LTS-3861JG LED-Anzeige Datenblatt - 0,3-Zoll Ziffernhöhe - Grün (AlInGaP) - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3861JG ist ein kompaktes Einzelziffer-7-Segment-Alphanumerik-Displaymodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die eine klare, helle numerische Anzeige bei geringem Stromverbrauch erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die Bereitstellung einer gut lesbaren digitalen Anzeige. Die Kerntechnologie nutzt Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) Halbleitermaterial für die Leuchtdioden (LED)-Chips. AlInGaP ist für seine hohe Effizienz und hervorragende Leuchtleistung im Wellenlängenbereich von Bernstein bis Grün bekannt. Dieses spezifische Bauteil emittiert grünes Licht und bietet eine gute Balance aus Sichtbarkeit und Augenschonung. Die Anzeige verfügt über eine graue Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit bei beleuchteten oder unbeleuchteten Segmenten verbessert. Sie wird basierend auf der Lichtstärke kategorisiert, was eine Binning und eine gleichbleibende Helligkeit über Produktionschargen hinweg ermöglicht. Das Bauteil ist in einer gemeinsamen Anoden-Konfiguration (Common Anode) aufgebaut, was den Schaltungsentwurf für Multiplex-Anwendungen vereinfacht.

2. Tiefgehende Analyse der technischen Parameter

2.1 Photometrische und optische Kennwerte

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Die mittlere Lichtstärke (Iv) ist mit einem typischen Wert von 800 µcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA spezifiziert, mit einem Minimum von 320 µcd. Dieser Parameter definiert die wahrgenommene Helligkeit. Die dominante Wellenlänge (λd) beträgt 572 nm, was die Emission klar im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums verortet. Die Spitzenemissionswellenlänge (λp) beträgt 571 nm und die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) 15 nm, was auf eine relativ reine Farbe mit minimaler spektraler Streuung hindeutet. Das Lichtstärkeverhältnis zwischen den Segmenten ist mit maximal 2:1 spezifiziert, was eine gleichmäßige Helligkeit über die gesamte Ziffer für ein konsistentes Erscheinungsbild gewährleistet.

2.2 Elektrische und thermische Kennwerte

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und Leistungsanforderungen. Die absoluten Maximalwerte sind für einen zuverlässigen Betrieb kritisch: Die Verlustleistung pro Segment darf 70 mW nicht überschreiten. Der zulässige Dauer-Durchlassstrom pro Segment beträgt bei 25°C 25 mA, mit einem Derating-Faktor von 0,33 mA/°C für Umgebungstemperaturen über 25°C. Ein Spitzen-Durchlassstrom von 60 mA ist unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Die Durchlassspannung (VF) pro Segment hat einen typischen Wert von 2,6 V bei IF=20 mA, mit einem Maximum von 2,6 V. Die zulässige Sperrspannung beträgt 5 V und der Sperrstrom (IR) maximal 100 µA bei VR=5V. Das Bauteil ist für einen Betriebs- und Lagertemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil \"nach Lichtstärke kategorisiert\" ist. Dies impliziert einen Binning- oder Sortierprozess nach der Fertigung. LEDs weisen aufgrund mikroskopischer Unterschiede in der Halbleiterepitaxie natürliche Schwankungen in der Ausgangsleistung auf. Um dem Endanwender Konsistenz zu gewährleisten, messen Hersteller die Lichtstärke jedes einzelnen Bauteils und sortieren sie basierend auf vordefinierten Intensitätsbereichen (z.B. High-Brightness-Bin, Standard-Bin) in verschiedene Bins oder Kategorien ein. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile mit garantierten Mindesthelligkeitswerten für ihre Anwendung auszuwählen und auffällige Helligkeitsunterschiede zu vermeiden, wenn mehrere Anzeigen nebeneinander verwendet werden. Auch wenn die spezifischen Bin-Codes in diesem Dokument nicht detailliert sind, stellt diese Praxis eine vorhersehbare Leistung sicher.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte Datenblattauszug auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\" verweist, sind die spezifischen Grafiken nicht im Text enthalten. Typischerweise würden solche Kurven für eine LED-Anzeige mehrere wichtige Diagramme umfassen. Die Kurve Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V) zeigt die nichtlineare Beziehung, die für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung entscheidend ist. Die Kurve Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt, oft mit einem linearen Bereich vor dem Effizienzabfall. Die Kurve Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur ist entscheidend, um die Helligkeitsabnahme bei hohen Temperaturen zu verstehen und thermische Managemententscheidungen zu treffen. Die Kurve der spektralen Leistungsverteilung würde die dominante und die Spitzenwellenlänge visuell bestätigen und das schmale Emissionsband charakteristisch für AlInGaP-LEDs zeigen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LTS-3861JG wird mit einer detaillierten Gehäuseabmessungszeichnung präsentiert (referenziert, aber im Text nicht vollständig detailliert). Zu den wichtigsten mechanischen Spezifikationen gehört eine Ziffernhöhe von 0,3 Zoll (7,62 mm). Die Gesamtgehäuseabmessungen, der Anschlussabstand und die Auflageebene sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm definiert, sofern nicht anders angegeben. Die physische Konstruktion beherbergt die AlInGaP-LED-Chips auf einem nicht transparenten Galliumarsenid (GaAs)-Substrat in einem Kunststoffgehäuse. Die graue Front mit weißen Segmenten sorgt für das unbeleuchtete Erscheinungsbild. Die Pinbelegung für das 10-polige Gehäuse ist klar definiert.

6. Pinbelegung und interner Schaltkreis

Das Bauteil hat eine 10-polige Konfiguration. Die Pins 1 und 6 sind beide mit der GEMEINSAMEN ANODE verbunden. Dieses Dual-Anoden-Design hilft bei der Stromverteilung und kann das PCB-Layout erleichtern. Die verbleibenden Pins sind individuelle Kathoden für jedes Segment: Pin 2 (Kathode F), Pin 3 (Kathode G), Pin 4 (Kathode E), Pin 5 (Kathode D), Pin 7 (Kathode D.P. für den Dezimalpunkt), Pin 8 (Kathode C), Pin 9 (Kathode B) und Pin 10 (Kathode A). Das interne Schaltbild (referenziert) würde zeigen, wie diese zehn Pins mit den Anoden und Kathoden der acht LEDs (sieben Segmente plus ein Dezimalpunkt) verbunden sind, die in einer gemeinsamen Anoden-Matrix angeordnet sind. Das Verständnis dieses Layouts ist für den Entwurf der korrekten Treiberschaltung essentiell, die typischerweise einen Mikrocontroller mit Segmenttreibern oder einen dedizierten Displaytreiber-IC beinhaltet.

7. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte beinhalten eine kritische Lötvorgabe: Das Bauteil kann eine maximale Löttemperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden aushalten, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine Standardbeschränkung für Reflow-Lötprofile. Designer müssen sicherstellen, dass ihr PCB-Montageprozess, ob Wellen- oder Reflow-Löten, diese Grenze einhält, um Schäden an den internen LED-Chips, Bonddrähten oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Längere Exposition gegenüber hoher Temperatur kann Vergilbung des Kunststoffs, Abbau des Epoxidharzes oder Ausfall der Halbleiterübergänge verursachen. Ein ordnungsgemäßer Umgang zur Vermeidung elektrostatischer Entladung (ESD) ist ebenfalls impliziert, wenn auch nicht explizit angegeben, da LEDs generell empfindlich auf Spannungsspitzen reagieren.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTS-3861JG eignet sich für eine breite Palette von Niedrigenergie-, tragbaren und netzbetriebenen Geräten, die eine einzelne numerische Ziffernanzeige benötigen. Häufige Anwendungen sind: Instrumententafeln (Voltmeter, Amperemeter, Timer), Haushaltsgeräte (Mikrowellen, Backöfen, Kaffeemaschinen), Unterhaltungselektronik (Audiogeräte, Ladegeräte), Industrie-Steuerungen (Sollwertanzeigen, Zähleinheiten) und medizinische Geräte. Ihr geringer Strombedarf macht sie ideal für batteriebetriebene Geräte.

8.2 Designüberlegungen

Bei der Integration dieser Anzeige müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden.Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Segmentkathode (oder ein Konstantstromtreiber) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf einen sicheren Wert einzustellen (z.B. 10-20 mA für volle Helligkeit, 1-5 mA für geringeren Verbrauch). Der Widerstandswert wird mit R = (Versorgungsspannung - VF) / IF berechnet.Multiplexing:Für Mehrfachziffernsysteme ist diese Common-Anode-Anzeige leicht zu multiplexen. Ein Mikrocontroller würde sequentiell die gemeinsame Anode jeder Ziffer über einen Transistorschalter aktivieren, während er gleichzeitig das Segmentmuster für diese Ziffer auf den gemeinsamen Kathodenleitungen ausgibt.Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber die endgültige Montageorientierung sollte berücksichtigt werden.Thermisches Management:Obwohl der Verbrauch gering ist, sollte sichergestellt werden, dass die Umgebungstemperatur innerhalb der Spezifikation bleibt, insbesondere bei geschlossenen Gehäusen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten differenzierenden Vorteile der LTS-3861JG ergeben sich aus ihrer AlInGaP-Technologie im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs. AlInGaP bietet eine deutlich höhere Lumenausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Treiberstrom oder äquivalenter Helligkeit bei niedrigerem Strom führt und so die Batterielebensdauer verlängert. Die Farbreinheit (schmale spektrale Breite) ist ebenfalls überlegen. Im Vergleich zu größeren Ziffernanzeigen bietet die 0,3-Zoll-Größe einen kompakten Platzbedarf. Das Common-Anode-Design ist verbreiteter und oft einfacher mit Standard-Mikrocontroller-Ports zu verbinden, die als Stromsenken konfiguriert sind. Die Kategorisierung nach Lichtstärke bietet gegenüber nicht gebinnten Teilen den Vorteil, Helligkeitskonsistenz zu garantieren.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Welchen Widerstandswert sollte ich für eine 5V-Versorgung und 10 mA pro Segment verwenden?

A: Unter Verwendung des typischen VF von 2,6V: R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohm. Ein 220 Ohm oder 270 Ohm Standardwiderstand wäre geeignet.

F: Kann ich sie direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Es wird nicht empfohlen, den vollen Segmentstrom (bis zu 25 mA) direkt von den meisten MCU-Pins zu beziehen/senken, die oft auf 20 mA absolut max. pro Pin und weniger für Dauerbetrieb begrenzt sind. Verwenden Sie einen Transistor oder einen dedizierten Treiber-IC (z.B. 74HC595 Schieberegister mit strombegrenzenden Widerständen oder einen Konstantstrom-LED-Treiber).

F: Warum gibt es zwei gemeinsame Anodenpins (1 und 6)?

A: Dies unterstützt das PCB-Layout, indem zwei Anschlusspunkte für die gemeinsame Anode bereitgestellt werden, was eine bessere Stromverteilung und ein einfacheres Routing der Leiterbahnen ermöglicht, insbesondere wenn die Anzeige über anderen Komponenten platziert wird.

F: Wie beeinflusst die Temperatur die Helligkeit?

A: Die LED-Lichtstärke nimmt typischerweise ab, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Das Derating des Dauerstroms (0,33 mA/°C über 25°C) ist ein Indikator dafür. Für eine präzise Helligkeitsregelung über den Temperaturbereich können Rückkopplung oder Kompensation erforderlich sein.

11. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen digitalen Timers mit einem Mikrocontroller. Die LTS-3861JG würde die Sekundenziffer (0-9) anzeigen. Die I/O-Ports des MCU würden konfiguriert: Ein Pin zur Steuerung eines PNP-Transistors, der die gemeinsame Anode an Vcc schaltet, und 7 andere Pins (jeweils mit einem 220-Ohm-Vorwiderstand) verbunden mit den Kathoden A-G. Die Firmware würde eine Look-up-Tabelle enthalten, die Zahlen 0-9 in das entsprechende 7-Segment-Muster umwandelt (z.B. '0' = 0b00111111). Sie würde die Anode aktivieren, das Muster ausgeben, auf das Multiplexing-Intervall warten und dann die Anode deaktivieren. Dieser Ansatz minimiert den Pin-Verbrauch. Der geringe Stromverbrauch ermöglicht es dem Timer, mit einer kleinen Batterie über lange Zeiträume zu laufen. Der hohe Kontrast und der große Betrachtungswinkel stellen sicher, dass die Zeit aus verschiedenen Positionen lesbar ist.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTS-3861JG basiert auf Festkörper-Beleuchtungstechnologie. Jedes Segment enthält einen oder mehrere AlInGaP-LED-Chips. Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Bei Durchlasspolung (positive Spannung an der Anode relativ zur Kathode) werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. In AlInGaP setzt diese Rekombination Energie in Form von Photonen (Licht) frei, deren Wellenlänge durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt wird. Die spezifische Legierungszusammensetzung aus Aluminium, Indium, Gallium und Phosphid ist darauf ausgelegt, grünes Licht bei etwa 572 nm zu erzeugen. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert nach unten emittiertes Licht und verbessert so den Kontrast. Das Licht wird dann durch die Epoxidharzlinse des Gehäuses geformt und emittiert, wodurch die erkennbare Segmentform entsteht.

13. Technologietrends und Kontext

Während AlInGaP einen bedeutenden Fortschritt für rote, orange, bernsteinfarbene und grüne LEDs darstellte, hat sich die Landschaft für grüne Emitter weiterentwickelt. Für sehr hocheffizientes grünes Licht sind auf Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) basierende LEDs heute dominant, insbesondere im rein grünen bis blauen Spektrum. AlInGaP bleibt jedoch im bernstein-grünen Bereich aufgrund seiner hervorragenden Leistung und Stabilität hoch wettbewerbsfähig. Der Trend bei Displays geht zu höherer Dichte, Vollfarbfähigkeit und Integration. Einzelziffer-7-Segment-Anzeigen wie die LTS-3861JG stellen eine ausgereifte, kosteneffektive Lösung für Anwendungen dar, bei denen nur numerische Informationen benötigt werden. Ihre Vorteile sind Einfachheit, Robustheit, niedrige Kosten und extreme einfache Anbindung im Vergleich zu komplexeren Punktmatrix- oder Grafik-OLED/LCD-Modulen. Sie werden weiterhin in Anwendungen weit verbreitet eingesetzt, bei denen diese Eigenschaften gegenüber Grafikfähigkeiten im Vordergrund stehen.