LTS-3403JF 0,8-Zoll Gelb-Orange LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 20,32mm - Durchlassspannung 2,6V - Leistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3403JF ist eine einstellige Sieben-Segment-Alphanumerikanzeige, die für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Zahlen (0-9) und einigen Buchstaben mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente. Die Kerntechnologie nutzt AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial, das speziell für die Lichtemission im gelb-orangen Spektrum entwickelt wurde. Diese Materialwahl bietet einen Kompromiss aus Effizienz, Helligkeit und Farbreinheit. Das Bauteil ist als Common-Cathode-Typ kategorisiert, was bedeutet, dass alle Kathoden (negative Anschlüsse) der LED-Segmente intern verbunden sind, was den Schaltungsentwurf für mikrocontrollergesteuerte Systeme vereinfacht, bei denen Segmente typischerweise durch Stromquellen angesteuert werden.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Diemittlere Lichtstärke (Iv)liegt bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1mA zwischen 320 und 700 Mikrocandela (μcd). Dieser Bereich deutet auf einen Produktions-Binning-Prozess hin, bei dem Bauteile basierend auf der gemessenen Ausgangsleistung sortiert werden. DiePeak-Emissionswellenlänge (λ_p)beträgt 611 Nanometer (nm), und diedominante Wellenlänge (λ_d)beträgt 605 nm, beide gemessen bei I_F=20mA. Die dominante Wellenlänge ist die vom menschlichen Auge wahrgenommene Farbe. Diespektrale Halbwertsbreite (Δλ)von 17 nm beschreibt die Reinheit der emittierten Farbe; eine schmalere Breite deutet auf eine monochromatischere, reine Farbe hin. DasLichtstärke-Anpassungsverhältnisvon 2:1 (max.) gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit, indem die Helligkeitsvariation zwischen verschiedenen Segmenten derselben Ziffer begrenzt wird.

2.2 Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Parameter definieren die Betriebsgrenzen und Leistungsanforderungen. DieDurchlassspannung pro Segment (V_F)beträgt typischerweise 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei I_F=20mA. Dieser Wert ist entscheidend für die Auslegung von strombegrenzenden Widerständen in der Treiberschaltung. DerSperrstrom pro Segment (I_R)beträgt maximal 100 μA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V, was die Leckageeigenschaften des Bauteils bei Sperrvorspannung anzeigt, was im Normalbetrieb generell vernachlässigbar ist.

2.3 Absolute Maximalwerte und thermische Betrachtungen

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Derkontinuierliche Durchlassstrom pro Segmentbeträgt 25 mA bei 25°C, mit einem Derating-Faktor von 0,33 mA/°C. Dies bedeutet, dass der maximal sichere Strom abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur (T_a) über 25°C steigt. Zum Beispiel wäre bei 85°C der maximale Strom etwa 25 mA - (0,33 mA/°C * 60°C) = 5,2 mA. DieVerlustleistung pro Segmentbeträgt 70 mW, berechnet als V_F* I_F. DerSpitzen-Durchlassstromfür gepulsten Betrieb (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) beträgt 90 mA, was ein kurzes Übersteuern ermöglicht, um eine höhere Spitzenhelligkeit zu erreichen. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -35°C und +85°C.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt ausdrücklich an, dass das Bauteil"nach Lichtstärke kategorisiert" ist.Dies bezieht sich auf einen Sortierprozess nach der Fertigung (Binning) basierend auf der gemessenen Lichtleistung. Die Einheiten werden unter Standardbedingungen (I_F=1mA) getestet und entsprechend ihrem Iv-Wert in Bins gruppiert (z.B. 320-450 μcd, 450-580 μcd, 580-700 μcd). Dies gewährleistet Konsistenz innerhalb einer Fertigungscharge. Obwohl in diesem Dokument nicht explizit für Spannung oder Wellenlänge detailliert, ist eine solche Kategorisierung in der LED-Fertigung üblich, um Entwicklern eine vorhersehbare Leistung zu bieten.

4. Analyse der Leistungskurven

Während die spezifischen Kurven im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden typische Leistungskurven für ein solches Bauteil umfassen:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Die Kniespannung (bei der der Strom stark anzusteigen beginnt) liegt für AlInGaP-LEDs typischerweise bei etwa 1,8-2,0V.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_vvs. I_F):Diese Kurve ist bei niedrigeren Strömen im Allgemeinen linear, kann jedoch bei höheren Strömen aufgrund von thermischem und Effizienzabfall sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur (I_vvs. T_a):Zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. AlInGaP-LEDs haben typischerweise eine bessere Hochtemperaturleistung im Vergleich zu einigen anderen Materialien.
• Spektrale Verteilung:Ein Diagramm, das die relative Intensität über der Wellenlänge aufträgt und das Maximum bei 611 nm sowie die 17 nm Halbwertsbreite zeigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verfügt über eine standardmäßige Ziffernhöhe von 0,8 Zoll (20,32 mm). Das Gehäuse hat einehellgraue Frontundweiße Segmentfarbeim ausgeschalteten Zustand, was den Kontrast verbessert, wenn die gelb-orangen Segmente leuchten. Die Maßzeichnung (im PDF referenziert) liefert kritische Maße für das PCB-Layout und Panelaussparungen. Alle Maße sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Das 18-polige Dual-In-Line-Gehäuse ist ein gängiges Footprint für solche Anzeigen.

6. Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die Pinbelegung ist für ein 18-poliges Gehäuse definiert. Wichtige Anschlüsse sind: Anoden für die Segmente A, F, E, L.D.P. (linker Dezimalpunkt), R.D.P. (rechter Dezimalpunkt) und D. Kathoden für die Segmente C, G und B. Es gibt mehrere Common-Cathode-Pins (Pins 4, 6, 17), die intern verbunden sind und Flexibilität für das PCB-Layout bieten. Pin 12 ist als "COMMON ANODE" aufgeführt, was ein Fehler zu sein scheint oder für eine andere Variante spezifisch ist, da das Bauteil als Common-Cathode-Typ beschrieben wird. Das interne Schaltbild zeigt die Standard-Common-Cathode-Konfiguration für eine Sieben-Segment-Anzeige plus zwei Dezimalpunkte.

7. Löt- und Montagerichtlinien

Das Datenblatt gibt eine maximale Löttemperatur von260°C für maximal 3 Sekunden an, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Dies ist eine typische Reflow- oder Handlötrichtlinie, um thermische Schäden an den LED-Chips, Bonddrähten und dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Es ist entscheidend, dieses Profil einzuhalten, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Während der Handhabung sollten Standard-ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) beachtet werden.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Netzteile, Frequenzzähler.
• Unterhaltungselektronik:Audio-Geräte (Verstärker, Receiver), Küchengeräte, Uhren.
• Industriesteuerungen:Pultinstrumente, Prozessanzeiger, Timer-Displays.
• Automobil-Zubehör:Instrumente und Anzeigen (sofern die Umgebungsspezifikationen geeignet sind).

8.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Externe Widerstände sind für jede Segmentanode (oder für die gemeinsame Kathode) zwingend erforderlich, um den Betriebsstrom einzustellen. Berechnung mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F.
• Multiplexing:Für mehrstellige Anzeigen ist Multiplexing üblich. Der niedrige Strombedarf der LTS-3403JF (bis zu 1mA pro Segment) ist hier vorteilhaft, da er höhere Spitzenströme während der kurzen multiplexen "Ein"-Zeit ermöglicht, um die gewünschte mittlere Helligkeit zu erreichen, ohne die mittleren Leistungsgrenzen zu überschreiten.
• Betrachtungswinkel:Der weite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft für Panels, bei denen der Benutzer möglicherweise nicht direkt vor der Anzeige sitzt.
• Mikrocontroller-Ansteuerung:Die meisten modernen Mikrocontroller können ausreichend Strom liefern/ziehen (20mA pro Pin ist üblich), um diese LEDs direkt anzusteuern, wobei für die gemeinsame Kathode aufgrund des höheren Gesamtstroms oft einfache Transistorpuffer erforderlich sind.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der LTS-3403JF innerhalb ihrer Kategorie sind:

• Material (AlInGaP):Bietet höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren GaAsP (Galliumarsenidphosphid) rot/gelb LEDs und eine deutliche Farbe im Vergleich zu InGaN (Indiumgalliumnitrid) blau/grün/weiß LEDs.
• Betrieb mit sehr niedrigem Strom:Die Spezifikation eines Betriebs bis zu 1mA pro Segment ist ein bedeutendes Merkmal für batteriebetriebene oder ultra-niedrigleistungs Designs, bei denen jedes Milliampere zählt.
• Hochkontrast-Gehäuse:Die hellgraue Front mit weißen Segmenten bietet einen ausgezeichneten Kontrast im ausgeschalteten Zustand und verbessert die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen.
• Kategorisierte Lichtleistung:Bietet Vorhersagbarkeit für den Entwickler und gewährleistet ein einheitliches Erscheinungsbild über alle Einheiten in einem Produkt hinweg.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit einer 3,3V Mikrocontroller-Stromversorgung ansteuern?

A: Ja. Mit einer typischen V_Fvon 2,6V bietet eine 3,3V Versorgung ausreichend Spielraum (0,7V) für einen strombegrenzenden Widerstand. Bei I_F=10mA, R = (3,3V - 2,6V) / 0,01A = 70 Ohm.

F: Was ist der Zweck mehrerer gemeinsamer Kathoden-Pins?

A: Sie sind intern verbunden. Mehrere Pins helfen, den gesamten Kathodenstrom (der 7x I_Foder mehr betragen kann, wenn alle Segmente leuchten) zu verteilen, reduzieren die Stromdichte pro Pin und unterstützen das PCB-Layout und die Wärmeableitung.

F: Wie erreiche ich eine gleichmäßige Helligkeit, wenn das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis 2:1 beträgt?

A: Das 2:1 Verhältnis ist eine maximale Grenze zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Segment auf einem einzelnen Bauteil. In der Praxis ist die Variation normalerweise geringer. Für kritische Anwendungen verwenden Sie einen Konstantstromtreiber oder PWM (Pulsweitenmodulation), um die Helligkeit jedes Segments digital zu kalibrieren.

F: Kann ich diese Anzeige im Freien verwenden?

A: Der Betriebstemperaturbereich (-35°C bis +85°C) ist breit, aber das Datenblatt gibt keine IP-Schutzart (Schutz gegen Eindringen von Wasser oder Staub) an. Für den Außeneinsatz würde die Anzeige eine zusätzliche Abdichtung oder ein Gehäuse zum Schutz vor Feuchtigkeit erfordern.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer 4-stelligen Voltmeter-Anzeige unter Verwendung von Multiplexing mit einer 5V Versorgung und einem Mikrocontroller.

1. Stromauswahl:Wählen Sie I_F= 5mA pro Segment für einen guten Kompromiss zwischen Helligkeit und Leistung. Der Spitzenstrom während des Multiplexings wird höher sein (z.B. 20mA bei einem Tastverhältnis von 25% pro Ziffer).
2. Widerstandsberechnung:Für statische Ansteuerung: R = (5V - 2,6V) / 0,005A = 480 Ohm (Standardwert 470 Ohm verwenden).
3. Multiplex-Ansteuerung:Um einen Durchschnitt von 5mA zu erreichen, muss der Spitzenstrom während des aktiven Zeitfensters 20mA betragen (5mA / 0,25 Tastverhältnis). Widerstand neu berechnen: R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohm. Überprüfen Sie, ob dieser Spitzenstrom innerhalb der absoluten Maximalwerte für gepulsten Betrieb (90mA) liegt.
4. Schaltung:Verbinden Sie die Segmentanoden über die 120-Ohm-Widerstände mit den Mikrocontroller-I/O-Pins. Verbinden Sie die vier gemeinsamen Kathoden-Pins (einer pro Ziffer) mit dem Kollektor von NPN-Transistoren (z.B. 2N3904). Die Transistorbasen werden über Basiswiderstände von Mikrocontroller-Pins angesteuert. Der Mikrocontroller schaltet sequentiell einen Zifferntransistor ein und setzt das Muster auf den Segmentleitungen.
5. Software:Implementieren Sie einen Timer-Interrupt, um die Anzeige mit einer ausreichend hohen Rate zu aktualisieren, um Flackern zu vermeiden (typischerweise >60Hz).

12. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip derElektrolumineszenzin einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Durchlassspannung der Diode überschreitet (etwa 1,8-2,0V für AlInGaP), werden Elektronen aus dem n-Typ-Material und Löcher aus dem p-Typ-Material in den aktiven Bereich (die Quantentöpfe in der AlInGaP-Schicht) injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, setzen sie Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die wiederum die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts bestimmt – in diesem Fall gelb-orange. Das nicht transparente GaAs-Substrat hilft, Licht nach oben zu reflektieren und verbessert so die gesamte Lichtextraktionseffizienz von der Oberseite des Chips.

13. Technologietrends

Während diskrete Sieben-Segment-LED-Anzeigen für bestimmte Anwendungen relevant bleiben, umfassen breitere Trends in der Displaytechnologie:

• Integration:Bewegung hin zu Anzeigen mit integrierten Treiber-ICs (I2C, SPI), um die Anzahl der Mikrocontroller-Pins zu reduzieren und die Software zu vereinfachen.
• Materialfortschritte:Laufende Forschung zu effizienteren phosphorkonvertierten LEDs und Direktfarben-Halbleitern, um den Farbraum und die Effizienz zu erweitern.
• Alternative Technologien:In vielen Verbraucheranwendungen werden Sieben-Segment-Anzeigen durch Punktmatrix-OLED- oder LCD-Module ersetzt, die eine größere Flexibilität (vollständige Alphanumerik, Grafiken) in einem ähnlichen Footprint bieten, allerdings oft zu höheren Kosten und höherem Stromverbrauch für die gleiche Helligkeit.
• Anwendungsverschiebung:Die Hauptanwendung für Bauteile wie die LTS-3403JF liegt zunehmend im industriellen, messtechnischen und Legacy-Gerätebereich, wo Einfachheit, Robustheit, hohe Helligkeit und weite Betrachtungswinkel gegenüber Grafikfähigkeit priorisiert werden.

Die LTS-3403JF stellt eine ausgereifte, optimierte Lösung in ihrer Nische dar und bietet zuverlässige Leistung basierend auf der gut verstandenen AlInGaP-Technologie.