0.56英吋七段式LED顯示器規格書 - 字高14.22mm - 順向電壓2.6V - AlInGaP黃橙色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-5703AJF是一款單一位數的七段式LED顯示模組，專為需要清晰、高可見度數值讀數的應用而設計。其主要功能是將電氣訊號轉換為可見的數位字元。其核心技術採用沉積在砷化鎵（GaAs）基板上的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料，以產生黃橙色光譜的光線。相較於傳統的磷化鎵（GaP）等技術，選擇此材料系統是因為其在琥珀色/橙色範圍內具有高效率與卓越的亮度。該元件採用淺灰色面板與白色發光段，可在各種照明條件下增強對比度與可讀性。

此顯示器歸類為共陰極型，意指所有個別LED發光段的陰極（負極端）在內部連接至共通的接腳。此配置在數位顯示器中很常見，當使用汲入電流的微控制器或驅動IC時，可簡化電路設計。此元件的目標市場包括工業控制面板、測試與量測設備、消費性電器、汽車儀表板（用於非關鍵指示器），以及任何需要可靠、低功耗數位顯示的嵌入式系統。

2. 深入技術參數分析

2.1 光學特性

光學性能由在標準測試條件下（Ta=25°C）量測的數個關鍵參數定義。平均發光強度（Iv）在順向電流（IF）為1mA驅動時，其規格為最小值800 μcd，典型值1667 μcd，並未標明最大值。此參數表示發光段的感知亮度。發光強度是使用感測器與濾光片進行量測，該濾光片近似於國際照明委員會（CIE）定義的明視覺（適應日光）人眼響應曲線。

顏色特性由波長定義。峰值發射波長（λp）在IF=20mA時，典型值為611奈米（nm）。此為光功率輸出達到最大值的波長。主波長（λd）典型值為605 nm。此為最能匹配所發射光線感知顏色的單一波長，對於顏色規格更為相關。譜線半高寬（Δλ）典型值為17 nm，表示光譜純度或峰值周圍發射波長的分布範圍；半高寬越窄，表示顏色越接近單色（越純）。

2.2 電氣特性

主要的電氣參數是每段順向電壓（VF），在順向電流20mA下，其典型值為2.6V，最大值為2.6V。此為LED發光段導通時兩端的電壓降。最小值列為2.05V。每段反向電流（IR）在施加5V反向電壓（VR）時，其最大值規格為100 μA，表示元件在關斷狀態下的漏電特性。

發光強度匹配比在相似發光區域內的發光段，其最大值規格為2:1。這意味著在相同的驅動條件下，一個發光段的亮度不應超過另一個發光段亮度的兩倍，以確保數位顯示的外觀均勻。

2.3 絕對最大額定值與熱考量

這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限。每段連續順向電流的最大額定值為25 mA。在環境溫度（Ta）超過25°C時，指定了0.33 mA/°C的降額因子。這對於熱管理至關重要；隨著環境溫度升高，最大允許電流必須線性降低以防止過熱。例如，在85°C時，最大電流將為 25 mA - (0.33 mA/°C * (85-25)°C) = 5.2 mA。

The每段峰值順向電流為60 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）適用。這允許用於多工掃描方案或短暫的過驅動以增加亮度。每段功耗為70 mW。每段反向電壓不得超過5V。工作與儲存溫度範圍為-35°C至+105°C。焊接溫度額定值適用於波焊或迴焊：在封裝體安裝平面下方1/16英吋（約1.6mm）處，260°C持續3秒。

3. 分級系統說明

規格書指出此元件已依據發光強度進行分類。這意味著存在一個分級系統。分級是標準的產業實務，在生產後，製造的LED會根據發光強度、順向電壓和主波長等關鍵參數進行分類（分級）。這確保了單一生產批次或訂單內的一致性。雖然此摘錄未提供具體的分級代碼，但設計人員應注意，典型的分級會將具有相似Iv（例如，800-1200 μcd、1200-1667 μcd）以及可能相似VF範圍的元件歸為一組。對於需要跨越多個顯示器達到顏色或亮度一致性的關鍵應用，指定嚴格的分級或要求來自同一分級的元件至關重要。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類元件的典型特性曲線將包括：

• 順向電流（IF）對順向電壓（VF）曲線：這顯示了指數關係。該曲線將在約1.8-2.0V處有一個膝點電壓，之後電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。典型的VF值2.6V是在IF=20mA時從此曲線讀取的。
• 發光強度（Iv）對順向電流（IF）曲線：此曲線在較低電流下通常是線性的，但在非常高的電流下，由於熱效應，可能會顯示飽和或效率降低。
• 發光強度（Iv）對環境溫度（Ta）曲線：這顯示了亮度如何隨著LED接面溫度的升高而降低。AlInGaP LED的光輸出通常具有負溫度係數。
• 光譜分布曲線：相對強度對波長的圖表，顯示峰值約在611 nm，半高寬約為17 nm，證實了黃橙色的發射。

這些曲線對於設計人員理解LED的非線性行為、規劃熱管理以及設計適當的限流電路至關重要。

5. 機械與封裝資訊

此元件的字元高度為0.56英吋（14.22 mm）。封裝尺寸在圖面中提供（此處未完全詳述），所有尺寸單位為毫米。註明了關鍵公差：除非另有說明，一般尺寸公差為±0.25 mm，接腳尖端偏移公差為±0.4 mm。此偏移公差考量了從塑膠封裝體引出的導腳可能存在的微小對位誤差，這對於PCB焊盤設計與自動插件設備非常重要。

The接腳連接圖已明確定義，採用雙列直插式封裝（DIP）配置，共有10支接腳。接腳定義為：1(E)、2(D)、3(共陰極)、4(C)、5(DP)、6(B)、7(A)、8(共陰極)、9(F)、10(G)。兩個共陰極接腳（3和8）的存在有助於分散電流並降低單一接腳的電流密度，這對可靠性有益。小數點（DP）的陽極位於接腳5。內部電路圖顯示每個發光段（A-G、DP）為一個獨立的LED，其陽極連接到各自的接腳，而所有陰極則連接在一起至共陰極接腳。

6. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值指定了焊接溫度曲線：組裝期間元件本體溫度不得超過最大額定值。具體而言，它規定焊接溫度應為260°C持續3秒，量測點位於安裝平面下方1/16英吋（1.6mm）處。這是波焊的標準參考。對於迴焊，採用峰值溫度為260°C的標準無鉛溫度曲線是合適的，需確保控制高於液相線的時間（TAL）以及元件導腳處於峰值溫度的持續時間，以防止對塑膠封裝或內部打線造成熱損傷。

儲存條件應遵守指定的儲存溫度範圍-35°C至+105°C。建議將元件儲存在乾燥、防靜電的環境中，以防止吸濕（這可能在迴焊時導致爆米花現象）和靜電放電損壞，儘管LED的風險低於某些IC。

7. 包裝與訂購資訊

零件型號為LTS-5703AJF。後綴AJF可能編碼了特定屬性，如顏色（黃橙色）、封裝類型，以及可能的亮度分級。規格書標示了修訂版本，且文件標記為製造商財產。此類穿孔元件的標準包裝通常是防靜電管或捲帶式彈匣包裝，用於自動插件。每管/每捲的確切數量及包裝材料在此摘錄中未指定，但可在單獨的包裝規格中找到。

8. 應用建議

典型應用電路：作為共陰極顯示器，它通常由微控制器或專用顯示驅動IC（如帶有限流電阻的74HC595移位暫存器或MAX7219）驅動。每個發光段陽極都需要一個限流電阻。電阻值可使用 R = (Vcc - VF) / IF 計算。對於5V電源（Vcc），VF=2.6V，IF=20mA，則 R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 歐姆。通常會使用稍高的值（例如150-220歐姆），以在保持良好亮度的同時增加使用壽命並降低功耗。

設計考量：

• 電流驅動：切勿超過每段25 mA的絕對最大連續電流。在高溫環境下使用降額因子。
• 對於多位數顯示器，多工掃描很常見。峰值電流額定值（60 mA，1/10工作週期）允許在多工開啟時間內使用更高的瞬時電流，以實現更高的感知亮度。確保長時間的平均電流不超過連續額定值。For multi-digit displays, multiplexing is common. The peak current rating (60 mA at 1/10 duty cycle) allows for higher instantaneous current during the multiplexed on-time to achieve a higher perceived brightness. Ensure the average current over time does not exceed the continuous rating.
• 視角：規格書提到寬視角，這是具有擴散透鏡的LED顯示器的特徵。安裝顯示器時，請考慮預期的觀看位置。
• PCB佈局：遵循尺寸圖中建議的焊盤圖案。確保孔徑尺寸適合導腳直徑，並提供足夠的間隙。

9. 技術比較與優勢

與舊式的紅色GaAsP或標準GaP黃/綠色LED相比，LTS-5703AJF中採用的AlInGaP技術提供了顯著優勢：

• 更高亮度與效率：AlInGaP提供卓越的發光效率，可在相同驅動電流下實現更亮的顯示，或在較低功率下達到相似的亮度。
• 更好的色彩飽和度：其光譜特性產生更鮮豔且一致的黃橙色。
• 固態可靠性：LED沒有燈絲或玻璃易碎部件，具有高抗衝擊和抗振動能力，以及非常長的工作壽命（通常為數萬小時）。
• 低功耗需求：在低電壓和低電流下工作，適合電池供電設備。
• 無鉛封裝：符合RoHS（有害物質限制）指令，適用於有環保法規的全球市場。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1: 兩個共陰極接腳（3和8）的目的是什麼？

A1: 它們在內部是連接的。擁有兩個接腳有助於將總陰極電流（即所有點亮發光段電流的總和）分佈在兩個實體導腳上，降低每個焊點和導線架的電流密度與熱應力，從而提高可靠性。

Q2: 我可以直接用3.3V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？

A2: 有可能，但您必須檢查順向電壓。典型VF為2.6V，因此3.3V電源僅剩下0.7V用於限流電阻。使用歐姆定律，對於期望的10mA電流，R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 歐姆。這是可行的，但亮度可能略低於20mA時的額定值。請確保微控制器接腳能夠提供所需的電流。

Q3: 發光強度匹配比2:1對我的設計意味著什麼？

A3: 它保證在單一元件內，當以相同方式驅動時，沒有任何一個發光段的亮度會超過其他任何發光段亮度的兩倍。這可防止數字看起來不均勻（例如，非常暗的A段和非常亮的G段）。對於多位數設計，請指定來自相同強度分級的元件，以確保跨數位的一致性。

Q4: 如何計算整個顯示器的功耗？

A4: 在最壞情況下，所有8個發光段（7段+小數點）以每段最大連續電流25 mA持續點亮，且典型VF為2.6V。每段功率 = VF * IF = 2.6V * 0.025A = 65 mW。總功率 = 8 * 65 mW = 520 mW。這是LED封裝本身以熱量形式耗散的功率，在密閉空間的熱管理中必須考慮此點。

11. 實務設計與使用範例

範例1：數位電壓表讀數顯示。在一個簡單的桌上型數位萬用電表原型中，LTS-5703AJF可用於顯示電壓讀數。微控制器的類比數位轉換器（ADC）讀取電壓，進行處理，並透過如74HC595的移位暫存器驅動顯示器。限流電阻串聯在每個發光段陽極上。如果使用多位數，則共陰極由微控制器控制的電晶體進行切換以實現多工掃描。其高對比度和亮度確保了在光線充足的實驗室環境中的可讀性。

範例2：工業計數器顯示。對於生產線零件計數器，顯示器需要可靠且能從遠處看清。具有0.56英吋字高的LTS-5703AJF非常適合。它可以由專為LED顯示器設計的可程式邏輯控制器（PLC）輸出模組驅動，或透過簡單的計數器IC驅動。其寬廣的工作溫度範圍（-35°C至+105°C）使其能夠適應溫度可能波動的工廠環境。

12. 技術原理介紹

LTS-5703AJF基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體異質結構，該結構磊晶生長在砷化鎵（GaAs）基板上。發光是透過電致發光實現的。當施加超過二極體能隙電壓的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入主動區域（量子阱）。在那裡，它們以輻射方式復合，以光子的形式釋放能量。AlInGaP的特定合金成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）。對於黃橙色光，能隙能量約為2.0-2.1電子伏特（eV）。GaAs基板對發射光是不透明的，因此晶片設計為從頂部表面發光。塑膠封裝包含一個成型透鏡，用於塑造光輸出、提供環境保護並形成獨特的發光段形狀。

13. 技術發展趨勢

雖然這是一個成熟的穿孔元件，但顯示技術的趨勢影響著其應用背景。更廣泛的LED產業持續關注：

• 提升效率（lm/W）：持續的材料科學研究旨在減少非輻射復合並改善從半導體晶片的光提取效率，從而實現更低功耗下的更亮顯示。
• 微型化與SMD主導：市場已大幅轉向表面黏著元件（SMD）封裝，以實現自動化組裝、減少電路板空間和更低的高度。像此類的穿孔顯示器在需要堅固性、易於手工焊接或更換的特定利基市場中仍然具有相關性。
• 整合解決方案：趨勢是朝向整合驅動IC的顯示器（智慧型顯示器），透過內部處理多工掃描、解碼和電流控制來簡化主微控制器介面。
• 擴展色域與RGB：對於具備全彩能力的顯示器，開發高效率的紅、綠、藍光LED（包括微型LED）是一個主要趨勢。雖然這是單色裝置，但底層材料的改進有益於所有顏色的LED。
• 柔性與透明基板：在柔性或透明基板上顯示器的研究正在進行中，儘管這更適用於先進的面板顯示器，而非傳統的分段數位單元。