目錄
1. 產品概述
LTS-5001AJR是一款高效能、低功耗的七段式數碼顯示器，專為需要清晰、明亮且可靠的數值讀數應用而設計。其主要功能是透過獨立控制的LED段，以視覺方式呈現數字（0-9）及部分字母。該元件採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造，此技術以產生高效率紅光而聞名。顯示器具有淺灰色面板與白色段，提供出色的對比度以增強可讀性。它根據發光強度進行分類，確保不同生產批次的亮度一致性。此元件非常適合整合到各種電子設備中，尤其是在空間、電源效率與可見度為關鍵因素的應用。
2. 深入技術參數分析
2.1 光學特性
光學性能是顯示器功能的核心。在標準環境溫度25°C下量測的關鍵參數，定義了其視覺輸出。
- 平均發光強度（IV）：此參數指定了每個段的亮度。在典型順向電流（IF）為1mA時，強度範圍從最小值320 μcd（微燭光）到最大值700 μcd。這種低電流、高亮度的特性對於電池供電裝置而言是一大優勢。
- 峰值發射波長（λp）：發射光的峰值波長為639奈米，使其明確位於可見光譜的超紅光部分。這種特定的紅色調常因其高可見度與引人注目的特性而被選用。
- 譜線半高寬（Δλ）：此值為20 nm，表示發射光的光譜純度。較窄的半高寬表示光更接近單色光，但此值對於標準LED顯示器而言是典型的，並有助於形成其特有的紅色。
- 主波長（λd）：量測值為631 nm，這是人眼感知的波長，也是超紅光顏色的主要描述指標。
- 發光強度匹配比（IV-m）：此比率規定最大值為2:1，確保顯示器整體亮度均勻。這意味著在最暗的驅動條件下，最暗段的亮度不低於最亮段亮度的一半，可防止數字外觀不均勻。
2.2 電氣特性
電氣規格決定了裝置的供電方式及其操作限制。
- 每段順向電壓（VF）：當以1mA電流驅動時，點亮段的電壓降典型範圍為2.0V至2.6V。此值對於設計限流電路至關重要。
- 每段反向電流（IR）：當施加5V反向電壓時，漏電流最大值為100 μA。這是電路保護的重要參數。
2.3 絕對最大額定值
這些是應力極限，超過此極限可能對裝置造成永久性損壞。操作應始終維持在此範圍內。
- 每段功耗：最大值70 mW。
- 每段峰值順向電流：脈衝操作（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）下為90 mA。
- 每段連續順向電流：在25°C下為25 mA。此額定值在環境溫度高於25°C時以0.33 mA/°C線性遞減，意味著允許的連續電流會隨著環境溫度升高而降低。
- 每段反向電壓：最大值5 V。
- 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
- 焊接溫度：裝置可承受距離安裝平面下方1/16英吋（約1.6mm）處，260°C的焊接溫度持續3秒。
3. 分級系統說明
規格書指出該裝置已根據發光強度分類。這指的是生產後的分選過程，通常稱為分級（binning）。製造完成後，個別顯示器會根據量測到的發光強度進行測試並分選到不同的組別（bin）中。這確保客戶能收到亮度水準一致的產品。規定的320-700 μcd強度範圍，很可能代表了此料號下可用的不同分級範圍。設計師可以為需要非常均勻外觀的應用指定更嚴格的分級。
4. 性能曲線分析
雖然PDF參考了典型特性曲線，但提供的文本並未包含具體圖表。基於標準LED行為，這些曲線通常會說明以下關係，對於詳細的電路設計至關重要：
- 順向電流（IF）與順向電壓（VF）關係：此指數曲線顯示電壓如何隨電流增加。它用於確定達到所需亮度水準所需的驅動電壓。
- 發光強度（IV）與順向電流（IF）關係：此大致線性的關係（在操作限制內）顯示亮度如何隨電流變化。它證實了特性中提到的低電流（1mA）下的高效率。
- 發光強度與環境溫度關係：此曲線將顯示亮度如何隨著LED接面溫度的升高而降低。了解這種遞減對於在高溫環境下運作的設計至關重要。
- 光譜分佈：此圖表顯示各波長的相對光輸出，在639 nm處達到峰值，並具有規定的20 nm半高寬。
5. 機械與封裝資訊
5.1 實體尺寸
該裝置被描述為0.56英吋（14.22 mm）字高的顯示器。通常會包含詳細的機械圖，顯示整體封裝的長、寬、高，各段的尺寸，以及如果是多位數單元，數字之間的間距。圖註說明所有尺寸單位為毫米，標準公差為±0.25 mm，除非另有規定。此資訊對於PCB（印刷電路板）佔位面積設計以及確保在最終產品外殼內的正確安裝至關重要。
5.2 接腳配置與極性
LTS-5001AJR為共陽極顯示器。這意味著所有LED段的陽極（正極端）在內部連接並引出至公共接腳（接腳3和接腳8）。每個段（A、B、C、D、E、F、G及小數點）的陰極（負極端）則引出至個別接腳。要點亮某一段，必須將其對應的陰極接腳連接到較低電壓（通常為接地），同時透過一個限流電阻向公共陽極接腳提供正電壓。接腳定義如下：接腳1（E陰極）、接腳2（D陰極）、接腳3（公共陽極）、接腳4（C陰極）、接腳5（DP陰極）、接腳6（B陰極）、接腳7（A陰極）、接腳8（公共陽極）、接腳9（F陰極）、接腳10（G陰極）。
6. 焊接與組裝指南
絕對最大額定值提供了關鍵的焊接參數：裝置可承受峰值溫度260°C持續3秒，量測點位於封裝本體下方1.6mm處。這與標準無鉛迴焊溫度曲線相容。設計師應確保其迴焊爐的熱曲線不超過此限制。處理時應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。儲存時，應維持在規定的-35°C至+85°C範圍內，並保持乾燥環境。
7. 應用建議
7.1 典型應用場景
此顯示器適用於多種應用，包括但不限於：測試與量測設備（三用電錶、示波器）、工業控制面板、醫療設備、消費性電子產品（音響擴大機、時鐘收音機）、汽車改裝顯示器以及儀錶板。其低功耗需求使其成為便攜式、電池供電裝置的理想選擇。
7.2 設計考量
- 限流：務必為每個公共陽極連接使用一個串聯電阻，以限制流經各段的電流。電阻值使用公式計算：R = (V電源- VF) / IF。對於5V電源，VF為2.2V，且期望的IF為5mA，則電阻值為 (5 - 2.2) / 0.005 = 560 Ω。
- 多工掃描：驅動多位數顯示器時，通常使用多工掃描技術。這涉及快速循環供電給每個數字的公共陽極，同時呈現該數字對應的段資料。這大大減少了所需的微控制器I/O接腳數量。
- 視角：寬視角特性意味著即使從極端的離軸角度觀看，顯示器仍保持可讀性，這對於面板安裝的設備非常重要。
- 熱管理：雖然該裝置功耗低，但遵守25°C以上的電流遞減規格對於長期可靠性至關重要，特別是在封閉或高溫環境中。
8. 技術比較與差異化
LTS-5001AJR的主要差異化特點在於其使用AlInGaP技術及其優化的低電流性能。與舊式的GaAsP或GaP LED顯示器相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率，從而在相同電流下產生更亮的輸出，或在更低電流下達到同等亮度。其針對優異低電流特性（每段低至1mA）的特定設計，使其與需要更高驅動電流才能達到可用亮度的顯示器區分開來，使其成為對功耗敏感的設計的優選。連續均勻的段與高對比度，相較於具有可見段接縫或對比度差的顯示器，提供了更專業且清晰易讀的外觀。
9. 常見問題（基於技術參數）
問：我可以直接用微控制器接腳驅動此顯示器嗎？
答：不行。微控制器接腳通常無法安全地為所有段同時點亮提供足夠的電流（最大連續25mA），且不提供電壓調節。您必須使用微控制器來控制電晶體（用於公共陽極）和/或驅動IC（如74HC595移位暫存器或專用LED驅動器）來處理較高的電流。
問：峰值波長與主波長有何不同？
答：峰值波長是LED發射最多光功率的單一波長。主波長是單色光的波長，該單色光在人眼看來與LED的輸出顏色相同。對於LED，兩者通常接近但不完全相同。
問：順向電壓有一個範圍（2.0V-2.6V）。這會如何影響我的設計？
答：您應該針對最大VF（2.6V）來設計您的限流電路，以確保有足夠的電壓來驅動電流，即使是對於高VF的單元。如果您以典型的2.2V設計，一個VF為2.6V的單元將會較暗，因為固定電阻上的壓降會較小，導致電流降低。
10. 設計與使用案例研究
情境：設計一個低功耗數位溫度計。LTS-5001AJR是一個絕佳的選擇。系統由一個3.3V微控制器和一個3V鈕扣電池供電。溫度感測器提供數據。微控制器使用4個I/O接腳以多工掃描配置驅動兩個7段數字（用於溫度的十位和個位）。計算限流電阻以實現每段2mA的IF，以在保持良好的可見度同時最大化電池壽命（V電源=3.3V，VF=2.2V，R = (3.3-2.2)/0.002 = 550Ω）。顯示器的低電流需求使溫度計能在單一電池下運作數月。高對比度與寬視角確保溫度在各種照明條件下都易於讀取。
11. 技術原理介紹
七段式LED顯示器是由發光二極體以8字形排列組成的組件。七個段（標記為A到G）中的每一個都是一個獨立的LED。透過選擇性地點亮這些段的特定組合，可以形成所有十進位數字（0-9）及部分字母。其基礎技術AlInGaP是一種III-V族半導體化合物。當在LED的p-n接面上施加順向電壓時，電子和電洞重新結合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP材料的特定能隙決定了發射光的波長（顏色），在此例中為紅色。超紅光的標示表示一種特定的、更深色調的紅色，具有高發光效率。共陽極配置在使用灌電流驅動器（如許多微控制器和邏輯IC）時簡化了驅動電路。
12. 技術趨勢
七段式顯示器的發展與一般LED技術同步持續演進。雖然基本外形保持不變，但趨勢包括：1)更高效率：持續的材料科學改進（如更先進的InGaN和AlInGaP結構）在更低電流下產生更亮的顯示器，進一步降低功耗。2)微型化：正在開發具有更小字高和更細間距的顯示器，用於緊湊型設備。3)整合化：驅動電子元件越來越多地被整合到顯示器模組本身，為主機系統簡化為簡單的數位通訊介面（I2C、SPI）。4)色彩選擇：雖然紅色因其可見度和效率而廣受歡迎，但全彩RGB七段式顯示器已可用於更動態的應用。5)替代技術：在某些應用中，特別是在超低功耗或陽光下可讀性至關重要的情況下，可能會考慮分段式LCD或OLED，但它們通常缺乏LED固有的亮度和穩健性。
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。 |