ELD-526SURWA/S530-A3 七段顯示器規格書 - 13.6mm 字高 - 2.4V 順向電壓 - 亮紅色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

ELD-526SURWA/S530-A3是一款專為通孔安裝設計的單一位數七段字母數字顯示器。其採用標準工業尺寸，字元高度為13.6毫米（0.54英吋）。此元件採用亮紅色AlGaInP LED晶片製成，封裝於白色擴散樹脂內，呈現灰色表面外觀。此設計旨在提供高可靠性，即使在環境光線明亮的條件下也能確保優異的可讀性。該顯示器依據發光強度進行分級，並符合無鉛與RoHS環保標準，適用於現代電子組裝製程。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的主要優勢包括低功耗、標準化的佔位面積便於更換或整合，以及在各種照明條件下的穩健性能。其設計優先考量使用壽命與輸出穩定性。目標應用相當多元，主要聚焦於需要清晰數字讀數的消費性與工業電子產品。關鍵市場包括家電控制面板（例如烤箱、洗衣機）、測量設備的儀表，以及各類設備中的通用數字讀數顯示器。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節根據規格書，對元件的電氣、光學與熱規格進行詳細且客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 逆向電壓 (V_R):5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面立即崩潰。
• 順向電流 (I_F):25 mA（連續）。可連續施加的最大直流電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):60 mA。此為最大允許脈衝電流，指定工作週期為1/10，頻率為1 kHz。對於多工掃描應用至關重要。
• 功率消耗 (P_d):60 mW。元件能以熱形式消耗的最大功率，計算方式為順向電壓 (V_F) 乘以順向電流 (I_F)。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。保證元件能符合其公佈規格的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol):260°C，持續時間不超過5秒。此為波峰焊或手工焊接製程的關鍵參數。

2.2 電光特性

這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C）量測，代表元件的典型性能。

• 發光強度 (I_v):在10 mA驅動下，每段發光強度典型值為12.5 mcd。規格最小值為7.8 mcd。規格書註明發光強度容差為±10%，此為分級（binning）過程的一部分。量測值是單一七段數字的平均值。
• 峰值波長 (λ_p):632 nm（典型值）。此為光譜發射最強的波長。
• 主波長 (λ_d):624 nm（典型值）。此為人眼感知的波長，定義了顏色（亮紅色）。
• 頻譜頻寬 (Δλ):20 nm（典型值）。此表示以峰值波長為中心所發射的波長範圍。
• 順向電壓 (V_F):2.0 V（典型值），在20 mA時最大值為2.4 V。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5V逆向電壓下，最大值為100 µA。

3. 分級系統說明

規格書指出元件依據發光強度分級。這指的是分級或篩選過程。

• 發光強度分級:LED會根據其在標準測試電流下量測到的發光強度進行測試並分組（bin）。指定的±10%容差定義了特定分級的範圍。設計者應注意，不同生產批次的亮度可能在此範圍內有所變化，若產品中並排使用多個顯示器，此差異可能會被察覺。
• 順向電壓分級:雖然未明確說明為分級參數，但V_F的±0.1V容差顯示了嚴格的控制。若多個段或數字間的順向電壓存在顯著差異，在採用簡單並聯配置且無個別限流的情況下，可能導致電流分佈不均。
• 波長/顏色分級:規格書指定了峰值與主波長的典型值，但未提及明確的顏色分級。對於標準亮紅色顯示器，典型值624 nm主波長是目標值。

4. 性能曲線分析

規格書包含典型特性曲線，有助於了解元件在非標準條件下的行為。

4.1 頻譜分佈

頻譜分佈曲線（相對強度 vs. 波長）會顯示一個以632 nm（峰值）為中心的窄峰，主波長位於624 nm。20 nm的頻寬表示相對純淨的紅色，這是AlGaInP半導體材料的特性。此材料以其在紅色至琥珀色範圍內的高效率而聞名。

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。對於典型LED，曲線顯示電流非常低，直到順向電壓達到膝點（此元件約為1.8-2.0V），之後電流會隨著電壓的微小增加而迅速上升。這強調了使用恆流源而非恆壓源驅動LED的重要性，以防止熱失控並確保亮度一致。

4.3 順向電流降額曲線

這是熱管理的關鍵圖表。它顯示了最大允許連續順向電流隨環境溫度變化的函數關係。隨著環境溫度升高，元件的散熱能力下降。因此，必須降低（降額）最大安全工作電流，以防止超過接面溫度限制並確保長期可靠性。曲線通常從25°C時的額定電流（例如25 mA）開始，並在最高接面溫度時向下傾斜至零電流。

5. 機械與封裝資訊

5.1 尺寸與圖面

封裝尺寸圖提供了PCB佈局的精確物理尺寸。關鍵尺寸包括顯示器的總高度、寬度和深度、引腳間距、引腳直徑以及建議的PCB孔徑。圖面註明，除非另有說明，否則公差為±0.25mm。工程師必須遵守這些尺寸，以確保在印刷電路板上的正確安裝與對齊。

5.2 引腳配置與極性識別

內部電路圖顯示了七段與小數點（如有）的共陽極配置。它標識了對應於每段（a至g）的引腳編號以及共陽極引腳。正確識別極性至關重要；施加逆向電壓或錯誤的共接點將導致顯示器無法點亮或可能損壞。

6. 焊接與組裝指南

• 焊接製程:此元件適用於波峰焊或手工焊接。焊接溫度的絕對最大額定值為260°C，最長持續時間為5秒。這是通孔元件的標準額定值，有助於防止LED晶片和塑膠封裝受到熱損傷。
• 靜電放電 (ESD) 防護:規格書包含關於ESD敏感性的強烈警告。AlGaInP LED可能因靜電放電而損壞。建議的處理預防措施包括使用接地腕帶、ESD安全工作台與地板、導電桌墊，以及所有設備的正確接地。若存在絕緣材料，應使用離子風機或其他電荷中和方法。
• 儲存條件:元件應在指定的儲存溫度範圍內（-40°C至+100°C），於低濕度、具ESD防護的環境中儲存。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

此元件以管裝形式包裝，適用於自動化組裝。標準包裝流程為：每管20件，每盒36管，每主箱4盒。總計每箱2,880件。

7.2 標籤說明

包裝標籤包含數個代碼：客戶產品編號 (CPN)、製造商產品編號 (P/N)、包裝數量 (QTY)、發光強度等級 (CAT) 以及批號 (LOT No.)。"CAT"欄位直接對應於先前討論的發光強度分級。

8. 應用設計建議

8.1 典型應用電路

作為共陽極顯示器，陽極（共接引腳）通常透過限流電阻或電晶體開關（用於多工掃描）連接到正電源電壓。每段的陰極則連接到能夠吸收所需電流的驅動IC（如七段解碼器/驅動器或微控制器GPIO引腳）。每段或共陽極必須串聯一個限流電阻，以將順向電流設定為所需值（例如10-20 mA）。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F.

8.2 設計考量與警告

• 電流限制:務必使用恆流驅動或限流電阻。切勿將LED直接連接到電壓源。
• 逆向電壓保護:驅動電路必須確保即使關閉時，也不會對LED施加逆向電壓。持續的逆向電壓可能導致金屬遷移和永久損壞。在交流或多工掃描電路中，可考慮在LED兩端並聯一個保護二極體（正常工作時處於逆向偏壓）。
• 熱管理:對於高環境溫度應用或驅動電流接近最大值時，請參考降額曲線。確保PCB上有足夠的間距以利散熱。
• 多工掃描:此顯示器適用於多個數字共享驅動線的多工掃描應用。峰值順向電流額定值（60 mA，1/10工作週期）支援此應用。每段的平均電流不得超過連續順向電流額定值（25 mA）。

9. 技術比較與差異化

與舊技術或較小顯示器相比，ELD-526SURWA/S530-A3提供特定優勢：

• 材料 (AlGaInP vs. GaAsP):與舊式GaAsP LED（通常顯得更偏橙色或較暗）相比，AlGaInP技術提供更高的發光效率以及更飽和、亮麗的紅色。
• 標準化尺寸:13.6mm字高是工業標準，確保與現有產品設計和面板的廣泛相容性。
• 低功耗:典型順向電壓為2.0V，運作效率高，與具有更高V_F.
• 灰色表面:灰色表面（相對於黑色）透過減少反射的環境光，在光線明亮的環境中提供更好的對比度，增強可讀性。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以用微控制器的5V邏輯電壓驅動此顯示器嗎？

答：可以，但必須使用限流電阻。例如，要在5V電源下達到約10 mA電流：R = (5V - 2.0V) / 0.01A = 300 歐姆。330歐姆電阻是一個標準值，可提供略低的電流，較為安全。

問：為什麼規格書中同時指定了最小發光強度（7.8 mcd）和典型值（12.5 mcd）？

答：最小值是此料號下銷售元件的保證下限。典型值是生產的平均輸出。由於分級過程（±10%），您收到的元件亮度可能落在該分級範圍內的任何位置。

問：此顯示器適合戶外使用嗎？

答：操作溫度範圍（-40°C至+85°C）表明其能應對廣泛的環境條件。然而，對於直接戶外暴露，需考慮規格書未涵蓋的其他因素，例如塑膠的耐紫外線性、防水性以及PCB的保護塗層。

問：如果我超過5V逆向電壓會發生什麼？

答：超過逆向電壓額定值可能因雪崩崩潰而立即導致LED接面災難性故障。此元件並非設計用於承受逆向偏壓。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的數字電壓表讀數顯示。

一位設計師正在創建一個需要三位數電壓顯示的桌上型電源供應單元。他選擇了三個ELD-526SURWA/S530-A3顯示器。微控制器（例如ATmega328）將使用像MAX7219這樣的七段驅動IC。設計步驟包括：1) 根據封裝尺寸進行PCB佈局，確保正確的引腳間距。2) 將每個數字的共陽極連接到驅動IC的數字選擇線。3) 將段陰極（a-g）連接到驅動IC的段線。4) 對微控制器進行編程，讀取ADC值，將其轉換為電壓，並透過SPI將適當的數字代碼發送給MAX7219。5) 在MAX7219的暫存器中設定驅動電流，目標為每段10-15 mA，確保其保持在顯示器的額定值內。選擇顯示器的灰色表面，是因為實驗室環境有頭頂螢光燈照明。

12. 工作原理介紹

七段LED顯示器是由個別發光二極體（LED）組裝而成，排列成數字8的圖案。每段（命名為a至g）都是一個獨立的LED。透過選擇性地點亮特定段，可以形成從0到9的任何數字以及一些字母。ELD-526SURWA/S530-A3採用共陽極配置，意味著一個數字中所有段LED的陽極（正極端）都連接在一起，連接到一個或多個共接引腳。要點亮一段，需將其共陽極連接到電壓源（透過限流器），並將其陰極（負極端）連接到較低電壓（接地）。光線是透過AlGaInP半導體材料中的電致發光產生：當施加順向電壓時，電子和電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量（光），其波長對應於材料的能隙，位於紅色光譜範圍。

13. 技術趨勢與背景

七段LED顯示器代表了一種成熟且可靠的技術。雖然像點陣OLED或TFT LCD等較新的顯示技術在圖形和自訂字型方面提供了更大的靈活性，但七段LED在特定應用中仍保有強大優勢：卓越的亮度和陽光下可讀性、極寬的視角、高可靠性和長壽命、控制簡單，以及僅需數字輸出的應用成本較低。此類分立LED顯示器的趨勢是朝向更高效率（每mA電流產生更多光輸出）、更嚴格的顏色和亮度一致性分級，以及持續符合不斷演進的環保法規（RoHS、REACH）。如本規格書中使用的通孔封裝，正逐漸被用於自動化組裝的表面黏著元件（SMD）版本所補充，但通孔封裝對於原型製作、維修以及需要更高機械穩固性的應用仍然至關重要。