LTS-4812SKR-P LED-Display Datenblatt - 0,39 Zoll Zeichenhöhe - Super Rot - 2,6V Durchlassspannung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-4812SKR-P ist ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD) für numerische Anzeigeanwendungen. Es handelt sich um eine einstellige Anzeige mit einer Zeichenhöhe von 0,39 Zoll (10,0 mm). Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Epitaxieschichten, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen sind, um Super-Rot-Lichtemission zu erzeugen. Das Bauteil verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was Kontrast und Lesbarkeit verbessert. Es ist in einer gemeinsamen Anoden-Konfiguration (Common Anode) aufgebaut, einem Standarddesign zur Vereinfachung der Ansteuerschaltung bei Mehrsegmentanzeigen.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Kompakte Bauweise und hohe Lesbarkeit:Die 0,39-Zoll-Zeichenhöhe bietet eine gute Balance zwischen Bauraumbedarf und Zeichenerkennbarkeit, geeignet für Unterhaltungselektronik, Messgeräte und Bedienfelder.
• Hervorragende optische Leistung:Das AlInGaP-Materialsystem bietet hohe Lichtstärke und ausgezeichnete Farbreinheit im roten Spektrum. Die durchgehenden, gleichmäßigen Segmente und der große Betrachtungswinkel gewährleisten ein konsistentes Erscheinungsbild aus verschiedenen Blickwinkeln.
• Energieeffizienz:Gekennzeichnet durch einen geringen Leistungsbedarf, was es für batteriebetriebene oder energiebewusste Anwendungen geeignet macht.
• Erhöhte Zuverlässigkeit:Als Festkörperbauelement bietet es im Vergleich zu anderen Displaytechnologien wie VFDs oder Glühlampen eine hohe Zuverlässigkeit und lange Betriebsdauer.
• Qualitätssicherung:Die Bauteile werden nach Lichtstärke kategorisiert (gebinnt), was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anzeigen ermöglicht. Das Gehäuse ist bleifrei und entspricht den RoHS-Richtlinien.

2. Technische Parameter und Eigenschaften

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der für das Design entscheidenden elektrischen und optischen Spezifikationen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Dies sind Belastungsgrenzen, die unter keinen Umständen überschritten werden dürfen, um dauerhafte Schäden zu vermeiden.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies begrenzt die maximale Dauerleistung, die jedes LED-Segment verarbeiten kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:90 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Impulsbreite). Nur für gepulsten Betrieb.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert verringert sich linear um 0,28 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt. Beispiel: Bei 85°C wäre der maximal zulässige Dauerstrom etwa: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,28 mA/°C) = 8,2 mA.
• Betriebs- & Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Löttemperatur:260°C für 3 Sekunden (Lötspitze 1/16 Zoll unter der Auflageebene).

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

Dies sind typische Betriebsparameter unter festgelegten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):3000 µcd (typisch) bei I_F=2mA. Das Minimum beträgt 1301 µcd und das Maximum 8600 µcd, was den Binning-Bereich widerspiegelt.
• Durchlassspannung pro Chip (V_F):2,6V (typisch) bei I_F=20mA, mit einem Maximum von 2,6V. Ein Vorwiderstand muss auf Basis dieser V_F und der Versorgungsspannung berechnet werden.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):639 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die Lichtintensität am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):631 nm. Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Einzelwellenlänge, die den Farbort definiert.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet monochromatischeres Licht.
• Sperrstrom (I_R):100 µA (max.) bei V_R=5V. Hinweis: Der Betrieb mit Sperrspannung dient nur Testzwecken und nicht dem Dauerbetrieb.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:2:1 (max.). In einer mehrstelligen Anzeige sollte das hellste Segment nicht mehr als doppelt so hell sein wie das dunkelste Segment innerhalb einer ähnlich beleuchteten Fläche, um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.
• Übersprechen:≤ 2,5%. Dies spezifiziert die maximale unbeabsichtigte Beleuchtung eines nicht angesteuerten Segments, wenn ein benachbartes Segment mit Strom versorgt wird.

2.3 Thermische Betrachtungen

Die lineare Reduzierung des Durchlassstroms mit der Temperatur ist ein kritischer Designparameter. Das Überschreiten des reduzierten Stromlimits bei erhöhten Temperaturen kann zu beschleunigtem Lichtstromrückgang und reduzierter Lebensdauer führen. Ein ordnungsgemäßes PCB-Layout für die Wärmeableitung wird empfohlen, insbesondere beim gleichzeitigen Ansteuern mehrerer Segmente oder Ziffern.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das LTS-4812SKR-P wird in Lichtstärke-Kategorien (Bins) eingeteilt, um Konsistenz zu gewährleisten. Der Bin-Code (z.B. J1, K2, M1) gibt den garantierten Mindest- und Maximalintensitätsbereich für diese Gerätegruppe an, gemessen in Mikrocandela (µcd) bei I_F=2mA mit einer Toleranz von ±15%.

• Niedrigere Bins (J1, J2):1301-2100 µcd. Geeignet für Anwendungen, bei denen geringere Helligkeit akzeptabel oder Stromersparnis entscheidend ist.
• Mittlere Bins (K1, K2, L1):2101-4300 µcd. Bietet eine Balance aus Helligkeit und Effizienz für universelle Displays.
• Höhere Bins (L2, M1, M2):4301-8600 µcd. Entwickelt für Hochhelligkeitsanwendungen oder wenn eine überlegene Sichtbarkeit bei hohem Umgebungslicht erforderlich ist.

Die Angabe eines Bin-Codes bei der Bestellung ist für Anwendungen, die ein einheitliches Erscheinungsbild über mehrere Einheiten hinweg erfordern, unerlässlich.

4. Analyse der Leistungskurven

Während spezifische Graphen im Datenblatt referenziert werden, sind ihre Implikationen für LED-Bauteile standardmäßig.

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt die exponentielle Beziehung. Der typische V_F-Wert von 2,6V bei 20mA ist der zentrale Arbeitspunkt für das Treiberdesign.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Die Lichtstärke steigt mit dem Strom, aber nicht linear. Der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) erreicht typischerweise seinen Höhepunkt bei einem Strom, der unter dem absoluten Maximalwert liegt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Die Intensität nimmt im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Dies unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten.
• Spektrale Verteilung:Eine Kurve, die um 639 nm (Spitze) mit einer Halbwertsbreite von 20 nm zentriert ist und die schmalbandige Super-Rot-Emission bestätigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Toleranzen

Das Bauteil entspricht einer standardmäßigen SMD-Form. Kritische Abmessungen umfassen die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie den Pinabstand und die Pindurchmesser. Alle primären Abmessungen haben eine Toleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige Qualitätshinweise beinhalten Grenzwerte für Fremdmaterial, Tintenverschmutzung, Blasen im Segmentbereich und Kunststoff-Gratbildung an den Pins.

5.2 Pinbelegung und Schaltplan

Die Anzeige hat eine 10-Pin-Konfiguration. Es handelt sich um einGemeinsame-Anoden-Bauteil. Der interne Schaltplan zeigt acht einzelne LED-Segmente (a, b, c, d, e, f, g, dp), deren Anoden intern mit zwei gemeinsamen Anoden-Pins (Pin 3 und Pin 8) verbunden sind. Jedes Segment-Kathode hat einen eigenen dedizierten Pin.

Pinbelegung:

1: Kathode E

2: Kathode D

3: Gemeinsame Anode 1

4: Kathode C

5: Kathode DP (Dezimalpunkt)

6: Kathode B

7: Kathode A

8: Gemeinsame Anode 2

9: Kathode F

10: Kathode G

Polaritätsidentifikation:Die gemeinsamen Anoden-Pins müssen mit der positiven Versorgungsspannung verbunden werden (über geeignete Vorwiderstände). Einzelne Segmente werden eingeschaltet, indem ihre Kathoden-Pins mit einer niedrigeren Spannung (typischerweise Masse) verbunden werden.

5.3 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Layouts hilft, "Tombstoning", Fehlausrichtung und unzureichende Lötfilets zu verhindern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Anleitung zum Reflow-Löten

Das Bauteil ist für maximal zwei Reflow-Lötzyklen ausgelegt. Zwischen den Zyklen ist eine vollständige Abkühlung auf Raumtemperatur erforderlich.

• Profil:Vorwärmen: 120-150°C für maximal 120 Sekunden. Spitzentemperatur: maximal 260°C.
• Handlöten (Lötkolben):Maximale Spitzentemperatur von 300°C für maximal 3 Sekunden pro Lötstelle. Dies sollte auf einmalige Reparaturen beschränkt werden.

6.2 Feuchteempfindlichkeit und Lagerung

Die Bauteile werden in feuchtigkeitsdichter Verpackung geliefert. Sie müssen bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert werden. Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, beginnen die Bauteile, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen.

Trocknungsanforderungen:Wenn die Bauteile Umgebungsbedingungen außerhalb der spezifizierten Grenzen ausgesetzt waren, müssen sie vor dem Reflow-Löten getrocknet werden, um "Popcorn"-Rissbildung oder Delamination während des Hochtemperatur-Lötprozesses zu verhindern.

• Bauteile auf Rolle: Trocknen bei 60°C für ≥48 Stunden.
• Bauteile lose: Trocknen bei 100°C für ≥4 Stunden oder 125°C für ≥2 Stunden.

Wichtig:Die Trocknung sollte nur einmal durchgeführt werden, um zusätzliche thermische Belastung zu vermeiden.

7. Verpackung und Bestellspezifikationen

7.1 Tape-and-Reel-Verpackung

Das Bauteil wird auf geprägter Trägerfolie geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist, geeignet für automatisierte Pick-and-Place-Montage.

• Spulendimensionen:Standard-Spulendimensionen werden angegeben (z.B. 13-Zoll- oder 22-Zoll-Spule).
• Trägerfolie:Hergestellt aus schwarzem leitfähigem Polystyrol-Alloy. Die Abmessungen entsprechen den EIA-481-D-Standards. Wichtige Spezifikationen umfassen Krümmungstoleranz und kumulative Teilungstoleranz über 10 Transportlöcher.
• Packungsmengen:Eine 13-Zoll-Spule enthält typischerweise 800 Stück. Eine 22-Zoll-Spule enthält eine Folienlänge von 44,5 Metern. Die Mindestbestellmenge für Restposten beträgt 200 Stück.
• Ausrichtung:Die Folie enthält einen Leader- und Trailer-Abschnitt (mindestens 400mm bzw. 40mm), um das Laden in die Maschine zu erleichtern.

8. Anwendungsvorschläge und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Unterhaltungselektronik:Digitale Uhren, Mikrowellenherde, Klimaanlagen-Displays, Audiogeräte.
• Messgeräte:Pultmessgeräte, Prüfgeräte, Anzeigen medizinischer Geräte.
• Industriesteuerungen:Prozesskontrollanzeigen, Timer-Displays, Zähleranzeigen.
• Automobil-Zubehör:Zusatzanzeigen, bei denen hohe Helligkeit und großer Betrachtungswinkel vorteilhaft sind.

8.2 Kritische Designaspekte

1. Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihenwiderstand für jede gemeinsame Anodenverbindung (oder jedes Segment bei Verwendung eines Konstantstromtreibers). Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (V_CC), der typischen Durchlassspannung (V_F~2,6V) und dem gewünschten Durchlassstrom (I_F). Beispiel: Für V_CC=5V und I_F=10mA, R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ω.
2. Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist ein multiplexer Ansteuerungsansatz üblich. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom in diesem Schema den absoluten Maximalwert (90mA gepulst) nicht überschreitet und dass der Durchschnittsstrom das reduzierte Dauerstromlimit basierend auf Tastverhältnis und Temperatur einhält.
3. Thermisches Management:Bieten Sie ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte, die mit den thermischen Pads (falls vorhanden) oder den Bauteilanschlüssen verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen, insbesondere bei Hochhelligkeits- oder Hochtemperaturanwendungen.
4. ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit als empfindlich angegeben, werden während der Montage standardmäßige ESD-Handhabungsvorkehrungen für Halbleiterbauelemente empfohlen.
5. Optische Schnittstelle:Berücksichtigen Sie das Grau/Weiß-Design der Front bei der Auswahl von Abdeckungen oder Filtern, um einen optimalen Kontrast beizubehalten.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (639nm) und dominanter Wellenlänge (631nm)?

Die Spitzenwellenlänge ist die physikalische Messung des höchsten Intensitätspunkts im Emissionsspektrum. Die dominante Wellenlänge ist ein berechneter Wert, der die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe repräsentiert. Für eine monochromatische Quelle wie diese rote LED sind sie aufgrund der Form der Empfindlichkeitskurve des Auges nahe beieinander, aber nicht identisch.

9.2 Kann ich diese Anzeige direkt mit einem 3,3V-Mikrocontroller-GPIO-Pin ansteuern?

Nein. Ein typischer GPIO-Pin kann nicht genug Strom liefern oder aufnehmen (normalerweise 20-25mA max. pro Pin, mit einem Gesamtpaketlimit), um mehrere LED-Segmente hell und sicher anzusteuern. Darüber hinaus liegt die LED-Durchlassspannung (~2,6V) nahe an 3,3V, was wenig Spielraum für einen Vorwiderstand lässt. Sie müssen eine Treiberschaltung verwenden, wie z.B. einen Transistor-Array oder einen speziellen LED-Treiber-IC.

9.3 Warum ist der maximale Reflow-Zyklus auf zwei begrenzt?

Mehrere Reflow-Zyklen setzen das Kunststoffgehäuse und die internen Bonddrähte wiederholter thermischer Belastung aus, was potenziell zu mechanischem Versagen, erhöhter Feuchtigkeitsaufnahme oder Abbau des Epoxidmaterials führen kann. Die Begrenzung stellt die Langzeitzuverlässigkeit sicher.

9.4 Wie wähle ich die passende Lichtstärke-Bin-Kategorie aus?

Wählen Sie basierend auf den Umgebungslichtbedingungen und der erforderlichen Lesbarkeit Ihrer Anwendung. Für Innenräume mit geringem Umgebungslicht können niedrigere Bins (J, K) ausreichen und energieeffizienter sein. Für sonnenlichtlesbare Anwendungen oder Anwendungen mit hohem Umgebungslicht geben Sie höhere Bins (L, M) an. Für mehrstellige Anzeigen ist die Angabe desselben Bin-Codes für Gleichmäßigkeit entscheidend.

10. Technologiehintergrund und Trends

10.1 AlInGaP-LED-Technologie

Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP) ist ein Halbleitermaterial, das speziell für hocheffiziente Lichtemission im roten, orangen und gelben Wellenlängenbereich entwickelt wurde. Auf einem GaAs-Substrat gewachsen, bietet es im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP eine überlegene Leistung, mit höherer Helligkeit, besserer Temperaturstabilität und längerer Lebensdauer. Die Bezeichnung "Super Rot" weist typischerweise auf eine spezifische Zusammensetzung hin, die für hohe Lichtausbeute und einen visuell gesättigten roten Farbpunkt optimiert ist.

10.2 Trends bei SMD-LED-Displays

Der Trend bei Displaykomponenten geht weiterhin in Richtung Miniaturisierung, höherer Zuverlässigkeit und Integration. Während einstellige SMD-Displays wie das LTS-4812SKR-P für segmentierte numerische Anzeigen nach wie vor wichtig sind, gibt es ein paralleles Wachstum bei Punktmatrix-SMD-Displays und vollständig integrierten Displaymodulen mit eingebetteten Controllern. Die Anforderungen an breitere Betriebstemperaturbereiche, geringeren Stromverbrauch und Kompatibilität mit bleifreien und Hochtemperatur-Lötprozessen (wie sie für Automotive-Elektronik erforderlich sind) treiben die Komponentenentwicklung weiter voran.