7.62mm 紅橘色七段顯示器規格書 - 尺寸 19.0x13.2x8.0mm - 順向電壓 2.0V - 功率 60mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款7.62mm (0.3英吋) 字高、七段式字母數字顯示器的技術規格。此元件採用穿孔式安裝(THT)設計，並利用AlGaInP晶片技術發出紅橘色光。其特點為灰色背景表面上的白色發光段，增強了對比度與可讀性，特別是在明亮的環境光照條件下。本產品依發光強度進行分級，並符合無鉛與RoHS環保標準，適用於需要可靠數字或有限字母數字讀數的廣泛電子應用。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的主要優勢包括其符合工業標準的封裝尺寸，確保與現有為此常見尺寸設計的PCB佈局和插座相容。其低功耗對於電池供電或節能設備是一大優點。灰色表面樹脂透過減少反射的環境光，顯著提升了對比度，使發光段更清晰突出。此元件主要針對需要耐用、清晰且具成本效益的數字顯示應用，例如消費性家電、工業儀表板及各種數位讀數系統。

2. 技術參數深入解析

以下章節根據規格書，對元件的電氣、光學及熱規格提供詳細、客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在或接近這些極限下操作，在可靠的設計中應避免。

• 逆向電壓 (V_R):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 連續順向電流 (I_F):25mA。這是建議用於連續操作的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):60mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用（工作週期 ≤ 10%，頻率 ≤ 1kHz），不得用於直流偏壓。
• 功率消耗 (P_d):60mW。這是封裝在環境溫度(T_a) 25°C下所能消耗的最大功率。對於更高溫度，必須參考功率降額曲線。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol):最高260°C，持續時間最長5秒，適用於波焊或手工焊接製程。

2.2 電氣-光學特性

這些參數在標準環境溫度25°C下量測，定義了元件在正常工作條件下的性能。

• 發光強度 (I_v):當以順向電流(I_F) 10mA驅動時，每段的典型值為17.6 mcd。規格最小值為7.8 mcd。發光強度容差為±10%。設計師應使用最小值進行最壞情況的亮度計算。
• 峰值波長 (λ_p):621 nm (典型值)。這是光譜發射最強的波長。
• 主波長 (λ_d):615 nm (典型值)。此波長描述了人眼感知的光色，相較於峰值波長，與人類視覺更為相關。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ):18 nm (典型值)。這表示光譜純度；較小的頻寬意味著更單一的顏色。
• 順向電壓 (V_F):典型值2.0V，在I_F=20mA時最大值為2.4V。容差為±0.1V。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (I_R):在V_R=5V時，最大值為100 µA。這是元件處於逆向偏壓時的漏電流。

3. 分級系統說明

規格書指出元件依發光強度分級。這意味著製造後進行了分級或篩選過程。

• 發光強度分級:主要的分級標準是發光強度(I_v)。元件經過測試並分組到特定的強度範圍或CAT代碼（如包裝標籤所示）。這確保了單一生產批次或訂單內的亮度一致性。指定此元件的設計師應注意，不同CAT代碼之間的亮度可能有所不同。
• 顏色/波長:雖然未明確提及為分級參數，但提供了峰值(621nm)和主波長(615nm)的典型值。對於大多數使用AlGaInP產生紅橘色的應用，顏色變化通常很小，但關鍵的色彩匹配應用應向供應商確認。
• 順向電壓:指定的容差為±0.1V，相對較小。雖然不一定是正式的分級，但這種嚴格的容差透過減少顯示器上電壓降的變化，簡化了驅動器設計。

4. 性能曲線分析

規格書提供了典型的特性曲線，對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。

4.1 光譜分佈

光譜輸出曲線顯示出約621 nm處的特徵發射峰值，確認了紅橘色。18nm的頻寬表示顏色飽和度尚可。曲線形狀是AlGaInP材料的典型特徵。

4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此曲線說明了電流與電壓之間的非線性關係。它顯示對於給定的順向電流（例如20mA），順向電壓通常約為2.0V。曲線的斜率代表LED接面的動態電阻。設計師利用此曲線計算適當電流調節所需的供應電壓和串聯電阻值。

4.3 順向電流降額曲線

這是可靠設計中最關鍵的圖表之一。它顯示當環境溫度超過25°C時，最大允許的連續順向電流必須如何降低。在最高操作溫度85°C時，允許的連續電流顯著低於25°C時的25mA絕對最大額定值。忽略此降額可能導致光通量衰減加速、色偏以及因過熱而導致的災難性故障。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此顯示器具有標準的DIP（雙列直插式封裝）尺寸。圖紙中的關鍵尺寸包括：

• 總高度：8.0 mm (最大值)
• 本體寬度：13.2 mm (標稱值)
• 本體長度：19.0 mm (標稱值)
• 數字高度：7.62 mm (0.3英吋)
• 引腳間距：2.54 mm (0.1英吋) 標準間距。
• 引腳直徑：0.5 mm (典型值)

除非另有說明，公差為±0.25mm。這些尺寸對於PCB佈局至關重要，確保在安裝孔中正確安裝以及波焊時的正確間距。

5.2 接腳定義與極性識別

內部電路圖顯示七段為共陰極配置。這意味著所有段LED共用一個共同的負極連接（陰極）。段a至g的個別陽極位於不同的接腳上。共陰極接腳在電路中必須連接到地（或較低電位）。在PCB設計期間必須參考接腳定義圖，以正確地將信號路由到每個段。連接錯誤將導致段不亮或顯示錯誤的數字/字符。

6. 焊接與組裝指南

• 焊接:絕對最大焊接溫度為260°C，持續時間最長5秒。這適用於烙鐵手工焊接或波焊製程。應注意避免長時間暴露於高溫，以防止損壞塑料封裝和內部接合線。
• ESD（靜電放電）預防措施:LED晶粒對ESD敏感。建議的處理預防措施包括使用接地腕帶、配備導電墊的ESD安全工作站，以及所有設備的正確接地。絕緣材料應使用離子化器處理或保持在受控濕度下以消散電荷。
• 清潔:雖然未指定，但可使用與環氧樹脂封裝相容的標準PCB清潔製程。具體的化學相容性請諮詢製造商。
• 儲存:元件應在指定的儲存溫度範圍內(-40°C至+100°C)，於低濕度、防靜電的環境中儲存。

7. 包裝與訂購資訊

• 包裝形式:元件以管裝，再裝入盒子，最後裝入紙箱。具體包裝為每管26件，每盒88管，每箱4盒，總計每箱9,152件。
• 標籤資訊:包裝標籤包含用於追溯和識別的關鍵資訊：
  • CPN: 客戶料號
  • P/N: 製造商料號 (例如：ELS-321USOWA/S530-A4)
  • QTY: 包裝內數量
  • CAT: 發光強度等級 (分級代碼)
  • LOT No.: 生產批號，用於追溯。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

作為共陰極顯示器，通常由微控制器或專用顯示驅動IC（例如74HC595移位暫存器、MAX7219）驅動。每個段陽極透過一個限流電阻連接到驅動器輸出。此電阻(R_series)的值使用歐姆定律計算：R_series= (V_supply- V_F) / I_F。為了穩健設計，使用最大V_F(2.4V)，並在5V供電下期望I_F為10mA：R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260 Ω。標準的270 Ω電阻是合適的。共陰極接腳由控制器切換到地以啟用該數字。

8.2 設計考量

• 電流限制:務必使用串聯電阻或恆流驅動器。直接連接到電壓源將因電流過大而損壞LED。
• 多工掃描:對於多位數顯示器，多工掃描常用於節省I/O接腳。確保多工設計中的峰值電流不超過I_FP額定值(60mA)，並且隨時間的平均電流符合所用工作週期的I_F降額要求。
• 視角:灰色背景改善了對比度，但與黑色背景相比，可能會略微影響視角。請考慮最終產品的預期觀看位置。
• 熱管理:在高環境溫度環境中或驅動電流接近最大值時，確保顯示器周圍有足夠的通風，以防止接面溫度超過安全限制。

9. 技術比較與差異化

與較舊技術或較小的顯示器相比，此元件提供特定優勢：

• 對比白熾燈或VFD顯示器:功耗低得多、壽命更長、抗衝擊/振動能力更高，且工作溫度更低。
• 對比更小的LED顯示器（例如5mm或3mm數字）:7.62mm的數字高度在遠距離下提供更優越的可讀性，使其適用於使用者可能不會近距離觀看的面板儀表和家電。
• 對比LCD顯示器:LED是自發光的，在低光照條件下無需背光即可提供出色的可見度。它們還具有更寬廣的操作溫度範圍和更快的響應時間。
• 關鍵差異化點:結合工業標準的7.62mm尺寸、增強對比度的灰色表面，以及用於紅橘色發光的可靠AlGaInP技術，使此顯示器成為工業和消費性數字讀數應用中堅固、清晰且節能的選擇。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

10.1 我可以連續以20mA驅動此顯示器嗎？

可以，但需謹慎。在25°C環境溫度下，絕對最大連續電流為25mA。以20mA驅動在規格範圍內，但您必須在預期環境溫度升高時參考順向電流降額曲線。在85°C時，允許的最大連續電流顯著降低。為了可靠的長期運作，以10-15mA驅動通常是更安全的做法，也能延長使用壽命。

10.2 為什麼典型順向電壓(2.0V)比某些白色或藍色LED低？

順向電壓主要由半導體材料的能隙決定。用於紅橘色/紅色/琥珀色的AlGaInP，其能隙比用於藍色、綠色和白色LED的InGaN材料低。較低的能隙意味著電子跨越並發射光子所需的能量較少（電壓較低）。

10.3 依發光強度分級對我的設計意味著什麼？

這意味著來自不同生產批次或標有不同CAT代碼的顯示器可能具有不同的亮度等級。如果產品中所有單元的亮度均勻性至關重要，您應指定並採購單一強度分級（CAT代碼）的元件。對於大多數應用，在指定容差(±10%)內的變化是可接受的。

11. 實務設計案例研究

情境:為一個工作環境溫度最高達50°C的桌上型電源供應器設計一個簡單的3位數電壓表。

設計步驟:

1. 驅動電流選擇:目標為每段10mA，以獲得良好的亮度和壽命。
2. 限流電阻:使用5V微控制器電源和最大V_F2.4V：R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260Ω。使用270Ω（最接近的標準值）。
3. 多工掃描:為了用較少的接腳控制3位數（21段 + 3個共陰極），使用工作週期為1/3的多工掃描。在其有效時段內，每段的峰值電流將為30mA，以維持10mA的平均值（因為它只開啟1/3的時間）。此30mA峰值遠低於60mA的I_FP rating.
4. 熱檢查:在50°C環境溫度下，必須檢查降額曲線。允許的連續電流低於25mA。然而，由於我們每段的平均電流僅為10mA，且顯示器採用多工掃描（每個數字有2/3的時間關閉），接面溫升將非常小，使此設計在熱方面是安全的。
5. 微控制器介面:使用像74HC595這樣的移位暫存器來控制段陽極，並使用三個GPIO接腳透過電晶體（例如2N3904 NPN電晶體）來吸收共陰極電流。

12. 工作原理簡介

七段LED顯示器是由七個獨立的發光二極體(LED)組成的組件，排列成8字形。每個LED形成一段（標記為a至g）。透過選擇性地點亮這些段的特定組合，可以形成所有十進制數字(0-9)和一些字母。在此共陰極元件中，所有七個段LED的陰極（負極端）在內部連接到一個或多個共接腳。要點亮一段，必須在其個別陽極接腳上施加正電壓（透過限流電阻），同時將共陰極接腳連接到地，完成電路。發光本身是由AlGaInP半導體晶片中的電致發光現象產生：當正向偏壓時，電子和電洞在p-n接面處復合，以光子的形式釋放能量，其波長對應於材料的能隙（紅橘色約為615-621 nm）。

13. 技術趨勢與背景

像這樣的穿孔式七段顯示器代表了一種成熟且高度可靠的技術。雖然表面黏著元件(SMD)顯示器在自動化組裝和小型化方面越來越普遍，但穿孔式顯示器在原型製作、教育用途、維修市場以及優先考慮機械穩固性和易於手工焊接的應用中仍然很受歡迎。AlGaInP的使用是高效率紅色、橘色和琥珀色LED的標準。更廣泛顯示市場的趨勢包括將控制器/驅動器整合到顯示模組中、開發用於陽光下可讀性的超高亮度版本，以及向SMD封裝的轉變。然而，標準七段顯示器的基本設計和電氣介面幾十年來一直保持穩定，確保了長期的可用性和設計的熟悉度。