LTS-3401TBE 0,8-Zoll Blaue LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 20,32mm - Durchlassspannung 3,8V - Leistung 70mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-3401TBE ist ein Festkörper-7-Segment-Alphanumerik-Displaymodul für Anwendungen, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion ist die visuelle Darstellung von Ziffern (0-9) und einigen Buchstaben mithilfe einzeln ansteuerbarer LED-Segmente. Das Bauteil nutzt blaue LED-Chips basierend auf InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Epitaxie auf einem Saphirsubstrat. Die Anzeige verfügt über eine hellgraue Front und weiße Segmentfarbe, was einen hohen Kontrast für ausgezeichnete Lesbarkeit bietet. Sie ist als Display mit gemeinsamer Anode kategorisiert, was bedeutet, dass die Anoden aller Segmente intern mit gemeinsamen Pins verbunden sind und eine Treiberkonfiguration mit Stromsenke erfordern.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese Anzeige ist für den Niedrigstrombetrieb ausgelegt und eignet sich daher für batteriebetriebene oder energiebewusste Geräte. Zu den Hauptvorteilen zählen der niedrige Strombedarf, wobei Segmente bereits bei Strömen ab 1mA effektiv angesteuert werden können, sowie eine ausgezeichnete Leuchtdichtequalität zwischen den Segmenten für ein gleichmäßiges Erscheinungsbild. Die hohe Helligkeit und der weite Betrachtungswinkel gewährleisten die Sichtbarkeit aus verschiedenen Perspektiven. Ihre Festkörperbauweise bietet im Vergleich zu anderen Displaytechnologien eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer. Die primären Zielmärkte umfassen tragbare Messgeräte, Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder, Prüfgeräte und alle Geräte, die eine kompakte, zuverlässige numerische Anzeige benötigen.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktionalität der Anzeige. Unter einer Standardtestbedingung von 10mA Durchlassstrom (I_F) pro Segment liegt die mittlere Lichtstärke (I_V) zwischen einem Minimum von 6,4 Millicandela (mcd) und einem typischen Wert von 10 mcd. Diese Stärke wird mit einem Sensor gemessen, der auf die CIE-Photopische Augenempfindlichkeitskurve abgestimmt ist, um sicherzustellen, dass der Wert der menschlichen Wahrnehmung entspricht. Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist mit 470 Nanometern (nm) spezifiziert, was die Emission in den blauen Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet. Die Spitzenemissionswellenlänge (λ_p) beträgt typischerweise 468 nm, und die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 25 nm, was auf eine relativ reine blaue Farbe hinweist. Das Leuchtdichteverhältnis zwischen den Segmenten beträgt maximal 2:1, was eine akzeptable Gleichmäßigkeit über die Ziffer hinweg gewährleistet.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften definieren die Ansteueranforderungen und Grenzwerte. Der absolute maximale kontinuierliche Durchlassstrom pro Segment beträgt 20 mA bei 25°C und reduziert sich linear um 0,25 mA/°C mit steigender Umgebungstemperatur. Der Spitzen-Durchlassstrom für gepulsten Betrieb bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms kann 100 mA erreichen. Die Durchlassspannung (V_F) pro Segment, gemessen bei I_F=20mA, hat einen Maximalwert von 3,8 Volt, mit einem typischen Wert von 3,3 Volt. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt 70 mW. Der Sperrstrom (I_R) ist auf maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V begrenzt, obwohl das Bauteil nicht für Dauerbetrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist.

2.3 Thermische und Umgebungsgrenzwerte

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35°C bis +85°C ausgelegt, mit einem identischen Lagertemperaturbereich. Dieser weite Bereich macht es für verschiedene Umgebungsbedingungen geeignet. Eine kritische Handhabungsspezifikation ist die Löttemperaturgrenze: Das Bauteil kann maximal 260°C für bis zu 3 Sekunden aushalten, gemessen 1,6mm (1/16 Zoll) unterhalb der Auflageebene. Diese Information ist wesentlich für die Leiterplattenmontage mittels Reflow-Lötverfahren.

3. Mechanische und Verpackungsinformationen

3.1 Abmessungen und Toleranzen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,8 Zoll (20,32 mm). Alle Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben. Allgemeine Toleranzen betragen ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige mechanische Hinweise umfassen eine Pinspitzenverschiebungstoleranz von ±0,4 mm, Grenzwerte für Fremdmaterial und Tintenverunreinigungen auf der Segmentoberfläche sowie eine Begrenzung der Biegung des Reflektors (≤1% seiner Länge). Der empfohlene Leiterplattenlochdurchmesser für die Pins beträgt 1,0 mm, um einen korrekten Sitz zu gewährleisten.

3.2 Pinbelegung und Anschlussplan

Das Bauteil verfügt über 18 Pins in einer Dual-In-Line (DIP)-Bauform. Das interne Schaltbild bestätigt eine gemeinsame Anodenarchitektur. Die Pinbelegung ist wie folgt: Die Pins 4, 6, 12 und 17 sind gemeinsame Anodenanschlüsse. Die Segmentkathoden sind auf andere Pins verteilt: A (Pin 2), B (Pin 15), C (Pin 13), D (Pin 11), E (Pin 5), F (Pin 3) und G (Pin 14). Zusätzlich gibt es Kathoden für den linken Dezimalpunkt (L.D.P, Pin 7) und den rechten Dezimalpunkt (R.D.P, Pin 10). Die Pins 1, 8, 9, 16 und 18 sind als "kein Anschluss" (NO PIN) vermerkt. Diese Pinbelegung ist wesentlich für den Entwurf des Leiterplattenlayouts und der Treiberschaltung.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische und optische Kennlinien, die für LED-Bauteile Standard sind. Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, zeigen diese Kurven typischerweise die Beziehung zwischen Durchlassstrom (I_F) und Durchlassspannung (V_F), die nichtlinear und entscheidend für das Treiberdesign ist. Eine weitere übliche Kurve zeigt die Lichtstärke in Abhängigkeit vom Durchlassstrom und demonstriert, wie die Helligkeit mit dem Strom ansteigt. Eine dritte typische Kurve veranschaulicht die Verschiebung der dominanten Wellenlänge oder der Durchlassspannung in Abhängigkeit von der Sperrschichttemperatur. Die Analyse dieser Kurven ermöglicht es Entwicklern, die Leistung zu optimieren, die Effizienz zu verstehen und das Verhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie Temperaturschwankungen oder Dimmverfahren, vorherzusagen.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötparameter

Wie in den absoluten Maximalwerten vermerkt, kann das Bauteil eine Spitzenlöttemperatur von 260°C für maximal 3 Sekunden aushalten. Dies entspricht typischen bleifreien Reflow-Lötprofilen. Entwickler müssen sicherstellen, dass das während der Leiterplattenmontage verwendete Temperaturprofil diesen Grenzwert nicht überschreitet, um Schäden an den internen LED-Chips, Bonddrähten oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern.

5.2 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)

LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Um ESD-Schäden während der Handhabung und Montage zu verhindern, werden folgende Maßnahmen dringend empfohlen: Personal sollte leitfähige Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe verwenden. Alle Geräte, Arbeitsbänke und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein. Ein Ionisator (Ionenbläser) sollte verwendet werden, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich aufgrund von Reibung während der Handhabung oder Lagerung auf der Kunststoffgehäuseoberfläche ansammeln können. Diese Vorsichtsmaßnahmen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung einer hohen Ausbeute und Zuverlässigkeit in der Fertigung.

5.3 Lagerbedingungen

Das Bauteil sollte innerhalb seines spezifizierten Temperaturbereichs von -35°C bis +85°C gelagert werden. Es ist ratsam, Bauteile in Feuchtigkeitssperrbeuteln mit Trockenmittel zu lagern, wenn sie feuchtigkeitsempfindlich sind, obwohl diese spezifische Anforderung im bereitgestellten Datenblatt nicht genannt wird. Eine ordnungsgemäße Handhabung, um mechanische Belastungen der Pins oder der Displayfront zu vermeiden, ist ebenfalls wichtig.

6. Anwendungsvorschläge

6.1 Typische Anwendungsszenarien

Die LTS-3401TBE ist ideal für jede Anwendung, die eine kompakte, energieeffiziente numerische Anzeige erfordert. Häufige Einsatzgebiete sind digitale Multimeter, Frequenzzähler, Uhrdisplays, Waagen, medizinische Überwachungsgeräte, Armaturenbrettanzeigen (für nicht-kritische Informationen) und industrielle Prozessanzeigen. Ihre blaue Farbe bietet gute Sichtbarkeit und kann aus ästhetischen oder funktionalen Gründen zur Unterscheidung von traditionellen roten oder grünen Displays gewählt werden.

6.2 Designüberlegungen und Schaltungsaufbau

Beim Entwurf einer Treiberschaltung muss die gemeinsame Anodenkonfiguration berücksichtigt werden. Dies beinhaltet typischerweise das Verbinden der gemeinsamen Anodenpins mit einer positiven Versorgungsspannung (V_CC) gegebenenfalls über einen strombegrenzenden Widerstand für die gemeinsame Leitung. Jede Segmentkathode wird dann mit einem Treiber-IC verbunden, der den erforderlichen Segmentstrom senken kann. Der Strom für jedes Segment muss basierend auf der gewünschten Helligkeit und den Maximalwerten begrenzt werden. Unter Verwendung der typischen Durchlassspannung von 3,3V-3,8V kann der Wert des strombegrenzenden Widerstands berechnet werden als R = (V_CC- V_F) / I_F. Für das Multiplexen mehrerer Ziffern muss der Spitzenstrom so verwaltet werden, dass er innerhalb des gepulsten Stromgrenzwerts bleibt, während die durchschnittliche Helligkeit erhalten bleibt. Entwickler sollten auch die maximale Übersprech-Spezifikation von 2,5% berücksichtigen, die die unbeabsichtigte Beleuchtung eines nicht ausgewählten Segments definiert.

7. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Glühlampen- oder Vakuum-Fluoreszenz-Displays (VFDs) bietet diese LED-Anzeige aufgrund ihrer Festkörpernatur einen deutlich geringeren Stromverbrauch, eine längere Lebensdauer und eine höhere Zuverlässigkeit. Innerhalb des Segments der LED-Anzeigen sind ihre Hauptunterscheidungsmerkmale die spezifische Niedrigstromoptimierung (bis hinunter zu 1mA pro Segment), die niedriger ist als bei vielen Standarddisplays, und ihre Kategorisierung nach Lichtstärke, die eine bessere Helligkeitskonsistenz bietet. Die blaue Farbe, erreicht mit InGaN-Technologie, bietet typischerweise eine höhere Effizienz und andere ästhetische Optionen im Vergleich zu älteren roten GaAsP-LEDs. Die Einbeziehung sowohl des linken als auch des rechten Dezimalpunkts erhöht die Flexibilität für verschiedene numerische Formatierungsanforderungen.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Unterschied zwischen gemeinsamer Anode und gemeinsamer Kathode?

A: Bei einer Anzeige mit gemeinsamer Anode sind alle LED-Segmentanoden miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Pin (oder Pins) angeschlossen, der mit der positiven Versorgung verbunden ist. Segmente werden eingeschaltet, indem ein LOW- (Masse-) Signal an ihre jeweiligen Kathodenpins angelegt wird. Bei einer Anzeige mit gemeinsamer Kathode sind die Kathoden gemeinsam und mit Masse verbunden, und Segmente werden eingeschaltet, indem ein HIGH-Signal an ihre Anoden angelegt wird. Die LTS-3401TBE ist ein Typ mit gemeinsamer Anode.

F: Kann ich diese Anzeige mit einem 5V-Mikrocontroller ansteuern?

A: Ja, aber Sie müssen strombegrenzende Widerstände verwenden. Da die Durchlassspannung etwa 3,3-3,8V beträgt, wird ein Widerstand benötigt, um die verbleibende Spannung abzufallen (z.B. 5V - 3,5V = 1,5V) und den Strom auf den gewünschten Wert zu begrenzen (z.B. würde 10mA einen 150Ω-Widerstand erfordern). Die Treiberpins des Mikrocontrollers müssen in der Lage sein, den erforderlichen Segmentstrom zu senken.

F: Was bedeutet "kategorisiert für Lichtstärke"?

A: Es bedeutet, dass die Displays basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute getestet und gebinnt (gruppiert) werden. Dies stellt eine konsistentere Helligkeit zwischen verschiedenen Einheiten desselben Modells sicher und führt zu einem gleichmäßigeren Erscheinungsbild, wenn mehrere Displays in einem einzigen Produkt verwendet werden.

F: Wie schließe ich die vier gemeinsamen Anodenpins an?

A: Alle gemeinsamen Anodenpins (4, 6, 12, 17) sollten miteinander verbunden und an dieselbe positive Versorgungsspannungsleitung angeschlossen werden, typischerweise über einen einzigen strombegrenzenden Widerstand, wenn alle Segmente einer einzelnen Ziffer gleichzeitig angesteuert werden. Dies stellt sicher, dass alle Segmente dieselbe Referenzspannung haben.

9. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf einer einfachen digitalen Voltmeteranzeige. Der Analog-Digital-Wandler des Mikrocontrollers liest eine Spannung, verarbeitet sie und muss einen 3-stelligen Wert (z.B. 5,12V) anzeigen. Drei LTS-3401TBE-Displays würden verwendet. Die gemeinsamen Anodenpins aller drei Ziffern würden mit drei separaten Mikrocontroller-I/O-Pins verbunden, die als digitale Ausgänge für die Multiplexsteuerung konfiguriert sind. Alle entsprechenden Segmentkathoden (alle 'A'-Segmente, alle 'B'-Segmente usw.) über die drei Ziffern hinweg würden zusammengeführt und dann über geeignete strombegrenzende Widerstände mit acht Mikrocontroller-I/O-Pins (sieben Segmente + ein Dezimalpunkt) verbunden, wahrscheinlich unter Verwendung eines Transistorarrays oder eines dedizierten Displaytreiber-ICs, um die Stromsenke zu handhaben. Der Mikrocontroller durchläuft (multiplexed) schnell jede Ziffer, schaltet jeweils eine gemeinsame Anode ein und setzt gleichzeitig das Kathodenmuster für diese spezifische Ziffer. Die Nachbildwirkung des Auges lässt alle Ziffern kontinuierlich beleuchtet erscheinen. Der rechte Dezimalpunkt der mittleren Ziffer würde beleuchtet, um die Dezimalstelle anzuzeigen. Die Niedrigstromfähigkeit ermöglicht es diesem Multiplexschema, effizient zu arbeiten, ohne übermäßigen Stromverbrauch.

10. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine 7-Segment-LED-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden in einer Achterform. Jedes der sieben Segmente (bezeichnet mit A bis G) ist eine einzelne LED. Durch selektives Versorgen verschiedener Kombinationen dieser Segmente können die Muster für die Ziffern 0-9 und einige Buchstaben gebildet werden. In der LTS-3401TBE werden diese LEDs aus InGaN-Halbleitermaterial hergestellt, das auf einem Saphirsubstrat abgeschieden wird. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Schwellenspannung der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Schichten bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, in diesem Fall blau. Das gemeinsame Anodendesign vereinfacht die Treiberschaltung in vielen Anwendungen, bei denen die Stromversorgung positiv gegenüber der Steuerlogikmasse ist.

11. Technologietrends und Kontext

7-Segment-LED-Anzeigen repräsentieren eine ausgereifte und zuverlässige Displaytechnologie. Während Punktmatrix- und Grafik-OLED/LCD-Displays mehr Flexibilität für die Darstellung beliebiger Zeichen und Grafiken bieten, bleiben 7-Segment-Displays aufgrund ihrer Einfachheit, niedrigen Kosten, hohen Helligkeit, ausgezeichneten Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen (einschließlich direktem Sonnenlicht) und extrem niedrigem Stromverbrauch in statischen oder niedrig multiplexenden Szenarien hochrelevant. Der Trend in diesem Segment geht hin zu effizienteren LEDs (mehr Lumen pro Watt), die noch niedrigere Treiberströme oder höhere Helligkeit ermöglichen, und hin zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für die automatisierte Montage, obwohl Durchsteck-DIP-Gehäuse wie dieses noch weit verbreitet für Prototyping, Reparatur und bestimmte industrielle Anwendungen sind. Der Übergang zu bleifreien und RoHS-konformen Verpackungen, wie bei diesem Bauteil zu sehen, ist mittlerweile eine Standardanforderung der Industrie.