LTP-537JD LED顯示器規格書 - 0.5英吋字高 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-537JD是一款高效能單字元英數字顯示模組，專為需要清晰、明亮的數字及有限字母顯示的應用而設計。其核心功能是透過可獨立定址的發光段來形成字元，提供視覺輸出。此元件專注於工業、儀器儀表及消費性電子介面中的可靠性和光學性能。

本顯示器採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料作為其發光元件。選擇此材料技術是因為其在產生高亮度紅光方面效率卓越。晶片製作在不透明的GaAs（砷化鎵）基板上，此設計能防止內部光散射與反射，將更多發射光導向前方通過發光段，從而增強對比度。視覺呈現採用黑色面板，能顯著吸收環境光以提高對比度，搭配白色發光段區域讓發射的紅光通過，形成在深色背景上清晰銳利的字元。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的主要優勢源於其光電設計與結構。使用AlInGaP LED提供了高發光強度以及在紅光光譜中卓越的效率。黑色面板與白色發光段的設計是實現高對比度的關鍵特性，使顯示器在各種光照條件下（包括明亮的環境光）都易於閱讀。連續均勻的發光段確保了所形成字元的外觀一致且專業，點亮區域沒有可見的間隙或不規則。

此元件依據發光強度進行分級，意味著單元經過分選或測試，以確保達到特定的亮度閾值，從而提供生產批次的一致性。其寬廣視角確保了從偏軸位置也能清晰辨識，這對於面板安裝設備至關重要。每段低功耗需求使其適用於電池供電或注重能源效率的應用。最後，其固態可靠性意味著具有長使用壽命、無活動零件，並能抵抗衝擊與振動。

此元件的目標市場包括工業控制面板、測試與量測設備、醫療裝置、汽車儀表板（用於輔助顯示）、銷售點系統以及需要單字元讀數來顯示設定、計數器或狀態指示的家用電器。

2. 深入技術參數分析

電氣與光學參數定義了顯示器的工作邊界與性能特性。理解這些對於正確的電路設計與整合至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值規定了可能導致元件永久損壞的極限。它們並非正常操作條件。

• 每段功耗：70 mW。這是在任何條件下，單一LED發光段所能承受的最大允許散熱功率。超過此值可能導致過熱並加速劣化或故障。
• 每段峰值順向電流：90 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為1/10，脈衝寬度為0.1毫秒。這對於多工驅動方案或實現瞬間更高亮度非常有用。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。這是建議的恆定操作最大電流。規格中指定了0.33 mA/°C的降額因子，意味著當環境溫度（Ta）高於25°C時，最大允許連續電流會線性下降，以防止熱過應力。
• 每段逆向電壓：5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能擊穿LED的PN接面。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此元件額定可在此寬廣溫度範圍內運作與儲存，適用於大多數非極端環境。
• 焊接溫度：在安裝平面下方1/16英吋（約1.6毫米）處測量，260°C持續3秒。這為波焊或迴焊製程提供了指導原則，以避免損壞塑膠封裝或內部接合線。

2.2 電氣與光學特性

這些是在指定測試條件下（通常為Ta=25°C）的典型值與最大/最小值。它們描述了元件在正常操作期間的性能。

• 平均發光強度（I_V）：在I_F=1mA時，320 μcd（最小值），700 μcd（典型值）。這是光輸出的量度。特性中提到的分級很可能基於此參數對元件進行分組（例如，標準亮度級與高亮度級）。
• 峰值發射波長（λ_p）：在I_F=20mA時，650 nm（典型值）。這是光譜輸出最強的波長，將其定位在可見光譜的超紅光區域。
• 主波長（λ_d）：在I_F=20mA時，639 nm（典型值）。這是人眼感知到的單一波長，定義了顏色。峰值波長與主波長之間的差異是由於發射光譜的形狀所致。
• 光譜線半高寬（Δλ）：在I_F=20mA時，20 nm（典型值）。這表示光譜純度；數值越小表示光越接近單色光。20 nm是AlInGaP紅光LED的典型值。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，2.1V（最小值），2.6V（典型值）。這是LED導通時的跨壓。對於設計限流電路至關重要。驅動器供應電壓必須高於此值。
• 每段逆向電流（I_R）：在V_R=5V時，100 μA（最大值）。這是當LED在其最大額定值內被逆向偏壓時流過的微小漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大值）。這規定了在相同驅動條件下（I_F=1mA），單一元件內最亮與最暗發光段之間的最大允許比率。2:1的比率確保了外觀的合理均勻性。

量測註記：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量測，確保數值符合人類視覺感知。

3. 分級系統說明

規格書指出此產品依據發光強度分級。這意味著一個分選或分類過程。

• 發光強度分級：製造完成後，個別顯示器會在標準電流（可能是1mA或20mA）下測試其光輸出。然後根據量測到的I_V值將其分組到不同的級別或類別中。例如，一個級別可能包含I_V值在320-500 μcd之間的元件，而高級別可能包含500-700 μcd的元件。這讓客戶可以選擇適合其應用的一致性等級，確保系統中多個字元的亮度均勻。規格書提供了整體的最小/典型範圍，但具體的分級代碼通常是完整訂購資訊的一部分。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類元件的典型曲線包括：

• 電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：顯示指數關係。順向電壓（V_F）隨電流（I_F）增加而增加。該曲線具有溫度依賴性，對於給定的電流，V_F會隨著接面溫度上升而下降。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_Vvs. I_F）：通常顯示光輸出隨電流增加呈線性或略低於線性的增長，直到某一點後，由於熱效應導致效率下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出如何隨著環境（以及接面）溫度升高而降低。AlInGaP LED的光輸出具有相對較強的負溫度係數。
• 光譜分佈：相對強度 vs. 波長的圖表，顯示峰值約在650 nm，半高寬約20 nm，確認了超紅光顏色。

這些曲線對於設計能補償溫度變化的驅動器，以及理解不同操作條件下的亮度行為至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與安裝

此元件採用標準LED顯示器封裝。規格書中的關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，標準公差為±0.25毫米（0.01英吋）。確切的佔位面積、引腳間距、字元高度（12.7毫米）以及整體封裝尺寸均在尺寸圖中定義，這對於PCB（印刷電路板）佈局至關重要，以確保在開孔中正確安裝與對齊。

5.2 引腳連接與極性

LTP-537JD是一款共陰極顯示器。這意味著所有18個發光段（16個字元段加上右側小數點）共用第18腳作為共同的負極連接（陰極）。每個獨立的發光段都有其專用的陽極引腳（第1-17腳）。這種配置很常見，能簡化多工驅動電路，其中共陰極被切換至接地，而所需的陽極則透過限流電阻被驅動至高電位。

引腳排列明確列出了每個引腳的連接，將實體引腳編號對應到發光段功能（A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U，以及D.P.代表小數點）。內部電路圖通常會顯示這種共陰極配置。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是針對焊接製程本身：260°C持續3秒，在封裝安裝平面下方1/16英吋（1.6毫米）處測量。這是一個標準的迴焊溫度曲線參數。嚴格遵守此參數至關重要，以防止：

• 對封裝塑膠環氧樹脂造成熱損傷，可能導致變色或破裂。
• 使連接LED晶片與引腳的內部接合線過熱。
• 使半導體晶粒暴露於過高溫度。

也應遵守一般操作注意事項：避免對引腳施加機械應力，操作時採取ESD（靜電放電）防護措施，並在指定的-35°C至+85°C儲存範圍內，存放於適當的防靜電、乾燥環境中。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

最常見的驅動方法是多工驅動。由於它是共陰極元件，微控制器或專用驅動IC可以透過共陰極引腳（第18腳）吸收電流，同時向需要點亮的發光段對應的特定陽極引腳提供電流。透過快速循環切換哪個字元的陰極為有效，並在共享的陽極線上呈現對應的發光段數據，可以實現多個字元的多工驅動。這大大減少了所需的微控制器I/O引腳數量。

A 限流電阻是必需的，用於每條陽極線路（或使用電流調節驅動器）。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用在20mA時典型的V_F值2.6V以及5V電源供應：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120歐姆。會使用標準的120Ω電阻。應檢查電阻的額定功率：P = I²* R = (0.02)²* 120 = 0.048W，因此標準的1/8W（0.125W）電阻已足夠。

7.2 設計考量

• 熱管理：雖然單個發光段功耗很低（最大70mW），但必須考慮多個發光段點亮或在高環境溫度下操作所產生的集體熱量。確保充分的通風，並考慮在25°C以上的電流降額。
• 視角與對比度：寬廣的視角與高對比度設計使其適用於使用者可能不直接在設備正前方的面板。黑色面板在高環境光環境中特別有益。
• 字元產生的軟體：需要在驅動微控制器的韌體中建立一個查找表，將英數字元（例如 '0'-'9', 'A', 'C', 'E', 'F'）映射到16個發光段的正確組合。

8. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接用3.3V微控制器引腳驅動此顯示器嗎？

A：有可能，但亮度會降低。典型的V_F是2.6V。在3.3V電源下，限流電阻的電壓餘裕僅有0.7V（3.3V - 2.6V）。要達到20mA，您需要一個35Ω的電阻（0.7V / 0.02A）。然而，實際的V_F可能低至2.1V，這會導致使用相同電阻時電流更高，可能超過限制。對於3.3V系統，建議使用恆流驅動器或進行仔細的特性分析。

Q2：峰值波長和主波長有何不同？

A：峰值波長是發射光譜的物理峰值。主波長是純單色光的單一波長，該波長在人眼看來與LED的輸出顏色相同。由於光譜形狀的關係，兩者通常略有差異。

Q3：如何達到最大亮度？

A：以每段最大連續額定電流25mA（在25°C環境溫度下）操作，並確保適當的散熱。不要超過70mW的功耗限制。對於短脈衝，可以在指定的工作週期下使用90mA的峰值電流。

Q4：為什麼會有發光強度匹配比？

A：製造變異會導致即使在相同電流下，各發光段之間的光輸出略有差異。2:1的比率保證在一個單元內，沒有任何一個發光段會比另一個亮超過兩倍，確保字元的視覺均勻性。

9. 技術介紹與趨勢

9.1 AlInGaP LED技術

LTP-537JD使用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料作為其LED晶片。此材料系統在產生琥珀色、紅色及超紅光波長（大約590-650 nm）的光方面特別高效。與較舊的技術如GaAsP（磷化砷化鎵）相比，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率（每電瓦產生更多光輸出）、更好的溫度穩定性以及更長的使用壽命。如本產品所採用，在不透明的GaAs基板上生長磊晶層是一種常見的方法，透過將原本會進入基板而損失的發射光反射回晶片頂部，從而提高光提取效率。

9.2 顯示技術背景與趨勢

雖然多位數點矩陣OLED和LCD顯示器現在已普遍用於複雜圖形，但像LTP-537JD這樣的段式LED顯示器，對於需要極高可靠性、寬廣溫度範圍操作、高亮度、簡單性以及低成本來顯示固定格式數字和簡單字母的應用，仍然高度相關。此類顯示器的趨勢不一定朝向更高解析度，而是朝向提高效率（相同亮度下更低的操作電流）、增強對比度、更寬廣的視角，有時還會將驅動電子元件整合到封裝內。半導體PN接面中電致發光的基本原理保持不變，但材料科學和封裝技術持續推動其性能進步。