LTS-3401LJF LED-Anzeige Datenblatt - 0,8-Zoll Ziffernhöhe - Gelborange - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3401LJF ist eine einstellige Siebensegment-Leuchtdiode (LED-Anzeige), die für Anwendungen konzipiert ist, die eine klare, energieeffiziente numerische Anzeige erfordern. Ihre Kerntechnologie basiert auf dem Halbleitermaterial Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP), das für seine hohe Effizienz bei der Lichterzeugung im Spektrum von Bernstein bis Rotorange bekannt ist. Dieses spezifische Bauteil emittiert ein gelboranges Licht. Die Anzeige verfügt über ein graues Ziffernblatt und weiße Segmente, was den Kontrast und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen verbessert. Die primären Designziele für diese Komponente sind niedriger Stromverbrauch, ein ausgezeichnetes Zeichenbild mit gleichmäßiger Segmentausleuchtung sowie die hohe Zuverlässigkeit von Festkörperbauteilen. Dies macht sie geeignet für eine breite Palette von Konsum- und Industrie-Elektronikgeräten, bei denen numerische Daten klar und effizient dargestellt werden müssen.

1.1 Kernvorteile

• Niedriger Stromverbrauch:Für minimalen Leistungsbedarf ausgelegt, ideal für batteriebetriebene oder energieempfindliche Anwendungen.
• Hohe Sichtbarkeit:Bietet ein ausgezeichnetes Zeichenbild mit durchgehenden, gleichmäßigen Segmenten und einem großen Betrachtungswinkel, was die Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen sicherstellt.
• Festkörper-Zuverlässigkeit:Als LED-basiertes Bauteil bietet es eine lange Lebensdauer, Stoßfestigkeit und konstante Leistung im Vergleich zu mechanischen oder glühfadenbasierten Anzeigen.
• Standardisierte Schnittstelle:IC-kompatible Ansteueranforderungen vereinfachen die Integration mit gängigen Mikrocontroller- und Logikschaltungen.
• Kategorisierte Leistung:Die Bauteile werden nach ihrer Lichtstärke sortiert (Binning), was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anwendungen ermöglicht.

2. Detaillierte Analyse der technischen Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt definierten elektrischen, optischen und physikalischen Hauptparameter.

2.1 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und -bedingungen für die Anzeige.

• Absolute Maximalwerte:Dies sind Belastungsgrenzwerte, die unter keinen Umständen überschritten werden dürfen, um dauerhafte Schäden zu vermeiden.
  • Verlustleistung pro Segment:Maximal 70 mW. Dies begrenzt den kombinierten Effekt von Durchlassstrom und Spannungsabfall über jedes LED-Segment.
  • Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 25 mA bei 25°C. Bei Umgebungstemperaturen über 25°C wird ein linearer Derating-Faktor von 0,33 mA/°C angewendet.
  • Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 60 mA, jedoch nur unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite). Dies ermöglicht ein kurzes Übersteuern, um in gemultiplexten Anwendungen eine höhere Spitzenhelligkeit zu erreichen.
  • Sperrspannung pro Segment:Maximal 5 V. Eine Überschreitung kann den PN-Übergang der LED beschädigen.
  • Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +85°C.
  • Löttemperatur:260°C für 3 Sekunden in einem Abstand von 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse.
• Elektrische/Optische Kenngrößen (bei T_A=25°C):Dies sind typische Betriebsparameter.
  • Durchlassspannung (V_F):2,05V (Min), 2,6V (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über einem aktiven Segment, wenn es mit dem spezifizierten Strom betrieben wird.
  • Sperrstrom (I_R):Maximal 100 µA bei V_R=5V. Dies zeigt den minimalen Leckstrom an, wenn die LED in Sperrrichtung vorgespannt ist.

2.2 Optische Eigenschaften

Die optischen Parameter quantifizieren die Lichtausgabe und die Farbeeigenschaften der Anzeige.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):320 µcd (Min), 900 µcd (Typ) bei I_F=1mA. Dies ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit eines Segments, gemessen durch einen Sensor, der auf die photopische Reaktion des menschlichen Auges (CIE-Kurve) abgestimmt ist. Die große Spanne deutet auf einen Binning-Prozess hin.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis (I_V-m):Maximal 2:1 bei I_F=10mA. Dies spezifiziert die maximal zulässige Helligkeitsschwankung zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer oder zwischen verschiedenen Einheiten und gewährleistet so eine visuelle Gleichmäßigkeit.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):611 nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist die Wellenlänge, bei der die optische Leistungsabgabe am größten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):605 nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge wahrnimmt und die der Farbe des emittierten Lichts am besten entspricht. Sie definiert den gelborangen Farbton.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):17 nm (Typ) bei I_F=20mA. Dies gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an; ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere (reine) Farbe.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile \"nach Lichtstärke kategorisiert\" sind. Dies bezieht sich auf einen nach der Fertigung durchgeführten Sortierprozess (Binning).

• Lichtstärke-Binning:Nach der Herstellung werden die LEDs getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei einem Standard-Teststrom (z.B. 1mA oder 10mA) gruppiert. Die spezifizierten typischen Werte von 900 µcd und der Mindestwert von 320 µcd definieren die möglichen Bins. Die Verwendung von sortierten Bauteilen gewährleistet konsistente Helligkeitsniveaus über alle Segmente einer mehrstelligen Anzeige hinweg, was für die ästhetische und funktionale Gleichmäßigkeit im Endprodukt entscheidend ist. Entwickler sollten den Hersteller bezüglich der Verfügbarkeit spezifischer Bincodes und Spezifikationen für die Beschaffung konsultieren.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte PDF-Auszug \"Typische elektrische / optische Kennlinien\" erwähnt, sind die spezifischen Grafiken im Text nicht enthalten. Typischerweise würden solche Kurven Folgendes umfassen:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-V-Kurve):Diese Grafik würde zeigen, wie die Lichtausgabe mit dem Treiberstrom zunimmt, typischerweise in einer sublinearen Weise, und Änderungen der Effizienz hervorheben.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht die exponentielle I-V-Beziehung der Diode, die für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung entscheidend ist.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt, was für das thermische Management in Hochtemperatur- oder Hochhelligkeitsanwendungen von entscheidender Bedeutung ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die Spitzen- und dominante Wellenlänge sowie die spektrale Halbwertsbreite visuell zeigt.

Entwickler sollten stets auf das vollständige Datenblatt mit Grafiken zurückgreifen, um diese Zusammenhänge für ein robustes Schaltungsdesign vollständig zu verstehen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen

Das Bauteil wird als Anzeige mit einer Ziffernhöhe von 0,8 Zoll beschrieben, was 20,32 mm für die Höhe des numerischen Zeichens selbst entspricht. Die Zeichnung der Gehäuseabmessungen (im Text erwähnt, aber nicht detailliert) würde die Gesamtlänge, -breite und -höhe des Kunststoffgehäuses, den Anschlussabstand und die Segmentplatzierung spezifizieren. Die Toleranzen betragen typischerweise ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Präzise mechanische Zeichnungen sind für das PCB-Footprint-Design und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes im Gehäuse unerlässlich.

5.2 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die LTS-3401LJF ist einegemeinsame Anode-Anzeige. Das bedeutet, dass die Anoden aller LED-Segmente (und der Dezimalpunkte) intern verbunden und zu gemeinsamen Pins (4, 6, 12, 17) herausgeführt sind. Die einzelnen Segmentkathoden (A-G und linke/rechte Dezimalpunkte) haben ihre eigenen Pins. Um ein Segment zu beleuchten, muss der entsprechende Kathodenpin auf LOW-Potential (Masse oder Stromsenke) gezogen werden, während der gemeinsame Anodenpin auf HIGH-Potential (angeschlossen an V_CCüber einen Vorwiderstand) gehalten wird. Die Pinbelegungstabelle ist für das korrekte PCB-Layout und die Entwicklung der Software-Ansteuerungsroutine entscheidend. Mehrere Pins (1, 8, 9, 16, 18) sind als \"NO PIN\" aufgeführt, was bedeutet, dass sie physisch vorhanden, aber nicht elektrisch angeschlossen sind (N/C).

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt gibt einen wichtigen Lötparameter an: Das Gehäuse kann einer Löttemperatur von 260°C für 3 Sekunden standhalten, gemessen 1/16 Zoll (1,6 mm) unterhalb der Auflageebene. Dies ist ein Standardreferenzwert für Wellenlöten. Für Reflow-Löten wäre ein Standard-bleifreies Profil mit einer Spitzentemperatur um 260°C anwendbar, jedoch sollte die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur kontrolliert werden. Es wird empfohlen, die Standard-JEDEC/IPC-Richtlinien für die Handhabung feuchtigkeitsempfindlicher Bauteile (falls zutreffend) zu befolgen und mechanische Belastungen der Anschlüsse während der Montage zu vermeiden. Die Lagerung sollte innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C in einer trockenen Umgebung erfolgen.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile.
• Unterhaltungselektronik:Uhren, Timer, Küchengeräte, Audio-Geräteanzeigen.
• Industriesteuerungen:Pultinstrumente, Prozessanzeigen, Anzeigen von Steuerungssystemen.
• Automobil-Zubehör:Instrumente und Anzeigen, bei denen hohe Sichtbarkeit und Zuverlässigkeit erforderlich sind.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand für jede gemeinsame Anodenverbindung (oder jedes Segment in einem gemultiplexten Schema), um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_CC- V_F) / I_F. Verwenden Sie für ein sicheres Design die maximale V_F aus dem Datenblatt.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist eine gemultiplexte Ansteuerschaltung üblich. Dabei wird die Versorgungsspannung (über die gemeinsame Anode) für jede Ziffer schnell zyklisch geschaltet, während gleichzeitig die entsprechenden Segmentdaten für diese Ziffer angelegt werden. Dies reduziert die Anzahl der benötigten I/O-Pins erheblich. Stellen Sie in solchen Konfigurationen sicher, dass der Spitzenstromwert (60 mA bei 1/10 Tastverhältnis) nicht überschritten wird.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber berücksichtigen Sie bei der Montage der Anzeige die beabsichtigte Blickrichtung des Benutzers.
• Thermisches Management:Obwohl der Leistungsbedarf niedrig ist, sollten Sie bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Helligkeitseinstellungen durch Berücksichtigung des Leiterplattenlayouts und der Luftströmung sicherstellen, dass die Gehäusetemperatur innerhalb der Grenzwerte bleibt.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal der LTS-3401LJF ist die Verwendung vonAlInGaP-Technologie für die gelborange Emission. Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) LEDs bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Treiberstrom zu einer helleren Ausgabe oder bei gleicher Helligkeit zu einem niedrigeren Stromverbrauch führt. Es bietet im Allgemeinen auch eine bessere Stabilität und Farbkonstanz über Temperatur und Lebensdauer. Im Vergleich zu weißen LEDs (bei denen es sich typischerweise um blaue LEDs mit Phosphorbeschichtung handelt) bietet dieses monochromatische Bauteil eine höhere Effizienz für Anwendungen, bei denen eine spezifische bernsteinfarbene/orangene Farbe gewünscht ist, wie z.B. in Umgebungen mit geringer Beleuchtung oder nachtsichtkompatiblen Einstellungen.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

• F: Was ist der Zweck der \"No Pin\"-Verbindungen?
  
  A: Es handelt sich um mechanische Platzhalter, die das Gehäuse während des Lötens sichern und strukturelle Integrität bieten. Sie dürfen nicht mit einem elektrischen Netz in Ihrer Schaltung verbunden werden.
• F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
  
  A: Nein. Sie müssen einen Vorwiderstand verwenden. Ein direkter Anschluss von 5V an die Kathode (bei hohem Anodenpotential) würde versuchen, übermäßigen Strom zu ziehen und sowohl die LED als auch möglicherweise den Mikrocontroller-Pin zu beschädigen. Berechnen Sie den Widerstand basierend auf Ihrer Versorgungsspannung und dem gewünschten Segmentstrom.
• F: Was bedeutet \"Gemeinsame Anode\" für mein Schaltungsdesign?
  
  A: Es bedeutet, dass Sie die positive Versorgungsspannung (V_CC) an den gemeinsamen Anodenpin(s) anlegen und den Strom über die einzelnen Kathodenpins zur Masse ableiten, um Segmente einzuschalten. Ihre Ansteuerschaltung (z.B. ein Mikrocontroller) aktiviert ein Segment, indem sie seinen mit der Kathode verbundenen I/O-Pin auf einen logischen LOW-Zustand (0V) setzt.
• F: Wie erreiche ich eine gleichmäßige Helligkeit in einem mehrstelligen Design?
  
  A: Beziehen Sie Bauteile mit demselben Lichtstärke-Bincode vom Hersteller. Stellen Sie außerdem sicher, dass alle Vorwiderstände identische Werte haben und verwenden Sie in Ihrem Multiplexing- oder statischen Ansteuerschema einen konsistenten Treiberstrom.

10. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf einer einfachen Digitalvoltmeter-Anzeige.

Ein Entwickler entwirft eine 3-stellige Gleichspannungsmessgerät-Anzeige mit der LTS-3401LJF. Er verwendet einen Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) zur Spannungsmessung. Drei Anzeigen werden verwendet. Die Mikrocontroller-Pins reichen nicht aus, um alle Segmente (3 Ziffern * 8 Segmente = 24 Leitungen) direkt anzusteuern, daher wird ein Multiplexing-Design gewählt. Ein einzelner 8-Bit-Schieberegister mit konstanten Stromsenkenausgängen (z.B. 74HC595 mit externen Transistoren oder ein spezieller LED-Treiber-IC) wird verwendet, um alle Segmentkathoden (A-G, DP) für alle Ziffern zu steuern. Drei Mikrocontroller-I/O-Pins werden verwendet, um über kleine PNP-Transistoren oder MOSFETs selektiv die gemeinsame Anode jeder Ziffer zu aktivieren. Die Software durchläuft schnell zyklisch die Aktivierung jeder Ziffer (1, 2, 3), während gleichzeitig das entsprechende Segmentmuster für diese Ziffer an den Schieberegister ausgegeben wird. Die Trägheit des Auges lässt alle Ziffern kontinuierlich beleuchtet erscheinen. Der Entwickler berechnet die Vorwiderstände für die gemeinsamen Anodenleitungen basierend auf einer 5V-Versorgung, einer V_F von 2,6V und einem gewünschten durchschnittlichen Segmentstrom von 10mA, angepasst an das 1/3 Tastverhältnis beim Multiplexen von drei Ziffern.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Die LTS-3401LJF basiert auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-PN-Übergang aus AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen aus dem N-Typ-Material mit Löchern aus dem P-Typ-Material im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie des Halbleiters, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt – in diesem Fall gelborange (~605 nm dominante Wellenlänge). Die Verwendung eines nicht transparenten GaAs-Substrats hilft, den Kontrast zu verbessern, indem es Streulicht absorbiert, und trägt so zum ausgezeichneten Zeichenbild der Anzeige bei. Die sieben einzelnen Segmente werden durch mehrere winzige AlInGaP-LED-Chips gebildet, die in einem Muster angeordnet sind, wobei jeder elektrisch isoliert und adressierbar ist.

12. Technologietrends

Während Siebensegment-LED-Anzeigen eine robuste und kostengünstige Lösung für numerische Anzeigen bleiben, entwickelt sich das breitere Display-Technologieumfeld weiter. Es gibt einen Trend zu höherer Integration, wie z.B. Anzeigen mit eingebauten Controllern (I2C- oder SPI-Schnittstelle), die den benötigten Mikrocontroller-I/O-Aufwand und die Softwarekomplexität drastisch reduzieren. In Bezug auf Materialien ist die AlInGaP-Technologie für bernsteinfarbene/rote Farben ausgereift und hocheffizient. Für Vollfarb- oder Weißanwendungen dominieren auf InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) basierende blau/grün/weiße LEDs. Zukünftige Trends könnten noch niedrigere Betriebsspannungen, höhere Effizienz (mehr Licht pro Watt) und die Integration von Anzeigen in flexible oder transparente Substrate umfassen, obwohl diese für neuere Displaytypen relevanter sind als für traditionelle segmentierte numerische Bauteile. Die Kernvorteile von LEDs – Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Niederspannungsbetrieb – gewährleisten ihren fortgesetzten Einsatz in Anwendungen, bei denen diese Faktoren von größter Bedeutung sind.