LTS-5703AJS 0,56-Zoll Gelbe LED-Anzeige Datenblatt - Ziffernhöhe 14,22mm - Durchlassspannung 2,6V - Leistung 40mW - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-5703AJS ist ein hochwertiges, energieeffizientes Siebensegment-LED-Anzeigemodul. Seine Hauptfunktion besteht darin, in elektronischen Geräten klare, helle numerische und begrenzte alphanumerische Zeichenausgaben bereitzustellen. Der Haupteinsatzbereich liegt in Messgeräten, Unterhaltungselektronik und industriellen Bedienfeldern, zuverlässige, stromsparende digitale Anzeigen benötigt werden.

Das Bauteil positioniert sich als Lösung mit hervorragender Lesbarkeit und Energieeffizienz. Seine Kernvorteile ergeben sich aus der Verwendung des fortschrittlichen AlInGaP-Halbleitermaterials, das im Vergleich zu älteren Technologien bei relativ niedrigen Treiberströmen hohe Helligkeit und gute Farbreinheit bietet.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die wichtigsten Merkmale, die die Marktposition dieses Produkts definieren, sind eine Ziffernhöhe von 0,56 Zoll (14,22 mm), die eine gute Balance zwischen Größe und Sichtbarkeit bietet. Die Segmente sind durchgehend und gleichmäßig, was ein ansprechendes ästhetisches Erscheinungsbild der Zeichen gewährleistet. Das Bauteil benötigt wenig Leistung und eignet sich daher für batteriebetriebene oder energiebewusste Anwendungen. Es bietet hohe Helligkeit und hohen Kontrast, gepaart mit einem breiten Betrachtungswinkel, was die Lesbarkeit aus verschiedenen Positionen sicherstellt. Die Festkörperbauweise bietet inhärente Zuverlässigkeit. Schließlich sind die Bauteile nach Lichtstärke kategorisiert, was eine konsistente Helligkeitsabstimmung in mehrstelligen Anzeigen ermöglicht.

Der Zielmarkt umfasst Entwickler von tragbaren Prüfgeräten, digitalen Multimetern, Radioweckern, Gerätebedienfeldern und jedem eingebetteten System, das eine einfache, direkt ansteuerbare numerische Anzeige benötigt.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der technischen Parameter des Bauteils, wie im Datenblatt definiert.

2.1 Lichttechnische und optische Eigenschaften

Die optische Leistung ist zentral für die Funktion der Anzeige. Das Bauteil verwendet AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) gelbe LED-Chips. Diese werden auf einem nicht transparenten GaAs-Substrat hergestellt, was hilft, das Licht nach vorne zu lenken und den Kontrast verbessern kann. Das Gehäuse hat eine hellgraue Vorderseite mit weißen Segmenten, eine Kombination, die den Kontrast verbessern soll, wenn die Segmente nicht leuchten.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Reicht von mindestens 320 µcd bis typisch 700 µcd bei einem Durchlassstrom (I_F) von nur 1mA. Dieser außergewöhnlich niedrige Treiberstrom für eine solche Helligkeit ist eine Schlüsselspezifikation, die einen sehr niedrigen Systemstromverbrauch ermöglicht.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Typisch 588 nm, was es in den gelben Bereich des sichtbaren Spektrums einordnet.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Typisch 15 nm, was auf eine relativ schmale spektrale Bandbreite hinweist, die zu einer reinen gelben Farbe beiträgt.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Typisch 587 nm, was eng mit der Spitzenwellenlänge übereinstimmt.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Spezifiziert als maximal 2:1 unter ähnlichen Lichtflächenbedingungen bei I_F=1mA. Das bedeutet, dass die Helligkeit verschiedener Segmente in einem Bauteil oder zwischen Bauteilen um nicht mehr als den Faktor zwei variiert, was ein einheitliches Erscheinungsbild gewährleistet.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Lichtstärke mit einem Sensor und Filter gemessen wird, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entsprechen, um sicherzustellen, dass die Werte mit der menschlichen visuellen Wahrnehmung korrelieren.

2.2 Elektrische Parameter

Die elektrischen Eigenschaften definieren die Schnittstelle zwischen der Anzeige und der Treiberschaltung.

• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Typisch 2,6V mit einem Maximum von 2,6V bei I_F=20mA. Das Minimum beträgt 2,05V. Entwickler müssen sicherstellen, dass die Treiberschaltung mindestens 2,6V bereitstellen kann, um die Nennhelligkeit bei 20mA zu erreichen.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Maximal 100 µA bei einer Sperrspannung (V_R) von 5V. Dieser Parameter ist wichtig für den Schaltungsschutz; das Überschreiten der Sperrspannungsfestigkeit kann die LED beschädigen.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Der absolute Maximalwert beträgt 25 mA. Es gilt jedoch ein Derating-Faktor von 0,33 mA/°C linear ab 25°C. Das bedeutet, dass bei höheren Umgebungstemperaturen der maximal zulässige Dauerstrom reduziert werden muss, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.
• Spitzen-Durchlassstrom:Kann unter bestimmten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite) bis zu 60 mA gepulst werden. Dies ermöglicht Multiplexing-Verfahren oder kurzes Übersteuern für erhöhte Helligkeit.
• Verlustleistung pro Segment:Absolutes Maximum ist 40 mW. Diese thermische Grenze, kombiniert mit dem Strom-Derating, ist entscheidend für die Zuverlässigkeit.

2.3 Thermische und Umgebungsbedingungen

Die Betriebsgrenzen des Bauteils werden durch Temperaturbereiche definiert.

• Betriebstemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Dieser weite Bereich macht es für den Einsatz in verschiedenen Umgebungen geeignet, von industrieller Kühlung bis zu heißen Gerätegehäusen.
• Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C.
• Lötbedingungen:Spezifiziert, dass während der Montage die Bauteiltemperatur die maximale Temperaturfestigkeit nicht überschreiten darf. Die Richtlinie lautet: Löten bei 260°C für 3 Sekunden, wobei der Lötpunkt mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflagefläche des Gehäuses liegen muss.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile "nach Lichtstärke kategorisiert" sind. Dies bezieht sich auf einen Binning-Prozess. Obwohl in diesem Dokument keine spezifischen Bin-Codes angegeben sind, umfasst die typische Kategorisierung für solche Anzeigen die Sortierung hergestellter Einheiten basierend auf der gemessenen Lichtstärke bei einem Standardteststrom (z.B. 1mA oder 20mA).

Einheiten werden in Bins mit definierten Minimal- und Maximalwerten für die Intensität gruppiert. Dies ermöglicht es Kunden, Bins für ihre Anwendung auszuwählen und so eine gleichmäßige Helligkeit über alle Ziffern in einer mehrstelligen Anzeige sicherzustellen. Beispielsweise könnte ein Entwickler vorgeben, dass alle Anzeigen aus einem Bin mit I_Vzwischen 500 µcd und 600 µcd bei 1mA stammen müssen. Das spezifizierte 2:1 Intensitätsabgleichverhältnis ist die maximal zulässige Variation innerhalb eines einzelnen Bauteils oder möglicherweise innerhalb eines Standard-Bins.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf "Typische elektrische/optische Kennlinien". Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, können wir ihren Standardinhalt und ihre Bedeutung ableiten.

4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)

Diese grundlegende Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem durch ein LED-Segment fließenden Strom und der Spannung darüber. Sie ist nichtlinear. Der typische V_F-Wert von 2,6V bei 20mA ist ein Punkt auf dieser Kurve. Die Kurve hilft Entwicklern, die Vorwiderstände korrekt zu dimensionieren und die Spannungsanforderungen der Treiberschaltung zu verstehen, insbesondere beim Multiplexing, wo der Durchschnittsstrom vom Momentanstrom abweicht.

4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom

Dieser Graph ist entscheidend für die Helligkeitssteuerung. Er zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt. Sie ist typischerweise über einen Bereich linear, sättigt aber bei sehr hohen Strömen. Die Fähigkeit, Segmente mit nur 1mA anzusteuern, ist ein Schlüsselmerkmal, und diese Kurve würde die relative Helligkeit an diesem Punkt im Vergleich zum typischen 20mA-Betrieb zeigen.

4.3 Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur

Die LED-Lichtausgabe nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve quantifiziert dieses Derating. Sie ist für Anwendungen, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten, unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Anzeige über den gesamten Betriebsbereich hinreichend hell bleibt.

4.4 Spektrale Verteilung

Ein Graph, der die relative Lichtintensität über die Wellenlängen zeigt, zentriert um das 588 nm Maximum mit der 15 nm Halbwertsbreite. Dies definiert den genauen Gelbton.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Zeichnung

Das Bauteil hat einen standardmäßigen 10-poligen Einzelziffer-Siebensegment-Anzeige-Fußabdruck. Das Datenblatt enthält eine detaillierte Maßzeichnung. Wichtige Hinweise geben an, dass alle Maße in Millimetern sind, mit Standardtoleranzen von ±0,25 mm, sofern nicht anders angegeben. Ein spezieller Hinweis erwähnt eine Pinspitzenverschiebungstoleranz von +0,4 mm, was für die PCB-Lochplatzierung und Wellenlötprozesse wichtig ist.

5.2 Pinbelegung und Polaritätsidentifikation

Das Bauteil verwendet eineCommon Cathode-Konfiguration. Das bedeutet, alle Kathoden (negative Anschlüsse) der einzelnen LED-Segmente sind intern miteinander verbunden. Es gibt zwei Common Cathode-Pins (Pin 3 und 8), die intern verbunden sind. Dieses Dual-Pin-Design hilft bei der Stromverteilung und dem PCB-Layout. Die Anoden (positive Anschlüsse) für jedes Segment (A, B, C, D, E, F, G und der Dezimalpunkt) befinden sich auf separaten Pins. Die spezifische Pinbelegung ist: 1:E, 2:D, 3:Common Cathode, 4:C, 5:D.P., 6:B, 7:A, 8:Common Cathode, 9:F, 10:G.

5.3 Internes Schaltbild

Das bereitgestellte Diagramm bestätigt visuell die Common Cathode-Architektur und zeigt alle Segment-LEDs mit ihren Anoden auf individuellen Pins und ihren Kathoden, die an Pin 3 und 8 zusammengeführt sind.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Der Abschnitt zu den absoluten Maximalwerten liefert kritische Montagedaten. Die spezifizierte Lötbedingung ist industrieüblich für Durchsteckbauteile: eine maximale Lötkolbentemperatur von 260°C für eine Dauer von nicht mehr als 3 Sekunden, wobei die Lötstelle mindestens 1,6 mm unterhalb des Gehäusekörpers liegt, um die Wärmeübertragung zu den LED-Chips und internen Bondstellen zu minimieren. Während jedes Montageprozesses, der Wärme beinhaltet (wie Wellenlöten oder manuelle Reparatur), darf die Temperatur der Anzeigeeinheit selbst ihre maximale Lagertemperaturfestigkeit nicht überschreiten. Ein ordnungsgemäßer Umgang zur Vermeidung elektrostatischer Entladung (ESD) ist ebenfalls eine standardmäßige, wenn auch nicht explizit genannte, Vorsichtsmaßnahme für LED-Bauteile.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Für eine Common Cathode-Anzeige verbindet die Treiberschaltung typischerweise die Common Cathode-Pins mit Masse. Jeder Segment-Anodenpin wird über einen Vorwiderstand mit einer positiven Versorgungsspannung (V_CC) verbunden. Der Widerstandswert wird mit R = (V_CC - V_F) / I_F berechnet. Zum Beispiel, bei einer 5V-Versorgung, einem V_F von 2,6V und einem gewünschten I_F von 10mA, wäre der Widerstand (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ohm. Die Anzeige kann direkt von Mikrocontroller-I/O-Pins angesteuert werden, wenn diese den erforderlichen Strom liefern können (z.B. 10-20mA pro Segment), oft sind externe Treibertransistoren oder dedizierte LED-Treiber-ICs für das Multiplexen mehrerer Ziffern erforderlich.

7.2 Designüberlegungen und Hinweise

• Strombegrenzung:Immer Vorwiderstände verwenden. Eine LED niemals direkt an eine Spannungsquelle anschließen.
• Multiplexing:Um mehrere Ziffern anzusteuern, wird ein Multiplexing-Schema verwendet, bei dem die Ziffern nacheinander schnell eingeschaltet werden. Der Spitzenstrom kann höher sein (bis zur 60mA-Nennung), um das niedrigere Tastverhältnis zu kompensieren und die wahrgenommene Helligkeit beizubehalten.
• Betrachtungswinkel:Der breite Betrachtungswinkel ist vorteilhaft, aber die beabsichtigte Benutzerposition sollte bei der Montage der Anzeige berücksichtigt werden.
• Helligkeitsabgleich:Für mehrstellige Anzeigen Bauteile aus demselben Lichtstärke-Bin verwenden oder bei sichtbaren Variationen eine Software-Helligkeitskalibrierung mittels PWM implementieren.
• Niedrigenergie-Design:Die 1mA-Treiberfähigkeit für batterieempfindliche Anwendungen nutzen. Die Helligkeit bei 1mA (min. 320 µcd) ist für den Innenbereich oft ausreichend.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das LTS-5703AJS differenziert sich hauptsächlich durch seineAlInGaP-Technologieund densehr niedrigen Betriebsstrom. Im Vergleich zu älteren roten GaAsP- oder GaP-LEDs bietet AlInGaP höhere Effizienz, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Strom oder äquivalenter Helligkeit bei viel niedrigerem Strom führt. Im Vergleich zu zeitgenössischen hochhellen roten LEDs kann die gelbe Farbe in bestimmten Anwendungen eine bessere Sichtbarkeit oder geringere Augenbelastung bieten. Seine niedrige V_F (im Vergleich zu blauen oder weißen LEDs) ist auch ein Vorteil in Niederspannungssystemen. Die Kategorisierung nach Intensität bietet einen Vorteil in Anwendungen, die Gleichmäßigkeit gegenüber einfachen, nicht gebinnten Standardanzeigen erfordern.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese Anzeige mit 3,3V-Logik ansteuern?

A: Ja. Die typische V_F beträgt 2,6V, daher bietet eine 3,3V-Versorgung genügend Spielraum. Den Vorwiderstand entsprechend berechnen: z.B. für 10mA, R = (3,3 - 2,6) / 0,01 = 70 Ohm.

F: Was ist der Zweck von zwei Common Cathode-Pins?

A: Sie sind intern verbunden. Zwei Pins zu haben, hilft, den gesamten Kathodenstrom (die Summe aller Ströme der leuchtenden Segmente) auf zwei PCB-Leiterbahnen und Lötstellen zu verteilen, was die Zuverlässigkeit verbessert und möglicherweise den Spannungsabfall reduziert.

F: Die Spezifikationen zeigen einen max. Dauerstrom von 25mA, aber eine Testbedingung von 20mA für V_F. Welchen sollte ich für das Design verwenden?

A: Der 20mA-Wert ist die Standardtestbedingung für die Angabe typischer Eigenschaften wie V_F und Wellenlänge. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es ratsam, für einen Dauerstrom bei oder unter 20mA zu entwerfen, insbesondere wenn die Umgebungstemperatur voraussichtlich über 25°C liegt, unter Beachtung der Derating-Kurve.

F: Wie erreiche ich die gleiche Helligkeit, wenn ich 4 Ziffern multiplexe?

A: Bei einem 1/4 Tastverhältnis müssen Sie den Momentanstrom pro Segment mit 4 multiplizieren, um den gleichen Durchschnittsstrom und somit eine ähnliche wahrgenommene Helligkeit zu erreichen. Wenn Sie einen Durchschnitt von 5mA pro Segment wünschen, würden Sie jedes Segment mit 20mA pulsieren. Stellen Sie sicher, dass dieser gepulste Strom (20mA) und die resultierende momentane Verlustleistung innerhalb der absoluten Maximalwerte (60mA Spitze, 40mW) liegen.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Designfall: Ein 4-stelliges tragbares Digitalthermometer.

Das Designziel ist lange Batterielebensdauer und klare Lesbarkeit. Der Mikrocontroller hat begrenzte I/O und ein begrenztes Leistungsbudget.

Umsetzung:Verwenden Sie vier LTS-5703AJS-Anzeigen in einer gemultiplexten Konfiguration. Verbinden Sie alle entsprechenden Segment-Anoden (A, B, C...) über die vier Ziffern hinweg miteinander. Die Common Cathode jeder Ziffer wird von einem separaten NPN-Transistor gesteuert, der von einem Mikrocontroller-Pin angesteuert wird. Der Mikrocontroller schaltet nacheinander die Kathode einer Ziffer ein, während er gleichzeitig das Segmentmuster für diese Ziffer auf den gemeinsamen Anodenleitungen ausgibt. Um Energie zu sparen, wird der Treiberstrom auf einen Durchschnitt von 5mA eingestellt. Unter Verwendung von Multiplexing mit einem 1/4 Tastverhältnis wird der Momentanstrom pro Segment auf 20mA (5mA * 4) eingestellt. Dies liegt innerhalb der 60mA-Spitzen-Nennung. Die wahrgenommene Helligkeit wird gut sein, und der durchschnittliche Leistungsverbrauch pro Segment ist sehr niedrig, was die Batterielebensdauer im Vergleich zur Verwendung von Anzeigen, die 10-20mA Dauerstrom pro Segment benötigen, erheblich verlängert.

11. Einführung in das Technologieprinzip

Das LTS-5703AJS basiert aufAlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)-Halbleitermaterial, das auf einemGaAs (Galliumarsenid)-Substrat gewachsen wird. In einer LED rekombinieren Elektronen und Löcher, wenn eine Durchlassspannung an den p-n-Übergang angelegt wird, und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlInGaP-Legierung bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert. Die gelbe Emission (~587-588 nm) wird mit einem spezifischen Verhältnis von Aluminium, Indium und Gallium erreicht. Das nicht transparente GaAs-Substrat absorbiert Streulicht und verbessert den Kontrast, indem es interne Reflexionen verhindert, die nicht leuchtende Segmente aufhellen könnten. Die Common Cathode-Konfiguration vereinfacht die Treiberschaltung, indem sie es ermöglicht, mit einem einzigen Schalter (z.B. einem Transistor) den Ein/Aus-Zustand der gesamten Ziffer während des Multiplexings zu steuern.

12. Technologietrends und Kontext

Während Siebensegment-LED-Anzeigen für spezifische Anwendungen nach wie vor wichtig sind, hat sich der breitere Trend in der Displaytechnologie hin zu Punktmatrix-Formaten (für alphanumerische Zeichen und Grafiken) und integrierten controllerbasierten Modulen (wie OLED oder TFT) verschoben. Die Nische für einfache, robuste, kostengünstige, energieeffiziente, hochhelle und direkt ansteuerbare numerische Anzeigen bleibt jedoch bestehen. Die Entwicklung in dieser Nische konzentriert sich auf Materialwissenschaft (wie AlInGaP, das ältere Materialien für bessere Effizienz ersetzt), niedrigere Betriebsspannungen und -ströme, verbesserte Gehäuse für höhere Zuverlässigkeit und breitere Temperaturbereiche sowie oberflächenmontierbare Versionen für die automatisierte Montage. Das LTS-5703AJS repräsentiert einen ausgereiften Punkt in dieser Entwicklung und bietet für seine vorgesehenen Einsatzzwecke eine Balance aus Leistung und Praktikabilität. Zukünftige Entwicklungen könnten Vorwiderstände oder einfache Logik intern integrieren, aber für viele einfache Anwendungen bleibt die Einfachheit der Basiskomponente ein Schlüsselvorteil.