LTD-5721AJS LED顯示器規格書 - 0.56英吋字高 - AlInGaP黃光 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-5721AJS是一款高效能、低功耗的七段LED顯示器模組。其主要功能是在電子設備中提供清晰、明亮的數字及有限的字母數字字符輸出。其核心技術基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料，該材料以其在黃橙紅光譜中的高效率與優異色彩純度而聞名。此特定元件發射黃光，以其主波長為特徵。顯示器採用淺灰色面板與白色段碼顏色，這顯著增強了在不同光照條件下的對比度與可讀性。它經過發光強度分級，確保不同生產批次的亮度水平一致，這對於需要均勻視覺輸出的應用至關重要。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器專為對電源效率、可靠性和視覺清晰度要求極高的應用而設計。其低電流需求（段碼在低至1mA的電流下即可工作），使其成為電池供電或注重能耗設備的理想選擇，例如便攜式儀器、手持儀表、消費性電子和工業控制面板。高亮度與寬視角確保顯示資訊能從不同角度輕鬆辨識，這是面板安裝設備的關鍵特性。LED技術的固態可靠性提供了長使用壽命且無活動部件，使其適用於擔心機械磨損的惡劣環境。連續均勻的段碼造就了出色的字符外觀，呈現乾淨專業的視覺效果。

2. 技術參數深度解析

本節根據規格書，對電氣與光學規格進行詳細、客觀的分析。理解這些參數對於正確的電路設計與系統整合至關重要。

2.1 光度學與光學特性

關鍵光學參數是在標準化測試條件下（通常為環境溫度25°C）測量的。平均發光強度（Iv）當每個段碼以1mA順向電流（IF）驅動時，範圍從最小值320 µcd到典型值700 µcd。此參數量化了所發射光線的感知亮度。峰值發射波長（λp）為588 nm，表示光譜功率分佈達到最大值時的波長。主波長（λd）為587 nm，這是人眼感知到、與發射光顏色最匹配的單一波長。譜線半高寬（Δλ）為15 nm，描述了發射光的頻寬；半高寬越窄，表示顏色越單色、越純淨。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測量，確保測量結果與人類視覺感知相關。

2.2 電氣參數

電氣特性定義了驅動電路的工作邊界與要求。每段順向電壓（VF）在20mA測試電流下，介於2.05V（最小值）與2.6V（最大值）之間。這是LED導通時兩端的電壓降。設計師必須確保驅動電路能提供此電壓。每段反向電流（IR）當施加5V反向電壓（VR）時，最大值為100 µA，表示LED反向偏壓時的漏電水平。超過絕對最大額定值可能導致永久損壞。這些包括每段最大功耗為40 mW、峰值順向電流為60 mA（脈衝條件下）、以及連續順向電流為25 mA，此電流在超過25°C時必須以0.33 mA/°C的速率線性降額。最大反向電壓為5V。

2.3 熱與環境額定值

此元件的工作溫度範圍額定為-35°C至+85°C，其儲存溫度範圍相同。此寬廣範圍確保了在大多數商業與工業環境中的功能性。焊接溫度規格對於組裝至關重要：元件可在安裝平面下方1/16英吋（約1.6mm）處承受260°C達3秒鐘。這為迴流焊接溫度曲線提供了指引，以防止對LED晶片或封裝造成熱損壞。

3. 分級系統說明

規格書指出此元件已按發光強度分級。這意味著製造後進行了分級或篩選過程。雖然此摘錄未提供具體的分級代碼細節，但此類顯示器的典型分級涉及根據在標準測試電流（例如1mA或20mA）下測得的發光強度對單元進行分組。這確保在單一生產訂單或組裝中，所有數碼管具有匹配的亮度，防止多位數顯示器出現照明不均勻的情況。設計師應諮詢製造商以獲取具體的分級結構與代碼，以便為其應用指定一致性要求。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線，這些對於理解元件在單點規格之外的行為至關重要。雖然提供的文本中未顯示具體圖表，但此類LED的標準曲線通常包括：相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：此圖顯示亮度如何隨電流增加，通常呈次線性關係，突顯了低電流下的效率。順向電壓 vs. 順向電流：此曲線對於設計限流電路或恆流驅動器至關重要。相對發光強度 vs. 環境溫度：此圖展示了光輸出的熱降額特性，這對於高溫應用至關重要。光譜分佈：顯示各波長相對功率的圖表，以588 nm的峰值波長為中心。

5. 機械與封裝資訊

此元件附有詳細的封裝尺寸圖（所有尺寸單位為毫米，標準公差為±0.25mm，除非另有註明）。此圖對於PCB焊盤設計至關重要，可確保正確的安裝與對齊。顯示器的字高為0.56英吋（14.22 mm）。它以標準的雙位數、右側小數點配置供貨。封裝包含18個引腳用於電氣連接。

5.1 引腳配置與極性識別

提供了引腳連接表。LTD-5721AJS是一款共陽極型顯示器。這意味著一個數碼管中所有段碼的陽極端子內部連接在一起。數碼管1和2有各自獨立的共陽極引腳（分別為引腳14和引腳13）。每個段碼（A至G，加上小數點）都有其專用的陰極引腳。要點亮一個段碼，必須將其對應的陰極連接到較低電壓（接地），同時將該數碼管的共陽極保持在高電壓（電源）。包含右側小數點。引腳1明確標記為無連接（N.C.）。

6. 焊接與組裝指南

必須遵守焊接規格以防止損壞。關鍵參數是最大允許焊接溫度260°C持續3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這轉化為標準的無鉛迴流焊接溫度曲線，元件本體的峰值溫度可能不超過250-255°C以提供安全餘量。處理過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。對於儲存，應維持在乾燥環境中指定的-35°C至+85°C範圍內。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此顯示器非常適合廣泛的應用，包括：測試與量測設備：數位萬用電錶、示波器、頻率計數器。工業控制：製程指示器、計時器顯示、控制面板讀數。消費性電子：音響設備顯示器、家電控制。醫療設備：便攜式監視器、診斷設備。汽車改裝市場：儀錶與儀器。

7.2 設計考量

驅動電路：對每個段碼陰極使用恆流驅動器或適當的限流電阻。計算必須考慮順向電壓（VF）與期望電流（IF）。根據規格書，對於低功耗操作，以每段1-5mA驅動是可行的。多工掃描：由於兩個數碼管有獨立的共陽極，它們可以輕鬆進行多工掃描。這涉及依序一次啟用一個數碼管的陽極，同時在陰極線上呈現該數碼管的段碼數據。多工掃描減少了所需的驅動引腳數量，並可降低總功耗。視角：寬視角允許靈活的面板安裝。亮度匹配：如果應用中多個單元間的亮度一致性至關重要，請指定發光強度分級。

8. 技術比較與差異化

與舊技術（如標準紅色GaAsP LED）相比，基於AlInGaP的LTD-5721AJS提供了顯著更高的發光效率，從而在相同電流下實現更高亮度，或在較低電流下實現同等亮度。黃色在深色背景上提供極佳的對比度，常因其高可見度而被選用。低電流能力（低至1mA）是與需要更高驅動電流的顯示器相比的關鍵差異點，能在便攜式設備中實現更長的電池壽命。發光強度分級在需要視覺一致性的應用中，提供了相對於未經此類分級的顯示器的優勢。

9. 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。最大順向電壓為2.6V。當使用串聯限流電阻時，3.3V電源提供了足夠的餘裕電壓（3.3V - 2.6V = 0.7V）來可靠地控制電流。

問：發光強度匹配比2:1的目的是什麼？答：此比率（Iv-m）表示在單一元件內，任何段碼的發光強度不會低於最亮段碼強度的一半。它確保了單一數碼管內的均勻性。

問：對於共陽極顯示器，我該如何連接？答：將共陽極引腳連接到您的正電源電壓（如果進行多工掃描，則透過驅動電晶體）。將每個段碼陰極引腳連接到一個電流吸收端（例如，具有足夠電流能力的微控制器I/O引腳或驅動IC），將其拉低以點亮該段碼。

10. 實務設計案例

考慮設計一個由5V電源供電並由微控制器控制的簡單兩位數計數器。微控制器的I/O引腳無法為LED提供/吸收足夠電流。因此，將使用像74HC595移位暫存器或專用LED驅動器（例如MAX7219）這樣的驅動IC來吸收陰極電流。將使用兩個NPN電晶體（例如2N3904）在微控制器控制下，將5V電源切換到共陽極（數碼管1和2）以進行多工掃描。限流電阻將放置在陰極線上。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF - Vce_sat) / IF。假設Vcc=5V，VF=2.2V（典型值），驅動器的Vce_sat約0.2V，期望IF=5mA：R = (5 - 2.2 - 0.2) / 0.005 = 520歐姆。標準的510或560歐姆電阻將是合適的。微控制器韌體將以快速速率（例如，每個100Hz）交替啟用數碼管1和數碼管2，同時同步更新段碼數據，創造出兩個數碼管持續點亮的視覺效果。

11. 技術原理介紹

此顯示器中的LED晶片是在不透明的砷化鎵（GaAs）基板上外延生長的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）製成。當順向電壓施加於p-n接面時，電子和電洞被注入到主動區域並在此復合。在AlInGaP中，此復合主要以黃橙紅光譜（黃光約為587-590 nm）中的光子形式釋放能量。不透明的基板有助於將更多產生的光線導向晶片頂部，與某些舊設計相比，提高了外部量子效率。七段格式是透過將多個此類LED晶片（或具有多個電氣隔離接面的單一晶片）排列成七個條狀（段碼）和一個小數點的圖案而創建。透過選擇性地激發這些段碼，可以形成數字字符（0-9）和一些字母。

12. 技術趨勢

雖然AlInGaP仍然是高效率紅光、橙光和黃光LED的主導技術，但更廣泛的顯示技術領域正在不斷發展。對於七段顯示器應用，趨勢持續朝向更低的工作電流和電壓，以支援超低功耗物聯網和可穿戴設備。同時也朝向更高整合度發展，顯示器將驅動IC，有時甚至微控制器整合到同一封裝中，簡化了設計。在材料方面，雖然AlInGaP已成熟，但對鈣鈦礦LED和其他新型半導體的研究可能提供未來的替代方案。然而，對於需要可靠性、特定色點和成本效益的標準指示燈和數字顯示應用，基於AlInGaP的顯示器（如LTD-5721AJS）預計在可預見的未來仍將普遍存在。