LTS-3403JS LED-Anzeige Datenblatt - 0,8-Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - 40mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3403JS ist ein monochromes, alphanumerisches Sieben-Segment-Anzeigemodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Ziffern (0-9) und einigen begrenzten Zeichen durch das selektive Ansteuern der einzelnen LED-Segmente. Die Kerntechnologie basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das so ausgelegt ist, dass es Licht im gelben Wellenlängenbereich emittiert. Diese spezifische Materialwahl bietet eine gute Balance aus Effizienz, Helligkeit und Farbreinheit. Das Bauteil ist als Kathoden-Gemeinschaftsschaltung (Common Cathode) kategorisiert, was bedeutet, dass die Kathoden (negative Anschlüsse) der LED-Segmente intern miteinander verbunden sind. Dies vereinfacht die Ansteuerschaltung bei Verwendung von Senkenstrom-Treibern. Das physikalische Design zeichnet sich durch eine hellgraue Frontplatte mit weißen Segmentumrissen aus, was den Kontrast und die Lesbarkeit bei beleuchteten Segmenten erhöht.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der Betriebsgrenzen und Leistungsmerkmale des Bauteils unter spezifizierten Bedingungen.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Parameter definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für eine zuverlässige Leistung nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:40 mW. Dies ist die maximale elektrische Leistung, die von einem einzelnen Segment in Wärme und Licht umgewandelt werden kann, ohne Beschädigungsrisiko.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA. Dieser Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen mit einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1 ms zulässig. Er wird für kurze, hochintensive Blitze verwendet.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Wert verringert sich linear mit einer Rate von 0,33 mA/°C, wenn die Umgebungstemperatur (Ta) über 25°C steigt, ein Vorgang, der als Derating bekannt ist.
• Sperrspannung pro Segment:5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C. Das Bauteil ist für den Betrieb und die Lagerung innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
• Löttemperatur:Maximal 260°C für maximal 3 Sekunden, gemessen 1,6 mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene des Bauteils während Wellen- oder Reflow-Lötens.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C unter den spezifizierten Testbedingungen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Liegt im Bereich von 320 μcd (min) bis 700 μcd (max), mit einem implizierten typischen Wert, wenn sie mit einem Durchlassstrom (I_F) von 1 mA pro Segment betrieben wird. Dies ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit der Lichtausgabe.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):588 nm (typisch). Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Ausgangsleistung am größten ist, und definiert die gelbe Farbe.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere (reiner) gelbe Farbe.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):587 nm (typisch). Dies ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die eng mit der Spitzenwellenlänge übereinstimmt.
• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Liegt im Bereich von 2,05 V (min) bis 2,6 V (max) bei I_F= 20 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED, wenn sie leitet.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):100 μA (max) bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5 V.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):2:1 (max). Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsschwankung zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer oder zwischen Ziffern und gewährleistet so ein einheitliches Erscheinungsbild.

Hinweis zur Messung:Die Lichtstärke wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der photopischen (tagadaptierten) spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges entspricht, wie von der CIE (Internationale Beleuchtungskommission) definiert.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass das Bauteil "nach Lichtstärke kategorisiert" ist. Dies bezieht sich auf einen nach der Fertigung stattfindenden Sortierprozess, der als "Binning" bekannt ist. Während der Herstellung können geringfügige Schwankungen im epitaktischen Wachstum und der Verarbeitung des AlInGaP-Materials zu Unterschieden in wichtigen Parametern wie der Durchlassspannung (V_F) und der Lichtstärke (I_V) führen. Um Konsistenz für den Endanwender zu gewährleisten, werden gefertigte Einheiten getestet und basierend auf diesen gemessenen Werten in spezifische "Bins" oder Gruppen sortiert. Für die LTS-3403JS ist das primäre Binning-Kriterium die Lichtstärke bei 1 mA, wie durch die spezifizierten Min- (320 μcd) und Max-Werte (700 μcd) belegt. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile aus einem bestimmten Helligkeits-Bin auszuwählen, wenn ihre Anwendung eng abgeglichene Helligkeitsniveaus über mehrere Anzeigen hinweg erfordert.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische / optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie):Zeigt die exponentielle Beziehung. Die Kurve gibt den typischen V_F-Wert bei üblichen Treiberströmen wie 1 mA und 20 mA an.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, üblicherweise in einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des Betriebsbereichs, bevor sie bei sehr hohen Strömen möglicherweise sättigt.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur, ein kritischer Faktor für das Wärmemanagement in Hochhelligkeits- oder Hochtemperaturanwendungen.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~588 nm und die Halbwertsbreite zeigt und die gelbe Lichtemission bestätigt.

Diese Kurven sind für Designer unerlässlich, um das Verhalten der Anzeige unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu modellieren, die in der Tabelle nicht explizit abgedeckt sind.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil hat eine definierte physikalische Kontur. Alle Abmessungen sind in Millimetern (mm) mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm (0,01 Zoll) angegeben, sofern auf der Maßzeichnung nicht anders vermerkt. Das Hauptmerkmal ist die 0,8-Zoll-Zeichenhöhe, die 20,32 mm entspricht und die Zeichengröße definiert.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die LTS-3403JS ist in einem 18-poligen Gehäuse untergebracht. Die Pinbelegung ist wie folgt: Die Pins 4, 6, 12 und 17 sind Gemeinschaftsanoden (Common Anodes). Segmentkathoden sind bestimmten Pins zugeordnet: A(2), B(15), C(13), D(11), E(5), F(3), G(14). Zusätzlich verfügt sie über sowohl linke (L.D.P, Pin 7) als auch rechte (R.D.P, Pin 10) Dezimalpunkte. Die Pins 1, 8, 9, 16 und 18 sind als "No Pin" (wahrscheinlich unbenutzt oder nur mechanisch vorhanden) vermerkt. Das interne Schaltbild zeigt eine Kathoden-Gemeinschaftsschaltung für die Hauptziffernsegmente, was bedeutet, dass alle Segmentkathoden separat sind und die Anoden gemeinsam geschaltet sind. Die Dezimalpunkte sind einzeln ansteuerbar.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte liefern den entscheidenden Lötparameter: Das Bauteil kann während des Lötvorgangs maximal 260°C für bis zu 3 Sekunden standhalten. Dies ist typisch für Wellenlöt- oder Infrarot-Reflow-Profile. Es ist entscheidend, diese thermische Grenze nicht zu überschreiten, um Schäden an den internen Bonddrähten, dem LED-Chip oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Designer sollten Standard-JEDEC- oder IPC-Richtlinien für das PCB-Footprint-Design befolgen, um eine korrekte Pad-Größe und -Abstände für eine gute Lötstellenbildung und zur Vermeidung von Brücken sicherzustellen. Das Bauteil sollte bis zur Verwendung in seiner original Feuchtigkeitssperrbeutel aufbewahrt werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTS-3403JS eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die klare, zuverlässige numerische Anzeigen erfordern, darunter:

• Prüf- und Messgeräte:Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile.
• Industriesteuerungen:Pultmessgeräte, Prozessanzeiger, Timer-Displays.
• Unterhaltungselektronik:Audio-Geräte (Verstärker, Receiver), Küchengeräte.
• Automotive Aftermarket:Instrumente und Anzeigen (sofern die Umgebungsspezifikationen erfüllt sind).
• Stromsparende tragbare Geräte:Wo ihre ausgezeichnete Niedrigstromleistung (bis hinunter zu 1mA/Segment) einen erheblichen Vorteil für die Akkulaufzeit darstellt.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Ein serieller strombegrenzender Widerstand ist für jede Gemeinschaftsanode zwingend erforderlich, oder es muss ein Konstantstromtreiber verwendet werden, um das Überschreiten des maximalen Dauerstroms zu verhindern, insbesondere da V_Fvariieren kann.
• Multiplexing:Für Mehrfachanzeigen ist Multiplexing (schnelles zyklisches Schalten der Stromversorgung zwischen den Ziffern) üblich, um die Pinanzahl und den Leistungsverbrauch zu reduzieren. Das Kathoden-Gemeinschafts-Design der LTS-3403JS ist hierfür gut geeignet. Die Spitzenstrom-Bewertung (60mA) ermöglicht höhere gepulste Ströme während des Multiplexings, um eine wahrgenommene Helligkeit zu erreichen.
• Betrachtungswinkel:Das Merkmal "großer Betrachtungswinkel" ist vorteilhaft für Anwendungen, bei denen die Anzeige aus schrägen Positionen betrachtet werden kann.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, sollte in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur oder bei Betrieb mit höheren Strömen die Derating-Kurve für den Dauerstrom beachtet werden.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten differenzierenden Vorteile der LTS-3403JS basierend auf ihrem Datenblatt sind:

• Material (AlInGaP):Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute und bessere Temperaturstabilität, was zu hellerer und konsistenterer Ausgabe führt.
• Niedrigstrombetrieb:Ihre Charakterisierung und Prüfung für exzellente Leistung bei Strömen von nur 1 mA pro Segment macht sie für Ultra-Niedrigstrom-Anwendungen herausragend, bei denen andere Anzeigen möglicherweise dunkel oder instabil wären.
• Segmentabgleich:Das Bauteil wird auf Segmentabgleich getestet, was eine gleichmäßige Helligkeit über alle Segmente einer Ziffer gewährleistet, was für ein professionelles Erscheinungsbild entscheidend ist.
• Hochkontrast-Gehäuse:Die hellgraue Front mit weißen Segmenten bietet auch im unbeleuchteten Zustand einen hohen Kontrast und verbessert so die Gesamtlesbarkeit.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Die typische Durchlassspannung beträgt 2,05-2,6V. Ein direkter Anschluss an 5V ohne strombegrenzenden Widerstand würde einen übermäßigen Stromfluss verursachen und die LED zerstören. Ein Serienwiderstand muss basierend auf der Versorgungsspannung (z.B. 5V), der LED-V_F und dem gewünschten I_F.

berechnet werden.

F: Was ist der Unterschied zwischen "Spitzenwellenlänge" und "dominanter Wellenlänge"?

A: Die Spitzenwellenlänge ist das physikalische Maximum des emittierten Lichtspektrums. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und der Farbe des Lichts entspricht. Für eine monochromatische Quelle wie diese gelbe LED liegen sie sehr nahe beieinander (587nm vs. 588nm)._FF: Der maximale Dauerstrom beträgt 25mA, aber die Testbedingung für V

ist 20mA. Welchen Wert sollte ich für das Design verwenden?

A: 20mA ist eine Standardtestbedingung und ein üblicher Betriebspunkt für gute Helligkeit. Sie können für 20mA auslegen. Die 25mA-Bewertung ist der absolute Maximalwert; ein Auslegen nahe dieser Grenze ohne thermische Betrachtung wird für langfristige Zuverlässigkeit nicht empfohlen.

F: Wie verwende ich die linken und rechten Dezimalpunkte?

A: Es sind unabhängige LEDs. Pin 7 (L.D.P) ist die Kathode für den linken Dezimalpunkt und Pin 10 (R.D.P) für den rechten. Um einen zu beleuchten, müssen Sie seinen Kathoden-Pin mit Masse (über einen Widerstand) verbinden und die Versorgungsspannung an eine der Gemeinschaftsanoden (Pins 4, 6, 12, 17) anlegen.

10. Praktisches DesignbeispielSzenario:

1. Entwurf einer einstelligen Voltmeter-Anzeige, betrieben von einer 5V-Versorgung, mit einem Ziel-Segmentstrom von 10 mA für ausreichende Helligkeit.Schaltungskonfiguration:
2. Verwendung einer Kathoden-Gemeinschaftsschaltung. Verbinden Sie alle Segmentkathoden (A-G, DP) über strombegrenzende Widerstände mit einzelnen I/O-Pins eines Mikrocontrollers. Verbinden Sie alle vier Gemeinschaftsanoden (Pins 4, 6, 12, 17) miteinander und mit der 5V-Versorgungsschiene.Widerstandsberechnung:_FAnnahme eines ungünstigsten Falls V _{von 2,6V bei 10mA. Widerstandswert R = (V}versorgung_F - V_F) / I² = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohm. Ein Standard-220- oder 270-Ohm-Widerstand wäre geeignet. Verlustleistung im Widerstand P = I²² * R = (0,01)² * 240 = 0,024W, daher ist ein Standard-1/4W-Widerstand ausreichend.
3. Mikrocontroller-Schnittstelle:Um eine Zahl (z.B. '7') anzuzeigen, würde der Mikrocontroller seine mit den Segmenten A, B und C verbundenen Pins auf logisch LOW (Stromsenke) setzen, während die anderen HIGH bleiben. Dies schließt den Stromkreis von 5V (Anode) durch die LED und den Widerstand zum Masseanschluss des Mikrocontrollers und beleuchtet die Segmente A, B und C.
4. Multiplexing-Erweiterung:Für eine 4-stellige Anzeige würden Sie vier LTS-3403JS-Einheiten verwenden. Verbinden Sie alle entsprechenden Segmentkathoden miteinander (alle 'A'-Pins zusammen, usw.). Die Gemeinschaftsanoden jeder Anzeige würden separat durch einen Transistorschalter gesteuert. Der Mikrocontroller durchläuft schnell zyklisch die Aktivierung der Anode einer Ziffer nach der anderen, während er das Segmentmuster für diese Ziffer ausgibt. Die Trägheit des Auges lässt alle Ziffern gleichzeitig beleuchtet erscheinen.

11. Funktionsprinzip

Die LTS-3403JS arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-pn-Übergang. Das aktive Material ist AlInGaP. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung des Übergangs (ca. 2V) überschreitet, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) der emittierten Photonen vorgibt – in diesem Fall gelbes Licht um 587-588 nm. Jedes Segment der Ziffer ist eine separate LED mit ihrem eigenen pn-Übergang. Die Kathoden-Gemeinschaftsschaltung bedeutet, dass die n-Seite (Kathode) all dieser Übergänge für die Hauptziffer intern verbunden sind, während die p-Seiten (Anoden) für die individuelle Segmentsteuerung separat sind.

12. Technologietrends

Während diskrete Sieben-Segment-LED-Anzeigen wie die LTS-3403JS aufgrund ihrer Einfachheit, hohen Helligkeit und Robustheit für spezifische Anwendungen relevant bleiben, haben sich breitere Display-Technologietrends verschoben. Für komplexe alphanumerische oder grafische Informationen sind Punktmatrix-LED-Anzeigen, OLEDs und LCDs aufgrund ihrer Flexibilität heute vorherrschend. In der Nische der Hochhelligkeits-, Niedrigstrom-, einfachen numerischen Indikatoren bieten AlInGaP und insbesondere neuere AllnGaP-auf-GaP-Technologien (transparentes Substrat) jedoch weiterhin eine überlegene Effizienz und Helligkeit im Vergleich zu älteren Materialien. Der Trend bei solchen diskreten Anzeigen geht zu höherer Effizienz (mehr Licht pro mA), niedrigeren Betriebsspannungen und möglicherweise mehrfarbigen oder RGB-fähigen Einzelgehäusen, obwohl monochrome Anzeigen wie diese für kosten- und zuverlässigkeitskritische Anwendungen, bei denen ihre spezifischen Vorteile entscheidend sind, bestehen bleiben werden.