LTD-5307AG LED 數位顯示器規格書 - 0.56 英吋 (14.22mm) 字高 - 綠色顯示段 - 2.6V 順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-5307AG 是一款高效能、單一位數的七段式 LED 顯示模組。其主要功能是在電子設備中提供清晰、明亮的數字或有限的英數字元輸出。其核心應用領域包括儀表板、消費性電子產品顯示器、工業控制讀數以及測試設備，這些應用都需要一個緊湊、可靠且易於讀取的數字指示器。

此元件的關鍵定位在於其尺寸、可讀性與電源效率之間的平衡。其設計對象是需要可靠顯示元件的工程師與產品開發人員，由於其簡單的共陰極配置，該元件能無縫整合到數位電路中，無需複雜的驅動電子元件。

2. 技術規格深入解析

2.1 光學特性

光學性能是顯示器功能的核心。該元件採用磷化鎵 (GaP) LED 晶片，並置於透明的 GaP 基板上，這是一項經過驗證、可產生高效綠光發射的技術。

• 平均發光強度 (I_V):當順向電流 (I_F) 為 10mA 時，範圍從 800 μcd（最小值）到 2400 μcd（典型值）。此參數定義了感知亮度。2400 μcd 的典型值表示這是一款適用於光線充足環境的明亮顯示器。
• 峰值發射波長 (λ_p):565 nm。這是 LED 發出最大光功率的波長，使其明確位於可見光譜的綠色區域。
• 主波長 (λ_d):569 nm。此波長對應人眼感知到的光線顏色，是一種略帶黃色的綠色。
• 譜線半寬度 (Δλ):30 nm。此值表示發射光的光譜純度或頻寬。30 nm 是標準綠色 GaP LED 的典型值，能產生飽和的綠色。
• 發光強度匹配比 (I_V-m):最大值 2:1。此關鍵規格確保了顯示器整體的視覺均勻性。這意味著在最暗的顯示段，其亮度在相同驅動條件下，不會低於最亮顯示段亮度的一半，從而防止外觀不均勻。

2.2 電氣特性

電氣參數定義了顯示器與驅動電路之間的介面。

• 每段順向電壓 (V_F):典型值為 2.6V，在 I_F=20mA 時最大值為 2.6V。這是設計與每個顯示段串聯的限流電阻值之關鍵參數。使用標準的 5V 邏輯電源時，典型的限流電阻值為 (5V - 2.6V) / 0.02A = 120Ω。
• 每段連續順向電流 (I_F):最大值 25 mA。超過此電流將降低 LED 的使用壽命和發光輸出。規格書提供了在環境溫度超過 25°C 時，每度 0.28 mA 的線性降額因子，這意味著最大允許電流會隨著溫度升高而降低。
• 每段峰值順向電流:最大值 100 mA，但僅限於脈衝條件下（0.1ms 脈衝寬度，1/10 工作週期）。這允許在複用應用中進行短暫的超額驅動，以實現更高的瞬間亮度。
• 每段逆向電壓 (V_R):最大值 5V。施加更高的逆向電壓可能導致 LED 接面立即且災難性的故障。
• 每段逆向電流 (I_R):在 V_R=5V 時，最大值為 100 μA。這是 LED 處於逆向偏壓時的漏電流。

2.3 絕對最大額定值與熱考量

這些額定值定義了可能發生永久損壞的操作極限。它們並非用於正常操作。

• 每段功耗:75 mW。計算方式為 V_F* I_F。在典型 V_F為 2.6V 的情況下，最大連續電流約為 75mW / 2.6V ≈ 28.8 mA，這與 25mA 的連續電流額定值相符。
• 操作溫度範圍:-35°C 至 +105°C。此寬廣的範圍使該元件適用於惡劣環境中的應用，從工業冷凍庫到汽車引擎室皆可。
• 儲存溫度範圍:-35°C 至 +105°C。
• 焊接溫度:該元件可承受在安裝平面下方 1/16 英吋（約 1.6mm）處，260°C 的焊接溫度持續 3 秒。這是波焊或迴焊製程的標準規格。

3. 分級與分類系統

規格書明確指出，這些元件是根據發光強度進行分類的。這表示存在一個生產分級流程。雖然此摘錄未提供具體的分級代碼，但此類顯示器的典型分類方式，是根據在標準測試電流（例如 10mA）下量測到的發光強度來分組。這確保了設計師可以為其產品選擇亮度一致的顯示器，或在單一產品中使用來自相同亮度分級的顯示器，以維持多個數位間的外觀均勻性。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但我們可以根據列出的參數推斷其標準內容與重要性：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線):此圖表將顯示典型的二極體指數關係。對於理解 LED 在不同工作電流下的電壓降至關重要，是準確驅動器設計的關鍵。
• 發光強度 vs. 順向電流:此曲線顯示亮度如何隨電流增加。通常在一個範圍內呈線性關係，之後在極高電流下，由於熱效應導致效率下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度:此圖表將展示隨著接面溫度升高，光輸出會降額。LED 效率會隨著溫度升高而降低。
• 光譜分佈:相對強度與波長的關係圖，顯示在 565nm 處的峰值和 30nm 的半寬度，確認了綠色光的特性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

該元件具有 0.56 英吋的字高，相當於 14.22 毫米。這是一個標準尺寸，在可讀性與電路板空間消耗之間提供了良好的平衡。封裝尺寸圖（文中提及但未詳細說明）通常會顯示模組的總長、寬、高，數字與顯示段的尺寸，以及接腳間距。除非另有說明，所有尺寸的標準公差為 ±0.25mm。

5.2 接腳配置與內部電路

LTD-5307AG 是一款單一封裝內含兩個數位的共陰極顯示器。提供了接腳連接表：

• 配置:共陰極。這意味著每個數位所有顯示段的陰極（負極端）在內部連接在一起。要點亮一個顯示段，必須將其對應的陽極接腳驅動至高電位（透過限流電阻），同時將其數位的共陰極接腳拉至低電位。
• 接腳定義:這個 18 接腳的元件有特定的接腳分配，用於兩個數位（數位 1 和數位 2）的 A-G 段及小數點 (D.P.) 的陽極，以及它們各自的共陰極接腳（接腳 13 和 14）。接腳 1, 2, 16, 17, 18 標記為無連接(N.C.)。
• 內部電路圖:規格書中提及，它將以視覺方式描繪 14 個 LED 顯示段（每個數位 7 段）和兩個共陰極節點的互連，闡明電氣佈局。

6. 焊接與組裝指南

基於絕對最大額定值：

• 焊接:該元件與標準 PCB 組裝製程相容。關鍵規格是在本體下方 1.6mm 處，260°C 持續 3 秒。對於迴焊，只要控制在高於液相線的時間，使用峰值溫度約 260°C 的標準無鉛製程曲線是可接受的。
• 處理:在處理和組裝過程中應遵守標準的 ESD（靜電放電）預防措施，因為 LED 晶片對靜電敏感。
• 清潔:如果焊接後需要清潔，請使用與該元件塑膠封裝和環氧樹脂填充物相容的方法和溶劑。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

共陰極配置可直接與標準微控制器 I/O 接腳或解碼器/驅動器 IC（如 74HC595 移位暫存器或專用 LED 驅動晶片）相容。典型的驅動電路包括：

1. 將每個顯示段的陽極透過獨立的限流電阻連接到正電源電壓（例如 3.3V 或 5V）。
2. 將共陰極接腳透過低側開關（例如 NPN 電晶體或 MOSFET）連接到接地。該開關由微控制器控制，以選擇哪個數位處於啟動狀態。
3. 對於兩位數的複用，微控制器會快速循環啟動數位 1 和數位 2，同時相應地更新顯示段圖案。這顯著減少了所需的 I/O 接腳數量。

7.2 設計考量

• 電流限制:務必為每個顯示段陽極使用串聯電阻。電阻值計算為 R = (V_電源- V_F) / I_F。對於 5V 電源，V_F=2.6V，且 I_F=10mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240Ω。使用 220Ω 或 270Ω 的標準電阻是合適的。
• 複用頻率:當複用多個數位時，請使用足夠高的更新率以避免可見閃爍，通常每個數位高於 60 Hz。對於兩個數位，建議循環頻率 >120 Hz。
• 熱管理:雖然功耗很低，但如果多個顯示器在密閉空間中使用，尤其是在操作溫度範圍的上限附近，請確保有足夠的通風。
• 視角:規格書強調了廣視角。在機械設計時應考慮此點，以確保顯示器為最終使用者正確定位。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用 3.3V 微控制器接腳驅動這個顯示器嗎？

答：有可能，但您必須檢查順向電壓。典型的 V_F是 2.6V。一個 3.3V 接腳可能只能在限流電阻上提供 3.3V - 2.6V = 0.7V 的電壓，從而限制了最大電流，進而限制了亮度。通常，為陽極側使用驅動電路或更高的電源電壓會更安全。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長 (565nm) 是發射光譜的物理峰值。主波長 (569nm) 是單色光的單一波長，在人眼看來與 LED 的輸出顏色相同。主波長與顏色感知更相關。

問：如何實現所有顯示段的亮度均勻？

答：為所有顯示段使用相同的限流電阻值。內建的發光強度匹配比（最大值 2:1）確保即使驅動電流相同，顯示段之間的亮度差異也不會超過兩倍。對於關鍵應用，請選擇來自相同亮度分級的顯示器。

9. 運作原理

LTD-5307AG 的運作基於半導體 P-N 接面的電致發光原理。當施加超過二極體閾值電壓（對於此 GaP 元件約為 2.1-2.6V）的順向電壓時，來自 N 型材料的電子會與來自 P 型材料的電洞在空乏區複合。在磷化鎵 (GaP) LED 中，此複合事件會以光子（光）的形式釋放能量，其波長對應於材料的能隙能量，位於光譜的綠色區域。透明的 GaP 基板允許更多內部產生的光逸出，從而提高效率。透過選擇性地對所需顯示段的陽極施加順向偏壓，同時將對應數位的共陰極接地，即可點亮特定的顯示段。

10. 技術背景與趨勢

LTD-5307AG 代表了基於 GaP 材料的成熟可靠技術。雖然 OLED、微型 LED 和高效能 InGaN 基 LED 等較新的顯示技術在色域、效率和複雜圖形解析度方面具有優勢，但像這樣的傳統七段式 LED 顯示器仍然高度相關。它們的優勢包括控制極其簡單、可靠性和壽命極高、亮度和對比度優異、操作溫度範圍寬廣以及成本低廉。對於僅需在各種環境條件下清晰可靠地顯示數字或簡單英數字資訊的應用，例如工業控制、醫療設備、汽車儀表板（用於次要功能）和家用電器，它們是最佳選擇。此領域的趨勢是朝向更高效率（每 mA 更多光輸出）、更低的順向電壓以更相容於現代低壓邏輯，以及可能在保持或改善可讀性的同時實現更小的封裝尺寸。