LTC-47C1SW LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Ziffernhöhe - Weiße Farbe - 3,2V Durchlassspannung - 35mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTC-47C1SW ist ein 4-stelliges, 7-Segment alphanumerisches Anzeigemodul. Sie verfügt über eine Ziffernhöhe von 0,4 Zoll (10,16 mm), was sie für Anwendungen geeignet macht, die klare, mittelgroße numerische Anzeigen erfordern. Die Anzeige nutzt weiße Leuchtdioden (LEDs) auf Basis der InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleitertechnologie, die auf einem Saphirsubstrat montiert sind. Das Bauteil bietet ein kontrastreiches Erscheinungsbild mit weißen leuchtenden Segmenten vor einem schwarzen Hintergrund. Es ist als bleifreies Gehäuse gemäß der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) konstruiert.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Diese Anzeige bietet mehrere wesentliche Vorteile für Elektronikentwickler. Ihr geringer Leistungsbedarf macht sie energieeffizient, während die hohe Helligkeit und das ausgezeichnete Zeichenbild die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen gewährleisten. Der große Betrachtungswinkel ist entscheidend für Anwendungen, bei denen die Anzeige aus schrägen Positionen betrachtet werden kann. Die inhärente Zuverlässigkeit der Festkörper-LED-Technologie bietet eine lange Betriebsdauer und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen. Diese Eigenschaften machen die LTC-47C1SW ideal für Unterhaltungselektronik, Industriemessgeräte, Prüf- und Messtechnik, Kassenterminals und Armaturenbrettanzeigen im Automobilbereich, wo zuverlässige, klare numerische Informationen benötigt werden.

2. Tiefgehende objektive Interpretation technischer Parameter

2.1 Lichttechnische und elektrische Eigenschaften

Die Leistung der LTC-47C1SW ist unter Standardtestbedingungen bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C definiert. Die Schlüsselparameter bieten ein umfassendes Verständnis ihres Betriebsbereichs.

• Lichtstärke (Iv):Die typische Lichtstärke pro Segment beträgt 18 Millicandela (mcd) bei einem Durchlassstrom (IF) von 10 mA. Der spezifizierte Mindestwert beträgt 12,8 mcd. Dieser Parameter quantifiziert die wahrgenommene Helligkeit des beleuchteten Segments.
• Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über einem LED-Segment bei Stromfluss. Für dieses Bauteil liegt die typische Durchlassspannung bei einem Prüfstrom von 5 mA zwischen 2,70V und 3,2V. Dieser Wert ist entscheidend für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung im Treiber.
• Farbwertkoordinaten (x, y):Diese Koordinaten definieren den Farbort des weißen Lichts im CIE-1931-Farbraum. Die angegebenen typischen Werte (x=0,294, y=0,286) weisen auf einen spezifischen Weißton hin. Auf diese Koordinaten wird eine Toleranz von ±0,01 angewendet.
• Sperrstrom (IR):Der maximale Leckstrom bei einer Sperrspannung von 5V beträgt 100 µA. Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Parameter nur für Testzwecke gilt; das Bauteil ist nicht für den Dauerbetrieb unter Sperrspannung vorgesehen.
• Übersprechen:Eine Spezifikation von ≤ 2,5% gibt die maximal zulässige Lichtstreuung oder elektrische Störung zwischen benachbarten Segmenten oder Ziffern an und gewährleistet so die Zeichenklarheit.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen wird nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:Maximal 35 mW.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Maximal 50 mA unter gepulsten Bedingungen (1 kHz Frequenz, 10% Tastverhältnis).
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Der maximale Dauerstrom wird linear von seinem Wert bei 25°C mit einer Rate von 0,125 mA/°C reduziert, wenn die Umgebungstemperatur steigt.
• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +80°C.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Lötbedingungen:Das Bauteil hält Wellen- oder Reflow-Lötprozessen stand, wobei die Temperatur an einem Punkt 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene für 3 Sekunden 260°C nicht überschreiten darf.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LTC-47C1SW verwendet ein Farbton-Binning-System, um Bauteile basierend auf ihrem präzisen Weiß-Farbort zu kategorisieren. Dies ist für Anwendungen wesentlich, die Farbkonsistenz über mehrere Anzeigen oder innerhalb einer mehrstelligen Einheit erfordern. Die Bins werden durch Vierecke im CIE-1931-Farbraum definiert, die durch ihre Eckkoordinaten (x, y) spezifiziert sind. Das Datenblatt listet mehrere Bins auf (z.B. S1-2, S2-2, S3-1, S3-2, S4-1, S4-2, S5-1, S6-1). Jeder Bin hat eine definierte Toleranz von ±0,01 auf beiden x- und y-Koordinaten. Dieses System ermöglicht es Herstellern, LEDs aus spezifischen Bins auszuwählen, um ein einheitliches weißes Erscheinungsbild über alle Segmente und Ziffern hinweg zu erreichen und visuelle Farbvariationen zu minimieren.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Abmessungen und Toleranzen

Die Gehäusezeichnung liefert kritische mechanische Abmessungen für das Leiterplattenlayout und die Montage. Alle Hauptabmessungen sind in Millimetern mit einer Standardtoleranz von ±0,25 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert.

• Toleranz der Anschlussstiftposition:Die zulässige Abweichung der Position der Anschlussstiftspitzen beträgt ±0,25 mm.
• Abstandshalter-Detail:Eine Abstandshalter-Funktion ist für eine Auszugstoleranz von ±0,5 mm ausgelegt, was wahrscheinlich die Ausrichtung während der Montage unterstützt.
• Empfohlener Leiterplattenbohrungsdurchmesser:Für die Anschlüsse werden 0,9 mm vorgeschlagen.

4.2 Visuelle und kosmetische Spezifikationen

Das Datenblatt enthält mehrere Qualitätskontrollparameter im Zusammenhang mit dem Erscheinungsbild der Anzeige:

• Fremdmaterial auf einem Segment muss ≤ 10 mils (0,254 mm) sein.
• Tintenverschmutzung auf der Oberfläche muss ≤ 20 mils (0,508 mm) sein.
• Verbiegung des Reflektors muss ≤ 1% seiner Länge betragen.
• Blasen innerhalb eines Segments müssen ≤ 10 mils (0,254 mm) sein.
• Ein spezifischer Hinweis schreibt die Verwendung von \"nur Härte-Stiften\" vor, was eine Anforderung an Stifte mit ausreichender mechanischer Steifigkeit anzeigt.

5. Interne Schaltung und Pin-Konfiguration

Die LTC-47C1SW ist eine Common-Cathode-Anzeige. Das interne Schaltbild zeigt, dass jede der vier Ziffern ihre Kathodenverbindung gemeinsam nutzt. Die sieben Segmente (A, B, C, D, E, F, G) und zwei Dezimalpunkte (DP1, DP2) haben ihre Anoden in einer gemultiplexten Anordnung verbunden. Konkret sind die Anoden für Segmente zwischen Ziffernpaaren (Ziffern 1 & 2 und Ziffern 3 & 4) gruppiert, um Zeitmultiplexing zu erleichtern, eine gängige Technik zur Steuerung mehrstelliger Anzeigen mit weniger Treiberpins.

Die 20-polige Anschlusstabelle ist für die korrekte Verdrahtung wesentlich:

• Pins 5, 10, 15, 20 sind die gemeinsamen Kathoden für die Ziffern 2, 4, 3 bzw. 1.
• Pins 2 und 7 sind die Anoden für die Dezimalpunkte DP1 und DP2.
• Die verbleibenden Pins sind die Anoden für die verschiedenen Segmente (A-G), die zwischen spezifischen Ziffernpaaren geteilt werden, wie in der Tabelle angegeben. Beispielsweise ist Pin 1 die Anode für Segment D der Ziffern 1 und 2.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Sachgemäße Handhabung und Montage sind für die Zuverlässigkeit entscheidend. Das Bauteil ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Es wird dringend empfohlen, während der Handhabung ein Erdungsarmband oder antistatische Handschuhe zu verwenden und sicherzustellen, dass alle Geräte und Arbeitsplätze ordnungsgemäß geerdet sind.

Beim Löten ist der Schlüsselparameter, die Temperatur am Bauteilkörper zu begrenzen. Die Spezifikation erlaubt eine maximale Temperatur von 260°C, gemessen 1,6 mm unterhalb der Auflageebene, für eine Dauer von 3 Sekunden während Wellen- oder Reflow-Lötprozessen. Die Einhaltung dieser Grenzwerte verhindert thermische Schäden an den LED-Chips und dem Kunststoffgehäuse.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Die Common-Cathode-, gemultiplext-Anoden-Struktur ist für den Einsatz mit einem Mikrocontroller oder einem dedizierten LED-Treiber-IC ausgelegt. Eine typische Schaltung beinhaltet die Verwendung von Transistorschaltern (z.B. NPN-Bipolartransistoren oder N-Kanal-MOSFETs), um den Strom nacheinander (Ziffernabtastung) durch die Kathode jeder Ziffer zu ziehen. Die Segment-Anodenleitungen werden über strombegrenzende Widerstände mit dem entsprechenden Muster angesteuert. Die Multiplexfrequenz sollte hoch genug sein (typischerweise >60 Hz), um sichtbares Flackern aufgrund der Nachbildwirkung des Auges zu vermeiden.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Externe Widerstände sind für jede Anodenleitung zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom einzustellen (z.B. 5-10 mA pro Segment laut Datenblatt). Der Widerstandswert kann mit R = (Vcc - VF) / IF berechnet werden, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die Durchlassspannung der LED (für Sicherheit den Maximalwert verwenden) und IF der gewünschte Durchlassstrom ist.
• Treiberfähigkeit:Der Treiber-IC oder der Mikrocontroller-Port muss in der Lage sein, den kumulativen Strom für alle beleuchteten Segmente einer Ziffer während ihrer aktiven Zeit zu liefern.
• Betrachtungswinkel:Der große Betrachtungswinkel ermöglicht Flexibilität bei der Montageposition relativ zum Benutzer.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung gering ist, hilft eine ausreichende Belüftung im Gehäuse, die Lebensdauer der LEDs zu erhalten, insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu anderen 7-Segment-Anzeigen bietet die LTC-47C1SW durch die Verwendung von InGaN-weißen SMD-Chips Vorteile gegenüber älteren Technologien wie roten GaAsP-LEDs oder gefilterten weißen LEDs. InGaN-LEDs bieten im Allgemeinen höhere Effizienz, bessere Farbstabilität über die Zeit und einen konsistenteren Weiß-Farbort. Die 0,4-Zoll-Ziffernhöhe positioniert sie zwischen kleineren Anzeigen für tragbare Geräte und größeren für Beschilderungen. Ihre gemultiplext Pinbelegung ist ein Standarddesign, das die erforderliche Anzahl von Controller-I/O-Pins für eine 4-stellige Anzeige minimiert und bietet im Vergleich zu Anzeigen mit individuell angesteuerten Pins für jedes Segment jeder Ziffer eine kostengünstige und platzsparende Lösung.

9. Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Was ist der Zweck des Farbton-Binning-Systems?

A: Das Farbton-Binning gewährleistet Farbkonsistenz. Für eine mehrstellige Anzeige garantiert die Verwendung von LEDs aus demselben oder benachbarten Bins, dass alle Ziffern einen identischen Weißton abgeben, und verhindert, dass eine Ziffer merklich anders (z.B. bläulicher oder gelblicher) als ihre Nachbarn aussieht.

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

A: Ja, aber Sie müssen strombegrenzende Widerstände verwenden. Da die typische Durchlassspannung bei etwa 3V liegt, würde eine 5V-Versorgung ohne Widerstand einen übermäßigen Strom durch die LED erzwingen und sie möglicherweise zerstören. Ein Vorwiderstand ist immer erforderlich.

F: Was bedeutet \"Common Cathode\" für meinen Schaltungsentwurf?

A: Common Cathode bedeutet, dass alle LEDs einer Ziffer eine gemeinsame negative (Masse-) Verbindung haben. Um eine Ziffer zu beleuchten, verbinden Sie ihren Kathodenpin mit Masse (über einen Transistorschalter) und legen eine positive Spannung (über einen strombegrenzenden Widerstand) an die Anoden der Segmente an, die Sie beleuchten möchten.

F: Wie interpretiere ich die Spitzen-Durchlassstrom-Bewertung?

A: Die Spitzenbewertung von 50 mA bei 10% Tastverhältnis ermöglicht kurze Pulse mit höherem Strom, um in einem gemultiplexten System eine größere momentane Helligkeit zu erreichen. Der zeitliche Durchschnittsstrom darf die Dauerstrombewertung, die niedriger ist und mit der Temperatur reduziert wird, nicht überschreiten.

10. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine 7-Segment-Anzeige ist eine Anordnung von Leuchtdioden in einer Achterform. Durch selektives Beleuchten bestimmter Segmente (bezeichnet mit A bis G) können alle zehn Ziffern (0-9) und einige Buchstaben dargestellt werden. Die LTC-47C1SW integriert vier solcher Ziffernfelder in ein einziges Gehäuse. Das in den LEDs verwendete InGaN-Halbleitermaterial emittiert blaues Licht, wenn Elektronen mit Löchern über die Bandlücke des Materials rekombinieren. Dieses blaue Licht wird teilweise durch eine Phosphorbeschichtung innerhalb des LED-Gehäuses in längere Wellenlängen (gelb) umgewandelt, was vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen wird. Die Multiplextechnik, die zur Steuerung von vier Ziffern mit einem Satz Segmenttreibern verwendet wird, funktioniert durch schnelles zyklisches Einschalten jeder Ziffer nacheinander. Zu jedem Zeitpunkt ist nur eine Ziffer beleuchtet, aber aufgrund der Nachbildwirkung des menschlichen Sehens erscheinen alle vier Ziffern kontinuierlich beleuchtet, wenn die Zyklusfrequenz ausreichend hoch ist.

11. Entwicklungstrends

Der Trend in der 7-Segment-Anzeigetechnologie konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche. Effizienzverbesserungen bei InGaN-LED-Chips führen zu höherer Helligkeit bei niedrigeren Treiberströmen, was den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert. Es gibt auch eine Bewegung hin zu noch höherer Farbkonsistenz und einer breiteren Palette verfügbarer Weiß-Farbtemperaturen (z.B. kaltweiß, neutralweiß, warmweiß), um besser mit der Anwendungsästhetik übereinzustimmen. Integration ist ein weiterer Trend, wobei einige Anzeigen den Treiber-IC und die strombegrenzenden Widerstände innerhalb desselben Moduls integrieren, was das Design für den Endingenieur vereinfacht. Darüber hinaus können Fortschritte in der Gehäusetechnik dünnere Profile und erhöhte Robustheit für Anwendungen in rauen Umgebungen ermöglichen.