LTD-5721AKF LED顯示器規格書 - 0.56英吋數位高度 - AlInGaP黃橙色 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

12. 技術趨勢

LTD-5721AKF是一款高效能的雙位數數值LED顯示模組，專為需要清晰、明亮且可靠數值讀數的應用而設計。其主要功能是在緊湊高效的封裝中提供視覺數值資料。此裝置的核心優勢在於其採用了先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術來製造LED晶片，該技術以在黃橙色光譜中產生高效率發光而聞名。此技術結合在非透明GaAs基板上的特定晶片結構，共同造就了顯示器的關鍵性能特徵。

此裝置被歸類為共陽極型，這是一種簡化多段顯示器驅動電路的標準配置。其每個位數均配備右側小數點，為顯示小數提供了靈活性。物理設計採用灰色面板搭配白色段區顏色，此組合旨在最大化對比度並改善各種照明條件下的字元可讀性。0.56英吋的數位高度（14.22 mm）使其適用於需要從中等距離可讀取資訊，但無需過大元件的應用。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能對裝置造成永久損壞的應力極限。不建議在這些極限值或接近極限值下持續操作顯示器，這可能會縮短其運作壽命。

• 每段功耗：70 mW。這是單個LED段在不造成損壞的情況下，能夠安全以熱量形式消散的最大功率。
• 每段峰值順向電流：60 mA。此電流額定值適用於脈衝條件（頻率1 kHz，工作週期10%），允許在多工驅動方案中實現更高的瞬間亮度。
• 每段連續順向電流：25°C時為25 mA。這是單一段連續操作的最大建議直流電流。指定了0.28 mA/°C的降額因子，這意味著當環境溫度高於25°C時，最大允許連續電流會降低，以防止過熱。
• 每段逆向電壓：5 V。施加超過此值的逆向電壓可能會擊穿LED的PN接面。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。此裝置額定具有工業級溫度耐受性。
• 焊接條件：波峰焊溫度260°C，最長3秒，條件是單元本體溫度不得超過最高額定溫度。這對於組裝以防止塑膠封裝和內部接合點受熱損壞至關重要。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下測量的，定義了裝置的典型性能。

• 平均發光強度_V：在I_F = 20 mA時，最小值43.75 mcd，典型值70 mcd。這是人眼感知的光輸出功率量度。測試條件已從1 mA修訂為20 mA，表示亮度規格的標準操作電流。_F峰值發射波長
• ：_p典型值611 nm。這是發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。譜線半高寬：
• 典型值17 nm。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬，以發射峰值的半高全寬來量測。主波長
• ：_d典型值605 nm。這是能最佳代表光線感知顏色的單一波長，是根據發射光譜和CIE配色函數計算得出的。每段順向電壓
• ：_F在I_F = 20 mA時，最小值2.05 V，典型值2.6 V。這是LED段操作時的跨段電壓降。設計師必須確保驅動電路能提供此電壓。每段逆向電流_F：
• 在V_R = 5 V時，最大值100 μA。這是施加指定逆向電壓時流過的小漏電流。_R發光強度匹配比：相似發光區域內最大值2:1。此規格定義了在相同驅動條件下，裝置內最亮與最暗段之間的最大允許比率，確保視覺均勻性。_R量測備註：
• 發光強度值是使用設計來近似CIE明視覺光度函數的感測器和濾光片組合進行量測的，該函數模擬了標準人眼在正常照明條件下的光譜敏感度。3. 分級系統說明

規格書明確指出此裝置已按發光強度分類。這表示在製造後存在一個分級或篩選流程。由於半導體磊晶生長與晶片製程固有的變異性，LED參數如發光強度與順向電壓可能因批次甚至同一批次內而有所不同。分級流程涉及測試每個單元，並根據特定的測量參數將其分類到不同的組別。對於LTD-5721AKF，主要的分級標準是

平均發光強度

。單元根據其在標準測試電流下的測得光輸出進行分組。這確保客戶能獲得亮度一致的顯示器。雖然在這份簡短的規格書中未明確詳述，但此類顯示器通常也會針對順向電壓進行分級以確保電氣一致性，並可能針對主波長進行分級以維持色彩一致性，儘管其窄半高寬顯示出良好的固有色彩純度。

4. 性能曲線分析規格書在第5頁引用了典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但我們可以根據所列參數推斷其標準內容和意義。此類裝置的典型曲線將包括：_F順向電流 vs. 順向電壓：_d此圖顯示流經LED的電流與其兩端電壓之間的非線性關係。對於設計限流電路至關重要。曲線將顯示一個導通電壓，之後電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。

發光強度 vs. 順向電流：

此圖展示了光輸出如何隨驅動電流增加。在一定範圍內通常是線性的，但在極高電流下會因熱效應和效率下降而飽和。該曲線驗證了強度規格中20mA的測試點。

發光強度 vs. 環境溫度：

• 此曲線顯示隨著LED接面溫度升高，光輸出的降額情況。已知AlInGaP LED的效率具有溫度依賴性，輸出通常隨溫度升高而降低。這為熱管理設計提供了依據。光譜分佈：
• 相對強度與波長的關係圖，顯示峰值約在611 nm，半高寬約17 nm，證實了單色黃橙色發光。5. 機械與封裝資訊
• 5.1 封裝尺寸此裝置採用標準LED顯示器封裝。尺寸圖提供了PCB佈局設計和機械整合的關鍵尺寸。圖中的關鍵註記包括：
• 所有線性尺寸均以毫米為單位。除非另有特定註記，否則尺寸的預設公差為±0.25 mm。

接腳尖端偏移的特定公差為±0.4 mm，這對於確保在自動插入時接腳能正確對準PCB孔位非常重要。

5.2 接腳連接與內部電路

此裝置採用雙列直插封裝配置，共有18支接腳。內部電路圖和接腳連接表對於正確的電氣介面至關重要。

• 電路類型：
• 共陽極。這意味著每個位數的所有LED段的陽極端子在內部連接在一起。要點亮一個段，必須將其對應的陰極接腳驅動為低電位，同時將該位數的共陽極驅動為高電位。
• 接腳定義：

詳細的表格將每個接腳編號映射到其功能：位數1或位數2的特定段的陰極，或每個位數的共陽極。例如，接腳1是位數1段'E'的陰極，接腳14是位數1的共陽極。這種精確的映射對於在微控制器或驅動IC軟體中建立正確的驅動序列至關重要。

6. 焊接與組裝指南

• 組裝過程中的正確處理對可靠性至關重要。規格書提供了特定的焊接參數。波峰焊：
• 推薦條件為260°C，最長3秒。註記低於安裝平面1/16英吋可能指的是接腳應浸入焊錫波的深度。關鍵條件：

最重要的警告是組裝期間單元溫度不得超過最大額定溫度。這意味著在整個焊接過程中，LED顯示器封裝本身的本體溫度絕不能超過105°C的最大儲存溫度。未能遵守此規定可能導致內部分層、透鏡破裂或LED晶片劣化。

一般處理：

• 應遵守標準的ESD預防措施，因為LED晶片對靜電敏感。7. 應用建議
• 7.1 典型應用場景LTD-5721AKF適用於各種需要緊湊、明亮且可靠數值顯示的工業、商業和儀器應用。範例包括：
• 測試與量測設備：數位萬用電錶、頻率計數器、電源供應器、感測器讀數顯示。

工業控制：

用於機械上溫度、壓力、速度或計數顯示的面板儀錶。

消費性家電：

• 高階廚房電器、音響設備調諧器、舊型數位時鐘或計時器。汽車改裝市場：
• 儀錶和顯示模組（儘管應針對特定汽車要求驗證環境規格）。7.2 設計考量
• 限流：LED是電流驅動裝置。必須為每個共陽極連接使用一個串聯限流電阻，以根據降額指南將操作電流設定為20 mA或更低。電阻值使用公式計算。
• 多工掃描：對於雙位數顯示器，多工掃描是標準的驅動技術。位數會快速輪流點亮。這需要依序控制共陽極接腳和陰極接腳。此方法減少了所需的驅動接腳數量和總功耗。

視角：

• 規格書聲稱具有寬視角，這對於具有擴散透鏡或表面的LED顯示器來說是典型的。在最終產品中放置顯示器時應考慮此點。熱管理：_{雖然此裝置可在高達105°C的溫度下操作，但發光效率會隨溫度升高而降低。為了獲得最佳亮度和使用壽命，建議在設計中提供足夠的通風或散熱，特別是在接近最大電流或高環境溫度下操作時。}8. 技術比較與差異化_F與其他數值LED顯示器相比，LTD-5721AKF的關鍵差異化因素包括：_{AlInGaP技術 vs. 傳統GaAsP或GaP：}與舊的半導體材料相比，AlInGaP LED在紅、橙、黃色方面提供了顯著更高的發光效率和亮度。這使得在相同感知亮度下，能見度更好且/或功耗更低。_F.
• 灰色面板/白色段區：面板和段區的特定顏色組合是為高對比度而設計的。灰色面板比黑色面板吸收更多環境光，減少反射，而白色段區有助於均勻擴散發出的黃橙色光，改善字元外觀。
• 無鉛封裝：此裝置的構造符合RoHS指令，使其適用於在具有嚴格環境法規的市場銷售的產品。這是一個關鍵的合規差異化因素。
• 固態可靠性：與所有LED一樣，它在抗衝擊/振動、即時啟動能力和長操作壽命方面，優於機械顯示器或真空螢光顯示器。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q1: 發光強度匹配比2:1的目的是什麼？

• A1: 此比率確保視覺一致性。它保證在單一顯示單元內，當在相同電氣條件下驅動時，沒有任何段會比其他段亮超過兩倍。這可防止數字看起來不均勻或斑駁。Q2: 我可以用5V電源驅動此顯示器嗎？
• A2: 可以，5V電源非常普遍。但是，您必須在每個共陽極上串聯一個限流電阻。使用典型的V_F 2.6V和目標I_F 20 mA，電阻值約為120歐姆。標準的120Ω或150Ω電阻是合適的，可根據實際V_F和所需亮度進行調整。Q3: 共陽極對我的電路設計意味著什麼？
• A3: 在共陽極配置中，您向要啟動的位數的共接腳提供正電壓。然後，您通過該位數上要點亮的段的陰極接腳將電流引導至地。您的驅動電路必須配置為能為陽極提供電流，並為陰極吸收電流。Q4: 為什麼峰值波長與主波長不同？
• A4: 這對LED來說是正常的。峰值波長是發射光譜曲線上的實際最高點。主波長是根據整個光譜和人眼的顏色響應計算得出的；它是純光中看起來具有相同顏色的單一波長。差異說明了LED實際發射光譜的形狀和不對稱性。10. 設計與使用案例研究

情境：設計一個簡單的數位電壓錶讀數顯示。

一位設計師正在創建一個0-20V直流電壓錶。類比數位轉換器輸出一個二進制編碼的十進制值。此BCD資料需要轉換為7段格式並顯示在兩個位數上。

實作：

1. 使用具有足夠I/O接腳的微控制器。 2. 微控制器的I/O接腳連接到LTD-5721AKF的段陰極。 3. 兩個額外的微控制器接腳連接到兩個共陽極。 4. 在軟體中編寫多工掃描常式。它首先計算位數1要點亮的段，啟用位數1的陽極接腳，並將對應的段陰極接腳設為低電位。短暫延遲後，它停用位數1，計算位數2的段，啟用位數2的陽極，並將其段接腳設為低電位。此循環快速重複。 5. 限流電阻放置在微控制器接腳和顯示器之間的共陽極線路上。電阻值是根據電源電壓和所需的段電流選擇的。 6. 灰色面板/白色段區設計確保顯示的電壓在工作檯的明亮照明條件下易於讀取。

11. 技術原理介紹_F核心發光元件是AlInGaP LED晶片。AlInGaP是一種III-V族化合物半導體。透過在晶體生長過程中精確控制鋁、銦、鎵和磷的比例，工程師可以調整材料的能隙。能隙能量直接決定了電子在接面處與電洞復合時發射的光子波長。_F在LTD-5721AKF中，成分被調整為在黃橙色區域發光。晶片製造在非透明的GaAs基板上。顯示器的灰色面板是塑膠封裝成型的一部分，其中包括一個擴散器，可將來自小晶片的光均勻地擴散到較大的段區域。內部電路使用打線接合將多個LED晶片的陽極和陰極連接到適當的封裝接腳，形成接腳定義中描述的共陽極矩陣。_F12. 技術趨勢

雖然像LTD-5721AKF這樣的獨立LED數值顯示器在特定應用中仍然相關，但顯示技術的更廣泛趨勢已經轉變。對於新設計，設計師通常會考慮：

整合式點矩陣LED顯示器：

這些提供了超越數字的字母數字和符號能力，在相似的佔位面積下提供了更大的靈活性。

OLED顯示器：

提供卓越的對比度、更寬的視角和更薄的外形，儘管在工業應用中歷史上具有不同的壽命和成本特性。

TFT-LCD模組：

提供完整的圖形能力、色彩以及顯示複雜資訊的能力，儘管它們需要更複雜的驅動電子和背光。

LED顯示器內的趨勢：

所有LED顏色的效率持續提升，開發更堅固且耐溫的封裝，以及將驅動電子直接整合到顯示模組中以簡化系統設計。

像LTD-5721AKF這樣的裝置的持久價值在於其簡單性、堅固性、高亮度、純數值應用的低成本以及與微控制器介面的便利性，確保了它們在專用讀數功能的電子生態系統中的地位。

. Two additional microcontroller pins are connected to the two common anodes (Digit 1 & Digit 2).

. In software, a multiplexing routine is written. It first calculates which segments to light for Digit 1 (tens place), enables (sets high) the Digit 1 anode pin, and sets the corresponding segment cathode pins low. After a short delay (e.g., 5ms), it disables Digit 1, calculates the segments for Digit 2 (units place), enables the Digit 2 anode, and sets its segment pins low. This cycle repeats rapidly.

. Current-limiting resistors (e.g., 150Ω) are placed on the common anode lines between the microcontroller pins and the display. The value is chosen based on the supply voltage (e.g., 5V) and the desired segment current (~20mA).

. The gray face/white segment design ensures the displayed voltage is easily readable under the bright lighting conditions of a workshop bench.

. Technology Principle Introduction

The core light-emitting component is an AlInGaP LED chip. AlInGaP is a III-V compound semiconductor. By precisely controlling the ratios of Aluminum (Al), Indium (In), Gallium (Ga), and Phosphorus (P) during the crystal growth process (typically via Metal-Organic Chemical Vapor Deposition - MOCVD), engineers can tune the bandgap of the material. The bandgap energy directly determines the wavelength (color) of the photons emitted when electrons recombine with holes across the junction.

In the LTD-5721AKF, the composition is tuned for emission in the yellow-orange region (~605-611 nm). The chips are fabricated on a non-transparent Gallium Arsenide (GaAs) substrate. The "gray face" of the display is part of the plastic package molding, which includes a diffuser to spread the light from the small chip across the larger segment area uniformly. The internal circuit uses wire bonding to connect the anodes and cathodes of the multiple LED chips (one per segment per digit) to the appropriate package pins, forming the common anode matrix described in the pinout.

. Technology Trends

While discrete LED numeric displays like the LTD-5721AKF remain relevant for specific applications, broader trends in display technology have shifted. For new designs, designers often consider:

• Integrated Dot-Matrix LED Displays:These offer alphanumeric and symbolic capability beyond just numbers, providing greater flexibility in a similar footprint.
• OLED (Organic LED) Displays:Offer superior contrast, wider viewing angles, and thinner form factors, though historically with different lifetime and cost profiles for industrial use.
• TFT-LCD Modules:Provide full graphics capability, color, and the ability to display complex information, though they require more complex driving electronics and a backlight.
• Trends within LED Displays:Continued improvement in efficiency (lumens per watt) for all LED colors, the development of even more robust and temperature-resistant packages, and the integration of driver electronics directly into the display module to simplify system design.

The enduring value of devices like the LTD-5721AKF lies in their simplicity, robustness, high brightness, low cost for numeric-only applications, and ease of interface with microcontrollers, ensuring their place in the electronics ecosystem for dedicated readout functions.