LTD-5260JD 0.52英吋超紅光七段LED顯示器規格書 - 字高13.2mm - 順向電壓2.6V - 功率70mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-5260JD是一款高性能、字高0.52英吋（13.2 mm）的七段LED顯示器模組。其設計用於需要清晰、明亮數字讀數的應用。該元件採用先進的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體技術製造其發光晶片，這些晶片製作在不透明的砷化鎵（GaAs）基板上。此結構造就了其關鍵的視覺特性：未點亮時為灰色面板與白色段區，當紅色段點亮時能增強對比度。

本顯示器採用共陰極配置，這是一種在多數位應用中簡化驅動電路的標準設計。每個數字包含一個右側小數點（D.P.），可用於顯示小數。此元件的首要設計目標是優異的字元外觀、高亮度、高對比度以及寬廣視角，所有這些特性均在固態LED技術典型的相對低功耗要求下實現。

1.1 核心優勢與目標市場

LTD-5260JD的核心優勢源自其AlInGaP超紅光LED技術。相較於舊技術如標準GaAsP（磷化砷化鎵）紅光LED，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率。這意味著在給定的順向電流下能達到更高的亮度水平，或在所需的亮度水平下消耗更低的功率。超紅光的標示代表一種深沉、飽和的紅色，其主波長通常約為639奈米，對人眼具有極高的可見度。

此元件依發光強度進行分類，意味著單元會根據其測量的光輸出進行分級或篩選。這讓設計師能夠在產品中選用多個亮度一致的顯示器，確保外觀均勻。LED的固態可靠性意味著沒有燈絲會燒毀、耐振動，且具有極長的操作壽命，通常超過100,000小時。

此顯示器的目標市場包括工業儀表、測試與量測設備、銷售點系統、汽車儀表板（用於售後或輔助顯示）、醫療設備以及需要清晰可靠數字讀數的消費性電器。其0.52英吋的字元尺寸使其適合在空間有限但需要從中等距離清晰閱讀的面板安裝應用。

2. 深入技術參數分析

規格書提供了全面的電氣、光學及絕對最大額定值，這些對於可靠的電路設計及確保顯示器壽命至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。它們並非正常操作條件。

• 每晶片功耗：70 mW。這是單個LED段（晶片）在不會導致過熱的情況下可持續消耗的最大功率。
• 每晶片峰值順向電流：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。這對於多工方案或實現短暫的更高亮度很有用。
• 每晶片連續順向電流：在25°C時為25 mA。此額定值會隨著環境溫度（Ta）升高超過25°C而線性遞減，遞減率為0.33 mA/°C。例如，在85°C時，最大連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA。此遞減對於熱管理至關重要。
• 每晶片逆向電壓：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致LED的PN接面崩潰。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業級溫度範圍。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這定義了迴焊焊接製程曲線的限制。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C）測量，代表元件的典型性能。

• 平均發光強度（I_V）：在 I_F=1mA 時為 320（最小值），700（典型值），μcd（微燭光）。這是亮度的主要量測指標。從最小值到典型值的寬廣範圍顯示了分級過程；設計師必須使用最小值進行最壞情況的亮度計算。
• 峰值發射波長（λ_p）：在 I_F=20mA 時為 650 nm（典型值）。這是光譜輸出最強的波長。
• 主波長（λ_d）：在 I_F=20mA 時為 639 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色。639 nm 的數值確認了超紅光的分類。
• 光譜線半高寬（Δλ）：20 nm（典型值）。這表示顏色的純度；數值越小表示光越接近單色光。
• 每段順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 時為 2.1（最小值），2.6（典型值）伏特。這對於設計限流電路至關重要。驅動器必須提供至少2.6V的電壓以確保LED正常點亮。
• 每段逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時為 100 μA（最大值）。這是LED處於逆向偏壓時的漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大值）。這規定了同一數字內任意兩段之間的亮度差異不會超過2比1的比例，確保外觀均勻。

3. 分級系統說明

規格書明確指出元件依發光強度分類。這指的是製造後的分級或篩選過程。由於半導體磊晶生長和晶片製造過程中固有的變異性，同一生產批次的LED在關鍵參數如順向電壓（V_F）和發光強度（I_V）上可能會有差異。

對於LTD-5260JD，如所示，主要的分級標準是發光強度。單元經過測試並根據強度分級（例如，在1mA測試條件下，一個級別為320-400 μcd，另一個為400-500 μcd等）。這讓製造商和經銷商能夠提供保證最低亮度水平的零件。採購這些顯示器的設計師應指定所需的強度級別，以確保其生產運行中所有單元的一致性，這對於使用多個顯示器且視覺均勻性很重要的產品至關重要。規格書提供了最小值（320 μcd）和典型值（700 μcd），定義了可能的範圍。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但規格書包含典型電氣/光學特性曲線章節。根據標準LED行為，這些曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓（V_F）與順向電流（I_F）之間的關係。它是非線性的，一旦順向電壓超過二極體的閾值（AlInGaP紅光約為2V），電流就會急遽增加。此曲線對於設計恆流驅動器至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_Vvs. I_F）：顯示亮度如何隨電流增加。在較低電流下通常是線性的，但在較高電流下可能因熱效應和效率下降而飽和。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_Vvs. T_A）：說明光輸出如何隨著接面溫度升高而降低。這是在高溫環境下運作的應用中關鍵的遞減曲線。
• 光譜分佈：相對輻射功率與波長的關係圖，顯示峰值約在650 nm，半高寬約20 nm，確認了光學特性表中的數據。
• 順向電壓 vs. 環境溫度（V_Fvs. T_A）：顯示V_F的負溫度係數；順向電壓隨著溫度升高而略微下降。

這些曲線讓工程師能夠預測非標準條件下的性能，並優化其設計以實現效率和可靠性。

5. 機械與封裝資訊

規格書提供了詳細的封裝尺寸圖。關鍵機械特性包括：

• 整體尺寸：圖紙規定了塑料封裝的長、寬、高，以及引腳間距和尺寸。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.25 mm。
• 導線架設計：18個引腳以0.1英吋（2.54 mm）間距排列，這是標準的DIP（雙列直插式封裝）佔位面積，使其與標準PCB插座和佈局相容。
• 極性識別：引腳連接圖是主要的極性和引腳定義指南。共陰極引腳（13和14）已明確標示。實體封裝可能包含一個凹口、圓點或斜角來指示第1腳的方向，應與引腳圖交叉參考。
• 安裝平面：關於焊接溫度的註釋提到安裝平面下方1.6mm處的點，這對於定義迴焊焊接期間封裝的熱質量很重要。

6. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值提供了焊接的關鍵指南：封裝不得暴露在超過260°C的溫度下超過3秒。這符合標準無鉛迴焊焊接製程曲線（例如，IPC/JEDEC J-STD-020）。

推薦製程：應使用具有可控溫度曲線的標準紅外線或對流迴焊爐。曲線應包含預熱區以逐漸升高溫度、均溫區以活化助焊劑並使溫度均勻、峰值迴焊區（封裝引腳處溫度短暫達到240-250°C，保持在260°C限制以下）以及可控冷卻區。

手工焊接：若必須進行手工焊接，應使用溫控烙鐵。烙鐵頭溫度通常應設定在300-350°C之間，但與每個引腳的接觸時間必須非常短（少於3秒），以防止熱量沿引腳傳導並損壞內部的打線或LED晶片本身。建議在焊點與封裝本體之間的引腳上使用散熱夾。

清潔：焊接後，若需要清潔，請使用與塑料封裝材料相容的溶劑。異丙醇通常是安全的。

儲存條件：在指定的溫度範圍-35°C至+85°C內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。元件應保存在其原始的防潮袋中，直到準備使用，以防止吸濕，這可能導致迴焊過程中的爆米花現象。

7. 引腳連接與內部電路

引腳連接表非常詳盡。LTD-5260JD是一個雙位數顯示器，每個數字具有共陰極。內部電路圖將顯示特定數字（例如，段A）的所有陽極是獨立的，而單一數字內所有段的陰極在內部連接在一起。

驅動方法：此配置非常適合多工驅動。要顯示一個數字，微控制器將：

1. 將需要點亮的段的陽極（引腳1-12, 15-18）設定為高電位（透過限流電阻）。
2. 將對應數字的共陰極（引腳13或14）拉至低電位以完成電路並點亮該數字。
3. 經過短暫時間（例如5毫秒）後，透過將其陰極設為高電位或浮接來關閉該數字。
4. 對下一個數字重複此過程，使用其對應的段陽極模式和陰極。

透過快速循環掃描各個數字（頻率>100Hz），視覺暫留會產生兩個數字持續點亮的錯覺。與靜態（非多工）驅動相比，這種方法顯著減少了所需的微控制器I/O引腳數量和功耗。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

最常見的應用是多工驅動電路。微控制器的I/O埠（通常輔以外部汲電流驅動器，如ULN2003A達靈頓陣列來處理陰極電流）控制顯示器。每個段陽極透過一個限流電阻連接到微控制器（或鎖存器/解碼器IC，如74HC595）。電阻值使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F 計算。對於5V電源，典型V_F為2.6V，期望I_F為10 mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。220 Ω或270 Ω電阻將是標準選擇。

8.2 設計考量

• 電流限制：始終為每個段陽極使用串聯電阻。切勿將LED直接連接到電壓源。
• 多工中的峰值電流：在多工驅動時，短暫開啟時間內的瞬時電流可以高於直流額定值，以達到相同的平均亮度。例如，在1/4工作週期下，您可以使用40 mA的脈衝來達到10 mA的平均值。然而，此脈衝不得超過絕對最大峰值電流額定值90 mA，且必須遵守工作週期和脈衝寬度的限制。
• 視角：放置顯示器時，應使預期的觀看方向位於元件的寬廣視角範圍內，通常垂直於面板以獲得最大對比度。
• 調光：可以透過對陰極驅動器進行PWM（脈衝寬度調變）來控制亮度，調整多工脈衝的工作週期。

9. 技術比較與差異化

LTD-5260JD的主要區別在於其使用AlInGaP技術實現超紅光發射。與使用舊式GaAsP或標準紅光AllnGaP的顯示器相比：

• vs. GaAsP 紅光：AlInGaP提供顯著更高的發光效率（每mA產生更多光）、更好的溫度穩定性以及更長的波長（更深的紅色），這通常在人眼看來更亮，並且透過紅色濾光片時性能更好。
• vs. 標準紅光LED顯示器：超紅光639 nm的主波長相較於標準約625 nm的紅光，在灰/白背景下提供了更優異的對比度，特別是在環境光條件下。
• vs. 當代替代方案（例如OLED）：雖然OLED在黑暗環境中提供靈活性和潛在的更高對比度，但此LED顯示器在高亮度環境（陽光下可讀性）中更優越，提供更寬廣的操作溫度範圍，並具有超越早期OLED的長期可靠性和穩定性。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以用3.3V微控制器驅動此顯示器嗎？

答：可以，但您必須檢查順向電壓。典型的V_F是2.6V。使用3.3V電源時，限流電阻的電壓餘裕僅為0.7V（3.3V - 2.6V）。要達到10 mA電流，您需要一個70 Ω的電阻（R = 0.7V / 0.01A）。這是可行的，但電流對V_F和電源電壓的變化會更敏感。使用5V電源驅動這些LED更為穩健。

問：為什麼發光強度給定在1mA，而V_F給定在20mA？

答：低電流（1mA）下的強度是比較亮度效率的標準測試條件。順向電壓通常在標準操作電流（20mA）下測量，這是指示燈LED的常見驅動水平。設計師使用1mA數據進行低功耗計算，並使用20mA V_F進行標準驅動電路設計。

問：共陰極對我的電路意味著什麼？

答：這意味著一個數字內所有LED的陰極（負極側）在封裝內部連接在一起。要點亮一個段，您需要對其陽極引腳施加正電壓（透過電阻），並將該數字的共陰極引腳連接到地。這與共陽極顯示器相反，後者是將段引腳接地並對共陽極施加電壓。

問：如何計算功耗以進行熱管理？

答：對於一個段，功率 P = V_F* I_F。在20mA和2.6V下，每段P = 52 mW。如果一個數字的所有7段都點亮（加上小數點，共8段），該數字的總功率將為 8 * 52 mW = 416 mW。此功率以熱的形式在LED晶片中耗散。您必須遵循電流遞減曲線，並在必要時提供足夠的通風或散熱，以確保平均晶片溫度不超過其限制，特別是在高環境溫度下。

11. 實務設計案例研究

情境：為一個工作台電源供應器設計一個簡單的雙位數電壓表顯示器，顯示0.0V至19.9V。

實作：

1. 微控制器：選擇一個至少具有10個I/O引腳的低成本8位元MCU。
2. 驅動電路：兩個I/O埠引腳配置為兩個共陰極（引腳13和14）的汲電流端。如果這些引腳可以汲入20-40mA電流，則直接連接到MCU，或透過電晶體/驅動器IC連接。另外八個I/O引腳（或使用串列輸入/並列輸出移位暫存器如74HC595以節省引腳）透過各自的220Ω限流電阻驅動段陽極（兩個數字的A-G和DP，注意有些是共用的）。
3. 軟體：韌體透過ADC讀取電壓，將其轉換為BCD（二進制編碼的十進制），並使用查找表來確定每個數字（0-9）需要點亮的段。它實作了一個多工常式，以200Hz的速率更新顯示（每個數字點亮約2.5毫秒）。
4. 亮度控制：實作了一個簡單的多工工作週期PWM調整功能，由另一個ADC通道讀取的電位器控制，允許使用者在黑暗環境中調暗顯示器。

此案例突顯了LTD-5260JD共陰極、雙位數設計所實現的I/O高效利用、適當的電流限制以及多工技術。

12. 技術原理介紹

核心發光原理是半導體PN接面的電致發光。LTD-5260JD使用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）作為主動層。當施加順向電壓時，來自N型區域的電子和來自P型區域的電洞被注入主動區域。在那裡，它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。Al_xIn_yGa_1-x-yP合金的特定成分決定了能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於約639 nm的超紅光，成分經過仔細校準。不透明的GaAs基板吸收任何向下發射的光，防止光從晶片背面散射出來，從而提高對比度。灰色面板和白色段是塑料封裝成型的一部分，作為安裝在其後的小而明亮的LED晶片的擴散器和對比度增強濾光片。

13. 發展趨勢

雖然像LTD-5260JD這樣的獨立七段LED顯示器因其簡單性、穩健性和成本效益在許多應用中仍然相關，但幾個趨勢是顯而易見的：

1. 整合化：趨勢是朝向具有整合驅動器（I2C或SPI介面）和控制器的顯示器發展，減少了系統設計師的元件數量和微控制器負擔。
2. 微型化與更高密度：具有更小字元高度（例如0.3英吋）和多位數模組（4位數、8位數）的單一封裝顯示器很常見。
3. 顏色多樣性：雖然紅色是傳統顏色，但亮綠色、藍色、黃色和全彩RGB七段顯示器可用於特定的美學或功能需求。
4. 替代技術：在超低功耗、超薄或靈活性至關重要的應用中，基於OLED的段式顯示器是一種替代方案，儘管與無機LED相比，它們在某些條件下可能在最大亮度、溫度範圍或長期可靠性方面有所取捨。
5. 效率提升：對半導體材料的持續研究，包括新的螢光粉轉換LED和微型LED技術，承諾更高的效率和新的外形尺寸，儘管這些更可能影響下一代顯示技術，而非在短期內取代傳統段式LED在其核心應用中的地位。

LTD-5260JD代表了在其特定利基市場中一個成熟、優化的解決方案，平衡了性能、可靠性和成本。