LTD-323JS 0.3英吋黃光LED數位顯示器規格書 - 字高7.62mm - 順向電壓2.6V - 功耗70mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本裝置為一款0.3英吋（7.62 mm）字高的顯示模組，旨在以緊湊的外型提供清晰、高可見度的數值輸出。其核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）黃光LED晶片。這些晶片製作於不透明的GaAs（砷化鎵）基板上，有助於提升顯示器的對比度與效能。其視覺設計採用黑面白段，透過增強發光與非發光區域之間的對比，優化了可讀性。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器具備多項關鍵優勢，適用於多種應用。其主要優點包括低功耗需求，這對於電池供電或節能裝置至關重要。它提供高亮度與高對比度，確保即使在光線充足的環境下仍清晰可辨。寬廣的視角允許從不同位置讀取顯示資訊。本裝置具備固態可靠性，意味著沒有可動部件，且相較於其他顯示技術通常具有更長的使用壽命。產品經過發光強度分級，確保一致的性能與品質控管。連續均勻的顯示段構成了出色的字元外觀。這些特點的結合，使得本顯示器非常適合儀表板、測試設備、消費性電子產品、工業控制裝置，以及任何需要可靠、清晰且高效數值讀取的應用。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 光電特性

光度與色度性能是在特定測試條件下定義的。平均發光強度（Iv）在順向電流（IF）為1mA時量測，最小值為320 µcd，典型值為800 µcd，未標明最大值。此參數表示發光段的感知亮度。峰值發射波長（λp）為588 nm（於IF=20mA下量測），將輸出明確定位於可見光譜的黃色區域。譜線半高寬（Δλ）為15 nm（於IF=20mA下量測），描述了發射光波長帶的光譜純度或窄度；數值越小表示顏色越接近單色光。主波長（λd）為587 nm（於IF=20mA下量測），這是人眼感知與光色相匹配的單一波長。發光強度是使用近似於CIE明視覺響應曲線的感測器與濾光片組合進行量測，確保量測結果與人類視覺相關。

2.2 電氣參數

電氣規格定義了操作限制與條件。每段順向電壓（VF）在順向電流為20mA時，典型值為2.6V，最大值為2.6V。這是LED段導通時兩端的電壓降。每段反向電流（IR）在施加5V反向電壓（VR）時，最大值為100 µA，表示LED處於反向偏壓時的漏電流水平。發光強度匹配比（IV-m）規定為2:1（於IF=1mA下）。此比率定義了同一數字內不同段之間或不同數字之間亮度的最大允許變異，確保視覺均勻性。

2.3 絕對最大額定值與熱特性

這些額定值規定了可能導致裝置永久損壞的極限。每段最大功耗為70 mW。每段峰值順向電流為60 mA，但僅允許在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。每段連續順向電流在25°C時為25 mA。重要的是，當溫度超過25°C時，此電流必須以每攝氏度0.33 mA的速率線性降額。例如，在50°C時，最大連續電流將為25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA。此降額對於在高溫下可靠運作至關重要。每段最大反向電壓為5 V。操作與儲存溫度範圍為-35°C至+85°C。最大焊接溫度為260°C，最長持續時間為3秒，量測點位於元件安裝平面下方1.6mm處。

3. 分級系統說明

規格書指出本裝置經過發光強度分級。這意味著一個分選或分級流程，單元根據其在標準測試電流（可能為1mA或20mA）下量測到的光輸出進行分類。這確保客戶收到的顯示器具有一致的亮度水準。雖然本文件未詳細說明特定的分級代碼或範圍，但此類系統通常涉及將裝置分組（例如，高亮度、標準亮度），以滿足不同的應用需求或保證最低性能水準。2:1的發光強度匹配比是控制單一裝置內部變異的相關規格。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型的電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：此圖顯示流經LED的電流與其兩端電壓之間的關係。它是非線性的，具有一個特徵膝點電壓（約在典型Vf值2.6V附近），超過此電壓後，電流會隨著電壓的微小增加而迅速上升。發光強度 vs. 順向電流（L-I曲線）：此圖顯示光輸出如何隨著驅動電流的增加而增加。在一定範圍內通常是線性的，但在極高電流下可能會飽和。發光強度 vs. 環境溫度：此曲線展示了光輸出如何隨著環境溫度升高而降低，凸顯了熱管理與電流降額的重要性。光譜分佈：相對強度對波長的圖，顯示峰值在588 nm，半高寬為15 nm，確認了黃色光的發射。

5. 機械與封裝資訊

5.1 尺寸圖

封裝尺寸在圖面中提供（文中提及但未詳述）。所有尺寸均以毫米（mm）為單位指定。除非特定特徵註記另有說明，否則這些尺寸的標準公差為±0.25 mm（相當於±0.01英吋）。此圖對於PCB（印刷電路板）佈局至關重要，確保佔位面積與孔位圖案與實體裝置相符。

5.2 接腳連接與極性識別

本裝置採用10接腳配置。它是一個雙位數共陽極顯示器。接腳定義如下：接腳1：陰極G；接腳2：無接腳（可能為機械預留位或未使用）；接腳3：陰極A；接腳4：陰極F；接腳5：共陽極（數字2）；接腳6：陰極D；接腳7：陰極E；接腳8：陰極C；接腳9：陰極B；接腳10：共陽極（數字1）。共陽極配置意味著每個數字內所有LED的陽極在內部連接在一起。要點亮某一段，必須將其對應的陰極接腳驅動為低電位（接地或連接至電流吸收端），同時將其數字的共陽極接腳驅動為高電位（透過限流電阻連接至正電源）。

5.3 內部電路圖

文中參考了內部電路圖。對於一個共陽極、雙位數、七段顯示器，此圖通常會顯示：兩個共陽極節點，各對應一個數字（接腳10和5）。七條陰極線（A, B, C, D, E, F, G），每條連接到兩個數字中對應的段LED。每個段LED（例如，數字1的段A和數字2的段A）共用相同的陰極接腳，但其陽極則連接到各自數字的共陽極。這種多工安排減少了控制顯示器所需的總接腳數。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要組裝規格是針對焊接製程。本裝置可承受最高260°C的焊接溫度。此暴露時間必須限制在最長3秒內。溫度量測點位於PCB上元件安裝平面下方1.6mm處。此指南對於波峰焊或迴流焊製程至關重要，可防止對LED晶片或塑膠封裝造成熱損傷。對於手工焊接，應使用溫控烙鐵並盡量縮短接觸時間。在處理和組裝過程中應遵循標準的ESD（靜電放電）預防措施，以保護半導體接面。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此顯示器非常適合任何需要清晰、可靠數值指示的應用。範例包括：數位萬用電錶與示波器。用於電壓、電流或溫度的面板儀錶。消費性家電，如微波爐、數位時鐘或音響設備。工業控制與自動化面板。測試與量測設備。汽車改裝儀錶（考慮其操作溫度範圍）。由於其低功耗需求，也適用於便攜式電池供電裝置。

7.2 設計考量與電路實作

設計驅動電路時，以下幾個因素至關重要：限流：每段必須串聯一個限流電阻。電阻值根據電源電壓（Vcc）、LED順向電壓（Vf，典型值2.6V）以及所需的順向電流（If）計算。例如，要在5V電源下以20mA驅動一段：R = (Vcc - Vf) / If = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 歐姆。多工掃描：對於多位數共陽極顯示器，需使用多工掃描。微控制器依序一次啟動一個數字的共陽極，同時在陰極線上輸出該數字的段圖案。切換速度必須足夠快（通常>60Hz）以避免可見閃爍。驅動IC：使用專用的LED顯示器驅動IC（例如MAX7219、TM1637）可簡化控制、提供恆流驅動，並在內部處理多工掃描。熱管理：遵守超過25°C時的電流降額曲線。如果顯示器位於密閉空間或靠近其他發熱元件，請確保通風良好。

8. 技術比較與差異化

與其他數值顯示技術相比，此AlInGaP黃光LED顯示器具有明顯優勢：對比 紅光GaAsP/GaP LED：AlInGaP技術通常比舊式紅光LED材料提供更高的效率與亮度，以及更好的溫度穩定性。在某些應用中，黃色光可能提供更好的可見度或美學偏好。對比 LCD（液晶顯示器）：LED是自發光（產生自身的光），使其在低光環境下無需背光即可輕鬆看見，而反射式LCD需要環境光。LED具有更寬廣的視角和更快的響應時間。然而，對於靜態顯示，LCD通常功耗顯著更低。對比 VFD（真空螢光顯示器）：LED是固態元件，更堅固耐用，壽命更長，且需要更簡單、更低電壓的驅動電子元件，而VFD需要相對較高的陽極電壓。此特定裝置的關鍵差異化特點在於其0.3英吋字高、用於黃光發射的AlInGaP材料、共陽極配置，以及在亮度、對比度和視角方面的指定性能。

9. 基於技術參數的常見問題

問：接腳2的無接腳有何用途？

答：這通常是製造過程中用於對齊的機械預留位，或是為了確保封裝具有對稱的接腳數量以在PCB上保持穩定。它沒有電氣連接。

問：如何計算合適的限流電阻？

答：使用歐姆定律：R = (電源電壓 - LED順向電壓) / 所需順向電流。計算時務必使用規格書中的最大順向電壓（2.6V），以確保電流不超過安全限制，特別是在較低溫度下。

問：我可以用3.3V微控制器驅動此顯示器嗎？

答：可以，但餘裕電壓很小。在Vf為2.6V的情況下，僅剩0.7V用於限流電阻。在20mA時，這僅需要35歐姆的電阻。亮度可能會略低。通常最好使用較低的驅動電流（例如10-15mA），或使用能提供更高電壓源的驅動IC。

問：發光強度分級對我的設計意味著什麼？

答：這表示顯示器經過測試並按亮度分選。採購時，您可能會收到來自特定亮度分級區間的單元。為了產品外觀的一致性，重要的是要指定您是否需要特定的亮度等級，或為一個生產批次的所有單元採購自同一製造商批次。

問：為什麼需要電流降額？

答：LED的效率隨著溫度升高而降低。在較高的接面溫度下以相同電流驅動LED會產生更多熱量，而非更多光，可能導致熱失控和故障。降額電流可減少在高環境溫度下的功耗和熱量產生，確保長期可靠性。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計一個兩位數電壓錶讀數顯示

一位設計師正在創建一個簡單的0-99V直流電壓錶顯示。他選擇此顯示器是因為其清晰度和尺寸。系統使用帶有ADC的微控制器來量測電壓。微控制器的I/O腳位無法為LED提供/吸收足夠的電流。設計師選擇了一個具有恆流輸出和多工掃描支援的專用LED驅動IC。驅動IC連接到顯示器：驅動IC的段輸出連接到顯示器的陰極接腳（A-G），驅動IC的兩個數字驅動器連接到共陽極接腳（10和5）。微控制器透過串列介面（例如SPI或I2C）與驅動IC通訊，發送數字值。驅動IC處理多工掃描，以500Hz的頻率刷新每個數字以避免閃爍。驅動IC內部將每段限流設定為15mA，以平衡亮度與功耗，並確保在預期操作溫度下遠低於25mA的連續額定值。PCB佈局包含了尺寸圖中的精確佔位面積，並在可能承載較高平均電流的共陽極接腳焊盤上設計了散熱焊盤。

11. 原理介紹

本裝置基於半導體材料中的電致發光原理運作。AlInGaP（磷化鋁銦鎵）結構形成一個p-n接面。當施加超過接面勢壘電位（順向電壓，Vf）的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，會釋放能量。在像AlInGaP這樣的直接能隙半導體中，此能量主要以光子（光）的形式釋放。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）。對於本裝置，成分被調整為產生波長約588 nm的光子，這被感知為黃光。不透明的GaAs基板有助於吸收雜散光，通過防止可能使未點亮段看起來微亮的內部反射，來提高對比度。

12. 發展趨勢

此類LED顯示技術的演進遵循幾個產業趨勢：效率提升：持續的材料科學研究旨在提高AlInGaP及其他LED材料的內部量子效率（IQE）和光提取效率，從而在更低電流下實現更高亮度。微型化：在保持或改善光學性能的同時，不斷推動更小的像素/數字間距和更薄的封裝。可靠性與壽命增強：封裝材料、晶片貼裝方法以及螢光粉技術（用於白光LED）的改進，持續延長操作壽命以及在溫度和時間上的穩定性。整合化：趨勢包括將驅動電路、限流器甚至微控制器直接整合到顯示模組中，簡化終端使用者的設計流程。更廣色域與新材料：雖然本裝置使用AlInGaP產生黃光，但對GaN（氮化鎵）及其合金（InGaN、AlGaN）等材料的研究已實現了高效率的藍光、綠光和白光LED。使用其他材料系統追求高效率紅光與琥珀光LED的研究仍在積極進行。對於數值顯示器，趨勢是朝向更扁平、更多功能的模組發展，以便輕鬆整合到現代產品設計中。