目录
1. 产品概述
LSHD-F101是一款单数码、七段加小数点LED显示模块。它采用先进的铝铟镓磷（AlInGaP）外延层，生长在砷化镓（GaAs）衬底上，以产生高效的红光发射。该器件主要用于需要清晰、明亮、可靠数字读数的电子设备，例如仪器仪表盘、消费电器和工业控制器。其核心优势包括：由于连续均匀的段码带来的优异字符外观、高亮度和对比度以实现卓越的可视性，以及固态可靠性确保长久的使用寿命。
1.1 主要特性
- 字符高度：0.39英寸（10.0毫米）。
- 连续均匀的段码，确保字符外观平滑。
- 低功耗要求，提升能源效率。
- 高亮度与高对比度，提供出色的可读性。
- 宽视角，适用于各种安装位置。
- 固态可靠性，无活动部件。
- 按发光强度分级，便于在多位数应用中匹配亮度。
- 无铅封装，符合RoHS（有害物质限制）指令。
2. 技术参数：深入客观解读
2.1 绝对最大额定值
这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。为确保可靠性能，不建议在接近或达到这些极限的条件下工作。
- 每段功耗：70 mW。这是单个LED段在不造成热损伤的情况下可安全耗散的最大功率。
- 每段峰值正向电流：90 mA。此额定值适用于脉冲条件（1/10占空比，0.1ms脉冲宽度），高于连续电流额定值。
- 每段连续正向电流：25°C时为25 mA。当环境温度超过25°C时，此电流以0.28 mA/°C的速率线性降额。在较高温度下，需要适当的散热或降低电流。
- 每段反向电压：5 V。在反向偏压下超过此电压可能导致立即且灾难性的故障。
- 工作与存储温度范围：-35°C 至 +105°C。该器件额定可在此宽广的工业温度范围内工作和存储。
- 焊接条件：封装可承受在260°C下最长5秒的焊接，测量点为安装平面下方1/16英寸（约1.6毫米）处。
2.2 电气与光学特性
这些是在指定测试条件（Ta=25°C）下测得的典型性能参数。
- 每段平均发光强度（Iv）：在1mA驱动电流下为200-750 ucd，在10mA下为3400-9750 ucd。这种高强度确保了明亮的显示输出。
- 峰值发射波长（λp）：650 nm（典型值）。这指定了光功率输出最大的波长。
- 主波长（λd）：639 nm（典型值）。这是人眼感知到的单一波长，定义了红色。
- 光谱线半宽（Δλ）：20 nm（典型值）。这表示发射红光的频谱纯度。
- 每芯片正向电压（Vf）：在20mA测试电流下为2.10V至2.60V。电路设计必须适应此范围以确保驱动电流一致。
- 每段反向电流（Ir）：在5V反向电压下最大为100 µA。此参数仅用于测试目的；禁止连续反向偏压操作。
- 发光强度匹配比：在1mA驱动下，段与段之间最大为2:1。这确保了整个显示屏的亮度均匀。
3. 分级系统说明
规格书指出该器件“按发光强度分级”。这意味着一个分级过程，即根据在标准测试电流（例如，1mA或10mA）下测量的光输出对显示屏进行分类。这使得设计人员可以从相同或相邻的强度等级中选择部件，以确保多位数显示屏的视觉一致性，防止某些数字看起来比其他数字更亮或更暗。虽然此摘录未提供具体的分级代码细节，但此分类是确保最终应用在美学和功能上保持一致性的关键质量控制步骤。
4. 性能曲线分析
规格书引用了“典型电气/光学特性曲线”，这对于详细设计至关重要。这些曲线通常包括：
- IV曲线（正向电流 vs. 正向电压）：显示指数关系，对于设计恒流驱动器至关重要。
- 发光强度 vs. 正向电流：展示光输出如何随电流增加，有助于亮度校准和效率计算。
- 发光强度 vs. 环境温度：显示光输出随温度升高而降额，对于热管理很重要。
- 光谱分布：绘制相对强度与波长的关系图，确认主波长、峰值波长和光谱宽度。
设计人员应参考这些曲线以优化驱动条件、理解温度依赖性并预测在实际工作环境中的性能。
5. 机械与封装信息
5.1 封装尺寸
该显示屏具有浅灰色面板和白色段码。关键尺寸说明包括：
- 除非另有说明，所有尺寸均以毫米为单位，一般公差为±0.25mm。
- 引脚尖端偏移公差为±0.40 mm。
- 推荐的引脚PCB孔径为1.0 mm。
- 质量规范限制了异物、段码内的气泡、反射器弯曲和表面油墨污染，以确保光学清晰度和机械完整性。
5.2 引脚配置与电路图
该器件采用10引脚配置，具有共阳极架构。内部电路图显示两个共阳极引脚（引脚1和引脚6）在内部连接在一起，提供冗余并可能实现更好的电流分配。段码阴极（A-G和DP）连接到单独的引脚。此配置是复用多位数的标准配置，尽管这是一个单位数单元。引脚排列如下：1-公共阳极，2-F，3-G，4-E，5-D，6-公共阳极，7-DP，8-C，9-B，10-A。
6. 焊接与组装指南
6.1 自动焊接
推荐条件：260°C，持续5秒，测量点为封装安装平面下方1.6mm（1/16英寸）处。在此过程中，元件本体温度不得超过其最大额定值。
6.2 手动焊接
推荐条件：350°C ±30°C，最长5秒，烙铁头置于安装平面下方1.6mm处。必须注意避免长时间的热暴露。
7. 应用建议
7.1 典型应用场景
此显示屏适用于普通电子设备，包括办公设备、通信设备和家用电器。其高亮度和可读性使其适用于面板仪表、时钟显示、简单控制单元读数以及需要清晰数字指示器的消费电子产品。
7.2 关键设计考量
- 驱动方法：强烈建议使用恒流驱动而非恒压驱动，以确保一致的发光强度和寿命，因为LED亮度是电流的函数，而非电压。
- 电流限制：驱动电路必须将每段的电流限制在绝对最大额定值（25mA连续，随温度降额）以内。超过此值会导致快速老化。
- 电压范围：电路设计必须适应2.10V至2.60V的完整正向电压（Vf）范围，以便为所有单元提供预期电流。
- 反向电压保护：驱动电路应包含保护措施（例如串联二极管或集成电路特性），以防止在通电、关机或故障条件下将反向电压或电压尖峰施加到LED阴极。
- 热管理：必须根据应用环境的最高环境温度，使用高于25°C时0.28 mA/°C的降额系数，对安全工作电流进行降额。
8. 可靠性测试
该器件基于军用（MIL-STD）、日本工业（JIS）和内部标准进行了一系列全面的可靠性测试。这些测试验证了其稳健性和寿命：
- 工作寿命（RTOL）：在室温下，以最大额定电流工作1000小时。
- 环境应力：包括高温/高湿存储（65°C/90-95% RH下500小时）、高低温存储（105°C和-35°C下1000小时）、温度循环和热冲击测试。
- 工艺稳健性：耐焊接性和可焊性测试确保封装能够承受标准组装工艺。
9. 注意事项与使用限制
该器件并非设计用于故障可能危及生命或健康的安全关键应用（例如，航空、医疗生命支持、交通安全系统）。对于此类应用，必须咨询制造商以获取特殊认证的组件。制造商对因超出绝对最大额定值或违反所提供说明的操作而造成的损害不承担任何责任。需要特别注意避免反向偏压，这可能导致金属迁移并导致漏电流增加或故障。
10. 技术对比与差异化
LSHD-F101通过其在GaAs衬底上使用AlInGaP技术而与众不同。与标准GaAsP或GaP等旧技术相比，AlInGaP LED提供显著更高的发光效率，从而在相同驱动电流下实现更高的亮度。“连续均匀段码”特性表明了高质量的模具和漫射器设计，消除了段码内可见的间隙或热点，从而带来更专业、更易读的字符外观。宽视角和分级发光强度是要求从不同视角或多个单元间保持一致视觉性能的应用的进一步优势。
11. 常见问题解答（基于技术参数）
问：我可以用5V电源和一个简单的电阻驱动这个显示屏吗？
答：可以，但需要仔细计算。使用欧姆定律（R = (电源电压 - LED正向电压) / LED电流），并假设最坏情况下20mA时的Vf为2.6V，电阻值应为（5V - 2.6V）/ 0.02A = 120欧姆。然而，由于Vf存在差异，不同段码/显示屏之间的亮度可能会有所不同。为实现一致性，首选恒流驱动器。
问：峰值波长和主波长有什么区别？
答：峰值波长（650nm）是发射光谱的物理峰值。主波长（639nm）是能对人眼产生相同颜色感知的单一波长。主波长对于颜色规格更为相关。
问：为什么有两个公共阳极引脚？
答：这提供了机械对称性，简化了PCB布局，并有助于更均匀地分配电流，可能提高可靠性和亮度均匀性。
12. 设计与使用案例研究
场景：设计一个简单的数字电压表读数。
设计人员为2位数电压表显示（需要两个单元）选择了LSHD-F101。他们首先检查强度分级信息，以便从同一等级采购两个显示屏以确保亮度均匀。微控制器工作在3.3V。为了以10mA的目标电流驱动每段以获得良好亮度，他们使用晶体管阵列IC设计了一个恒流吸收驱动器。驱动电路包含保护二极管，以钳位来自连接显示面板的长导线可能产生的感应电压尖峰。PCB布局为显示屏提供了足够的间距以适应推荐的1.0mm安装孔，并包含一个用于散热的地平面。在测试期间，他们在预期的最高环境温度50°C下验证段码亮度，并确认电流已适当降额至每段约18mA（25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C)）。
13. 工作原理介绍
LSHD-F101中的光发射基于AlInGaP材料制成的半导体p-n结中的电致发光。当施加超过结内建电势的正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入有源区。在这里，它们复合，以光子的形式释放能量。AlInGaP合金的具体成分决定了带隙能量，这直接对应于发射光的波长（颜色）——在本例中为红色。GaAs衬底是光吸收性的，因此芯片设计为顶部发射，然后通过模塑塑料封装进行漫射以形成均匀的段码。
14. 技术趋势与背景
AlInGaP技术代表了用于红色、橙色和黄色LED的成熟且高效的解决方案。虽然基于氮化镓（GaN）的新技术主导了蓝色、绿色和白色照明市场，但AlInGaP由于其在该光谱区域的卓越效率和色纯度，仍然是高性能红色指示灯和显示器的首选材料。显示技术的趋势包括转向表面贴装器件（SMD）封装以实现自动化组装和更高密度。虽然LSHD-F101是通孔元件，但其高亮度、可靠性和分级性能的设计原则仍然是基础。未来的发展可能侧重于进一步提高效率、更宽的温度范围以及与驱动电子器件的集成。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |