LTS-10804KF LED-Anzeige Datenblatt - 1,0-Zoll Ziffernhöhe - Gelb-Orange - 25mA Durchlassstrom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-10804KF ist eine einstellige, alphanumerische Siebensegmentanzeige, die für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Ziffern (0-9) und einigen Buchstaben mithilfe individuell gesteuerter LED-Segmente. Das Bauteil nutzt fortschrittliche Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitertechnologie, die auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen wird, um ihr charakteristisches gelb-oranges Licht zu erzeugen. Diese Materialwahl ist entscheidend für ihre Leistung und bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-Galliumphosphid eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität. Die Anzeige verfügt über eine schwarze Frontplatte mit weißen Segmentmarkierungen, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen erheblich verbessert. Dies macht sie sowohl für Innen- als auch für Außenanwendungen geeignet, bei denen die Sichtbarkeit entscheidend ist.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die LTS-10804KF bietet mehrere deutliche Vorteile, die sie gut auf dem Markt für Industrie- und Konsumelektronik positionieren. Ihr geringer Leistungsbedarf ist ein Hauptvorteil, der die Integration in batteriebetriebene oder energieempfindliche Geräte ermöglicht, ohne die Helligkeit zu beeinträchtigen. Die hohe Lichtstärke, die zur Konsistenz kategorisiert ist, gewährleistet ein einheitliches Erscheinungsbild über Produktionschargen hinweg, was für mehrstellige Anzeigen in Instrumenten und Panels entscheidend ist. Die Festkörperzuverlässigkeit von LEDs bedeutet eine lange Betriebsdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und Vibration, was herkömmliche Glüh- oder Vakuum-Fluoreszenzanzeigen übertrifft. Der große Betrachtungswinkel garantiert Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen, was für Panel-Messgeräte, Prüfausrüstung und Statusanzeigen unerlässlich ist. Das bleifreie Gehäuse gewährleistet die Einhaltung globaler Umweltvorschriften wie RoHS. Diese Kombination von Merkmalen macht die Anzeige ideal für Zielmärkte wie Industrie-Steuerpanels, Automobil-Armaturenbretter (für Zubehör), medizinische Instrumentierung, Test- und Messgeräte sowie Konsumgeräte, bei denen eine langlebige, klare und effiziente numerische Anzeige erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der elektrischen und optischen Spezifikationen ist für einen erfolgreichen Schaltungsentwurf und Integration entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt 134 mW. Der Spitzendurchlassstrom pro Segment ist mit 60 mA angegeben, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Für Dauerbetrieb beträgt der maximale Durchlassstrom pro Segment 25 mA bei 25°C, der linear mit 0,33 mA/°C abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur steigt. Diese Entlastung ist für das thermische Management entscheidend; das Überschreiten des Dauerstroms bei einer bestimmten Temperatur kann zu Überhitzung, beschleunigtem Lichtstromrückgang und letztendlichem Ausfall führen. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich ist von -35°C bis +105°C spezifiziert, was auf eine robuste Leistung in rauen Umgebungen hinweist. Die Lötbedingung gibt eine maximale Temperatur von 260°C für 3 Sekunden in einem Abstand von 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene an und liefert klare Richtlinien für PCB-Montageprozesse.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Betriebsparameter, gemessen bei Ta=25°C. Die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) pro Segment liegt bei einem Durchlassstrom (If) von 1 mA zwischen 420 μcd (Minimum) und 1400 μcd (typisch). Diese hohe Helligkeit bei niedrigem Strom ist ein Markenzeichen der AlInGaP-Technologie. Die Peak-Emissionswellenlänge (λp) beträgt 611 nm und die dominante Wellenlänge (λd) 605 nm, was den gelb-orangen Farbpunkt definiert. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 17 nm, was auf eine relativ schmale spektrale Bandbreite hinweist, die zur Farbreinheit beiträgt. Die Durchlassspannung (Vf) pro Segment hat einen typischen Bereich von 4,20V bis 5,20V bei If=20mA. Bemerkenswert ist, dass der Dezimalpunkt (DP) eine niedrigere Durchlassspannung aufweist, die in Klammern mit 2,1V bis 2,6V angegeben ist. Dies muss in der Treiberschaltung berücksichtigt werden und deutet wahrscheinlich darauf hin, dass eine andere Chip-Technologie (möglicherweise Standard-GaP) verwendet wird. Der Sperrstrom (Ir) ist mit maximal 100 μA bei einer Sperrspannung (Vr) von 10V für Segmente und 5V für den DP spezifiziert. Dieser Parameter dient nur Testzwecken, und das Bauteil sollte nicht im Sperrbetrieb betrieben werden. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis zwischen Segmenten in einem ähnlichen Lichtbereich beträgt maximal 2:1 bei If=10mA, was eine akzeptable Gleichmäßigkeit gewährleistet. Übersprechen zwischen Segmenten ist mit weniger als 1,0% spezifiziert, was unerwünschte Beleuchtung benachbarter Segmente minimiert.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies impliziert, dass ein Binning-System vorhanden ist, obwohl spezifische Bin-Codes hier nicht detailliert beschrieben werden. In der Praxis sortieren Hersteller LEDs oft nach Schlüsselparametern wie Lichtstärke und Durchlassspannung in Bins, um die Konsistenz innerhalb eines einzelnen Produktionslaufs oder einer Bestellung zu gewährleisten. Entwickler sollten den Hersteller für detaillierte Binning-Informationen konsultieren, wenn für ihre Anwendung eine enge Intensitätsanpassung über mehrere Anzeigen hinweg erforderlich ist. Der angegebene typische Intensitätsbereich (420-1400 μcd) gibt einen Hinweis auf die mögliche Streuung.

4. Analyse der Leistungskurven

Während das PDF auf "Typische elektrische / optische Kennlinien" verweist, sind die spezifischen Grafiken im bereitgestellten Inhalt nicht enthalten. Typischerweise würden solche Kurven für eine LED-Anzeige Folgendes umfassen:Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve): Diese Grafik zeigt die nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Die Kniespannung ist der Punkt, an dem die LED beginnt, signifikant Licht zu emittieren. Die Kurve hilft bei der Auswahl des geeigneten strombegrenzenden Widerstands oder beim Entwurf von Konstantstrom-Treibern.Lichtstärke vs. Durchlassstrom (L-I-Kurve): Diese zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen Bereich im Allgemeinen linear, wird jedoch bei hohen Strömen aufgrund thermischer Effekte sättigen.Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur: Diese Kurve zeigt die Abnahme der Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements.Spektrale Leistungsverteilung: Eine Grafik, die die relative Intensität über der Wellenlänge aufträgt und den Peak bei ~611 nm sowie die durch die 17 nm Halbwertsbreite definierte Form zeigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 1,0 Zoll (25,4 mm). Alle Hauptabmessungen haben eine Toleranz von ±0,25 mm (0,01"). Wichtige mechanische Hinweise umfassen Grenzwerte für Fremdmaterialien oder Blasen innerhalb eines Segments (≤20 mils), Verbiegung des Reflektors (≤1% seiner Länge) und Oberflächen-Tintenverschmutzung (≤20 mils). Die Toleranz für die Pinspitzenverschiebung beträgt ±0,40 mm. Der empfohlene PCB-Lochdurchmesser für die Pins beträgt 1,00 mm, was wichtig ist, um einen korrekten mechanischen Sitz und die Zuverlässigkeit der Lötstellen während Wellen- oder Reflow-Lötung zu gewährleisten.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Die LTS-10804KF ist eine Anzeige mit gemeinsamer Anode. Das interne Schaltbild zeigt, dass alle Segment-Anoden miteinander verbunden und an gemeinsame Anoden-Pins (Pin 4 und Pin 11) angeschlossen sind. Jede Segment-Kathode (A-G und DP) hat ihren eigenen dedizierten Pin. Um ein Segment zu beleuchten, muss der entsprechende gemeinsame Anoden-Pin an eine positive Spannung angeschlossen werden (über einen strombegrenzenden Widerstand oder Treiber), und der Kathoden-Pin des Segments muss auf niedriges Potential gezogen werden (auf Masse geschaltet). Die Pins 3, 7, 10 und 13 sind als "Keine Verbindung" (N/C) gekennzeichnet. Die Pinbelegung lautet: 1:E, 2:D, 3:N/C, 4:Gemeinsame Anode, 5:C, 6:DP, 7:N/C, 8:B, 9:A, 10:N/C, 11:Gemeinsame Anode, 12:F, 13:N/C, 14:G.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte spezifizieren die Lötbedingung: Die Bauteilkörpertemperatur darf während der Montage ihren Maximalwert nicht überschreiten, mit einer Richtlinie von 260°C für 3 Sekunden in 1/16 Zoll Abstand unterhalb der Auflageebene. Dies ist typisch für Wellenlötung. Für Reflow-Lötung wäre ein Standard-Bleifrei-Profil mit einer Spitzentemperatur um 260°C anwendbar, jedoch sollte die Expositionszeit oberhalb der Liquidustemperatur kontrolliert werden. Entwickler müssen sicherstellen, dass das PCB-Layout ausreichende thermische Entlastung bietet, um eine Überhitzung der LED-Chips über die Anschlüsse zu verhindern. Vor dem Löten sollten die Bauteile innerhalb des spezifizierten Bereichs von -35°C bis +105°C unter trockenen Bedingungen gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow zu "Popcorning" führen könnte.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die Anzeige erfordert externe strombegrenzende Widerstände für jedes Segment oder einen dedizierten LED-Treiber-IC. Für ein einfaches, gemultiplextes Design mit einem Mikrocontroller würden die gemeinsamen Anoden-Pins über PNP-Transistoren oder High-Side-Treiber geschaltet, während die Segment-Kathoden an Mikrocontroller-Pins oder ein Schieberegister mit Stromsenkenfähigkeit angeschlossen würden. Die unterschiedliche Durchlassspannung des Dezimalpunkts (DP) erfordert eine separate Berechnung des strombegrenzenden Widerstands. Ein Konstantstrom-Treiber wird für Anwendungen empfohlen, die eine präzise Helligkeitssteuerung und Stabilität über die Temperatur erfordern.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung: Immer Reihenwiderstände oder Konstantstrom-Treiber verwenden. Widerstandswerte basierend auf der Versorgungsspannung, der LED-Durchlassspannung (für ein sicheres Design den maximalen Vf verwenden) und dem gewünschten Durchlassstrom berechnen (deutlich unter dem 25mA Dauer-Maximum bleiben, z.B. 10-15mA für gute Helligkeit und Langlebigkeit).
• Thermisches Management: Obwohl die Verlustleistung pro Segment gering ist, erfordern mehrstellige Anzeigen oder hohe Umgebungstemperaturen Aufmerksamkeit. Ausreichende Luftzirkulation sicherstellen und die Entlastungskurve berücksichtigen. Die Anzeige nicht in der Nähe anderer Wärmequellen platzieren.
• Betrachtungswinkel: Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber für optimale Lesbarkeit sollte die Anzeige senkrecht zur primären Blickrichtung des Benutzers positioniert werden.
• ESD-Schutz: LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Während der Montage Standard-ESD-Handhabungsverfahren implementieren.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren roten GaAsP- oder Standard-grünen GaP-LED-Anzeigen bietet die AlInGaP-Technologie in der LTS-10804KF eine überlegene Lichtausbeute, was bedeutet: hellere Ausgabe bei gleichem Strom oder gleichwertige Ausgabe bei geringerer Leistung. Die gelb-orange Farbe bietet eine ausgezeichnete Sichtbarkeit und wird subjektiv oft als heller als Rot wahrgenommen. Im Vergleich zu Punktmatrixanzeigen ist ein Siebensegment-Bauteil einfacher anzusteuern und zu dekodieren, benötigt für eine einzelne Ziffer weniger I/O-Pins und ist damit kosteneffektiv für Anwendungen, die nur Zahlen anzeigen müssen. Ihr Hauptkompromiss ist die Beschränkung auf alphanumerische Zeichen anstelle von Vollgrafik.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Warum sind zwei verschiedene Durchlassspannungsbereiche aufgeführt (für Segmente und DP)?

A: Der Dezimalpunkt verwendet wahrscheinlich ein anderes Halbleitermaterial (z.B. Standard-GaP für Rot) mit einer niedrigeren Bandlücke, was zu einer niedrigeren Durchlassspannung führt. Dies muss beim Entwurf der Treiberschaltung berücksichtigt werden.

F: Kann ich diese Anzeige mit einer 5V-Versorgung betreiben?

A: Ja, aber eine sorgfältige Berechnung des strombegrenzenden Widerstands ist erforderlich. Für ein Segment mit Vf(max)=5,2V bei 20mA ist eine 5V-Versorgung unzureichend, um die Durchlassspannung zu überwinden. Sie müssen entweder mit einem niedrigeren Strom betreiben (wo Vf niedriger ist, siehe typische Kurven) oder eine Versorgungsspannung verwenden, die höher als die maximale Vf ist, wie z.B. 6V oder 12V, mit einem entsprechenden Widerstand.

F: Was bedeutet "Lichtstärke-Anpassungsverhältnis 2:1"?

A: Es bedeutet, dass das gemessene Verhältnis der Intensität des dunkelsten Segments zur Intensität des hellsten Segments in einem ähnlichen Bereich (z.B. alle "A"-Segmente) nicht schlechter als 1:2 sein wird. Unter denselben Testbedingungen wird das hellste Segment nicht mehr als doppelt so hell wie das dunkelste sein.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Fall: Entwurf einer digitalen Voltmeter-Anzeige

Ein Entwickler entwirft ein 3-stelliges DC-Voltmeter. Er wählt drei LTS-10804KF-Anzeigen. Der Mikrocontroller hat begrenzte I/Os, daher verwendet er ein Multiplexing-Schema. Die drei gemeinsamen Anoden-Pins (einer pro Ziffer) sind mit dem Kollektor von drei PNP-Transistoren verbunden, deren Emitter an eine 12V-Schiene angeschlossen sind. Der Mikrocontroller steuert die Transistorbasen über Widerstände an, um jede Ziffer sequentiell einzuschalten. Die Segment-Kathoden (A-G) aller drei Anzeigen sind parallel an die Ausgänge eines einzelnen BCD-zu-7-Segment-Decoder/Treiber-ICs (z.B. 74HC4511) angeschlossen. Dieser Treiber senkt den Strom für die aktiven Segmente. Separate strombegrenzende Widerstände sind zwischen den Treiberausgängen und den Anzeigenkathoden platziert. Der Dezimalpunkt für die mittlere Ziffer (zur Anzeige von Zehntel Volt) wird direkt von einem Mikrocontroller-Pin mit seinem eigenen dedizierten Widerstand angesteuert, berechnet für die niedrigere Vf des DP. Das Multiplexing ist schnell genug (z.B. 100Hz pro Ziffer), um für das menschliche Auge kontinuierlich zu erscheinen. Dieses Design minimiert die Bauteilanzahl und bietet gleichzeitig eine klare, helle Anzeige.

11. Funktionsprinzip

Eine Siebensegment-LED-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden in einer Achterform. Jedes der sieben Segmente (bezeichnet mit A bis G) ist eine separate LED oder eine Reihen-/Parallelkombination von LED-Chips. Eine zusätzliche LED wird für den Dezimalpunkt (DP) verwendet. In einer gemeinsamen Anoden-Konfiguration wie der LTS-10804KF sind die Anoden aller Segmente miteinander verbunden und an einen oder mehrere gemeinsame Pins angeschlossen. Die Kathode jedes Segments wird an einen individuellen Pin herausgeführt. Licht wird emittiert, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird: Die gemeinsame Anode wird auf eine positive Spannung relativ zur Kathode des Zielsegments gesetzt, wodurch Strom durch die LED(s) dieses Segments fließt und im AlInGaP-Halbleitermaterial über Elektrolumineszenz Photonen erzeugt. Durch selektives Aktivieren verschiedener Kombinationen von Segmenten können die Ziffern 0-9 und einige Buchstaben gebildet werden.

12. Technologietrends

Die Verwendung von AlInGaP repräsentiert eine ausgereifte und effiziente Technologie für bernsteinfarbene, orange und rote LEDs. Aktuelle Trends in der Display-Technologie umfassen einen Wechsel zu höherdichten, volle Farben unterstützenden Lösungen wie OLEDs und Micro-LEDs für komplexe Grafiken. Für einfache, kostengünstige, hochzuverlässige und helle numerische und alphanumerische Anzeigen bleiben segmentierte LED-Anzeigen jedoch hochrelevant, insbesondere in industriellen, automobilen und Außenanwendungen. Zukünftige Entwicklungen könnten sich auf weitere Effizienzsteigerungen, noch größere Betrachtungswinkel, Integration von Onboard-Treibern oder Controllern (intelligente Displays) und Miniaturisierung konzentrieren, während die Ziffernhöhe für die Sichtbarkeit beibehalten oder erhöht wird. Der Trend zu IoT und Smart Devices könnte auch den Einsatz dieser Anzeigen in mehr vernetzten Anwendungen sehen, obwohl ihre Kernfunktion als robuste Mensch-Maschine-Schnittstelle konstant bleibt.