0.56英吋七段式LED顯示器規格書 - 字高14.22mm - 順向電壓2.6V - 功率70mW - 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0.56英吋（14.22mm）的七段式LED顯示器規格。此元件專為需要清晰、可靠且低功耗數值顯示的應用而設計。其核心設計理念在於透過高亮度與高對比度提供卓越的視覺性能，同時保持固態元件的可靠性。

本顯示器採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術作為其發光段。此材料系統以能產生高效率紅光與琥珀光而聞名。所使用的特定晶片製作於不透明的GaAs（砷化鎵）基板上，有助於減少內部光散射與反射，從而提升對比度。最終產品採用淺灰色面板搭配白色發光段，此組合旨在增強各種光照條件下的可讀性。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與光學特性

光學性能係在環境溫度（Ta）25°C的標準測試條件下進行表徵。關鍵參數平均發光強度（Iv），在每段順向電流（IF）為1mA時，典型值為700 µcd（微燭光），最小規格值為320 µcd。此測量使用經CIE明視覺響應曲線校正的感測器與濾光片進行，確保數值與人眼視覺感知相符。

顏色特性由波長定義。峰值發射波長（λp）典型值為639 nm，而主波長（λd）典型值為631 nm，兩者均在IF=20mA下量測。這兩個數值之間的差異以及20 nm的光譜線半寬度（Δλ），描述了所發出紅光的頻譜純度與特定色調，屬於超紅光類別，提供高可見度。

規定了發光強度匹配比（IV-m）為2:1（最大值）。此比率表示在相同驅動條件下，單一元件內不同發光段之間允許的最大亮度變化，確保顯示數字時外觀均勻。

2.2 電氣與熱特性

電氣參數突顯了此元件對低功耗系統的適用性。每段順向電壓（VF）在驅動電流1mA時，範圍為2.0V至2.6V。每段逆向電流（IR）在施加5V逆向電壓（VR）時，限制在最大100 µA，顯示了接面的漏電特性。

熱與功率限制定義於絕對最大額定值中。每段連續順向電流額定值為25 mA，但隨著環境溫度升高，必須從25°C開始以0.33 mA/°C的速率線性降額。每段功率消耗不得超過70 mW。對於脈衝操作，在1/10工作週期、0.1ms脈衝寬度下，允許峰值順向電流為90 mA。元件的工作與儲存溫度範圍額定為-35°C至+85°C。

3. 分級與篩選系統

規格書指出元件已根據發光強度進行分類。這意味著一個分級過程，製造出的單元會根據其量測到的光輸出（Iv）被分選到不同的組別或級別中。這讓設計師能為其應用選擇亮度水平一致的元件，這對於均勻性至關重要的多位數顯示器來說尤其重要。雖然此摘要中未列出具體的分級代碼，但典型的分級會定義發光強度（例如500-600 µcd、600-700 µcd）以及可能的順向電壓範圍。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類元件的標準曲線通常包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：此圖顯示光輸出如何隨驅動電流增加而增加。通常是非線性的，在極高電流下效率往往會降低。
• 順向電壓 vs. 順向電流：此圖顯示二極體的I-V特性，對於設計限流電路非常重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：此曲線展示了光輸出如何隨著接面溫度升高而降低，這是設計中熱管理的關鍵因素。
• 頻譜分佈：顯示在不同波長下所發出光的相對強度圖，中心約在峰值波長639 nm附近。

這些曲線對於理解元件在非標準條件下的行為，以及優化驅動電路以實現高效能與長壽命至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸與外型

元件的封裝尺寸在圖面中提供（文中提及但未詳述）。所有尺寸均以毫米為單位指定，標準公差為±0.25 mm，除非另有說明。0.56英吋字高（14.22mm）定義了整體字元大小。封裝為標準單一位數、10接腳配置，常見於帶有右側小數點的七段式顯示器。

5.2 接腳配置與極性識別

本顯示器採用共陰極配置，意味著所有LED發光段的陰極（負極端）在內部連接並引出至共用的接腳。這是多工驅動的常見設計。接腳連接明確定義如下：

1. 陽極 E
2. 陽極 D
3. 共陰極
4. 陽極 C
5. 陽極 D.P. （小數點）
6. 陽極 B
7. 陽極 A
8. 共陰極
9. 陽極 F
10. 陽極 G

接腳3和8均為共陰極。內部電路圖顯示標準的七段加小數點佈局，每個發光段的陽極連接到其各自的接腳，而所有陰極則連接在一起並接到共用的接腳。

6. 焊接與組裝指南

指定的一個關鍵組裝參數是焊接溫度曲線。元件可承受260°C的焊接溫度達3秒，測量點位於封裝安裝平面下方1/16英吋（約1.59mm）處。這是波峰焊或迴焊製程中的關鍵參數，以防止對LED晶片或塑膠封裝造成熱損傷。設計師必須確保其組裝製程不超過此時間-溫度組合。對於儲存，應在乾燥環境中維持指定的-35°C至+85°C範圍，以防止吸濕。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此顯示器非常適合需要清晰、低功耗數值讀數的可攜式電池供電裝置、儀表板、消費性電子和工業控制設備。例如：三用電錶、計時器、磅秤、醫療設備和家電控制面板。其低電流操作（每段可低至1mA）使其適用於微控制器驅動的系統，這類系統的GPIO接腳通常只能提供或吸收有限的電流。

7.2 設計考量與電路

設計驅動電路時，以下幾點至關重要：

• 限流：務必為每個發光段陽極使用串聯的限流電阻。電阻值根據電源電壓（Vcc）、LED順向電壓（Vf，為安全起見使用最大值）和所需的順向電流（If）計算：R = (Vcc - Vf) / If。
• 多工掃描：對於多位數顯示器，多工驅動方案是標準做法。每個位元的共陰極依序切換（掃描），同時驅動所需發光段的陽極。這減少了所需的微控制器接腳數量和總功耗。在短暫的開啟時間內，峰值電流可以高於直流額定值，只要符合峰值電流規格（1/10工作週期下90mA）即可。
• 微控制器介面：如果每段電流在微控制器GPIO接腳的驅動能力範圍內（通常為20-25mA），則可以直接由微控制器GPIO接腳驅動此顯示器。若需要更高亮度或驅動更多位數，建議使用外部驅動器（例如電晶體陣列或專用LED驅動IC）。
• 視角：寬視角特性意味著顯示器在離軸位置仍可清晰閱讀，這對於從不同角度觀看的儀表板非常重要。

8. 技術比較與差異化

此顯示器的主要差異化因素在於其採用AlInGaP技術以及其優化的低電流性能。與舊式的GaAsP或GaP LED技術相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率，能在相同電流下產生更亮的輸出，或在較低電流下達到同等亮度。明確針對優異的低電流特性和發光段匹配進行測試與篩選，是關鍵的品質保證。每段能在低至1mA的電流下有效運作，對於需要5-20mA才能達到足夠亮度的顯示器而言，是超低功耗設計的明顯優勢。

9. 常見問題（FAQ）

問：峰值波長與主波長有何不同？

答：峰值波長（λp）是發射光譜中強度達到最大值的波長。主波長（λd）則是一種純單色光的波長，該單色光在人眼看來與LED發出的光顏色相同。λd與顏色感知更為相關。

問：我可以在沒有限流電阻的情況下驅動此顯示器嗎？

答：不行。LED是電流驅動元件。將其直接連接到電壓源會導致過量電流流過，可能因熱過應力而立即損壞LED。必須使用串聯電阻或恆流電路。

問：規格書顯示有兩個共陰極接腳（3和8）。我需要兩個都連接嗎？

答：是的，為了獲得最佳性能和電流分佈，兩個共陰極接腳都應在您的電路中連接到地（或電流吸收端）。這有助於平衡熱負載並確保各發光段亮度均勻。

問：對於5V電源和10mA的發光段電流，我該如何計算合適的電阻值？

答：使用最大Vf值2.6V：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 歐姆。應使用最接近的標準值（220或270歐姆）。務必驗證實際亮度是否符合您的需求。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計一個4位數的電池供電數位計時器。

目標是在保持良好的可讀性的同時，最大化電池壽命。顯示器將由一個低功耗微控制器使用多工掃描方案驅動。

實作方式：四個位元的共陰極連接到由微控制器接腳控制的四個NPN電晶體（或一個電晶體陣列IC）。七個發光段陽極（A-G）和小數點則透過各自的限流電阻連接到微控制器輸出接腳。微控制器執行一個計時器中斷（例如1kHz）。在每個中斷週期中，它關閉所有位元的陰極，將陽極接腳設定為下一個順序位元所需的發光段圖案，然後開啟該位元的陰極電晶體。此過程在所有四個位元間快速循環，創造出所有位元同時點亮的視覺效果。

功耗優化：透過僅以2-3mA驅動每個發光段（完全在規格內），並使用1:4的多工工作週期，每段的平均電流非常低，與靜態（非多工）驅動相比，顯著延長了電池壽命。AlInGaP LED的高效率確保了即使在如此低的平均電流下，顯示器仍能保持清晰可見。

11. 技術原理介紹

七段式LED顯示器是由個別發光二極體（LED）組裝成8字形排列的元件。七個主要發光段（標記為A到G）各自是一個獨立的LED，另有一個額外的LED作為小數點（DP）。透過選擇性地點亮這些發光段的特定組合，可以形成所有十進位數字（0-9）和一些字母。

發光的基本原理是半導體p-n接面中的電致發光。當施加超過二極體能隙電壓的順向電壓時，來自n型區域的電子與來自p型區域的電洞在主動層（此處為AlInGaP製成）中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。AlInGaP的能隙對應於紅/橙/琥珀光。不透明的GaAs基板吸收雜散光，防止其從晶片側面或背面散射出去，從而提高了對比度。

12. 技術趨勢與背景

儘管存在OLED和高解析度點矩陣LED等更新的顯示技術，七段式LED顯示器對於需要簡單數值輸出的應用而言，仍然是一個穩健、經濟高效且高度可靠的解決方案。此領域內的趨勢是朝向更高效率（每瓦更多光）、更低的工作電壓以匹配現代邏輯電平，以及更好的一致性（更嚴格的分級）。AlInGaP技術相較於舊材料，在效率上代表著顯著的進步。此外，業界越來越重視在極低驅動電流下仍能表現良好的顯示器，以實現節能且電池供電的物聯網（IoT）裝置。本規格書所述的元件，專注於低電流操作和已分類的發光強度，正好符合這些朝向高效率、高可靠性以及可攜式電子產品設計靈活性的產業趨勢。