LTS-4301SW LED-Anzeige Datenblatt - 0,4-Zoll Zeichenhöhe - Weiße Segmente - Schwarzes Ziffernblatt - Gemeinsame Kathode - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTS-4301SW ist ein einstelliges, alphanumerisches 7-Segment-Anzeigemodul, das für Anwendungen konzipiert ist, die klare, helle numerische Anzeigen erfordern. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Ziffern 0-9 und einige Buchstaben visuell darzustellen, indem ihre sieben einzelnen LED-Segmente (bezeichnet mit A bis G) und optional ein Dezimalpunkt (D.P.) selektiv angesteuert werden. Das Bauteil ist mit InGaN (Indiumgalliumnitrid) weißen LED-Chips aufgebaut, die hinter einer segmentierten Maske montiert sind, um die Zeichenelemente zu bilden. Die Anzeige verfügt über ein schwarzes Ziffernblatt, das einen kontrastreichen Hintergrund für die beleuchteten weißen Segmente bietet und die Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen erheblich verbessert. Diese Kombination ist besonders effektiv in Anwendungen, bei denen die Lesbarkeit aus der Entfernung oder bei Umgebungslicht entscheidend ist.

Die Kernvorteile dieser Anzeige umfassen ihr ausgezeichnetes Zeichenbild, das durch kontinuierliche, gleichmäßige Segmente erreicht wird, die eine zusammenhängende Ziffernform erzeugen. Sie bietet eine hohe Helligkeit, wobei die typische Lichtstärke unter Standardtestbedingungen bis zu 28.000 mcd pro Chip erreicht, was die Sichtbarkeit auch in hell erleuchteten Umgebungen gewährleistet. Der große Betrachtungswinkel von 130 Grad (2\u03c6_1/2) ermöglicht eine klare Lesbarkeit auch aus schrägen Blickwinkeln, was sie für Messgeräte, Instrumente, Haushaltsgeräte und industrielle Bedienfelder geeignet macht, bei denen der Betrachtungswinkel nicht direkt frontal sein kann. Darüber hinaus trägt ihr niedriger Leistungsbedarf pro Segment zu energieeffizienten Designs bei.

1.1 Tiefgehende objektive Interpretation der technischen Parameter

1.1.1 Fotometrische und optische Eigenschaften

Der wichtigste fotometrische Parameter ist die durchschnittliche Lichtstärke (I_V). Für die verwendeten weißen InGaN-Chips beträgt der typische Wert 28.000 Millicandela (mcd) bei einem Durchlassstrom (I_F) von 10 mA. Der spezifizierte Mindestwert beträgt 13.700 mcd. Dieser Parameter wird mit einer Sensor- und Filterkombination gemessen, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve annähernd entspricht, um sicherzustellen, dass die angegebene Helligkeit mit der menschlichen visuellen Wahrnehmung korreliert. Der große Betrachtungswinkel von 130 Grad ist als der volle Winkel definiert, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Spitzenwerts (auf der Achse) abfällt. Diese Spezifikation ist entscheidend für die Bestimmung des effektiven Betrachtungskegels für den Endbenutzer.

Die Farbkoordinaten sind mit x=0,294 und y=0,286 angegeben (gemessen bei I_F=5mA). Diese Koordinaten im CIE-1931-Farbdiagramm definieren den Weißpunkt des emittierten Lichts. Die angegebenen Werte deuten auf eine kaltweiße Farbtemperatur hin. Das Lichtstärke-Anpassungsverhältnis für ähnliche Lichtflächen ist mit maximal 2:1 spezifiziert. Dies bedeutet, dass der Helligkeitsunterschied zwischen dem dunkelsten und hellsten Segment/Chip unter identischen Ansteuerbedingungen den Faktor zwei nicht überschreiten sollte, was ein gleichmäßiges Erscheinungsbild der beleuchteten Ziffer gewährleistet.

1.1.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (V_F) pro LED-Chip beträgt typischerweise 3,15V, mit einem Bereich von 2,70V bis 3,15V bei einem Prüfstrom von 5 mA. Entwickler müssen diesen Spannungsabfall beim Entwurf der Ansteuerschaltung berücksichtigen. Der Sperrstrom (I_R) ist mit maximal 10 \u00b5A bei einer Sperrspannung von 5V spezifiziert, was die Leckcharakteristik des LED-Übergangs angibt.

Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen. Der zulässige Dauer-Durchlassstrom pro Segment beträgt 20 mA bei 25\u00b0C, mit einem Derating-Faktor von 0,25 mA/\u00b0C. Dies bedeutet, dass der zulässige Dauerstrom linear abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur (T_a) über 25\u00b0C steigt, um thermische Schäden zu verhindern. Beispielsweise wäre bei 85\u00b0C der maximale Dauerstrom 20 mA - ((85-25) * 0,25 mA) = 5 mA. Der Spitzen-Durchlassstrom, anwendbar für gepulsten Betrieb (1 kHz, 10% Tastverhältnis), beträgt 60 mA. Die maximale Verlustleistung pro Segment beträgt 115 mW.

1.1.3 Thermische und Umgebungsspezifikationen

Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -35\u00b0C bis +105\u00b0C ausgelegt. Der Lagertemperaturbereich ist identisch. Diese weiten Bereiche weisen auf Robustheit für den Einsatz in Umgebungen mit erheblichen Temperaturschwankungen hin. Die Lötbedingung ist mit 260\u00b0C für 3 Sekunden spezifiziert, gemessen 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Bauteils. Die Einhaltung dieses Profils ist während der PCB-Montage entscheidend, um Schäden an den LED-Chips oder dem Kunststoffgehäuse durch übermäßige Hitze zu verhindern.

1.2 Mechanische und Verpackungsinformationen

Die Anzeige hat eine Ziffernhöhe von 0,4 Zoll (10,0 mm). Die Gehäuseabmessungen sind in Millimetern angegeben. Wichtige mechanische Hinweise umfassen: Alle Maßtoleranzen betragen \u00b10,25 mm, sofern nicht anders angegeben, und die Pinspitzenverschiebungstoleranz beträgt +0,4 mm, was sich auf die zulässige Fehlausrichtung der Pinenden bezieht. Das Bauteil verwendet eine gemeinsame Kathodenkonfiguration. Dies bedeutet, dass alle Kathoden (negative Anschlüsse) der einzelnen Segment-LEDs intern mit einem oder zwei gemeinsamen Pins (Pin 3 und 8) verbunden sind, während jede Segment-Anode (positiver Anschluss) ihren eigenen dedizierten Pin hat. Diese Konfiguration vereinfacht typischerweise das Multiplexen bei mehrstelligen Anzeigen und kann die Auswahl des Treiber-ICs beeinflussen.

1.2.1 Pinbelegung und interner Schaltkreis

Die Pinbelegung ist wie folgt: Pin 1: Anode G, Pin 2: Anode F, Pin 3: Gemeinsame Kathode, Pin 4: Anode E, Pin 5: Anode D, Pin 6: Anode D.P. (Dezimalpunkt), Pin 7: Anode C, Pin 8: Gemeinsame Kathode, Pin 9: Anode B, Pin 10: Anode A. Beachten Sie, dass es zwei gemeinsame Kathodenpins (3 und 8) gibt, die intern verbunden sind. Dieses Dual-Pin-Design hilft bei der Stromverteilung und kann die Zuverlässigkeit verbessern. Das interne Schaltbild zeigt jede der acht LEDs (sieben Segmente plus Dezimalpunkt) mit ihrer Anode, die mit dem jeweiligen Pin verbunden ist, und alle Kathoden, die mit den gemeinsamen Kathodenpins verbunden sind.

1.3 Löt- und Montagerichtlinien

Die primäre Montagemethode ist Reflow-Löten. Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur von 260\u00b0C. Der kritische Parameter ist, dass die Temperatur am Bauteilkörper während der Montage die maximale Nenntemperatur nicht überschreiten darf. Die Bedingung gibt explizit das Löten bei 260\u00b0C für 3 Sekunden an, gemessen an einem Punkt 1/16 Zoll unterhalb der Auflageebene. Diese Richtlinie ist für Prozessingenieure wesentlich, um die Geschwindigkeit des Reflow-Ofenbandes und die Zonentemperaturen korrekt einzustellen, um thermischen Schock oder Materialverschlechterung zu vermeiden und gleichzeitig eine zuverlässige Lötstelle zu gewährleisten.

1.4 Anwendungsvorschläge

1.4.1 Typische Anwendungsszenarien

Diese Anzeige ist ideal für jedes Gerät, das eine klare, einstellige numerische Anzeige erfordert. Häufige Anwendungen sind: Messgeräte für Spannung, Strom oder Temperatur; Timer und Zähler; Haushaltsgeräte wie Öfen, Mikrowellen oder Waschmaschinen; Test- und Messgeräte; industrielle Bedienfelder; und medizinische Geräte. Der hohe Kontrast und die Helligkeit machen sie für Anwendungen geeignet, bei denen die Anzeige aus der Entfernung oder bei hohem Umgebungslicht betrachtet werden kann.

1.4.2 Designüberlegungen

Bei der Integration der LTS-4301SW müssen Entwickler die Strombegrenzung berücksichtigen. Ein Vorwiderstand ist für jede Segmentanode (oder ein stromgeregelter Treiber) zwingend erforderlich, um den Durchlassstrom auf das gewünschte Niveau einzustellen, typischerweise zwischen 5-20 mA, abhängig von der erforderlichen Helligkeit und der thermischen Umgebung. Die Derating-Kurve für den Durchlassstrom muss eingehalten werden, wenn eine hohe Betriebsumgebungstemperatur erwartet wird. Die gemeinsame Kathodenkonfiguration erfordert, dass die Treiberschaltung Strom senkt. Beim Multiplexen mehrerer Ziffern (obwohl dies eine einstellige Einheit ist, gilt das Prinzip für Systeme, die mehrere davon verwenden) wird ein geeigneter Treiber-IC benötigt, der Strom zu den Anoden liefern und den aggregierten Kathodenstrom senken kann. Das PCB-Layout sollte saubere Stromversorgungsspuren gewährleisten, um Rauschen zu minimieren.

1.5 Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu ähnlichen einstelligen Anzeigen bietet die LTS-4301SW durch die Verwendung von InGaN-weißer LED-Technologie Vorteile gegenüber älteren Technologien wie roten GaAsP-LEDs oder gefiltertem weißem Licht. InGaN-LEDs bieten im Allgemeinen höhere Effizienz und Helligkeit. Das schwarze Ziffernblatt mit weißen Segmenten ist ein wichtiger Unterscheidungsmerkmal gegenüber Anzeigen mit grauem oder hellfarbigem Ziffernblatt und bietet ein überlegenes Kontrastverhältnis, was ein entscheidender Faktor für die Lesbarkeit ist. Das spezifizierte Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (2:1) gewährleistet Segmentgleichmäßigkeit, die bei kostengünstigeren Anzeigen nicht immer garantiert ist. Der weite Betriebstemperaturbereich (-35\u00b0C bis +105\u00b0C) macht sie auch robuster für industrielle oder Außenanwendungen im Vergleich zu Anzeigen mit einem engeren Bereich.

1.6 Häufig gestellte Fragen basierend auf technischen Parametern

F: Was ist der Zweck der beiden gemeinsamen Kathodenpins (3 und 8)?

A: Sie sind intern verbunden. Zwei Pins zu haben hilft, den gesamten Kathodenstrom (der die Summe der Ströme aller beleuchteten Segmente ist) auf zwei Lötstellen und PCB-Spuren zu verteilen, was die Strombelastbarkeit, thermische Leistung und die Zuverlässigkeit der mechanischen Verbindung verbessert.

F: Wie berechne ich den Vorwiderstandswert für ein Segment?

A: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung, einer typischen V_Fvon 3,15V und einem gewünschten I_Fvon 10 mA: R = (5 - 3,15) / 0,01 = 185 Ohm. Verwenden Sie den nächstgelegenen Standardwert (z.B. 180 oder 200 Ohm). Berücksichtigen Sie immer die Leistungsaufnahme: P = I_F²* R.

F: Kann ich diese Anzeige direkt von einem Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Es hängt von der Stromquellenfähigkeit des MCU-Pins ab. Ein typischer MCU-Pin kann 20-25 mA liefern, was für ein Segment bei vollem Strom ausreicht. Das Ansteuern mehrerer Segmente oder der gemeinsamen Kathode (die die Summe aller Segmentströme senkt) übersteigt jedoch normalerweise die Fähigkeit eines einzelnen Pins. Dedizierte Treiber-ICs (z.B. 74HC595 Schieberegister mit strombegrenzenden Widerständen oder ein Konstantstrom-LED-Treiber) werden für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb dringend empfohlen.

F: Was bedeutet \"nach Lichtstärke kategorisiert\"?

A: Es bedeutet, dass während der Herstellung die LED-Chips oder fertigen Anzeigen basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke getestet und sortiert (gebinned) werden können. Dies ermöglicht es Kunden, Bauteile mit einem bestimmten Helligkeitsbereich für die Konsistenz in ihrem Produkt auszuwählen, insbesondere bei der Verwendung mehrerer Anzeigen.

1.7 Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie den Entwurf eines einfachen digitalen Thermometers mit einer 0-9\u00b0C-Anzeige. Eine LTS-4301SW würde die Einerstelle anzeigen. Der digitale Ausgang eines Temperatursensors würde von einem Mikrocontroller verarbeitet. Der MCU würde den Ziffernwert (0-9) in das entsprechende Segmentmuster decodieren (z.B. für '5' sind die Segmente A, F, G, C, D EIN). Der MCU würde einen Port-Expander oder Schieberegister verwenden, um über strombegrenzende Widerstände Strom zu den Segmentanoden (Pins 1,2,4,5,6,7,9,10) zu liefern. Die gemeinsame Kathode (Pins 3 & 8) würde mit einem Masse-Pin verbunden, der den Gesamtstrom senken kann (z.B. 8 Segmente * 10 mA = 80 mA), was wahrscheinlich einen Transistor erfordert. Das schwarze Ziffernblatt stellt sicher, dass die '5' auf dem Gerätepanel leicht lesbar ist.

1.8 Funktionsprinzip Einführung

Eine 7-Segment-Anzeige funktioniert nach einem einfachen Prinzip: Es handelt sich um eine Ansammlung von sieben unabhängig gesteuerten LED-Stäben (Segmenten), die in einer Achterform angeordnet sind. Durch das Einschalten spezifischer Kombinationen dieser Segmente können alle zehn Dezimalziffern (0-9) gebildet werden. Um beispielsweise die Zahl '7' anzuzeigen, werden die Segmente A, B und C beleuchtet. Der Dezimalpunkt ist eine zusätzliche separate LED. Elektrisch gesehen ist jedes Segment eine Standard-LED mit einer Anode und einer Kathode. Bei einem gemeinsamen Kathodentyp wie der LTS-4301SW sind alle Kathoden miteinander zu einem gemeinsamen Anschluss verbunden. Um ein Segment zu beleuchten, wird eine positive Spannung (über einen strombegrenzenden Widerstand) an seinen spezifischen Anodenpin angelegt, während die gemeinsame Kathode mit Masse verbunden wird, um den Stromkreis zu schließen.

1.9 Technologietrends und Entwicklungen

Der Trend bei 7-Segment-Anzeigen geht hin zu höherer Effizienz, Helligkeit und Miniaturisierung. Der Wechsel von traditionellen farbigen LEDs (rot, grün) zu phosphorkonvertierten weißen LEDs (wie der InGaN-basierte Chip in dieser Anzeige) ermöglicht ein neutrales, kontrastreiches Erscheinungsbild, das für mehr Anwendungen geeignet ist. Es gibt auch einen Trend zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für die automatisierte Montage, obwohl Durchstecktypen wie dieser für Prototyping, Reparatur und Anwendungen, die robuste mechanische Verbindungen erfordern, beliebt bleiben. Integration ist ein weiterer Trend, wobei Treiberelektronik und manchmal Mikrocontroller mit dem Anzeigemodul selbst kombiniert werden, was die Anzahl externer Komponenten reduziert. Darüber hinaus führen Fortschritte in Materialien zu größeren Betrachtungswinkeln und verbesserter Leistung über erweiterte Temperaturbereiche.