LTS-547AJG 0.52吋 AlInGaP 綠色 LED 七段顯示器規格書 - 字高13.2mm - 順向電壓2.6V - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-547AJG是一款高效能、單一位數、七段式字母數字顯示模組，專為需要清晰、明亮數字指示的應用而設計。其主要功能是提供高度易讀的數位讀數。其核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料作為發光晶片，此材料以能產生高效率綠光而聞名。該元件採用灰色面板與白色段標記設計，能優化對比度，提升在各種照明條件下的可讀性。其結構為共陰極型顯示器，意味著所有個別LED段的陰極在內部連接至共通的接腳，從而簡化了驅動電路設計。此顯示器被歸類為無鉛元件，符合RoHS等環保指令。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器提供多項關鍵優勢，使其適用於廣泛的工業與消費性應用。其高亮度與優異的對比度確保即使在明亮環境下仍清晰可見。寬廣的視角允許從不同位置讀取顯示字元，而不會顯著損失亮度或清晰度。該元件具備固態可靠性，意味著它沒有可動部件，且相較於其他顯示技術更能抵抗衝擊與振動。其功耗需求低，非常適合電池供電或節能裝置。連續且均勻的段位提供了乾淨且專業的字元外觀。典型的目標市場包括測試與量測設備、工業控制面板、醫療裝置、汽車儀表板（用於次要顯示）、消費性家電，以及任何需要緊湊、可靠數位讀數的電子裝置。

2. 技術參數深度解析

本節針對規格書中列出的關鍵電氣與光學參數，提供詳細且客觀的解讀。理解這些參數對於正確的電路設計與確保長期可靠性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在達到或超過這些極限下操作，應予以避免。

• 每段功耗：最大70 mW。這是在連續操作下，單一LED段能夠安全以熱能形式消散的最大功率。超過此值可能導致過熱並加速LED晶片的劣化。
• 每段峰值順向電流：最大60 mA，但僅限於特定脈衝條件下（1/10工作週期，0.1 ms脈衝寬度）。此額定值適用於多工方案中使用的短暫、高電流脈衝，不適用於連續直流操作。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25 mA。這是設計直流驅動電流的關鍵參數。至關重要的是，此額定值在超過25°C時會以每°C 0.33 mA的速率線性遞減。例如，在環境溫度（Ta）為85°C時，最大允許連續電流將為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA =5.2 mA。此遞減對於熱管理至關重要。
• 每段逆向電壓：最大5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能導致LED接面崩潰並失效。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。元件可在此寬廣的溫度範圍內運作與儲存。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這對於波焊或迴焊製程至關重要，可防止塑膠封裝或內部接合線損壞。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C及指定測試條件下測得的典型操作參數。它們定義了元件的預期性能。

• 平均發光強度（I_V）：在I_F=1mA時，最小320 μcd，典型750 μcd。這是光輸出的量度。寬廣的範圍表示存在分級（binning）製程；元件會根據其實際測得的強度進行分類。
• 峰值發射波長（λ_p）：在I_F=20mA時，典型571 nm。這是發射光強度最高的波長，使其位於可見光譜的綠色區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：典型15 nm。這表示光譜純度或發射波長的分布範圍。15nm的數值對於AlInGaP綠色LED是典型的，能產生相對純淨的綠色。
• 主波長（λ_d）：典型572 nm。這是人眼感知到、最能匹配所發射光顏色的單一波長，非常接近峰值波長。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，最小2.05V，最大2.6V。這是LED工作時的跨壓降。設計者必須確保驅動電路能提供足夠的電壓，以在所需電流下克服此壓降。此變異性要求採用限流而非限壓的驅動方法。
• 每段逆向電流（I_R）：在V_R=5V時，最大100 μA。這是當LED在其最大額定值內被逆向偏壓時流過的小量漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：最大2:1。此規格定義了在相同驅動條件下（I_F=1mA），單一元件內最亮段與最暗段之間的最大允許比值。2:1的比值確保了數字的均勻外觀。

3. 分級系統說明

規格書指出該元件已針對發光強度進行分類。這指的是製造過程中執行的分級或篩選製程。由於半導體磊晶生長與晶片製程中固有的變異性，同一生產批次的LED可能具有略微不同的光學與電氣特性。為了確保終端使用者的一致性，製造商會測試並將LED分類（分級）成參數緊密匹配的組別。對於LTS-547AJG，主要的分級參數是發光強度，這可由最小值（320 μcd）與典型值（750 μcd）證明。元件在標準條件（I_F=1mA）下進行測試，並按強度分級。客戶可以訂購特定等級的產品，以滿足在多個顯示器間需要緊密亮度匹配的應用。順向電壓（V_F）也有一個指定的範圍（2.05V至2.6V），這可能涉及次要分級，或是作為最大/最小規格保證。

4. 性能曲線分析

雖然提供的PDF摘錄在最後一頁提到了典型電氣/光學特性曲線，但具體曲線並未包含在提供的文字中。通常，此類規格書會包含對深入設計分析至關重要的圖表。基於標準LED規格書慣例，預期會包含以下曲線，並提供其分析：

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此圖顯示流經LED的電流與其兩端電壓之間的關係。對於LED，這是一條指數曲線。膝點電壓是電流開始顯著增加之處——這接近在20mA時的典型V_F值2.6V。該曲線說明了為何必須以限流源驅動LED；電壓稍微超過膝點一點點，就會導致電流大幅且可能具破壞性的增加。曲線的斜率也與LED的動態電阻有關。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖顯示光輸出（強度）如何隨驅動電流增加。對於AlInGaP LED，在中等電流範圍內，關係大致呈線性，但在極高電流下可能因效率下降（發熱及其他非輻射效應）而呈次線性。此曲線有助於設計者選擇能提供所需亮度，又不會過度應力LED或降低其效率的操作電流。

4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度

這是可靠性方面最關鍵的曲線之一。它顯示光輸出如何隨著環境（或接面）溫度升高而降低。AlInGaP LED對溫度特別敏感，輸出會隨溫度升高而顯著下降。此曲線結合電流遞減規格，為熱管理決策提供依據。若顯示器用於高溫環境，則可能需要降低電流（遞減），且預期亮度也會較低。

4.4 光譜分布

一張繪製相對強度對波長的圖表。它會顯示一個峰值約在571-572 nm處，並具有特徵寬度（15 nm半高寬）。此曲線確認了綠色色點，對於需要特定色座標的應用非常重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該元件具有標準的單一位數七段式外型。圖面中的關鍵尺寸（文字未完全詳述）通常包括總高度、寬度、深度、字元高度（指定為0.52吋或13.2 mm）、段位尺寸以及引腳間距。註記說明所有尺寸單位為毫米，標準公差為±0.25 mm，除非另有說明。一個特定的註記提到引腳尖端偏移公差為+0.4 mm，這對於PCB孔位放置與波焊製程以確保正確對準非常重要。

5.2 接腳定義與極性識別

顯示器有10支接腳，間距為0.1吋（2.54 mm），排列成兩排。提供接腳連接表如下：

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

該元件採用共陰極配置。有兩個共陰極接腳（3和8），它們在內部相連。這提供了PCB佈線的靈活性，並有助於分散電流。要點亮一個段位，必須將其對應的陽極接腳驅動至相對於共陰極的正電壓，而共陰極必須接地（或較低電壓）。小數點是一個獨立的LED，擁有自己的陽極（接腳5）。

5.3 內部電路圖

規格書中提供的示意圖直觀地確認了共陰極架構。它顯示了八個獨立的LED晶片（A-G段加上小數點）。所有陰極（負極側）連接在一起並引出至接腳3和8。每個陽極（正極側）引出至其各自的接腳。此圖對於理解如何將顯示器與微控制器或驅動IC連接至關重要。

6. 焊接與組裝指南

遵守這些指南對於防止PCB組裝過程中的損壞至關重要。

• 焊接方法：該元件適用於波焊或迴焊製程。
• 溫度曲線：絕對最大焊接溫度為260°C。引腳/焊點介面處的溫度不得超過此值。對於迴焊，適用於無鉛組件的標準曲線（峰值溫度約245-250°C）是合適的，但必須控制高於液相線的時間。
• 暴露時間：在峰值溫度下的最大暴露時間為3秒。長時間暴露可能熔化塑膠封裝或損壞內部接合線。
• 測量點：溫度在安裝平面下方1.6 mm處測量（引腳離開塑膠本體的位置）。此處溫度通常低於PCB焊墊溫度。
• 清潔：如需清潔，請使用與LED塑膠封裝材料相容的溶劑，以避免開裂或霧化。
• 操作：避免對引腳施加機械應力。在操作與組裝過程中，請採取適當的靜電放電（ESD）防護措施。
• 儲存條件：在指定的溫度範圍（-35°C至+105°C）內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。避免暴露於過度潮濕的環境；若元件儲存在高濕度環境中，焊接前可能需要進行烘烤，以防止迴焊過程中發生爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

LTS-547AJG需要外部限流機制。最簡單的驅動方法是使用微控制器的GPIO接腳，透過一個限流電阻連接到段位陽極，並將共陰極接地。電阻值計算公式為：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於5V電源，期望I_F為20mA，典型V_F為2.6V：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。將使用120Ω電阻。對於多工驅動多位數，則使用專用驅動IC（如MAX7219或TM1637）或電晶體陣列來吸收較高的總陰極電流。

7.2 設計考量

• 電流限制：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。切勿將LED直接連接到電壓源。
• 多工驅動：當驅動多位數時，段位陽極可以使用峰值脈衝電流額定值（1/10工作週期下60mA），但每段的平均電流（隨時間平均）不得超過連續直流額定值。
• 散熱：考慮操作環境。若顯示器處於密閉空間或高環境溫度中，應根據0.33 mA/°C規則相應地遞減操作電流，以確保使用壽命。
• 視角：寬廣的視角是一項優勢，但為了獲得最佳可讀性，應將顯示器定位在使典型觀看者的視線大致垂直於面板的位置。
• PCB佈局：確保元件佔位符合尺寸圖。兩個共陰極接腳可以在PCB上連接在一起，以降低走線電阻並改善電流分布。

8. 技術比較與差異化

與其他七段顯示器技術相比，LTS-547AJG提供了特定的優勢：

• 相較於紅色GaAsP或GaP LED：AlInGaP技術提供顯著更高的發光效率，在相同驅動電流下能產生更亮的顯示效果。綠光（約570nm）也接近人眼明視覺敏感度曲線的峰值，使得在主觀感受上，相同輻射功率下綠光看起來比紅光更亮。
• 相較於LCD顯示器：LED是自發光（產生自身的光），使其在黑暗中無需背光即可清晰可見。它們具有更快的響應時間、更寬廣的操作溫度範圍，且不易在低溫下產生影像殘留或響應遲緩。
• 相較於VFD（真空螢光顯示器）：LED更堅固耐用，所需操作電壓低得多（3-5V，而VFD為20-50V），且驅動電路更簡單。它們也不需要燈絲電源。
• 在AlInGaP顯示器內部：LTS-547AJG的關鍵差異化特點是其特定的0.52吋字元高度、共陰極配置、為提升對比度設計的灰色面板/白色段位，以及其保證的發光強度分類，提供了一定程度的亮度一致性。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以用3.3V邏輯電壓驅動此顯示器嗎？

A：可以，但您必須檢查順向電壓。在典型V_F為2.6V的情況下，僅有0.7V的餘裕電壓（3.3V - 2.6V）。限流電阻會非常小：R = (3.3 - 2.6)/0.02 = 35 Ω。在低電流（例如5mA）下，它可以正常工作。若要在20mA下達到全亮度，請確保您的3.3V電源穩定且能供應該電流。對於3.3V系統，建議使用恆流驅動器。

Q2：為什麼有兩個共陰極接腳？

A：使用兩個接腳是為了分散總陰極電流，該電流可能是最多8個段位（如果全部點亮）的總和。這降低了單一接腳/PCB走線的電流密度，提高了可靠性，並提供了佈局靈活性。

Q3：如何計算顯示器的功耗？

A：對於一個段位：P = V_F* I_F。在典型20mA和2.6V下，P_segment = 52 mW。對於整個數字（所有7段點亮，不含小數點），P_total ≈ 7 * 52 mW = 364 mW。考慮熱遞減，務必確保此值低於封裝的總散熱能力。

Q4：無鉛封裝對我的組裝製程意味著什麼？

A：該元件的引腳鍍層與無鉛焊接相容（例如錫-銀-銅）。您在組裝過程中必須使用無鉛焊錫膏及相應的較高溫迴焊曲線（峰值約245-250°C）。

10. 實務設計案例研究

情境：為室內/室外氣象站設計一個簡單的數位溫度計。該裝置必須顯示-35°C至105°C的溫度（與顯示器的操作範圍相符）。它將採用電池供電以實現便攜性。

設計選擇：

1. 顯示器選擇：LTS-547AJG因其寬廣的溫度範圍、高亮度（戶外可讀）及低功耗需求（對電池壽命很重要）而適用。綠色對眼睛較為舒適。

2. 驅動電路：使用低功耗微控制器（例如ARM Cortex-M0+或PIC），大部分時間處於睡眠模式，喚醒時更新顯示。為了節省功耗與接腳，使用內建多工與恆流輸出的專用LED驅動IC。這可以高效地驅動多位數（例如十位與個位）。

3. 電流設定：對於室內使用，將段位電流設定為5-10 mA以節省電池。對於戶外明亮光線下使用，可以透過按鈕暫時將電流增加到15-20 mA以獲得最大亮度。必須相應地設定驅動IC的電流。

4. 熱考量：如果裝置放置在陽光直射下，內部溫度可能超過50°C。根據遞減公式，在50°C時，最大連續電流為25 mA - ((50-25)*0.33) = 25 - 8.25 = 16.75 mA。我們設定的最大值20mA將超過此值，因此設計應將高亮度模式限制在某個工作週期或脈衝寬度，以使平均電流在高環境溫度下保持在遞減後的極限內。

11. 技術介紹

LTS-547AJG基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術。此材料系統磊晶生長在不透明的GaAs（砷化鎵）基板上。AlInGaP是一種直接能隙半導體，其能隙能量可以透過改變鋁、銦、鎵和磷的比例來調整。對於約570-580 nm的綠光發射，會使用特定的組成比例。不透明的GaAs基板會吸收部分產生的光，這相較於使用透明基板（如某些舊式綠光LED使用的GaP）的元件是一個缺點。然而，現代基於GaAs的AlInGaP製程實現了非常高的內部量子效率，且光主要從晶片的頂部表面發射。封裝的灰色面板和白色段位並非半導體的一部分；它們是塑膠成型的一部分。灰色面板減少了環境光的反射，而白色段位則擴散並散射來自下方LED晶片的綠光，創造出均勻、明亮的段位外觀。

12. 技術趨勢

LED顯示器領域持續演進。對於像LTS-547AJG這樣的離散式七段顯示器，趨勢聚焦於提高效率、更高亮度以及更廣的色域。雖然AlInGaP主導了高效率的紅、橙、琥珀及綠光光譜，但像InGaN（氮化銦鎵）這樣的新材料現在已能生產高效率的綠光甚至黃光LED，可能提供不同的色點與效率特性。此外，也存在著更高整合度的趨勢，例如內建控制器（I2C或SPI介面）的顯示器，能大幅簡化微控制器介面。再者，對更低功耗的需求推動了能在低於1 mA電流下提供可用亮度的LED發展，以用於超低功耗物聯網裝置。環保法規持續推動消除鉛以外的有害物質，影響著電鍍與封裝材料。