LTS-4812CKR-PM LED-Display Datenblatt - 0,39-Zoll Ziffernhöhe - Super-Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-4812CKR-PM ist ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD), das als einstellige numerische Anzeige konzipiert ist. Es nutzt fortschrittliche AlInGaP-Halbleitertechnologie (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), die auf einem GaAs-Substrat gewachsen wird, um eine Super-Rot-Farbe zu erzeugen. Die Anzeige verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was einen hohen Kontrast für optimale Lesbarkeit bietet. Die Hauptanwendungen liegen in der Unterhaltungselektronik, in industriellen Messgeräten und in Bedienfeldern, wo ein kompakter, zuverlässiger und heller numerischer Indikator benötigt wird.

1.1 Hauptmerkmale

• Ziffernhöhe:0,39 Zoll (10,0 mm), bietet eine klare und gut sichtbare Zeichengröße.
• Segmentgleichmäßigkeit:Kontinuierliche und gleichmäßige Lichtabgabe über alle Segmente hinweg für ein einheitliches Erscheinungsbild.
• Energieeffizienz:Geringer Leistungsbedarf, daher geeignet für batteriebetriebene Geräte.
• Optische Leistung:Hohe Helligkeit und hoher Kontrast gewährleisten eine ausgezeichnete Sichtbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen.
• Betrachtungswinkel:Großer Betrachtungswinkel ermöglicht die Lesbarkeit aus verschiedenen Perspektiven.
• Zuverlässigkeit:Die Festkörperbauweise gewährleistet eine lange Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen.
• Binning:Kategorisierung nach Lichtstärke, um eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anwendungen zu ermöglichen.
• Umweltkonformität:Bleifreies Gehäuse, konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.2 Gerätekonfiguration

Dieses Bauteil ist als Common-Anode-Anzeige konfiguriert. Die spezifische Artikelnummer LTS-4812CKR-PM zeigt eine Konfiguration mit Dezimalpunkt rechts an. Das Common-Anode-Design vereinfacht den Schaltungsentwurf bei der Ansteuerung durch Mikrocontroller oder Treiber-ICs, die Strom liefern.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Grenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Der Betrieb sollte stets innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA (unter gepulsten Bedingungen: 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite).
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert verringert sich linear um 0,28 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt.
• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Löttemperatur:Hält Lötkolbenlöten bei 260°C für 3 Sekunden stand, gemessen 1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene.

2.2 Elektrische & Optische Kenndaten

Die typische Leistung wird bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C gemessen.

• Mittlere Lichtstärke (Iv):Reicht von mindestens 201 µcd bis typisch 650 µcd bei einem Durchlassstrom (IF) von 1 mA. Bei 10 mA beträgt die typische Lichtstärke 8250 µcd.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λp):639 nm, definiert den primären Farbpunkt im Super-Rot-Spektrum.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm, gibt die spektrale Reinheit des emittierten Lichts an.
• Dominante Wellenlänge (λd):631 nm.
• Durchlassspannung pro Chip (VF):Typisch 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei IF=20mA. Das Minimum beträgt 2,0V.
• Sperrstrom pro Segment (IR):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5V. Hinweis: Dieser Zustand dient nur Testzwecken; das Bauteil ist nicht für Dauerbetrieb in Sperrrichtung ausgelegt.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Maximal 2:1 für Segmente innerhalb einer ähnlichen Lichtfläche bei IF=1mA, um gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten.
• Übersprechen:Spezifiziert als ≤ 2,5 %, minimiert die unerwünschte Beleuchtung benachbarter Segmente.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die Lichtstärke des LTS-4812CKR-PM wird in Bins kategorisiert, um Konsistenz zu garantieren. Der Bin-Code (E, F, G, H, J) entspricht einem spezifischen Bereich der Lichtstärke, gemessen in Mikrocandela (µcd). Die Toleranz für jeden Bin beträgt +/-15%.

• Bin E:201 - 320 µcd
• Bin F:321 - 500 µcd
• Bin G:501 - 800 µcd
• Bin H:801 - 1300 µcd
• Bin J:1301 - 2100 µcd

Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile mit eng abgestimmter Helligkeit für mehrstellige Anzeigen auszuwählen und so ungleichmäßige Ausleuchtung zu verhindern.

4. Analyse der Leistungskurven

Obwohl spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden, sind die zugrundeliegenden Zusammenhänge für den Entwurf entscheidend.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Die AlInGaP-Technologie zeigt eine charakteristische Durchlassspannung von typisch etwa 2,6V bei 20mA. Konstrukteure müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung unter Berücksichtigung möglicher Spannungsabfälle ausreichend Spannung bereitstellen kann.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Die Lichtstärke steigt mit dem Strom, jedoch nicht linear. Der Betrieb im empfohlenen Bereich von 10-20mA bietet optimale Helligkeit und Effizienz.
• Temperaturabhängigkeit:Wie bei allen LEDs nimmt die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Die Reduzierung des Dauerstroms (0,28 mA/°C über 25°C) ist entscheidend für das thermische Management in Hochtemperaturumgebungen.
• Spektrale Verteilung:Die schmale Halbwertsbreite (20nm) um 639nm deutet auf eine gesättigte, reine Rotfarbe hin, die im Vergleich zu einigen anderen LED-Technologien weniger anfällig für Verschiebungen durch Strom oder Temperatur ist.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil entspricht einem standardmäßigen SMD-Fußabdruck. Kritische Maßhinweise umfassen Toleranzen von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Qualitätskontrollkriterien sind definiert für Fremdmaterial, Tintenverschmutzung, Blasen innerhalb der Segmente, Verbiegung des Reflektors und Kunststoffstiftgrate (max. 0,1 mm).

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Die Anzeige hat eine 10-Pin-Konfiguration. Der interne Schaltplan zeigt eine Common-Anode-Verbindung für alle Segmente. Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 3 und Pin 8 sind Common Anodes. Die verbleibenden Pins (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10) sind Kathoden für die Segmente E, D, C, DP (Dezimalpunkt), B, A, F bzw. G. Pin 5 ist speziell für den rechten Dezimalpunkt (DP).

5.3 Empfohlenes Lötpastenlayout

Ein Lötpastenlayout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Prozesses zu gewährleisten und eine korrekte Selbstausrichtung sowie thermische und elektrische Verbindung zu fördern.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 SMT-Lötanleitung

Das Bauteil ist für maximal zwei Reflow-Lötzyklen ausgelegt. Zwischen dem ersten und zweiten Zyklus ist eine vollständige Abkühlung auf Raumtemperatur zwingend erforderlich.

• Reflow-Lötprofil:
  • Vorwärmen: 120-150°C
  • Vorwärmzeit: Maximal 120 Sekunden
  • Spitzentemperatur: Maximal 260°C
  • Zeit oberhalb Liquidus: Maximal 5 Sekunden
• Handlöten (Lötkolben):Maximale Lötspitzentemperatur von 300°C für maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.

6.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung

Das SMD-Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Bauteile werden in feuchtigkeitsdichter Verpackung mit Trockenmittel geliefert. Sie müssen bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, beginnen die Bauteile, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen.

Trocknungsanforderungen (falls exponiert):Wenn die Bauteile nach dem Öffnen des Beutels nicht in einem Trockenschrank gelagert werden, müssen sie vor dem Reflow getrocknet werden, um \"Popcorning\" oder interne Delaminierung während des Lötens zu verhindern.

• Auf Rolle: 60°C für ≥48 Stunden.
• Lose: 100°C für ≥4 Stunden oder 125°C für ≥2 Stunden.

Wichtig:Die Trocknung sollte nur einmal durchgeführt werden, um eine Verschlechterung des Kunststoffgehäuses zu vermeiden.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Das Bauteil wird auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Rollen aufgewickelt ist und mit automatischen Bestückungsgeräten kompatibel ist.

• Rollenabmessungen:Standard-Rollenabmessungen werden sowohl für die Bauteilträgerbahn als auch für die gesamte Rolle (z.B. 13\" oder 22\" Rolle) angegeben.
• Trägerbahn:Hergestellt aus schwarzem leitfähigem Polystyrol-Alloy. Abmessungen entsprechen dem EIA-481-D-Standard. Wichtige Spezifikationen umfassen Durchhang (innerhalb 1 mm über 250 mm) und Dicke (0,40±0,05 mm).
• Verpackungsmengen:
  • Bauteile pro 13\"-Rolle: 800 Stück.
  • Verpackungslänge pro 22\"-Rolle: 44,5 Meter.
  • Mindestbestellmenge für Restposten: 200 Stück.
• Anfangs- und Endband:Die Rolle enthält ein Anfangsband (mindestens 400 mm) und ein Endband (mindestens 40 mm) für die Maschinenhandhabung.

8. Anwendungshinweise & Entwurfsüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Unterhaltungselektronik:Digitale Uhren, Mikrowellenherd-Displays, Anzeigen für Audiogeräte.
• Industriesteuerungen:Pultmessgeräte, Prozessanzeigen, Timer-Displays.
• Automobilzubehör:Instrumente und Zusatzanzeigen (vorbehaltlich zusätzlicher Qualifikation für Automotive-Umgebungen).
• Medizingeräte:Einfache numerische Anzeigen auf nicht-kritischen Überwachungsgeräten.

8.2 Entwurfsüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand für jedes Segment oder einen speziellen Konstantstrom-LED-Treiber-IC. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (Vcc), der LED-Durchlassspannung (Vf ~2,6V) und dem gewünschten Durchlassstrom (z.B. 10-20mA).
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist ein multiplexer Treiberansatz üblich. Das Common-Anode-Design ist hierfür gut geeignet. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom im Multiplexbetrieb die absoluten Maximalwerte nicht überschreitet, und berechnen Sie den Durchschnittsstrom, um innerhalb des Dauerstromwerts zu bleiben.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sorgen Sie für eine ausreichende Leiterplattenlayoutgestaltung zur Wärmeableitung, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder beim Betrieb mit höheren Strömen. Befolgen Sie die Stromreduzierkurve oberhalb von 25°C.
• ESD-Schutz:Wie bei allen Halbleiterbauteilen sollten während der Handhabung und Montage Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Das LTS-4812CKR-PM unterscheidet sich durch den Einsatz von AlInGaP-Technologie für die Super-Rot-Farbe.

• Vergleich mit traditionellen GaAsP/GaP Rot-LEDs:AlInGaP bietet bei gleichem Stromniveau eine deutlich höhere Lichtausbeute und Helligkeit. Es bietet auch eine bessere Temperaturstabilität und eine längere Lebensdauer.
• Vergleich mit hocheffizienten Rot-LEDs:Obwohl nicht die absolut höchste verfügbare Effizienz, bietet es eine ausgezeichnete Balance aus Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit für Standard-Numerikanzeigen.
• Hauptvorteil:Die Kombination aus hoher Helligkeit, gutem Kontrast (graue Front/weiße Segmente), großem Betrachtungswinkel und zuverlässiger SMD-Gehäusung in einer 0,39-Zoll-Zifferngröße macht es zu einer vielseitigen Wahl für viele Anwendungen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Was ist der Zweck des Binning-Systems?

Das Binning-System gewährleistet eine gleichmäßige Helligkeit über verschiedene Produktionschargen hinweg und innerhalb einer mehrstelligen Anzeige. Durch die Angabe eines Bin-Codes (z.B. Bin G) garantieren Sie, dass alle Segmente eine Lichtstärke im Bereich von 501-800 µcd bei 1 mA haben, wodurch verhindert wird, dass eine Ziffer heller oder dunkler erscheint als eine andere.

10.2 Kann ich diese Anzeige ohne einen Strombegrenzungswiderstand betreiben?

No.LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle führt zu einem unkontrollierten Stromanstieg, der schnell die Maximalwerte überschreitet und die LED zerstört. Ein Reihenwiderstand oder ein Konstantstromtreiber ist zwingend erforderlich.

10.3 Warum gibt es eine Begrenzung der Anzahl der Reflow-Zyklen?

Das Kunststoffgehäuse und die internen Materialien können Feuchtigkeit aufnehmen. Während des Reflow-Prozesses verwandelt sich diese Feuchtigkeit in Dampf, was potenziell zu internen Rissen oder Delaminierung (\"Popcorning\") führen kann. Die Zwei-Zyklus-Grenze, mit erforderlicher Trocknung, ist festgelegt, um die Gehäuseintegrität innerhalb sicherer Grenzen zu halten.

10.4 Was bedeutet \"Common Anode\" für meinen Schaltungsentwurf?

Bei einer Common-Anode-Anzeige sind alle Anoden (positive Seiten) der LED-Segmente intern miteinander verbunden. Um ein Segment zu beleuchten, schließen Sie seinen Kathoden-Pin an eine niedrige Spannung (Masse) an, während Sie eine positive Spannung an den Common-Anode-Pin anlegen. Dies ist praktisch, wenn Treiber-ICs verwendet werden, die Strom senken (wie viele Multiplex-Treiber).

11. Praktisches Entwurfsbeispiel

Szenario:Entwurf einer 4-stelligen Uhr-Anzeige mit dem LTS-4812CKR-PM, angesteuert durch einen 5V-Mikrocontroller mit begrenzten I/O-Pins.

Lösung:Verwendung eines Multiplex-Schemas mit einem dedizierten LED-Treiber-IC (z.B. ein MAX7219 oder ein ähnlicher Multiplex-Schieberegister).

1. Verdrahtung:Verbinden Sie die vier Common-Anode-Pins (jeweils Pin 3 & 8 jeder Ziffer zusammengeschlossen) mit vier separaten Treiberausgängen, die als Stromquellen konfiguriert sind.
2. Segmentleitungen:Verbinden Sie alle entsprechenden Segmentkathoden (A, B, C, D, E, F, G, DP) parallel über die vier Ziffern hinweg mit den Segment-Senken-Ausgängen des Treibers.
3. Stromeinstellung:Stellen Sie den Konstantstrom des Treibers auf einen Wert wie 15 mA pro Segment ein. Dies liegt innerhalb des Dauerstromwerts und bietet gute Helligkeit.
4. Multiplexing:Der Treiber wird schnell nacheinander jede Ziffer beleuchten. Aufgrund der Nachbildwirkung des Auges erscheinen alle vier Ziffern gleichzeitig beleuchtet. Stellen Sie sicher, dass die Bildwiederholfrequenz hoch genug ist (typischerweise >100 Hz), um sichtbares Flackern zu vermeiden.
5. Widerstände:Der Konstantstromtreiber macht individuelle Reihenwiderstände an jedem Segment überflüssig.

Dieser Ansatz minimiert die Nutzung der Mikrocontroller-I/Os und bietet gleichzeitig eine stabile, gleichmäßige Ausleuchtung.

12. Funktionsprinzip

Das LTS-4812CKR-PM ist eine Leuchtdioden-Anzeige (LED). Jedes Segment besteht aus einem oder mehreren AlInGaP-Halbleiterchips. Wenn eine Durchlassspannung (die die Durchlassspannung des Chips von ~2,6V übersteigt) angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich des Halbleiters und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Schichten bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts, in diesem Fall im Super-Rot-Spektrum (~639 nm Spitze). Die graue Front und die weißen Segmente wirken jeweils als Diffusor und Reflektor, um das Lichtausgangssignal in erkennbare numerische Zeichen zu formen.

13. Technologietrends

Der Einsatz von AlInGaP für rote/orange/gelbe LEDs stellt eine ausgereifte und stabile Technologie dar, die hohe Effizienz und Zuverlässigkeit bietet. Aktuelle Trends in der Displaytechnologie konzentrieren sich auf:

• Miniaturisierung:Noch kleinere Ziffernhöhen und Pixelabstände für höher auflösende Displays.
• Erhöhte Effizienz:Fortlaufende Verbesserungen in der Materialwissenschaft, um höhere Lumen pro Watt (lm/W) zu erreichen und den Stromverbrauch zu reduzieren.
• Integration:Kombination des LED-Arrays, der Treiberschaltung und manchmal eines Mikrocontrollers in einem einzigen, intelligenten Displaymodul.
• Flexible Substrate:Forschung an LEDs auf flexiblen Schaltungen für neuartige Bauformen, obwohl dies eher für neuere OLED- und Micro-LED-Technologien relevant ist als für traditionelle Segmentanzeigen.

Für standardmäßige, kostengünstige, einstellige numerische Anzeigen bleiben AlInGaP-basierte SMD-Bauteile wie das LTS-4812CKR-PM eine etablierte und zuverlässige Lösung.