LTS-4301JR LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Ziffernhöhe - Super-Rot - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-4301JR ist ein einstelliges, siebensegmentiges alphanumerisches LED-Anzeigemodul. Es wurde entwickelt, um klare, kontrastreiche numerische Anzeigen in kompakter Bauform zu liefern. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitertechnologie für seine Leuchtchips, die auf einem transparenten GaAs-Substrat gefertigt sind. Diese Kombination führt zur charakteristischen \"Super-Rot\"-Emission. Die Anzeige verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Ihre Hauptanwendung liegt in elektronischen Geräten, die einen einfachen, zuverlässigen und hellen numerischen Indikator benötigen, wie z.B. in Messgeräten, Unterhaltungselektronik und industriellen Bedienfeldern.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• 0,4-Zoll (10,0 mm) Ziffernhöhe:Bietet einen Kompromiss zwischen Größe und Sichtbarkeit, geeignet für frontplattenmontierte Anwendungen, bei denen Platz ein Faktor ist.
• Kontinuierliche, gleichmäßige Segmente:Bietet ein konsistentes und lückenloses Leuchterscheinungsbild über jedes Segment hinweg und verbessert so die ästhetische Qualität und Lesbarkeit.
• Geringer Leistungsbedarf:Für Energieeffizienz ausgelegt, was es für batteriebetriebene oder stromsparende Geräte geeignet macht.
• Hohe Helligkeit & Hoher Kontrast:Die AlInGaP Super-Rot-Chips liefern eine intensive Lichtausbeute, während das Grau/Weiß-Design den Kontrast für eine einfache Betrachtung maximiert.
• Großer Betrachtungswinkel:Stellt sicher, dass die Anzeige aus einem breiten Blickwinkelbereich lesbar bleibt, nicht nur frontal.
• Kategorisiert nach Lichtstärke:Einheiten werden nach ihrer Lichtausgabe sortiert, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anwendungen ermöglicht.
• Bleifreies Gehäuse (RoHS-konform):Hergestellt gemäß Umweltvorschriften zur Beschränkung gefährlicher Stoffe.
• Zuverlässigkeit der Festkörpertechnik:LEDs bieten im Vergleich zu anderen Anzeigetechnologien eine lange Lebensdauer, Stoßfestigkeit und schnelle Schaltzeiten.

1.2 Bauteilkennzeichnung

Die Artikelnummer LTS-4301JR bezeichnet speziell eine Konfiguration mit gemeinsamer Kathode und einem Dezimalpunkt auf der rechten Seite. Das Suffix \"JR\" ist entscheidend für die Identifizierung der Dezimalpunktposition. Es handelt sich um einen AlInGaP Super-Rot-Emissionstyp.

2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist der maximal zulässige Leistungsverlust als Wärme für ein einzelnes Segment. Eine Überschreitung kann zu Überhitzung und beschleunigtem Abbau führen.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Impulsbreite). Dieser Wert gilt nur für gepulsten Betrieb, nicht für kontinuierliche Gleichstromansteuerung.
• Kontinuierlicher Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom verringert sich linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Beispielsweise wäre bei 85°C der maximale Dauerstrom etwa: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = ~5,2 mA.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Lötbedingungen:Wellen- oder Reflow-Löten sollte durchgeführt werden, wobei sich der Lötpunkt mindestens 1/16 Zoll (≈1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Anzeigekörpers befindet. Die empfohlene Spitzentemperatur beträgt 260°C für maximal 3 Sekunden, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und den internen Verbindungen zu verhindern.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (Ta=25°C)

Dies sind die typischen Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):200-520 µcd bei I_F=1mA. Dieser weite Bereich zeigt an, dass das Bauteil sortiert wird. Die Lichtstärke wird mit einem Sensor gemessen, der auf die photopische (menschliche Augen) Ansprechkurve (CIE) gefiltert ist. Eine Toleranz von ±15% gilt.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):639 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die abgegebene optische Leistung am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die die \"Super-Rot\"-Farbe definiert. Toleranz ist ±1 nm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch) bei I_F=20mA. Dies spezifiziert die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,0V (Min), 2,6V (Typ), mit einer Toleranz von ±0,1V bei I_F=20mA. Die Schaltungsauslegung muss diesen Bereich berücksichtigen, um eine ordnungsgemäße Stromregelung sicherzustellen.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (Max) bei V_R=5V. Dieser Parameter dient nur Testzwecken; ein Dauerbetrieb in Sperrrichtung ist untersagt.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:2:1 (Max). In einer mehrstelligen Anordnung sollte das hellste Segment nicht mehr als doppelt so hell sein wie das dunkelste Segment innerhalb eines ähnlichen Lichtbereichs, um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.
• Übersprechen:≤ 2,5%. Dies bezieht sich auf unerwünschte Lichtemission von einem Segment, das ausgeschaltet sein soll, verursacht durch elektrischen Leckstrom oder optische Kopplung.

3. Erklärung des Sortiersystems

Die LTS-4301JR verwendet ein Sortiersystem hauptsächlich fürLichtstärke. Wie durch den typischen I_V-Bereich von 200-520 µcd angezeigt, werden Anzeigen basierend auf ihrer gemessenen Lichtausgabe bei einem Standardteststrom (1mA) in verschiedene Klassen sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, bei der Montage mehrstelliger Einheiten Anzeigen aus derselben Intensitätsklasse auszuwählen, um merkliche Helligkeitsunterschiede zwischen den Ziffern zu vermeiden. Das Datenblatt rät, Anzeigen aus derselben Klasse zu wählen, um \"Farbton-Ungleichmäßigkeitsprobleme zu vermeiden\", was in diesem Zusammenhang eher Helligkeitsgleichmäßigkeit als Farbverschiebung bedeutet, da die dominante Wellenlänge eng kontrolliert wird (±1 nm).

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die normalerweise umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt, typischerweise in einem sublinearen Verhältnis. Ein Betrieb über dem empfohlenen Dauerstrom führt zu einem Effizienzabfall (Droop) und einer verkürzten Lebensdauer.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht die Dioden-I-V-Kennlinie, entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Demonstriert den thermischen Quencheffekt, bei dem die Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Dies unterstreicht die Bedeutung des Wärmemanagements und der Stromderating.
• Spektrale Verteilung:Ein Diagramm, das die relative Leistung über die Wellenlängen zeigt, zentriert um 631-639 nm mit einer Bandbreite von ~20 nm.

Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen und die Treiberschaltung für Leistung und Langlebigkeit zu optimieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die Anzeige entspricht einem standardmäßigen 10-poligen, einstelligen DIP (Dual In-line Package) Umriss. Wichtige dimensionale Hinweise umfassen:

• Alle linearen Abmessungen sind in Millimetern (mm).
• Allgemeine Toleranz ist ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben.
• Pin-Spitzenverschiebungstoleranz ist ±0,4 mm.
• Fehlertoleranzen auf der Anzeigefläche: Fremdmaterial ≤ 10 mils (0,254 mm), Tintenverschmutzung ≤ 20 mils (0,508 mm), Blasen in Segmenten ≤ 10 mils.
• Reflektorverbiegung muss ≤ 1% seiner Länge sein.
• Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser für die Pins beträgt 0,9 mm, um einen ordnungsgemäßen Sitz zu gewährleisten.

5.2 Pin-Belegung und Polarität

Die LTS-4301JR ist einGemeinsame-Kathode-Bauteil. Es hat zwei gemeinsame Kathodenpins (Pin 3 und Pin 8), die mit Masse (oder dem Low-Side-Treiber) verbunden werden müssen. Die Anoden für die Segmente A-G und den Dezimalpunkt (D.P.) befinden sich auf separaten Pins (Pins 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Pin 6 ist speziell für die rechte Dezimalpunktanode. Ein Pin ist als \"Nicht verbunden\" (N/C) markiert. Das interne Schaltbild zeigt jedes Segment-LED und die Dezimalpunkt-LED mit ihren Anoden, die mit einzelnen Pins verbunden sind, und ihren Kathoden, die mit den gemeinsamen Pins verbunden sind.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Lötprozess

Der absolute Maximalwert spezifiziert eine Lötbedingung von 260°C für 3 Sekunden, gemessen 1/16\" unterhalb der Auflageebene. Dies ist mit Standard-Wellenlöten und vielen Reflow-Profilen kompatibel. Es muss darauf geachtet werden, eine übermäßige Wärmeübertragung auf den Kunststoffkörper zu vermeiden, was Verformung oder interne Schäden verursachen kann.

6.2 Lagerbedingungen

Um Pin-Oxidation und Feuchtigkeitsaufnahme (MSL-Bedenken) zu verhindern, werden die folgenden Lagerbedingungen für die LED-Anzeige in ihrer Originalverpackung empfohlen:

• Temperatur:5°C bis 30°C.
• Relative Luftfeuchtigkeit:Unter 60% RH.

Wenn die Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet werden oder das Produkt länger als 6 Monate außerhalb dieser Bedingungen gelagert wird, wird vor der Montage ein Ausheizen bei 60°C für 48 Stunden empfohlen, das innerhalb einer Woche nach dem Ausheizen abgeschlossen sein sollte.

7. Anwendungsvorschläge und Entwurfsüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist für \"gewöhnliche elektronische Geräte\" wie Bürogeräte, Kommunikationsgeräte und Haushaltsgeräte vorgesehen. Sie ist für jede Anwendung geeignet, die eine einzelne, helle und zuverlässige numerische Anzeige erfordert: digitale Multimeter, Uhren, Timer, Panel-Meter, Gerätesteuerungen und Prüfgeräte.

7.2 Kritische Entwurfshinweise (Warnungen)

• Treiberschaltungsentwurf:Konstantstromansteuerung wird gegenüber Konstantspannung dringend empfohlen, um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten und die LEDs zu schützen. Die Schaltung muss so ausgelegt sein, dass sie den gesamten V_F-Bereich (2,0V bis 2,6V) aufnehmen kann.
• Strombegrenzung:Der sichere Betriebsstrom muss basierend auf der maximalen Umgebungstemperatur unter Anwendung des Derating-Faktors von 0,33 mA/°C über 25°C ausgewählt werden.
• Schutz:Die Schaltung muss Schutz gegen Sperrspannungen und transiente Spannungsspitzen während des Ein-/Ausschaltens enthalten, um Schäden zu verhindern.
• Wärmemanagement:Vermeiden Sie den Betrieb bei Strömen oder Umgebungstemperaturen, die höher als die spezifizierten sind, da dies zu einer starken Verschlechterung der Lichtausgabe und vorzeitigem Ausfall führt.
• Mechanische Handhabung:Wenden Sie während der Montage keine abnormale Kraft auf den Anzeigekörper an. Wenn ein dekorativer Film oder Filter mit Haftkleber angebracht wird, vermeiden Sie, dass er direkt gegen die Anzeigefläche drückt, da es zu Verschiebungen kommen kann.
• Mehrstellige Anordnungen:Verwenden Sie immer Anzeigen aus derselben Lichtstärkeklasse, um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten.
• Umwelt:Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchten Umgebungen, um Kondensation auf der Anzeige zu verhindern.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die primären Unterscheidungsmerkmale der LTS-4301JR sind die Verwendung vonAlInGaP-Technologie und ihre spezifischeSuper-Rot-Farbe. Im Vergleich zu älteren GaAsP- oder GaP-LED-Technologien bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu größerer Helligkeit führt. Das \"Super-Rot\" (631-639 nm) ist eine deutliche, gesättigte rote Farbe. Das Grau/Weiß-Design bietet auch bei ausgeschalteter LED ein hohes Kontrastverhältnis und verbessert die Gesamtästhetik. Ihre Kategorisierung nach Lichtstärke ist ein Schlüsselmerkmal für professionelle Anwendungen, die Konsistenz erfordern.

9. 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 maximalen V_F von 2,6V und einem gewünschten I_F von 20mA wäre der Serienwiderstandswert R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ω. Sie müssen jedoch die Verlustleistung im Widerstand überprüfen und sicherstellen, dass der Strom das für Ihre Betriebstemperatur abgeminderte Limit nicht überschreitet.

F: Warum wird Konstantstromansteuerung empfohlen?

A: Die LED-Helligkeit ist eine Funktion des Stroms, nicht der Spannung. Die Durchlassspannung (V_F) hat eine Toleranz und variiert mit der Temperatur. Eine Konstantstromquelle stellt sicher, dass die gewünschte Lichtstärke unabhängig von diesen Variationen beibehalten wird, was zu konsistenter Leistung und längerer Lebensdauer führt.

F: Was bedeutet \"gemeinsame Kathode\" für meine Mikrocontroller-Schnittstelle?

A: Für eine Anzeige mit gemeinsamer Kathode werden die gemeinsamen Pins mit Masse verbunden. Die Mikrocontroller-Pins (oder Treiber-IC) sollten Strom zu den einzelnen Segment-Anodenpins liefern, um sie einzuschalten. Dies erfordert typischerweise aktive-High-Signale vom Treiber.

F: Der Spitzenstrom beträgt 90mA, kann ich diesen für eine hellere Anzeige verwenden?

A: Nein. Der 90mA-Wert gilt streng nur für sehr kurze Impulse (0,1ms Breite) bei einem niedrigen Tastverhältnis (1/10 oder 10%). Die kontinuierliche Verwendung dieses Stroms wird die LED zerstören. Entwerfen Sie immer für den Nenn-Dauerstrom (25mA bei 25°C, mit Temperatur derated).

10. Praktischer Entwurf und Anwendungsfall

Fall: Entwurf einer einstelligen Voltmeter-Anzeige.

Ein Konstrukteur erstellt ein einfaches 0-9V Voltmeter mit einer einstelligen Anzeige für eine grobe Anzeige. Er wählt die LTS-4301JR aufgrund ihrer Helligkeit und Klarheit. Die Schaltung verwendet einen Mikrocontroller mit einem ADC zur Spannungsmessung. Die I/O-Pins des Mikrocontrollers können nicht genug Strom liefern, daher wird ein dedizierter LED-Treiber-IC (z.B. ein 7-Segment-Decoder/Treiber mit Konstantstromausgängen) verwendet. Der Konstrukteur setzt den Konstantstrom des Treibers auf 15 mA pro Segment, was ausreichende Helligkeit bietet und gleichzeitig deutlich unter dem 25mA-Nennwert bei Raumtemperatur bleibt, was Spielraum für wärmere Umgebungen lässt. Die gemeinsamen Kathodenpins sind mit der Masse des Treibers verbunden. Der Konstrukteur spezifiziert LTS-4301JR-Einheiten aus derselben Intensitätsklasse (z.B. 400-450 µcd) für die Einkaufsabteilung, um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten. Ein strombegrenzender Widerstand ist nicht erforderlich, da der Treiber-IC die Regelung übernimmt. Das PCB-Layout platziert die Löcher für die Anzeigepins mit dem empfohlenen Durchmesser von 0,9 mm.

11. Einführung des Betriebsprinzips

Die LTS-4301JR basiert auf dem Elektrolumineszenzprinzip eines Halbleiter-P-N-Übergangs. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Einschaltspannung der Diode (≈2,0-2,6V) überschreitet, rekombinieren Elektronen aus der n-dotierten AlInGaP-Region mit Löchern aus der p-dotierten Region in der aktiven Schicht. Dieses Rekombinationsereignis setzt 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 rotes Licht um 631-639 nm. Das transparente GaAs-Substrat ermöglicht es, mehr von diesem erzeugten Licht austreten zu lassen, was die externe Effizienz erhöht. Jedes Segment der '7'-Form enthält einen oder mehrere dieser winzigen LED-Chips, die parallel geschaltet sind.

12. Technologietrends und Kontext

Die AlInGaP-LED-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren roten LED-Materialien wie GaAsP dar. Sie bietet eine überlegene Lichtausbeute, d.h. mehr Lichtausbeute pro elektrischem Watt Eingangsleistung, und eine bessere Temperaturstabilität. Der Trend bei Anzeigekomponenten geht zu höherer Effizienz, geringerem Stromverbrauch und größerer Integration. Während diskrete 7-Segment-Anzeigen wie die LTS-4301JR für spezifische Anwendungen, die Einfachheit, Robustheit und direkte Sichtbarkeit erfordern, nach wie vor wichtig sind, migrieren viele neue Designs zu integrierten Punktmatrix-LED-Anzeigen oder OLEDs für grafische Flexibilität. Für dedizierte numerische Anzeigen, bei denen Kosten, Helligkeit und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind, bleiben einstellige AlInGaP-Anzeigen jedoch eine bevorzugte und technologisch ausgereifte Lösung.