LTS-5703AJS 0.56英吋黃色LED七段顯示器規格書 - 字高14.22mm - 順向電壓2.6V - 功率40mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-5703AJS是一款高效能、低功耗的七段LED顯示模組。其主要功能是在電子設備中提供清晰、明亮的數字與有限字母數字字元輸出。其核心應用於儀器儀表、消費性電子產品以及工業控制面板中，這些應用需要可靠且低電流的數位讀數顯示。

此元件定位為提供卓越可讀性與能源效率的解決方案。其核心優勢源自於採用先進的AlInGaP半導體材料，與舊技術相比，能在相對較低的驅動電流下提供高亮度與良好的色彩純度。

1.1 核心優勢與目標市場

定義此產品市場地位的關鍵特性包括0.56英吋（14.22 mm）的字元高度，在尺寸與可見度之間取得了良好的平衡。其段位連續且均勻，確保了美觀的字元外觀。該元件功耗低，適用於電池供電或注重能源效率的應用。它能提供高亮度與高對比度，並具備寬廣視角，確保從不同位置都能清晰辨識。其固態結構提供了固有的可靠性。最後，元件依據發光強度進行分級，確保在多數位顯示器中亮度匹配的一致性。

目標市場包括可攜式測試設備、數位萬用電錶、時鐘收音機、家電控制面板以及任何需要簡單、直接驅動數位顯示的嵌入式系統設計師。

2. 技術規格深入解析

本節根據規格書，對元件的技術參數提供詳細、客觀的分析。

2.1 光度學與光學特性

光學性能是顯示功能的核心。該元件採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）黃色LED晶片。這些晶片製作在不透明的GaAs基板上，有助於將光線導向前方，並可提高對比度。封裝具有淺灰色面板與白色段位，此組合旨在段位未點亮時增強對比度。

• 平均發光強度（I_V）：在順向電流（I_F）僅為1mA時，範圍從最小320 µcd到典型值700 µcd。如此亮度下所需的極低驅動電流是一項關鍵規格，能實現極低的系統功耗。
• 峰值發射波長（λ_p）：典型值為588 nm，位於可見光譜的黃色區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：典型值為15 nm，表示頻譜頻寬相對較窄，有助於呈現純淨的黃色。
• 主波長（λ_d）：典型值為587 nm，與峰值波長非常接近。
• 發光強度匹配比：在I_F=1mA的相似發光區域條件下，規定最大值為2:1。這意味著單一元件內不同段位之間，或不同元件之間的亮度差異不會超過兩倍，確保外觀均勻。

需注意，發光強度是使用近似CIE明視覺響應曲線的感測器與濾光片進行測量，確保數值與人類視覺感知相符。

2.2 電氣參數

電氣特性定義了顯示器與驅動電路之間的介面。

• 每段順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，典型值為2.6V，最大值為2.6V。最小值為2.05V。設計師必須確保驅動電路能提供至少2.6V的電壓，以在20mA下達到額定亮度。
• 每段逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大值為100 µA。此參數對於電路保護很重要；超過逆向電壓額定值可能損壞LED。
• 每段連續順向電流：絕對最大額定值為25 mA。然而，從25°C開始，需以0.33 mA/°C的線性降額因子進行降額。這意味著在較高的環境溫度下，必須降低最大允許連續電流，以防止過熱和過早失效。
• 峰值順向電流：在特定條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）可脈衝驅動至60 mA。這允許使用多工掃描方案或短暫過驅動以提高亮度。
• 每段功耗：絕對最大值為40 mW。此熱限制與電流降額相結合，對於可靠性至關重要。

2.3 熱與環境額定值

元件的操作限制由溫度範圍定義。

• 操作溫度範圍：-35°C 至 +105°C。此寬廣範圍使其適用於各種環境，從工業冷藏到高溫設備外殼。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。
• 焊接條件：規定在組裝過程中，元件本體溫度不得超過最高額定溫度。指導原則是於260°C下焊接3秒，且焊點至少位於封裝座平面下方1/16英吋（約1.6mm）處。

3. 分級系統說明

規格書指出元件依據發光強度進行分級。這指的是分級過程。雖然本文件未提供具體的分級代碼，但此類顯示器的典型分級涉及根據在標準測試電流（例如1mA或20mA）下測得的發光強度對製造單元進行分類。

單元被分組到具有定義的最小和最大強度值的級別中。這允許客戶根據其應用選擇級別，確保在多數位顯示器中所有數字的亮度一致性。例如，設計師可能指定所有顯示器必須來自I_V在1mA時介於500 µcd至600 µcd之間的級別。規定的2:1強度匹配比是單一元件內或標準級別內允許的最壞情況變化。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但我們可以推斷其標準內容與重要性。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此基本曲線顯示流經LED段的電流與其兩端電壓之間的關係。它是非線性的。在20mA時V_F的典型值2.6V是此曲線上的一個點。該曲線有助於設計師正確選擇限流電阻，並了解驅動電路的電壓要求，特別是在平均電流與瞬時電流不同的多工掃描情況下。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖表對於亮度控制至關重要。它顯示光輸出如何隨電流增加而增加。通常在一定範圍內是線性的，但在非常高的電流下會飽和。能以低至1mA的電流驅動段位是一項關鍵特性，此曲線將顯示該點相對於典型20mA驅動的相對亮度。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。此曲線量化了該降額。對於在高環境溫度下運作的應用至關重要，以確保顯示器在整個操作範圍內保持足夠明亮。

4.4 頻譜分佈

此圖表顯示跨波長的相對光強度，以588 nm峰值為中心，半高寬為15 nm。這定義了確切的黃色色調。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖面

該元件具有標準的10接腳單數位七段顯示器佔位面積。規格書包含詳細的尺寸標註圖。關鍵註記說明所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，標準公差為±0.25 mm。特別註記提到接腳尖端偏移公差為+0.4 mm，這對於PCB孔位放置與波峰焊接製程很重要。

5.2 接腳連接與極性識別

該元件採用共陰極配置。這意味著所有個別LED段的陰極（負極端）在內部連接在一起。有兩個共陰極接腳（接腳3和8），它們在內部相連。這種雙接腳設計有助於電流分佈與PCB佈局。每個段位（A、B、C、D、E、F、G及小數點）的陽極（正極端）則位於獨立的接腳上。具體接腳定義為：1:E、2:D、3:共陰極、4:C、5:小數點、6:B、7:A、8:共陰極、9:F、10:G。

5.3 內部電路圖

提供的圖表直觀地確認了共陰極架構，顯示所有段位LED的陽極位於個別接腳上，而它們的陰極則連接至接腳3和8。

6. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值章節提供了關鍵的組裝數據。規定的焊接條件是穿孔元件的業界標準：最高烙鐵溫度260°C，持續時間不超過3秒，且焊點位於封裝本體下方至少1.6mm處，以最大限度地減少熱量傳遞到LED晶片和內部接合點。在任何涉及熱量的組裝過程（如波峰焊接或手動維修）中，顯示器單元本身的溫度不得超過其最大儲存溫度額定值。正確處理以避免靜電放電（ESD）也是LED元件的標準預防措施，儘管未明確說明。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

對於共陰極顯示器，驅動電路通常將共陰極接腳連接到地。每個段位陽極接腳透過一個限流電阻連接到正電源（V_CC）。電阻值使用公式 R = (V_CC - V_F) / I_F 計算。例如，使用5V電源，V_F為2.6V，且期望的I_F為10mA，則電阻值為 (5 - 2.6) / 0.01 = 240 歐姆。如果微控制器I/O接腳能夠提供所需電流（例如每段10-20mA），則可以直接驅動顯示器，但在多工掃描多個數字時，通常需要外部驅動電晶體或專用LED驅動IC。

7.2 設計考量與注意事項

• 電流限制：務必使用串聯電阻。切勿將LED直接連接到電壓源。
• 多工掃描：為了驅動多個數字，會使用多工掃描方案，其中數字一次快速點亮一個。峰值電流可以更高（最高可達60mA額定值），以補償較低的工作週期，維持感知亮度。
• 視角：寬廣視角是有益的，但在安裝顯示器時需考慮預期使用者的位置。
• 亮度匹配：對於多數位顯示器，請使用來自相同發光強度級別的元件，或者如果變異明顯，可使用PWM實施軟體亮度校準。
• 低功耗設計：在對電池敏感的應用中，利用1mA驅動能力。1mA下的亮度（最小320 µcd）通常足以供室內使用。

8. 技術比較與差異化

LTS-5703AJS主要透過其AlInGaP技術與極低電流操作來實現差異化。與舊式的紅色GaAsP或GaP LED相比，AlInGaP提供更高的效率，從而在相同電流下實現更高亮度，或在更低電流下實現同等亮度。與當代高亮度紅色LED相比，黃色在某些應用中可能提供更好的可見度或更低的視覺疲勞。其低V_F（相較於藍色或白色LED）在低電壓系統中也是一項優勢。強度分級在需要均勻性的應用中，相較於簡單、未分級的通用顯示器提供了優勢。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以用3.3V邏輯驅動此顯示器嗎？

答：可以。V_F的典型值為2.6V，因此3.3V電源提供了足夠的餘裕。請據此計算串聯電阻：例如，對於10mA，R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 歐姆。

問：擁有兩個共陰極接腳的目的是什麼？

答：它們在內部相連。擁有兩個接腳有助於將總陰極電流（即所有點亮段位電流的總和）分佈到兩條PCB走線和焊點上，提高了可靠性，並可能減少電壓降。

問：規格顯示最大連續電流為25mA，但V_F的測試條件為20mA。我應該在設計中使用哪一個？

答：20mA這個數字是用於報告典型特性（如V_F和波長）的標準測試條件。為了可靠的長期運作，謹慎的做法是設計連續電流等於或低於20mA，特別是當環境溫度預計高於25°C時，需遵循降額曲線。

問：如果我多工掃描4個數字，如何達到相同的亮度？

答：在1/4工作週期下，您需要將瞬時段位電流乘以4，以達到相同的平均電流，從而獲得相似的感知亮度。如果您希望每個段位的平均電流為5mA，則應以20mA脈衝驅動每個段位。確保此脈衝電流（20mA）及由此產生的瞬時功耗在絕對最大額定值（峰值60mA，40mW）範圍內。

10. 實際使用案例

設計案例：4位數可攜式數位溫度計。

設計目標是長電池壽命與清晰的可讀性。微控制器的I/O與功率預算有限。

實施方式：使用四個LTS-5703AJS顯示器以多工掃描配置連接。將四個數字所有對應的段位陽極（A、B、C...）連接在一起。每個數字的共陰極由微控制器接腳驅動的獨立NPN電晶體控制。微控制器循環開啟一個數字的陰極，同時在共陽極線上輸出該數字的段位圖案。為了節省電力，將驅動電流設定為平均5mA。使用1/4工作週期的多工掃描，每段的瞬時電流設定為20mA（5mA * 4）。這在60mA峰值額定值範圍內。感知亮度將良好，且每段的平均功耗非常低，與使用每段需要10-20mA連續電流的顯示器相比，顯著延長了電池壽命。

11. 技術原理介紹

LTS-5703AJS基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，生長在GaAs（砷化鎵）基板上。在LED中，當順向電壓施加於p-n接面時，電子和電洞復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）。黃色發射（約587-588 nm）是透過特定的鋁、銦和鎵比例實現的。不透明的GaAs基板吸收雜散光，通過防止可能照亮未點亮段位的內部反射來提高對比度。共陰極配置透過允許單一開關（例如電晶體）在多工掃描期間控制整個數字的開/關狀態，簡化了驅動電路。

12. 技術趨勢與背景

雖然七段LED顯示器在特定應用中仍然至關重要，但顯示技術的更廣泛趨勢已轉向點矩陣格式（用於字母數字和圖形）以及基於整合控制器的模組（如OLED或TFT）。然而，對於簡單、堅固、低成本、低功耗、高亮度且直接驅動的數位顯示器的利基市場仍然存在。此利基市場內的發展重點在於材料科學（如AlInGaP取代舊材料以提高效率）、更低的工作電壓和電流、改進封裝以提高可靠性和更寬的溫度範圍，以及用於自動化組裝的表面黏著版本。LTS-5703AJS代表了此發展歷程中的一個成熟點，為其預期用途提供了性能與實用性的平衡。未來的發展可能會在內部整合限流電阻或簡單邏輯，但對於許多簡單的應用，基本元件的簡潔性仍然是關鍵優勢。