LTD-5250JD LED顯示器規格書 - 0.52英吋字高 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-5250JD是一款雙位數、七段式發光二極體（LED）顯示模組。其主要功能是為各種電子設備和儀器提供清晰、易讀的數值顯示。其核心技術採用磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料來產生超紅光發射。此裝置採用灰色面板搭配白色段位標記，增強了在不同光照條件下的對比度和可讀性。它根據發光強度進行分類，確保批量應用中的亮度水平一致性。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器提供多項關鍵優勢，使其適用於工業、消費性電子和儀器應用。其低功耗需求使其具有高能源效率，而高亮度和出色的對比度確保了從寬廣視角下的可見性。相較於其他顯示技術，其固態結構提供了固有的可靠性和長使用壽命。連續均勻的段位造就了美觀且專業的字元外觀。這些特性的組合，使其目標應用包括測試設備、銷售點終端機、工業控制面板、時鐘顯示器，以及任何需要可靠、明亮數值讀數的裝置。

2. 技術規格深入解析

本節根據規格書，對裝置的關鍵技術參數提供詳細、客觀的分析。

2.1 光學特性

光學性能是顯示器功能的核心。其主要發射光譜位於超紅光範圍。

• 發光強度（I_V）：每個段位的平均發光強度，在測試條件 I_F= 1mA 下，最小值為 320 µcd，典型值為 700 µcd，未指定最大值。此參數對於決定顯示器在最終應用中的亮度至關重要。段位之間的匹配比規定最大值為 2:1，這定義了同一數字內不同段位之間允許的亮度變化。
• 波長特性：此裝置的峰值發射波長（λ_p）為 650 奈米（nm），主波長（λ_d）為 639 奈米，兩者均在 I_F= 20mA 下量測。光譜線半高寬（Δλ）為 20 奈米。這些數值精確定義了超紅光輸出的色座標，呈現一種深沉、飽和的紅色。

2.2 電氣參數

了解電氣極限和工作點對於安全可靠的電路設計至關重要。

• 絕對最大額定值：這些是任何條件下都不得超過的應力極限。關鍵限制包括：每段功耗（70 mW）、每段峰值順向電流（90 mA，佔空比 1/10，脈衝寬度 0.1ms）、每段連續順向電流（25°C 下 25 mA，線性遞減率為 0.33 mA/°C）。每段最大反向電壓為 5V。
• 順向電壓（V_F）：在 20mA 驅動下，發光段位兩端的電壓降典型值為 2.6V，範圍從 2.1V 到最大值。此數值對於計算限流電阻值和電源供應需求是必要的。
• 反向電流（I_R）：施加 5V 反向偏壓時的最大漏電流為 100 µA。

2.3 熱與環境規格

裝置的性能是在定義的環境限制內指定的。

• 工作溫度範圍：此顯示器額定可在環境溫度（T_a）從 -35°C 到 +85°C 的範圍內連續運作。
• 儲存溫度範圍：可在非工作狀態下於 -35°C 至 +85°C 的環境中儲存。
• 焊接溫度：對於組裝，最大允許焊接溫度為 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。這對於波峰焊或迴流焊製程至關重要。

3. 分級系統說明

規格書指出此裝置根據發光強度分類。這意味著製造後有一個分級或篩選過程。

• 發光強度分級：LED 會根據其在標準測試電流（可能為 1mA 或 20mA）下量測到的發光輸出進行測試和分組（分級）。同一級別內的裝置將具有非常相似的亮度，確保當單一產品中使用多個顯示器時具有視覺均勻性。2:1 的發光強度匹配比是單一裝置內的性能保證。
• 波長分級：雖然提供的內容中未明確詳述，但 AlInGaP LED 通常也會根據主波長或峰值波長進行分級，以確保一致的色彩輸出。指定的 639 nm 主波長可能代表此產品的目標值或標稱值。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未提供具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：此圖顯示順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）之間的關係。它是非線性的，具有一個特徵膝點電壓（約在典型的 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增加。此曲線對於設計驅動電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流：此曲線顯示光輸出如何隨著驅動電流增加。在很大範圍內通常是線性的，但在極高電流下可能會飽和。它有助於設計師在考慮效率和熱量的同時，選擇工作電流以達到所需的亮度。
• 發光強度 vs. 環境溫度：此曲線說明光輸出如何隨著環境溫度升高而降低。AlInGaP LED 的熱淬滅效應比某些其他材料小，但輸出通常仍會下降。這對於在高溫環境中運作的應用至關重要。
• 光譜分佈：此圖顯示在不同波長下發射光的相對強度，以 650 nm 的峰值波長為中心，並具有定義的 20 nm 半高寬。

5. 機械與封裝資訊

物理結構定義了裝置如何整合到產品中。

5.1 尺寸與外型圖

參考封裝圖。關鍵規格是 0.52 英吋（13.2 公釐）的字元高度。除非另有說明，所有尺寸均以公釐為單位，標準公差為 ±0.25 公釐。確切的佔位面積和總體尺寸將從參考圖中取得，用於 PCB 佈局。

5.2 接腳連接與極性

此裝置採用 18 接腳配置，並使用共陽極電路拓撲。這意味著一個數字內所有段位的陽極（正極端）在內部連接在一起。每個段位的陰極（負極端）引出到單獨的接腳，並且兩個數字（數字 1 和數字 2）各有一個獨立的共陽極接腳。接腳定義表提供了完整的對應關係，指定了哪個接腳控制每個數字的每個段位（A-G 和小數點）。正確識別接腳 1 對於正確的方向至關重要。

5.3 內部電路圖

參考圖以視覺化方式呈現共陽極結構，顯示兩個獨立的共陽極節點（每個數字一個）以及每個數字的七個段位和小數點的個別陰極。這闡明了用於多工掃描或直接驅動的電氣架構。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理可確保可靠性並防止製造過程中的損壞。

• 迴流焊參數：嚴格遵守最大額定值：峰值溫度 260°C，持續時間不超過 3 秒，在封裝下方指定點量測。應使用標準無鉛迴流焊溫度曲線，並具有適當的升溫和冷卻速率，以最小化熱應力。
• 注意事項：避免對接腳施加機械應力。確保裝置在使用前儲存在乾燥、防靜電的環境中。清除 PCB 上任何可能影響光學清晰度或導致腐蝕的助焊劑殘留物。
• 儲存條件：在低濕度環境中，於指定的溫度範圍（-35°C 至 +85°C）內儲存。建議使用原裝防潮袋進行長期儲存。

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兩個明亮、易讀數字的應用。常見用途包括：數位萬用表和測試設備、頻率計數器、計時器和時鐘顯示器、計分板、簡單的控制面板讀數（例如溫度、速度）、銷售點終端機顯示器以及家用電器。

7.2 設計考量

• 驅動電路：作為共陽極裝置，通常的驅動方式是將共陽極連接到正電源電壓（透過限流電阻或穩流源），並透過個別陰極接腳將電流導向接地，通常透過電晶體或驅動器 IC。透過切換兩個共陽極接腳，可以輕鬆實現兩個數字的多工掃描。
• 電流限制：必須為每個段位陰極（或在多工掃描設置中為共陽極）使用外部限流電阻來設定工作電流。電阻值使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F 計算。為進行保守設計，應使用規格書中的最大 V_F值，以確保電流不超過限制。
• 視角與對比度：寬廣的視角和高對比度使其適用於使用者可能不直接面對顯示器的面板。灰色面板/白色段位增強了在昏暗和明亮環境中的可讀性。
• 熱管理：雖然裝置有功耗額定值，但確保外殼內有足夠的通風是良好的做法，特別是在高電流驅動或高環境溫度下，以維持長期的光輸出和可靠性。

8. 技術比較與差異化

與其他七段式顯示技術相比，LTD-5250JD 使用 AlInGaP 提供了特定優勢：

• 相較於標準 GaAsP 或 GaP 紅光 LED：AlInGaP 技術通常提供更高的發光效率（每 mA 電流產生更多光輸出）、更好的溫度穩定性以及更飽和、更深沉的紅色（超紅光 vs. 標準紅光）。
• 相較於 LCD 顯示器：LED 是自發光的，意味著它們自己產生光，使其在黑暗中無需背光即可清晰可見。它們還具有更快的響應時間和更寬的工作溫度範圍。然而，它們通常比反射式 LCD 消耗更多功率。
• 相較於 VFD（真空螢光顯示器）：LED 是固態的，更堅固，工作電壓更低，且不需要燈絲或高壓驅動電路。VFD 可以提供不同的美學效果和非常寬廣的視角，但驅動通常更為複雜。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：發光強度匹配比2:1 的目的是什麼？
答：此規格保證在單一顯示單元內，最暗的段位亮度不低於最亮段位的一半。這確保了顯示數字的視覺均勻性，防止某些段位明顯比其他段位暗。

問：我可以直接用 5V 微控制器接腳驅動此顯示器嗎？
答：不行，不能直接連接。微控制器接腳無法提供或吸收足夠的電流（通常每個段位需要 20-25mA），並且會損壞。您必須使用外部電晶體（例如陰極側的 NPN 電晶體或陽極側的 PNP 電晶體）或專用的 LED 驅動器 IC。此外，始終需要限流電阻。

問：如何獨立控制兩個數字？
答：此裝置有獨立的共陽極接腳用於數字 1（接腳 14）和數字 2（接腳 13）。要同時在每個數字上顯示不同的數字，您必須對它們進行多工掃描。這涉及快速切換（例如 100Hz 或更快）哪個數字的陽極通電，同時在共享的陰極線上呈現相應的段位數據。視覺暫留現象使兩個數字看起來都持續亮著。

問：與標準紅光相比，超紅光是什麼意思？
答：超紅光指的是主波長通常在 620nm 到 645nm 之間的 LED，相較於通常約 630nm 或以下、更亮、更偏粉紅色的標準紅光 LED，它產生一種更深沉、更偏橙色的紅色。它是紅色光譜內的一個特定色座標。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計一個具有兩個數字的簡單數位計時器。
目標是構建一個倒數計時器，顯示從 00 到 99 的分鐘數。微控制器（例如 Arduino 或 PIC）的 I/O 接腳有限。在多重掃描配置中使用 LTD-5250JD 是有效率的。將使用兩個 NPN 電晶體（或一個雙電晶體）在微控制器控制下切換 +5V 電源到兩個共陽極接腳（接腳 13 和 14）。八個段位陰極（7 個段位 + 小數點，雖然小數點可能不用）將透過八個限流電阻（計算為約 15-20mA 驅動）連接到微控制器，並可能透過單個 8 通道灌電流驅動器 IC（如 74HC595 移位暫存器或 ULN2003 陣列）以進一步減少接腳使用。韌體將維護一個計數器，將十位和個位數字轉換為 7 段式圖案，並交替啟用數字 1 和數字 2，同時輸出相應的段位圖案，從而創建穩定的兩位數顯示。

11. 技術原理介紹

LTD-5250JD 基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體技術。這種材料是一種直接能隙半導體，在砷化鎵（GaAs）基板上外延生長，在此情況下該基板是不透明的。當施加超過材料能隙能量的順向電壓於 p-n 接面時，電子和電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP 合金的特定成分決定了能隙能量，從而決定了發射光的波長（顏色），即超紅光區域（約 639-650 nm）。灰色面板充當增強對比度的濾光片，段位由白色標記後面的圖案化 LED 晶片形成。共陽極配置是一種標準設計，可簡化多位數顯示器的驅動電子元件。

12. 技術趨勢

雖然七段式 LED 顯示器對於數值讀數來說仍然是一種穩健且具成本效益的解決方案，但顯示技術的更廣泛趨勢仍在持續演進。總體趨勢是朝向更高的整合度，驅動電子元件越來越多地嵌入顯示模組內部。AlInGaP 及相關材料（如用於藍/綠光的 InGaN）的效率不斷提高，允許在更低電流下實現更亮的顯示器，或使用更小的晶片。表面黏著元件（SMD）封裝在自動化組裝中變得越來越普遍，儘管像這樣的穿孔式顯示器由於其堅固性和易於手工焊接，在原型製作、維修和某些工業應用中仍然存在。此外，有機 LED（OLED）和柔性顯示技術的興起提供了替代的外形規格，但對於簡單、高亮度、低成本的數值顯示器而言，像這裡使用的 AlInGaP 這樣的傳統 LED 技術仍然具有高度競爭力和可靠性。