LTD-5721AJF LED顯示器規格書 - 0.56英吋字高 - AlInGaP黃橙色 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-5721AJF是一款雙位數七段式字母數字顯示模組，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其主要功能是透過可獨立定址的LED段，以視覺方式呈現數字及部分有限的字母數字字元。其核心技術採用沉積於不透明砷化鎵（GaAs）基板上的鋁銦鎵磷（AlInGaP）半導體材料，以產生其特有的黃橙色光。此裝置採用帶有白色段標記的灰色面板，當段點亮或熄滅時能增強對比度和可讀性。該顯示器根據發光強度進行分類，確保在多個單元需要外觀一致性的關鍵應用中，亮度水平保持一致。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器提供多項關鍵優勢，使其適用於各種工業和消費性應用。其高亮度和出色的對比度確保即使在明亮環境下也能清晰辨識。寬廣的視角允許從不同位置讀取顯示資訊，而不會顯著損失清晰度。作為固態裝置，與機械式或較舊的顯示技術（如真空螢光顯示器VFD）相比，它具有高可靠性、長使用壽命以及抗衝擊和振動的特性。低功耗需求使其具有高能源效率。這些特性使LTD-5721AJF成為理想選擇，目標市場包括測試與量測設備、工業控制面板、銷售點終端機、汽車儀表板儀器，以及各種需要可靠數字顯示的消費性電子產品。

2. 技術參數深入解析

本節對規格書中指定的關鍵電氣和光學參數進行客觀分析，解釋其對設計工程師的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對裝置造成永久損壞的應力極限。它們不適用於正常操作。

• 每段功耗：70 mW。這是在任何條件下單個LED段所能耗散為熱量的最大允許功率。超過此值可能導致過熱並加速LED晶片的劣化。
• 每段峰值順向電流：60 mA（在1/10工作週期，0.1 ms脈衝寬度下）。此額定值適用於短暫的脈衝操作，常用於多工方案中，以在不超過平均電流限制的情況下實現更高的感知亮度。
• 每段連續順向電流：25 mA（從25°C開始以0.33 mA/°C線性遞減）。這是在25°C下連續操作時建議的最大直流電流。遞減因子表示，隨著環境溫度（Ta）升高，必須降低安全工作電流以防止熱失控。
• 每段逆向電壓：5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能導致LED接面崩潰和故障。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。裝置額定在此溫度範圍內運作和儲存。
• 焊接溫度：260°C持續3秒，測量點位於安裝平面下方1/16英吋處。這定義了迴流焊接曲線條件，以避免損壞封裝或內部接合。

2.2 電氣與光學特性（在Ta=25°C下）

這些是在指定測試條件下的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：320 - 900 µcd（典型值900 µcd）於 I_F=1mA。此參數量測人眼感知的光輸出功率。該範圍表示分級過程；設計師必須考慮最小值（320 µcd）以確保其應用中有足夠的亮度。
• 峰值發射波長（λ_p）：611 nm（典型值）於 I_F=20mA。這是發射光的光譜功率分佈達到最大值時的波長。它定義了感知的顏色（黃橙色）。
• 譜線半高寬（Δλ）：17 nm（典型值）於 I_F=20mA。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬。較小的值意味著更單色（純色）的輸出。
• 主波長（λ_d）：605 nm（典型值）於 I_F=20mA。這是與人眼感知LED顏色最匹配的單一波長，常用於顏色規格。
• 每段順向電壓（V_F）：2.05 - 2.6 V（典型值2.6V）於 I_F=20mA。這是LED工作時的電壓降。對於設計限流電路至關重要。應使用最大值（2.6V）進行最壞情況設計，以確保足夠的驅動電壓。
• 每段逆向電流（I_R）：100 µA（最大值）於 V_R=5V。這是當LED在其最大額定值內被逆向偏壓時流動的小漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大值）。此參數指定單一裝置內或同一分級裝置之間最亮段與最暗段的最大允許比率。2:1的比率意味著最暗段的亮度不得低於最亮段的一半，確保視覺均勻性。

3. 分級系統說明

規格書指出該裝置根據發光強度分類。這指的是製造過程中執行的分級或分類過程。

3.1 發光強度分級

由於半導體製造的固有差異，同一生產批次的LED晶片可能具有不同的光輸出。為了確保客戶的一致性，LED會根據其在標準測試電流（例如1mA）下量測到的發光強度進行測試並分組（分級）。LTD-5721AJF指定的320至900 µcd範圍可能代表多個分級的範圍。完整的零件編號中的特定訂購代碼或後綴通常會指示所購買的分級，保證強度落在更窄的預定義範圍內（例如700-900 µcd）。設計師必須查閱製造商的分級文件或在訂購時指定所需的分級，以確保其產品中的亮度一致性。

4. 性能曲線分析

雖然提供的PDF摘錄提到典型電氣/光學特性曲線，但具體圖表未包含在文本中。根據標準LED行為，這些曲線通常會說明以下關係，對於理解非標準條件下的裝置性能至關重要：

• 順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）：顯示二極體的指數型I-V特性。對於確定所需電流所需的驅動電壓很重要。
• 發光強度（I_V）與順向電流（I_F）：通常在較低電流下呈現接近線性的關係，在極高電流下可能因熱效應而飽和。對於透過電流調變或PWM進行亮度控制至關重要。
• 發光強度（I_V）與環境溫度（T_a）：通常顯示隨著溫度升高，光輸出會下降。對於在高溫環境中運作的應用，必須考慮此熱遞減。
• 光譜分佈：繪製相對強度與波長關係的圖表，顯示峰值約在611 nm，形狀由17 nm的半高寬定義。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該裝置採用標準的雙位數七段式LED封裝。圖面（文本中提及但未詳細說明）將顯示模組的總長度、寬度和高度、字高（0.56英吋 / 14.22 mm）、段的尺寸以及數字之間的間距。它還會指定安裝孔（如有）的位置和直徑。除非圖面上另有說明，公差通常為±0.25 mm。

5.2 接腳連接與極性

LTD-5721AJF具有18接腳配置，並採用共陽極電路架構。這意味著每個數字的所有LED陽極在內部連接在一起，連接到一個共用的接腳（數字2的接腳13，數字1的接腳14）。要點亮一個段，必須將其對應的陰極接腳驅動到低邏輯電位（接地或電流吸收），同時該數字的共陽極保持正電壓（透過限流電阻）。接腳定義列表提供了兩個數字每個段（A-G和DP）的特定陰極連接。正確識別接腳1（通常在封裝上以凹口、斜面或圓點標記）對於組裝過程中的正確方向至關重要。

5.3 內部電路圖

示意圖（PDF中提及）以視覺方式呈現共陽極結構。它顯示兩個區塊（每個數字一個），每個區塊包含七個段LED（A-G）和一個小數點（DP）LED。一個數字區塊內的所有陽極都連接在一起，連接到該數字的共陽極接腳。每個獨立段的陰極則引出到單獨的接腳，允許獨立控制。

6. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值指定了一個關鍵焊接參數：封裝可承受260°C的峰值溫度持續3秒，測量點位於安裝平面（通常是PCB表面）下方1/16英吋（約1.6 mm）處。這是使用無鉛（SnAgCu）焊料進行波峰焊或迴流焊的標準額定值。設計師應確保其迴流焊爐曲線不超過此時間-溫度組合，以避免損壞塑料封裝、內部接合線或LED晶片本身。在處理和組裝過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。儲存應在指定的-35°C至+85°C範圍內，並處於低濕度環境中。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

對於像LTD-5721AJF這樣的共陽極顯示器，典型的驅動電路涉及使用微控制器或專用顯示驅動IC。共陽極接腳（13, 14）透過單獨的限流電阻或（如果採用多工）透過電晶體開關連接到正電源電壓（例如5V）。段陰極接腳（1-12, 15-18）連接到驅動器的吸收輸出。每個段的電流必須限制在連續順向電流額定值（最大25 mA，通常在10-20 mA下操作以平衡亮度和壽命）。必須從電源電壓中減去順向電壓降（最大2.6V）以計算適當的限流電阻值：R = (V_電源- V_F) / I_F.

7.2 設計考量

• 多工：為了用較少的I/O接腳控制兩個數字，使用多工技術。數字一個接一個地快速連續點亮（例如100Hz或更高）。人眼會感知為兩個數字都持續亮著。這需要用開關信號驅動共陽極，並同步每個數字的段數據。在其短暫的開啟時間內，每段的峰值電流可以增加（最高可達60mA峰值額定值），以補償降低的工作週期並維持平均亮度。
• 熱管理：雖然每段的功耗很低，但一個數字中所有點亮段的總功率會累加。如果顯示器被封裝，尤其是在高環境溫度下，請確保足夠的通風，以防止接面溫度超過安全限制。
• 視角：寬廣的視角是一個優勢，但產品外殼的機械設計（例如顯示視窗的深度、濾光片或透鏡的使用）會影響最終使用者的有效視角。

8. 技術比較與差異化

LTD-5721AJF的主要區別在於其使用AlInGaP半導體技術來產生黃橙色光。與較舊的技術（如標準磷化鎵GaP黃色LED）相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率，從而在相同驅動電流下產生更高的亮度。它通常還能在溫度和使用壽命方面提供更好的色彩飽和度和穩定性。與使用濾光技術的顯示器（例如帶有彩色濾光片的白色LED）相比，AlInGaP提供更純淨的光譜輸出和更高的效率，因為在濾光過程中沒有光損失。灰色面板/白色段設計無論在通電或斷電時都提供專業、高對比度的外觀，在某些應用中可能比綠色或紅色面板更受青睞。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：峰值發射波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長是發射光譜的物理峰值。主波長是單色光的單一波長，對人類觀察者而言會呈現相同的顏色。它們通常很接近但不完全相同，特別是對於具有非對稱光譜曲線的LED。主波長對於顏色匹配更為相關。

問：我可以用3.3V微控制器驅動此顯示器而不使用電平轉換器嗎？

答：有可能，但需要仔細計算。如果微控制器的I/O接腳能夠吸收所需的段電流（例如10-20mA），並且您使用3.3V電源供給共陽極，那麼順向電壓降（最大2.6V）僅剩下0.7V用於限流電阻。這導致電阻值非常小（例如20mA時為35歐姆），可能不切實際且對V_F的變化敏感。為陽極提供5V電源更為典型，並為穩定的電流控制提供更好的餘裕。

問：發光強度匹配比2:1對我的設計意味著什麼？

答：這意味著在一個顯示單元內，最暗的段可能只有最亮段的一半亮度。如果絕對均勻性至關重要（例如在醫療設備中），您應該選擇更嚴格分級的裝置，或為每個段實施軟體亮度校準，這很複雜。對於許多應用，2:1的比率是可以接受的，並且不會造成視覺干擾。

10. 實際使用案例示例

情境：設計一個簡單的數位計時器/碼表。

LTD-5721AJF是顯示分鐘和秒鐘（MM:SS）的絕佳選擇。可以使用低成本微控制器來管理計時和驅動顯示器。兩個數字將被多工。分鐘數字和秒鐘數字的共陽極將連接到兩個單獨的GPIO接腳，配置為輸出，一次一個切換為高電位（透過電晶體以獲得更高的電流能力）。七個段陰極線（A-G）將連接到另外七個配置為開漏或主動驅動為低電位的GPIO接腳，每條線上串聯一個電阻（或者，如果亮度均勻性不那麼關鍵，可以在共陽極路徑上使用單個電阻）。微控制器軟體更新活動數字的段圖案，然後快速切換到另一個數字。黃橙色通常與注意或警示相關，使其適合用於計時器顯示。高亮度確保其在各種照明條件下都可見。

11. 工作原理介紹

該裝置基於半導體p-n接面中的電致發光原理運作。AlInGaP材料系統具有與可見光譜黃橙色區域（約2.0 eV）光子能量相對應的直接能隙。當施加超過接面內建電位的順向偏壓（順向電壓V_F）時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子在半導體的有源區域中復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。鋁、銦、鎵和磷化物的特定合金成分決定了能隙能量，從而決定了發射光的顏色（波長）。不透明的GaAs基板吸收任何向下發射的光，使裝置在預期的觀看方向上更有效率。

12. 技術趨勢

雖然AlInGaP仍然是紅、橙、黃色LED的高性能技術，但更廣泛的顯示技術領域持續發展。對於七段式數字顯示器，趨勢包括：1)更高整合度：內建驅動IC、控制器甚至通訊介面（I2C, SPI）的模組變得越來越普遍，簡化了系統設計。2)替代技術：有機LED（OLED）段提供超薄外形和寬廣視角，儘管壽命和成本可能是考量因素。3)微型化與密度：雖然0.56英吋是標準尺寸，但市場對更小（用於便攜式設備）和更大、更高亮度的顯示器都有需求。4)顏色選項與RGB：使用RGB LED晶片的多色或全彩七段式顯示器允許動態變色，儘管它們需要更複雜的驅動電子元件。LED技術的基本優勢——可靠性、效率和固態穩健性——確保其在可預見的未來在數字顯示應用中持續具有相關性。