegenen Effizienz und Farbreinheit in diesem Spektralbereich das Material der Wahl für hochleistungsfähige rote Indikatoren und Anzeigen. Trends in der Displaytechnologie umfassen den Wechsel zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für automatisierte Montage und höhere Dichte. Während die LSHD-F101 ein Durchsteckbauteil ist, bleiben ihre Entwurfsprinzipien von hoher Helligkeit, Zuverlässigkeit und kategorisierter Leistung grundlegend. Zukünftige Entwicklungen könnten sich auf weitere Effizienzsteigerungen, breitere Temperaturbereiche und die Integration mit Treiberelektronik konzentrieren.