LTS-3861JE LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll Ziffernhöhe - AlInGaP Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3861JE ist ein hochwertiges Einzelziffer-Siebensegment-Anzeigemodul für Anwendungen, die klare numerische Anzeigen erfordern. Ihr Kernstück ist ein Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial, das für die charakteristische hellrote Lichtemission verantwortlich ist. Das Bauteil verfügt über eine hellgraue Front mit weißen Segmentmarkierungen, was einen ausgezeichneten Kontrast für eine verbesserte Lesbarkeit bietet. Mit einer Ziffernhöhe von 0,3 Zoll (7,62 mm) bietet sie eine kompakte, dennoch gut lesbare Anzeigelösung, die für eine Vielzahl elektronischer Geräte geeignet ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige ist auf Zuverlässigkeit und Effizienz ausgelegt. Zu den Hauptvorteilen zählen ein geringer Stromverbrauch, eine hohe Helligkeit und ein großer Betrachtungswinkel, die eine gleichmäßige Leistung aus verschiedenen Blickwinkeln gewährleisten. Sie nutzt die robuste LED-Technologie, die im Vergleich zu älteren Anzeigetechnologien wie Glühlampen oder Vakuum-Fluoreszenz-Anzeigen eine überlegene Lebensdauer und Stoßfestigkeit bietet. Das Bauteil ist nach Lichtstärke kategorisiert, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in Mehrfachziffernanwendungen ermöglicht. Die primären Zielmärkte umfassen Industrie-Bedienfelder, Prüf- und Messgeräte, Haushaltsgeräte und Instrumentierung, wo eine klare, zuverlässige numerische Anzeige erforderlich ist.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Die Leistung der LTS-3861JE wird durch eine Reihe elektrischer und optischer Parameter definiert, die unter Standardbedingungen (Ta=25°C) gemessen werden. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die von einem einzelnen beleuchteten Segment sicher abgeführt werden kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, typischerweise spezifiziert unter Bedingungen wie einem 1/10 Tastverhältnis und 0,1 ms Pulsbreite, verwendet für Multiplexing oder kurze Übersteuerung.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear mit einer Rate von 0,28 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann den LED-Übergang beschädigen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für höchstens 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter normalen Betriebsbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 320 μcd (min) bis 800 μcd (typ) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA. Dies misst die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Typischerweise 632 nm bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typischerweise 624 nm bei I_F=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die die Farbe definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Typischerweise 20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typischerweise 2,6 V (max 2,6V) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im leitenden Zustand.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1. Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsschwankung zwischen verschiedenen Segmenten desselben Bauteils bei I_F=1mA und gewährleistet so ein gleichmäßiges Erscheinungsbild.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LTS-3861JE verwendet ein Kategorisierungssystem für die Lichtstärke. Das bedeutet, Bauteile werden getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei einem Standardteststrom (typischerweise 1mA oder 20mA) in spezifische Bins einsortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Anzeigen mit konsistenten Helligkeitsstufen auszuwählen, was für Mehrfachziffernanzeigen entscheidend ist, bei denen ungleichmäßige Ausleuchtung visuell störend wäre. Während die spezifischen Bincodes in diesem Datenblatt nicht detailliert sind, stellt diese Praxis sicher, dass alle Segmente innerhalb einer Anzeige und über mehrere Anzeigen in einem System hinweg eng abgestimmte Leistungswerte aufweisen.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische/optische Kennlinien. Diese Diagramme sind wesentlich, um das Bauteilverhalten über die Ein-Punkt-Daten in den Tabellen hinaus zu verstehen.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem durch die LED fließenden Strom und der daran anliegenden Spannung. Sie ist nichtlinear und weist eine Schwellenspannung (etwa 2V für AlInGaP rot) auf, unterhalb derer nur sehr wenig Strom fließt. Oberhalb dieser Schwelle steigt der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung rapide an. Diese Eigenschaft erfordert den Einsatz eines strombegrenzenden Widerstands oder Konstantstromtreibers in Reihe mit der LED, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht, wie sich die Lichtausbeute (in Millicandela oder Mikrocandela) mit dem Treiberstrom ändert. Im Allgemeinen steigt die Lichtstärke mit dem Strom, aber die Beziehung ist möglicherweise nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen, wo der Wirkungsgrad aufgrund von Erwärmungseffekten sinken kann.

4.3 Temperaturabhängigkeit

Obwohl hier nicht explizit grafisch dargestellt, zeigt die Reduzierung des Dauer-Durchlassstroms (0,28 mA/°C) eine starke Temperaturabhängigkeit an. Die LED-Durchlassspannung nimmt typischerweise mit steigender Temperatur ab, während auch der Lichtwirkungsgrad sinkt. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement in der Anwendung ist entscheidend, um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LTS-3861JE ist in einem standardmäßigen 10-Pin-Einzelziffer-Gehäuse erhältlich. Alle kritischen Abmessungen wie Gesamthöhe, Breite, Ziffernfenstergröße und Pinabstand sind in einer detaillierten Zeichnung angegeben. Die Toleranzen für diese Abmessungen betragen typischerweise ±0,25 mm (0,01 Zoll), sofern nicht anders angegeben. Diese Informationen sind entscheidend für das PCB-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes im Gehäuse des Endprodukts.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Das Bauteil hat eine gemeinsame Anoden-Konfiguration (Common Anode). Das bedeutet, die Anoden (positive Anschlüsse) aller LED-Segmente sind intern mit gemeinsamen Pins (Pin 1 und Pin 6) verbunden. Die Kathoden (negative Anschlüsse) für jedes Segment (A, B, C, D, E, F, G und Dezimalpunkt DP) sind auf einzelne Pins (Pin 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) herausgeführt. Um ein Segment zu beleuchten, muss der gemeinsame Anoden-Pin mit einer Spannungsquelle verbunden werden, die höher ist als die Durchlassspannung der LED, und der entsprechende Kathoden-Pin muss über einen strombegrenzenden Widerstand mit Masse (oder einer niedrigeren Spannung) verbunden werden.

5.3 Internes Schaltbild

Das Datenblatt enthält ein internes Schaltbild, das die Common-Anode-Architektur visuell bestätigt. Es zeigt die Verbindung der zehn Pins mit den Anoden und Kathoden der sieben Hauptsegmente (A-G) und des Dezimalpunkts (DP). Dieses Diagramm ist eine wertvolle Referenz für die Fehlersuche und das Verständnis des elektrischen Layouts.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Der absolute Maximalwert für das Löten ist klar angegeben: eine Spitzentemperatur von 260°C für eine maximale Dauer von 3 Sekunden, gemessen an einem Punkt 1,6 mm unterhalb des Gehäusekörpers. Dies ist mit Standard-Lötzinn-freien Reflow-Lötprofilen kompatibel. Es ist entscheidend, diese Grenzwerte einzuhalten, um Schäden an den internen LED-Chips, Bonddrähten oder dem Kunststoffgehäusematerial zu verhindern. Längere Exposition gegenüber hoher Temperatur kann eine Vergilbung der Linse, Delaminierung oder einen erhöhten Durchlassspannungsabfall verursachen. Empfohlene Lagerbedingungen liegen innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +105°C in einer trockenen Umgebung, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode für eine Common-Anode-Anzeige wie die LTS-3861JE ist das Multiplexing, insbesondere wenn mehrere Ziffern verwendet werden. Ein Mikrocontroller aktiviert sequentiell die gemeinsame Anode jeder Ziffer, während er gleichzeitig das Segmentmuster für diese Ziffer auf den Kathodenleitungen ausgibt. Dies reduziert die Anzahl der benötigten I/O-Pins erheblich. Jede Kathodenleitung muss einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand haben. Der Widerstandswert wird mit der Formel berechnet: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei V_Fdie Durchlassspannung der LED (z.B. 2,6V) und I_Fder gewünschte Durchlassstrom (z.B. 10-20 mA) ist.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Immer einen strombegrenzenden Widerstand oder Konstantstromtreiber verwenden. Das direkte Anschließen der LED an eine Spannungsquelle führt zu übermäßigem Stromfluss und sofortigem Ausfall.
• Wärmeableitung:Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist, muss bei multiplexierten Anwendungen mit hohen Spitzenströmen sichergestellt werden, dass die durchschnittliche Leistung und die Temperaturabsenkung eingehalten werden.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber bei der mechanischen Konstruktion sollte die primäre Betrachtungsrichtung berücksichtigt werden, um Kontrast und Lesbarkeit zu maximieren.
• ESD-Schutz:AlInGaP-LEDs können empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) sein. Während der Montage sind Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen zu implementieren.

8. Technischer Vergleich

Im Vergleich zu älteren roten LED-Technologien wie Galliumarsenidphosphid (GaAsP) bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu helleren Anzeigen bei gleichem Strom oder ähnlicher Helligkeit bei geringerer Leistung führt. Es bietet auch eine bessere Farbreinheit (ein gesättigteres Rot) und Stabilität über Temperatur und Zeit. Im Vergleich zu Seitenleucht- oder Punktmatrixanzeigen ist das Siebensegment-Format für die numerische und begrenzte alphanumerische Zeichenanzeige mit minimaler Treiberkomplexität optimiert.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck der beiden gemeinsamen Anoden-Pins (Pin 1 und Pin 6)?

A: Sie sind intern verbunden. Zwei Pins zu haben hilft, den gesamten Anodenstrom (der die Summe der Ströme mehrerer beleuchteter Segmente sein kann) zu verteilen und verbessert die mechanische Stabilität auf der Leiterplatte.

F: Kann ich diese Anzeige mit einem 3,3V-Mikrocontroller ohne Pegelwandler ansteuern?

A: Möglicherweise, aber Sie müssen die Durchlassspannung prüfen. Bei einem typischen V_Fvon 2,6V beträgt der Spannungsabfall über einem strombegrenzenden Widerstand nur 0,7V (3,3V - 2,6V). Für einen Strom von 10mA wäre ein sehr kleiner Widerstand (70 Ohm) erforderlich. Kleine Schwankungen in V_Foder der Versorgungsspannung können große Stromänderungen verursachen. Eine 5V-Versorgung ist typischer und bietet mehr Spielraum für eine stabile Stromregelung.

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

A: Es bedeutet, dass Sie Bauteile aus demselben Lichtstärke-Bin bestellen können, um eine gleichmäßige Helligkeit über alle Ziffern in Ihrem Produkt hinweg sicherzustellen. Wenn Gleichmäßigkeit nicht kritisch ist, erhalten Sie möglicherweise Anzeigen aus einem breiteren Bereich von Bins.

10. Praktischer Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer Digitalmultimeter-Anzeige:Ein Entwickler entwirft ein 3,5-stelliges Multimeter. Er würde vier LTS-3861JE-Anzeigen verwenden (drei volle Ziffern und eine für die \"halbe\" Ziffer, die typischerweise nur die Segmente '1' und möglicherweise andere zeigt). Der Mikrocontroller würde die Anzeigen multiplexen. Die hohe Helligkeit und der Kontrast gewährleisten die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen. Der geringe Stromverbrauch steht im Einklang mit dem Ziel, die Batterielebensdauer in einem tragbaren Instrument zu maximieren. Die Kategorisierung nach Lichtstärke ist hier entscheidend, um zu verhindern, dass eine Ziffer merklich dunkler oder heller als die anderen erscheint, was das professionelle Erscheinungsbild und die Lesbarkeit des Instruments beeinträchtigen würde.

11. Funktionsprinzip

Die LTS-3861JE basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Das aktive Material ist AlInGaP. 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 den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In einem direkten Bandabstand-Halbleiter wie AlInGaP setzt diese Rekombination Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandabstandsenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall Rot bei etwa 624-632 nm. Das nicht transparente GaAs-Substrat hilft, das Licht nach oben zu reflektieren und verbessert so die gesamte Lichtextraktionseffizienz von der Oberseite des Bauteils.

12. Technologietrends

Die AlInGaP-Technologie stellt eine ausgereifte und hocheffiziente Lösung für rote, orange und gelbe LEDs dar. Aktuelle Trends in der Anzeigetechnologie für solche Indikatoren umfassen ein weiteres Streben nach höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), um Systeme mit geringerem Stromverbrauch zu ermöglichen. Es gibt auch laufende Entwicklungen in der Gehäusetechnik, um noch kleinere Bauformen oder andere Betrachtungseigenschaften zu ermöglichen. Obwohl nicht direkt auf diese Segmentanzeige anwendbar, sieht die breitere LED-Industrie die Integration von Treiberelektronik direkt mit dem LED-Chip (z.B. in COB - Chip-on-Board oder integrierten IC-LED-Gehäusen), was den Systementwurf vereinfacht. Für Siebensegmentanzeigen bleibt die Kern-AlInGaP-Technologie aufgrund ihrer bewährten Zuverlässigkeit und Leistung die dominierende Wahl für Hochhelligkeits-Rotanwendungen.