LTC-4798SW 0,39-Zoll Vierfachziffer Weiß-LED-Display Datenblatt - Ziffernhöhe 9,9mm - Durchlassspannung 2,7-3,2V - Leistung 35mW pro Segment - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Das LTC-4798SW ist ein vierstelliges, siebensegmentiges alphanumerisches Anzeigemodul. Seine Hauptfunktion ist die Darstellung numerischer und begrenzter alphanumerischer Informationen in elektronischen Geräten. Die Kerntechnologie basiert auf InGaN (Indiumgalliumnitrid) Weiß-LED-Chips, die auf einem transparenten Substrat montiert sind. Dieses Bauteil verfügt über eine weiße Front und weiße Segmente, was ein klares und kontrastreiches visuelles Erscheinungsbild bietet. Es wird als Multiplex-Gemeinschaftskathoden-Display kategorisiert, was bedeutet, dass die Kathoden der LEDs für jede Ziffer miteinander verbunden sind, was eine effiziente Steuerung mehrerer Ziffern mit einer reduzierten Anzahl von Treiberanschlüssen ermöglicht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Anzeige bietet mehrere Schlüsselvorteile, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet machen. Ihre hohe Helligkeit und ihr hoher Kontrast gewährleisten eine ausgezeichnete Lesbarkeit auch in gut beleuchteten Umgebungen. Der große Betrachtungswinkel von 130 Grad ermöglicht eine klare Sicht auf die Anzeige aus verschiedenen Positionen. Sie hat einen geringen Leistungsbedarf, was zur Energieeffizienz des Endprodukts beiträgt. Die Halbleiterzuverlässigkeit der LED-Technologie gewährleistet eine lange Betriebsdauer sowie Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen. Das Bauteil verwendet eine bleifreie Gehäuseausführung, die mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe) konform ist, und ist somit für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet. Die primären Zielmärkte umfassen Industriemessgeräte, Haushaltsgeräte, Kassenterminals, medizinische Geräte und Armaturenbrettanzeigen in Fahrzeugen, wo klare, zuverlässige numerische Anzeigen erforderlich sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften.

2.1 Photometrische und optische Eigenschaften

Die durchschnittliche Lichtstärke (Iv) wird zwischen 71 und 146 Millicandela (mcd) bei einem Standard-Prüfstrom von 5mA spezifiziert. Dieser Parameter definiert die Helligkeit jedes beleuchteten Segments. Das Datenblatt vermerkt, dass die Lichtstärke kategorisiert ist, was bedeutet, dass Bauteile nach ihrem gemessenen Ausgang sortiert und markiert werden, wodurch Entwickler Anzeigen mit konsistenten Helligkeitsstufen auswählen können. Der Betrachtungswinkel (2θ1/2) beträgt 130 Grad; dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres auf der Achse gemessenen Maximalwerts abfällt. Dieser große Winkel ist ein bedeutender Vorteil für Anwendungen, bei denen der Benutzer möglicherweise nicht direkt vor der Anzeige sitzt. Die Farbkoordinaten (x, y) werden als typische Werte (x=0,304, y=0,3) gemäß dem CIE-Farbraumdiagramm von 1931 angegeben und definieren den Weißpunkt des emittierten Lichts. Im Sortiersystem wird eine Toleranz von ±0,01 auf diese Koordinaten angewendet.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (Vf) pro Segment liegt bei einem Durchlassstrom (If) von 5mA zwischen 2,7V und 3,2V. Dies ist ein kritischer Parameter für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung für die LEDs. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: Der kontinuierliche Durchlassstrom pro Segment darf 10mA nicht überschreiten, und der Spitzendurchlassstrom (unter gepulsten Bedingungen von 1kHz, 10% Tastverhältnis) darf 50mA nicht überschreiten. Die Verlustleistung pro Segment ist auf 35mW begrenzt. Das Überschreiten dieser Werte kann zu dauerhafter Degradation oder Ausfall führen. Der Sperrstrom (Ir) wird mit maximal 100µA bei einer Sperrspannung (Vr) von 5V spezifiziert. Das Datenblatt warnt ausdrücklich, dass dieser Sperrspannungszustand nur für Testzwecke dient und das Bauteil nicht kontinuierlich unter Sperrvorspannung betrieben werden sollte, da LEDs nicht dafür ausgelegt sind, signifikante Sperrspannungen zu widerstehen.

2.3 Thermische Eigenschaften

Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich für das Bauteil liegt zwischen -35°C und +85°C. Dieser weite Bereich macht es für den Einsatz in Umgebungen mit erheblichen Temperaturschwankungen geeignet. Ein Derating-Faktor für den Durchlassstrom ist spezifiziert: Für jedes Grad Celsius über 25°C muss der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom um 0,28mA reduziert werden. Dies ist eine entscheidende Entwurfsüberlegung, um thermisches Durchgehen zu verhindern und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur. Die Lötbedingung ist mit 260°C für 3 Sekunden in einem Abstand von 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene spezifiziert, was einem Standard-bleifreien Reflow-Profil entspricht.

3. Erklärung des Sortiersystems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Sortiersystem, um die Konsistenz in wichtigen Parametern sicherzustellen. Dies ermöglicht es Herstellern, Bauteile auszuwählen, die ihren spezifischen Anforderungen an Gleichmäßigkeit in Multi-Display-Konfigurationen entsprechen.

3.1 Durchlassspannungs-Sortierung (Vf)

Bauteile werden basierend auf ihrer Durchlassspannung bei 5mA in Sortierklassen eingeteilt. Die Klassen sind mit 3 bis 7 gekennzeichnet, mit Vf-Bereichen von 2,7-2,8V (Klasse 3) bis zu 3,1-3,2V (Klasse 7). Auf jede Klasse wird eine Toleranz von ±0,1V angewendet. Die Auswahl von Anzeigen aus derselben Vf-Klasse hilft, eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen, wenn sie von einer Konstantspannungsquelle mit Reihenwiderständen angesteuert werden, da der Strom durch jedes Segment konsistenter sein wird.

3.2 Lichtstärke-Sortierung (Iv)

Dies ist ein kritischer Sortierparameter für visuelle Gleichmäßigkeit. Die Klassen sind mit alphanumerischen Codes (Q11, Q12, Q21, Q22, R11, R12) gekennzeichnet. Die Lichtstärke reicht von einem Minimum von 71,0 mcd (Q11 min) bis zu einem Maximum von 146,0 mcd (R12 max). Auf jede Klasse wird eine Toleranz von ±15% angewendet. Der Iv-Klassifizierungscode ist auf jeder Verpackungstüte aufgedruckt, was die Rückverfolgbarkeit und Auswahl erleichtert.

3.3 Farbton-Sortierung (Chromaticity)

Der Weißpunkt wird durch Farbton-Sortierung kontrolliert. Das Datenblatt definiert mehrere Klassen (S3-1, S3-2, S4-1, S4-2) mit spezifischen Grenzen auf den CIE-1931-Farbkoordinaten (x, y). Diese Grenzen bilden Vierecke auf dem Farbdiagramm. Innerhalb jeder Klasse wird eine Toleranz von ±0,01 auf die (x, y)-Koordinaten angewendet. Diese Sortierung stellt sicher, dass alle Segmente und Ziffern innerhalb einer Anzeige und über mehrere Anzeigen hinweg Licht einer konsistenten weißen Farbe emittieren, wodurch merkliche Farbverschiebungen vermieden werden.

4. Analyse der Leistungskurven

Während der bereitgestellte PDF-Auszug typische Kennlinien erwähnt, sind die spezifischen Grafiken nicht im Text enthalten. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise die Beziehung zwischen Durchlassstrom und Lichtstärke (zeigt einen nahezu linearen Anstieg innerhalb des Betriebsbereichs), die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom (die Dioden-I-V-Kurve) und die Variation der Lichtstärke mit der Umgebungstemperatur (zeigt eine Abnahme mit steigender Temperatur) veranschaulichen. Das Verständnis dieser Zusammenhänge ist wesentlich für den Entwurf robuster Treiberschaltungen, die eine konsistente Helligkeit unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen aufrechterhalten.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Abmessungen und Toleranzen

Das Bauteil hat eine Ziffernhöhe von 0,39 Zoll (9,9 mm). Alle Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben. Allgemeine Toleranzen betragen ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Wichtige mechanische Hinweise umfassen: Die Toleranz für die Pinspitzenverschiebung beträgt ±0,4 mm; Fremdmaterial auf einem Segment muss ≤10 mils sein; Oberflächen-Tintenverschmutzung muss ≤20 mils sein; Verbiegung muss ≤1% der Reflektorlänge sein; und Blasen innerhalb eines Segments müssen ≤10 mils sein. Der empfohlene PCB-Lochdurchmesser für die Pins beträgt 1,0 mm.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Die Anzeige hat 12 Pins. Das interne Schaltbild und die Pinverbindungstabelle zeigen, dass es sich um einen Multiplex-Gemeinschaftskathodentyp handelt. Die Anoden für die einzelnen Segmente (A bis G und DP) und die Gemeinschaftskathoden für die vier Ziffern sind bestimmten Pinnummern zugeordnet. Beispielsweise ist Pin 12 die Gemeinschaftskathode für Ziffer 1, Pin 9 für Ziffer 2, Pin 8 für Ziffer 3 und Pin 6 für Ziffer 4. Die korrekte Identifikation der Gemeinschaftskathoden-Pins ist für das Multiplex-Treiberschema wesentlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Der Abschnitt der absoluten Maximalwerte spezifiziert die Lötbedingung: 260°C für 3 Sekunden in 1/16 Zoll (1,6mm) Abstand unterhalb der Auflageebene. Dies entspricht einem Standard-bleifreien Reflow-Profil. Die Einhaltung ist kritisch, um thermische Schäden an den LED-Chips oder dem Kunststoffgehäuse zu verhindern. Das Datenblatt enthält eine deutliche Warnung bezüglich elektrostatischer Entladung (ESD). LEDs sind empfindlich gegenüber ESD, und es müssen geeignete Handhabungsverfahren befolgt werden: Verwendung von Erdungsarmbändern oder antistatischen Handschuhen und Sicherstellung, dass alle Geräte und Arbeitsplätze ordnungsgemäß geerdet sind. Für die Lagerung ist der spezifizierte Temperaturbereich -35°C bis +85°C, und die Bauteile sollten bis zur Verwendung in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln aufbewahrt werden.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist ideal für Anwendungen, die eine klare, mehrstellige numerische Anzeige erfordern. Häufige Verwendungen umfassen digitale Multimeter, Frequenzzähler, Uhr- und Timer-Anzeigen, Anzeigen für industrielle Prozesssteuerung, medizinische Überwachungsgeräte (z.B. Blutdruckmessgeräte), Haushaltsgeräte (Öfen, Mikrowellen) und Instrumententafeln.

7.2 Entwurfsüberlegungen

Treiberschaltung:Eine Multiplex-Treiberschaltung ist erforderlich. Dies beinhaltet das sequentielle Freischalten der Gemeinschaftskathode jeder Ziffer, während gleichzeitig die entsprechenden Segment-Anodendaten für diese Ziffer bereitgestellt werden. Das Schalten muss schnell genug sein, um sichtbares Flackern zu vermeiden (typischerweise >60Hz Bildwiederholfrequenz).
Strombegrenzung:Externe strombegrenzende Widerstände sind für jede Segmentanode zwingend erforderlich (oder es kann ein Konstantstrom-Treiber-IC verwendet werden). Der Widerstandswert wird basierend auf der Versorgungsspannung, der LED-Durchlassspannung (für einen sicheren Entwurf den maximalen Vf-Wert verwenden) und dem gewünschten Durchlassstrom (darf 10mA kontinuierlich nicht überschreiten) berechnet.
Thermisches Management:Bei Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur muss das Derating für den Durchlassstrom (0,28mA/°C über 25°C) angewendet werden. Dies kann eine Reduzierung des Betriebsstroms erfordern, um innerhalb der sicheren Verlustleistungsgrenze zu bleiben.
Optische Integration:Berücksichtigen Sie den großen Betrachtungswinkel von 130 Grad beim Entwurf des Produktgehäuses und des Fensters. Filter oder Diffusoren können verwendet werden, um den Kontrast bei hellem Umgebungslicht zu verbessern.

8. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist der Zweck der Sortiercodes auf der Verpackungstüte?
A: Die Sortiercodes (für Vf, Iv und Farbton) ermöglichen es Ihnen, Anzeigen mit eng übereinstimmenden elektrischen und optischen Eigenschaften auszuwählen. Dies ist entscheidend, um eine gleichmäßige Helligkeit und Farbe über alle Ziffern in Ihrer Anwendung hinweg zu erreichen, insbesondere wenn mehrere Anzeigen nebeneinander verwendet werden.
F: Kann ich diese Anzeige mit einer 5V-Versorgung betreiben?
A: Ja, aber Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jedem Segment verwenden. Zum Beispiel, bei einer 5V-Versorgung und unter Annahme einer maximalen Vf von 3,2V und einem gewünschten If von 5mA, wäre der Widerstandswert R = (5V - 3,2V) / 0,005A = 360 Ohm. Ein Standard-360Ω- oder 390Ω-Widerstand wäre geeignet.
F: Warum gibt es einen Spitzendurchlassstromwert (50mA), der viel höher ist als der kontinuierliche Wert (10mA)?
A: Der Spitzenwert ermöglicht gepulsten Betrieb, der die Grundlage des Multiplexens ist. In einer Multiplex-Konfiguration wird jede Ziffer nur für einen Bruchteil der Zeit (Tastverhältnis) mit Strom versorgt. Um die gleiche scheinbare Helligkeit wie ein kontinuierlich betriebenes Segment zu erreichen, kann der gepulste Strom höher sein, solange die durchschnittliche Verlustleistung innerhalb der Grenzen bleibt.
F: Was passiert, wenn ich den Lagertemperaturbereich überschreite?
A: Das Überschreiten der Grenzwerte, insbesondere nach oben, kann die Alterung der LED-Chips und des Kunststoffgehäuses beschleunigen, was möglicherweise zu vorzeitigem Nachdunkeln des Epoxidharzes (Lichtstromrückgang) oder mechanischem Versagen führt. Auf der niedrigen Seite könnte thermische Belastung zu Rissen führen.

9. Funktionsprinzip

Das LTC-4798SW arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Der InGaN-LED-Chip emittiert blaues Licht, wenn ein Durchlassstrom über seinen p-n-Übergang angelegt wird. Dieses Bauteil verwendet eine Phosphorbeschichtung (nicht explizit angegeben, aber durch "Weiß-LED" impliziert), die einen Teil des blauen Lichts absorbiert und es als gelbes Licht wieder emittiert. Die Kombination des verbleibenden blauen Lichts und des umgewandelten gelben Lichts wird vom menschlichen Auge als weiß wahrgenommen. Das Siebensegment-Format ist eine standardisierte Anordnung von sieben rechteckigen LEDs (Segmenten), die einzeln gesteuert werden können, um numerische Ziffern (0-9) und einige Buchstaben zu bilden. Die Multiplex-Gemeinschaftskathoden-Architektur ist eine Verdrahtungstechnik, die die Anzahl der benötigten Steuerpins von (7 Segmente + 1 Dezimalpunkt) * 4 Ziffern = 32 Pins auf 7 Segmentanoden + 4 Ziffernkathoden + 1 gemeinsame DP-Anode = 12 Pins reduziert. Dies wird erreicht, indem die Stromversorgung für jede Ziffer nacheinander schnell zyklisch geschaltet wird, während gleichzeitig die korrekten Segmente für diese Ziffer beleuchtet werden.