0.28英吋四位數七段式LED顯示器規格書 - 字高7mm - 超紅光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款字高0.28英吋（7 mm）、四位數的七段式LED顯示器規格。此元件專為需要清晰、明亮且具備優異可視性的數字讀取應用而設計。其發光元件採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術，專門設計以產生超紅光輸出。顯示器具有灰色面板與白色段碼，這有助於在各種照明條件下實現高對比度與優異的字元外觀。

其核心設計理念著重於提供一種可靠、低功耗需求的固態解決方案，使其廣泛適用於需要關鍵數字資料呈現的消費性、工業與儀器產品。

2. 主要特色與優勢

此顯示器具備多項增強其性能與可用性的設計特色：

• 字元高度：0.28英吋（7.0 mm），提供平衡的尺寸，確保良好的可讀性，同時不會過度消耗面板空間。
• 段碼設計：連續均勻的段碼確保照明一致性，呈現專業、清晰的字元外觀。
• 光學性能：憑藉AlInGaP晶片與灰面/白段設計，提供高亮度與高對比度。
• 視角：寬廣的視角確保顯示器從使用者不同相對位置觀看時，仍保持清晰可辨。
• 低功耗運作：針對輸入功率與光輸出效率進行優化，適用於電池供電或注重能源效率的應用。
• 可靠性：作為固態元件，與機械式顯示器相比，提供更高的可靠性與更長的使用壽命。
• 分級：發光強度經過分類（分級），確保同一生產批次中多個元件的亮度一致性。

3. 技術規格詳解

3.1 電氣與光學特性

顯示器的性能定義於環境溫度（T_A）為25°C的標準測試條件下。關鍵參數包括：

• 平均發光強度（I_V）：當每段順向電流（I_F）為1 mA時，範圍從最小值200 µcd到典型值600 µcd。此參數使用經過濾波以近似CIE明視覺響應曲線的感測器進行量測。
• 峰值發射波長（λ_p）：典型值為639 nm，定義了超紅光發射的主要色點。
• 譜線半高寬（Δλ）：約為20 nm，表示發射光的光譜純度。
• 主波長（λ_d）：典型值為631 nm，是定義感知顏色的另一項關鍵指標。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F= 20 mA時，典型值為2.6 V，最大值為2.6 V。這對於設計驅動電路至關重要。
• 每段逆向電流（I_R）：當施加逆向電壓（V_R）為5 V時，最大值為100 µA。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：最大比值為2:1，確保同一數字內不同段碼或不同數字之間的亮度具有合理的均勻性。

3.2 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不建議在此極限之外操作。

• 每段功耗：最大值70 mW。
• 每段峰值順向電流：在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1 ms脈衝寬度），最大值為90 mA。
• 每段連續順向電流：在25°C時，最大值為25 mA。此額定值隨溫度升高以0.33 mA/°C的速率線性遞減。
• 每段逆向電壓：最大值5 V。
• 操作溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：此元件可承受在安裝平面下方1/16英吋（約1.6 mm）處，260°C的焊接溫度持續3秒。

4. 機械與封裝資訊

此元件採用標準LED顯示器封裝。提供的尺寸圖標明了精確的物理尺寸，包括數字間距、總高度、寬度、深度以及接腳的位置與直徑。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.25 mm。此資訊對於PCB（印刷電路板）佈局以及將元件機械整合至最終產品的外殼中至關重要。

5. 接腳配置與內部電路

此顯示器採用16接腳配置。其配置為多工共陰極類型。這意味著每個數字的陰極是獨立連接的，而對應段碼（例如，所有的'A'段）的陽極則跨數字連接在一起。這種架構允許進行多工掃描，即數字一個接一個快速輪流點亮，從而減少所需的驅動接腳總數和整體功耗。

接腳定義如下：

• 接腳 1：共陰極（數字 1）
• 接腳 2：段碼 C 與 L3 的陽極
• 接腳 3：小數點（D.P.）的陽極
• 接腳 5：段碼 E 的陽極
• 接腳 6：段碼 D 的陽極
• 接腳 7：段碼 G 的陽極
• 接腳 8：共陰極（數字 4）
• 接腳 11：共陰極（數字 3）
• 接腳 12：指示燈 L1、L2、L3 的共陰極
• 接腳 13：段碼 A 與 L1 的陽極
• 接腳 14：共陰極（數字 2）
• 接腳 15：段碼 B 與 L2 的陽極
• 接腳 16：段碼 F 的陽極
• 接腳 4、9、10 標示為無連接或無接腳。

內部電路圖通常會顯示每個段碼與數字的LED晶片互連方式，以闡明多工共陰極結構。

6. 分級系統說明

規格書指出元件已根據發光強度分類。這指的是基於量測光輸出的分級或篩選過程。在製造過程中會出現輕微的變異。透過測試並將元件分組到特定的強度等級（例如，一個µcd值的範圍），製造商與設計師可以確保單一產品或生產批次中使用的所有顯示器都具有非常相似的亮度水平。這可以防止元件間顯示亮度出現明顯差異，這對於產品品質與使用者體驗至關重要。設計師在下單時應指定所需等級，以保證一致性。

7. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未詳細說明具體圖表，但完整規格書中通常包含的此類曲線對於設計至關重要：

• 順向電流（I_F）對順向電壓（V_F）：此IV曲線顯示非線性關係，有助於針對給定的電源電壓，確定適當的限流電阻或恆流驅動器設定。
• 發光強度（I_V）對順向電流（I_F）：此曲線顯示光輸出如何隨電流增加而增加，通常在較高電流時呈現次線性增長，這有助於根據所需亮度與效率來決定驅動電流。
• 發光強度對環境溫度：顯示光輸出如何隨著LED接面溫度的升高而降低。這對於在高溫環境下運作的應用至關重要。
• 光譜分佈：相對強度對波長的圖表，可視化地確認峰值（639 nm）與半高寬（20 nm）規格。

8. 焊接與組裝指南

根據絕對最大額定值，此元件可承受波峰焊或迴流焊製程。指定的關鍵參數是焊接溫度曲線：在安裝平面下方1/16英吋（1.6 mm）處，260°C持續3秒。這符合常見的無鉛焊接曲線。設計師與組裝人員必須確保其焊接製程不超過此熱應力，以防止損壞內部焊線或LED晶片本身。在處理過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。

9. 應用建議與設計考量

9.1 典型應用場景

此顯示器非常適合任何需要清晰、可靠數字讀取的裝置：

• 測試與量測設備：三用電錶、示波器、電源供應器、頻率計數器。
• 工業控制：面板儀錶、製程指示器、計時器顯示、計數器顯示。
• 消費性電子產品：音響設備（擴大機、接收器）、廚房電器、時鐘。
• 汽車改裝市場：儀錶與診斷工具（適用於符合環境規格之處）。
• 醫療設備：病患監視器、診斷設備（需符合額外的法規要求）。

9.2 設計考量

• 驅動電路：必須為共陰極數字實施多工掃描。這需要一個微控制器或專用驅動IC，能夠依次吸收每個數字陰極的電流，同時為適當的段碼陽極提供電流。根據V_F與所需的I_F.
• ，適當的限流（透過電阻或恆流驅動器）至關重要。亮度控制：
• 亮度可以透過調整峰值順向電流（在額定值內）來控制，或者在多工設計中更常見的是透過改變多工掃描信號的工作週期（PWM）來控制。視角：
• 寬廣的視角是一項優勢，但機械設計仍應考慮主要使用者的視線。熱管理：

雖然功耗低，但在接近最大額定值的高環境溫度下連續運作，可能需要根據規定遞減順向電流（高於25°C時為0.33 mA/°C），以維持可靠性並防止流明衰減加速。

10. 技術比較與差異化此顯示器的主要差異化在於使用AlInGaP

技術來實現超紅光。與舊技術如標準GaAsP（磷化砷化鎵）紅光LED相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率，從而在相同輸入電流下實現更高亮度，或在較低功率下實現同等亮度。它通常還提供更好的溫度穩定性與色彩純度。灰面白段的設計是為了最大化對比度的特定選擇，在高環境光條件下，可能比全紅或全綠顯示器更具優勢。

11. 常見問題（基於技術參數）

問：無連接接腳的用途是什麼？

答：它們是物理上存在的接腳，但未與任何內部元件電氣連接。它們可能用於焊接時的機械穩定性，或為了符合標準封裝尺寸。切勿將其用於電氣連接。

問：如何計算一個段碼的限流電阻？_{答：使用歐姆定律：R = (V}電源_F- V_F) / I_F。對於5V電源、典型V_F為2.6V、以及所需的I_F為20 mA：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。為進行保守設計以避免過電流，應始終使用規格書中的最大V

值。

問：我可以不進行多工掃描來驅動此顯示器嗎？

答：理論上可以透過直接驅動（靜態驅動）來個別控制每個數字的每個段碼，但這將需要非常多的I/O接腳（4位數 * 7段 + 小數點 + 指示燈 = 超過30個接腳），且效率極低。多工掃描是預期且實用的方法。

問：發光強度匹配比2:1是什麼意思？

答：這意味著在相同測試條件下，任何一個段碼或數字的量測發光強度，不會超過任何其他段碼或數字強度的兩倍。它定義了單一元件內允許的最大變異。

12. 運作原理

七段式顯示器由七個矩形LED段碼（標記為A到G）以8字形排列組成，外加一個用於小數點（DP）的圓形LED。透過選擇性點亮這些段碼的特定組合，可以形成所有十進位數字（0-9）和一些字母。在此類多工共陰極設計中，所有數字中給定段碼類型（例如，所有的'A'段）的陽極都連接在一起。每個數字有其獨立的陰極連接。要顯示一個數字，微控制器會啟動（設為高電位）對應於該數字所需段碼的陽極線路，同時啟動（設為低電位/吸收電流）該特定數字的陰極線路。它會保持此狀態一小段時間（例如，1-5 ms），然後移動到下一個數字，快速循環掃描所有數字。人眼的視覺暫留會將這些快速脈衝融合成一個穩定、看似連續點亮的多位數字。

13. 產業趨勢與背景