目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 技術參數深度解析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 分級系統說明 規格書指出此元件已根據發光強度進行分類。這意味著元件會根據在特定測試電流下測得的光輸出進行測試與分級。此舉讓設計師能選用來自相同亮度等級的顯示器，以確保在多數位顯示器中所有數字的亮度均勻一致，避免各段亮度出現明顯差異。提供的摘要中未詳述具體的分級代碼或範圍，但這通常是訂購資訊的一部分。 4. 性能曲線分析
- 4.1 光譜分佈
- 4.2 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)
- 4.3 順向電流降額曲線
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸與圖面
- 5.2 內部電路圖與極性識別
- 6. 焊接與組裝指南
- 7. 包裝與訂購資訊
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用場景
- 8.2 設計考量
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題解答 (基於技術參數)
- 10.1 我可以直接用5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？
- 10.2 峰值波長與主波長有何不同？
- 10.3 這是共陽極還是共陰極顯示器？
- 11. 實務設計與使用案例
- 12. 工作原理簡介
- 13. 技術趨勢與發展
1. 產品概述
ELS-315SURWA/S530-A3 是一款單數位、七段式字母數字顯示器，專為穿孔式安裝設計。其採用標準工業尺寸，字元高度為9.14mm (0.36英吋)。顯示器採用亮紅色AlGaInP LED晶片製成，封裝於白色擴散樹脂外殼內，呈現灰色表面外觀。此組合旨在提供高可靠性與出色的可讀性，即使在明亮環境光線下亦然，使其適用於各種指示器與讀數應用。
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尺寸與接腳排列，確保易於更換與設計整合。它提供低功耗，有助於節能的系統設計。元件已根據發光強度進行分級，可在多數位應用中實現一致的亮度匹配。此外，其製造符合無鉛與RoHS規範，遵循現代環保法規。其主要目標市場是需要清晰、可靠的數字或有限字母數字讀數的工業與消費性電子應用。
2. 技術參數深度解析
本節根據規格書，對元件的電氣、光學與熱規格進行詳細、客觀的分析。
2.1 絕對最大額定值
絕對最大額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。
- 逆向電壓 (VR):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
- 順向電流 (IF):25mA DC。這是單一段允許通過的最大連續電流。
- 峰值順向電流 (IFP):60mA。此電流僅允許在脈衝條件下 (工作週期 ≤ 10%，頻率 ≤ 1kHz)。
- 功率消耗 (Pd):60mW。元件可消耗的最大功率，計算方式為 VF* IF.
- 操作溫度 (Topr):-40°C 至 +85°C。可靠操作的環境溫度範圍。
- 儲存溫度 (Tstg):-40°C 至 +100°C。
- 焊接溫度 (Tsol):最高260°C，持續時間最長5秒，適用於波峰焊或手工焊接。
2.2 電氣與光學特性
這些參數是在標準接面溫度 (Ta=25°C) 下測量，定義了元件在正常操作條件下的性能。
- 發光強度 (Iv):4.0mcd (最小值)，8.0mcd (典型值)，於 IF=10mA 條件下。此為每段的平均光輸出。規格中指定了 ±10% 的容差。
- 峰值波長 (λp):632nm (典型值)，於 IF=20mA 條件下。這是光譜發射最強的波長。
- 主波長 (λd):624nm (典型值)，於 IF=20mA 條件下。這是人眼感知的波長，定義了顏色 (亮紅色)。
- 光譜頻寬 (Δλ):20nm (典型值)，於 IF=20mA 條件下。這表示發射紅光光譜的窄度。
- 順向電壓 (VF):2.0V (典型值)，2.4V (最大值)，於 IF=20mA 條件下。LED導通時的跨壓，容差為 ±0.1V。
- 逆向電流 (IR):100µA (最大值)，於 VR=5V 條件下。元件處於逆向偏壓時的小量漏電流。
3. 分級系統說明
規格書指出此元件已根據發光強度進行分類。這意味著元件會根據在特定測試電流下測得的光輸出進行測試與分級。此舉讓設計師能選用來自相同亮度等級的顯示器，以確保在多數位顯示器中所有數字的亮度均勻一致，避免各段亮度出現明顯差異。提供的摘要中未詳述具體的分級代碼或範圍，但這通常是訂購資訊的一部分。
4. 性能曲線分析
規格書包含典型的特性曲線，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
光譜曲線顯示了不同波長下發射光的相對強度。對於此基於AlGaInP的紅色LED，曲線將以632nm峰值為中心，並具有所述的20nm頻寬，確認其為純淨、飽和的紅色，在其他色帶沒有顯著發射。
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。它顯示了導通電壓 (電流開始顯著流動的電壓，對於紅色AlGaInP約為1.8-2.0V) 以及順向電壓如何隨電流增加。設計師使用此曲線來計算串聯電阻值 (R = (V電源- VF) / IF)，以設定所需的工作電流，通常在10-20mA之間以平衡亮度與壽命。
4.3 順向電流降額曲線
這是一個關鍵的熱管理圖表。它顯示了最大允許連續順向電流與環境溫度的函數關係。隨著環境溫度升高，LED接面溫度也會上升，必須降低最大安全電流以防止過熱和加速劣化。曲線通常顯示在特定溫度 (例如25°C或40°C) 以下允許的額定電流 (例如25mA)，之後曲線向下傾斜，在最高接面溫度時降至零。在設計於高溫環境下運作的產品時，必須參考此曲線。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸與圖面
元件採用標準穿孔式DIP (雙列直插封裝) 格式。尺寸圖提供了關鍵測量值：總高度、寬度和長度；段的大小與間距；引腳 (接腳) 直徑、長度和間距 (節距)。註記說明除非另有規定，一般公差為 ±0.25mm。設計師必須使用此圖面來建立PCB佈局，確保數字的各段與共用接腳的焊盤尺寸、間距和位置正確無誤。
5.2 內部電路圖與極性識別
內部電路圖顯示了10個接腳的電氣連接。標準七段顯示器有7個接腳用於各段 (a到g)，1個或多個共用接腳 (陽極或陰極，取決於共陽極或共陰極配置)，有時還有一個小數點 (dp)。該圖闡明了哪個接腳控制哪個段，並標識了共用連接，這對於正確佈線和驅動電路設計 (例如使用多工器或專用顯示驅動IC) 至關重要。
6. 焊接與組裝指南
規格書規定了最高焊接溫度為260°C，持續時間 ≤5秒。這是波峰焊或使用溫控烙鐵進行手工焊接的標準額定值。對於迴流焊，則需要特定的溫度曲線，但規格書中未提供。主要考量包括：
- 靜電放電敏感性：LED晶片對靜電放電敏感。強烈建議在組裝過程中採取防護措施，例如接地工作站、靜電手環和導電海綿。
- 熱應力：焊接過程中避免長時間暴露在高溫下，以防止塑膠封裝或內部打線損壞。
- 清潔：如果需要清潔，請使用與塑膠樹脂相容的方法。
7. 包裝與訂購資訊
元件遵循特定的包裝層級：35個裝於一支管中，140支管 (總計4,900個) 裝於一個盒子中，4個盒子 (總計19,600個) 裝於一個主紙箱中。包裝上的標籤包含客戶料號 (CPN)、製造商料號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、發光強度等級 (CAT) 和批號 (LOT No.) 等欄位，確保可追溯性與正確識別。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
- 家電：計時器、烤箱/微波爐上的溫度讀數、洗衣機上的循環指示器。
- 儀表板：測試與測量設備、工業控制面板、汽車改裝儀表。
- 數字讀數顯示器：簡單計數器、時鐘、記分板，以及任何需要清晰數字指示的設備。
8.2 設計考量
- 限流：始終為每個段或共用線路使用串聯電阻來設定順向電流。根據電源電壓和在所需 IF下的典型 VF.
- 進行計算。多工掃描：
- 對於多數位顯示器，多工掃描常用於減少微控制器上的接腳數量。確保驅動電路能夠處理多工掃描週期內的峰值電流，且不超過元件的峰值電流額定值。視角：
- 白色擴散樹脂提供了寬廣的視角。需考慮顯示器相對於使用者的方向。亮度控制：
可以通過改變順向電流 (在限制範圍內) 或在驅動信號上使用PWM (脈衝寬度調變) 來調整亮度。
9. 技術比較與差異化
與舊技術或更小的顯示器相比，ELS-315SURWA/S530-A3 在尺寸、亮度和效率之間取得了平衡。其9.14mm的字高是常見標準，確保了廣泛的相容性。使用AlGaInP材料相較於舊的基於GaAsP的紅色LED，提供了更高的效率和更鮮豔、飽和的紅色。穿孔式設計相較於表面黏著元件，提供了機械穩固性和易於原型製作的特點，儘管需要更多的電路板空間。其在同類產品中的關鍵差異化在於結合了工業標準接腳排列、確保一致性的發光強度分級以及RoHS合規性。
10. 常見問題解答 (基於技術參數)
10.1 我可以直接用5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？不，不能直接驅動。F典型的微控制器GPIO接腳可以源出/吸入20-25mA，這與顯示器的 I
額定值相符。然而，LED的順向電壓僅約2.0V。若無限流電阻直接將其連接到5V接腳，將試圖驅動更高的電流，可能損壞LED和微控制器接腳。您必須使用串聯電阻：R = (5V - 2.0V) / 0.020A = 150Ω (使用150Ω或180Ω標準值)。
10.2 峰值波長與主波長有何不同？p)峰值波長 (λ) 是發射光譜強度達到最大值的物理波長。d)主波長 (λd) 是人眼看來具有相同顏色的單色光波長。對於LED，λp通常略短於 λ
，並且是視覺應用中顏色規格更相關的參數。
10.3 這是共陽極還是共陰極顯示器？提供的規格書摘要並未明確說明這一點。此關鍵資訊包含在內部電路圖中。設計師必須
在設計驅動電路前查閱此圖以確定配置。使用錯誤的配置將導致顯示器無法點亮。
11. 實務設計與使用案例案例：設計一個4位數多工掃描計數器。
- 要使用微控制器驅動四個 ELS-315SURWA/S530-A3 顯示器：
- 從內部電路圖確定共用接腳類型 (陽極/陰極)。
- 將四個數字的所有對應段接腳 (a-g, dp) 連接在一起。
- 將每個數字的共用接腳透過一個電晶體 (用於電流處理) 連接到微控制器的一個獨立接腳 (如果是共陽極類型)，或者如果是共陰極且在MCU的吸入能力範圍內，則可直接或反向連接。FP根據多工掃描期間每段的峰值電流，為每條段線計算一個限流電阻。如果每個數字在1/4的時間內處於活動狀態，要達到10mA的平均電流，則在其活動時段內的峰值電流應為40mA。確保此40mA峰值不超過元件的 I
- 額定值 (60mA)，且在驅動器的能力範圍內。
編寫韌體以快速循環掃描各個數字 (例如，每個數字100Hz，總刷新率400Hz)，為活動數字點亮正確的段。
12. 工作原理簡介七段顯示器是由七個LED條 (段) 組成的組件，排列成8字形。通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。每個段都是一個獨立的LED。在共陽極CC顯示器中，所有段LED的陽極連接在一起到一個共用接腳 (V)，每個陰極則單獨控制。要點亮一個段，需將其陰極接腳驅動為低電位 (通過限流電阻接地)。在共陰極
顯示器中，陰極是共用的 (接地)，陽極被驅動為高電位以點亮。ELS-315SURWA/S530-A3 使用AlGaInP (磷化鋁鎵銦) 半導體材料，當電子在材料的能隙間與電洞復合時，會發出紅光到黃橙光譜的光，這個過程稱為電致發光。
13. 技術趨勢與發展
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |