LSHD-5503 LED顯示器規格書 - 0.56英吋數位高度 - AlInGaP紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LSHD-5503是一款高效能單數位數值顯示模組，專為需要清晰、明亮且可靠的數值讀數之應用而設計。其核心技術基於先進半導體鋁銦鎵磷（AS-AlInGaP）紅光LED晶片，這些晶片是在砷化鎵（GaAs）基板上磊晶生長而成。此材料系統以其在紅光譜中的高效率與優異色彩純度而聞名。該元件採用淺灰色面板與白色筆劃分隔，提供高對比度，確保在各種照明條件下均能獲得最佳可讀性。其主要設計目標為低功耗、高亮度輸出、均勻的筆劃照明以及固態可靠性，使其適合整合到各種消費性、工業與儀器設備產品中，這些產品對數值資料呈現至關重要。

2. 深入技術參數分析

LSHD-5503的性能由一系列全面的電氣與光學參數定義，每個參數對於正確的電路設計與性能預測都至關重要。

2.1 光度與光學特性

發光性能是關鍵的差異化因素。每個筆劃的平均發光強度在不同驅動條件下指定了最小值、典型值與最大值。在順向電流（I_F）為1 mA時，強度範圍從320 μcd（最小）到1300 μcd（最大），並提供典型值。在10 mA的較高驅動電流下，典型強度顯著上升至5400 μcd，展示了該元件適用於高亮度應用的能力。筆劃間的發光強度匹配比在I_F=1mA時規定最大為2:1，確保整個數位的視覺均勻性。主波長（λ_d）為624 nm，而在I_p=20mA時，峰值發射波長（λ_F）為632 nm，使其明確位於可見光譜的紅色部分。譜線半高寬（Δλ）為20 nm，表示相對較窄的光譜頻寬，這有助於產生純正的紅色。

2.2 電氣特性

每個筆劃在20 mA驅動下的順向電壓（V_F）介於2.1V（最小）與2.6V（最大）之間。此參數對於計算電路中所需的限流電阻值至關重要：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。反向電流（I_R）在反向電壓（V_R）為5V時限制在最大100 μA，這是標準測試條件，並非連續操作模式。

2.3 絕對最大額定值與熱管理

這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限。每個筆劃的連續順向電流為25 mA。每個筆劃的峰值順向電流額定值為90 mA，但僅在脈衝條件下（1 kHz頻率，15%工作週期），這對於多工掃描方案以實現更高的感知亮度非常有用。每個筆劃的功率消耗為70 mW，計算方式為V_F* I_F。在環境溫度（T_a）高於25°C時，指定了順向電流降額因子為0.28 mA/°C。這意味著每高於25°C一攝氏度，最大允許連續電流必須減少0.28 mA以防止過熱。例如，在50°C時，最大電流將為25 mA - (0.28 mA/°C * 25°C) = 18 mA。操作與儲存溫度範圍為-35°C至+105°C，顯示其適用於惡劣環境的穩健性。

3. 分級與分類系統

規格書明確指出元件已根據發光強度進行分級。這是一個關鍵的品質控制與篩選流程。在製造過程中會產生變異。分級是指在標準測試電流（根據規格書，可能為1 mA或10 mA）下測試每個單元的發光輸出，並將其分組到特定的強度範圍或級別中。這使得設計師能為其應用選擇亮度等級一致的元件，確保在多數位顯示器或不同產品中外觀均勻。雖然規格書提供了整體的最小/最大範圍，但具體的分級代碼及其對應的強度範圍通常由製造商在另一份分級文件中定義。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線，這些曲線對於理解元件在單點規格之外的行為至關重要。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，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_Vvs. I_F）：顯示光輸出如何隨電流增加，通常在較高電流下由於發熱與效率下降而呈次線性關係。
• 順向電壓 vs. 順向電流（V_Fvs. I_F）：展示二極體的I-V特性，對於驅動器設計至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度（I_Vvs. T_a）：說明光輸出如何隨著接面溫度上升而下降，突顯熱管理的重要性。
• 光譜分佈：相對強度 vs. 波長的圖表，顯示峰值約在632 nm以及20 nm的半高寬。

這些曲線讓工程師能夠模擬非標準條件（例如，不同的驅動電流、溫度）下的性能，並優化其設計。

5. 機械與封裝資訊

LSHD-5503的數位高度為0.56英吋（14.22 mm）。封裝尺寸在詳細圖紙中提供，所有關鍵尺寸均以毫米為單位。除非另有說明，公差通常為±0.25 mm。此資訊對於PCB佔位面積設計、確保在機殼內正確安裝以及維持小數點對齊至關重要。封裝內包含LED晶片、淺灰色面板/白色筆劃遮罩以及連接接腳。

6. 接腳連接與內部電路

該元件採用標準10接腳配置，用於7段加小數點顯示。它採用共陰極架構。這意味著所有LED筆劃的陰極（負極端）在內部連接在一起，並引出至接腳3和8，這兩個接腳也相互連接。每個獨立筆劃（A至G）與小數點（DP）的陽極（正極端）則引出至獨立的接腳（1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10）。內部電路圖直觀地展示了此配置，顯示了八個獨立的LED（七個筆劃 + DP），其陽極相互隔離，陰極則連接到公共節點。此配置非常適合多工掃描，即數位以快速順序一次一個被供電。

7. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值包含特定的焊接條件：元件可承受260°C的烙鐵溫度5秒，條件是烙鐵頭必須在封裝的安裝平面下方至少1/16英吋（約1.6 mm）。這是一項關鍵指示，以防止過多熱量沿著接腳傳導並損壞內部LED晶片或塑膠封裝。對於波焊或迴流焊，必須仔細控制溫度曲線，使其保持在封裝的熱限值內，通常參考IPC/JEDEC J-STD-020標準關於濕度敏感度與迴流焊曲線的規定，儘管此處未明確說明。組裝過程中應始終遵循適當的ESD（靜電放電）處理程序。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

LSHD-5503適用於任何需要明亮、可靠的單數位數值顯示的應用。常見用途包括：測試與測量設備（三用電錶、頻率計數器）、工業控制面板（溫度顯示器、計數器讀數）、消費性家電（微波爐、洗衣機、音響設備）、汽車改裝儀錶以及銷售點終端機。

8.2 關鍵設計考量

• 電流限制：LED是電流驅動裝置。必須對每個筆劃使用一個串聯電阻（或恆流驅動器）以將順向電流限制在安全值（≤25 mA連續）。電阻值使用電源電壓與規格書中的順向電壓降計算。
• 多工掃描：對於多數位顯示器，像LSHD-5503這樣的共陰極元件是理想的選擇。微控制器可以依序啟用一個數位的共陰極，同時驅動該數位圖案的筆劃陽極。峰值電流額定值（90 mA脈衝）允許在短暫的多工掃描期間使用更高的瞬時電流，以實現明亮的平均亮度。
• 熱設計：遵守電流降額曲線。如果在高環境溫度或高連續電流下操作，請確保通風良好。PCB佈局有助於從接腳散熱。
• 視角：規格書宣稱具有寬廣的視角，這對於顯示器可能從離軸位置觀看的應用非常有益。

9. 技術比較與差異化

與較舊的技術（如標準GaAsP（砷化鎵磷）紅光LED）相比，LSHD-5503中的AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同驅動電流下產生更高的亮度。它還提供了更優異的色彩純度以及在溫度和時間上的穩定性。與某些帶有濾色片的現代白光LED相比，AlInGaP紅光LED本質上是單色的，對於產生純紅光更為高效。0.56英吋的數位高度使其處於常見的尺寸類別，在可讀性與物理佔位面積之間提供了良好的平衡。其共陰極配置在某些電路拓撲中，相較於共陽極類型，為基於微控制器的多工掃描設計提供了直接優勢。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以直接從5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？

答：不行。您必須使用限流電阻。典型的紅光LED壓降約為2V。直接連接5V會導致過大電流，損壞筆劃。計算電阻：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120Ω（使用最大V_F以確保安全）。

問：已根據發光強度進行分級對我的設計意味著什麼？

答：這意味著您可以訂購特定亮度範圍的元件。如果多個單元間的視覺一致性至關重要（例如，多數位面板），請向您的經銷商指定所需的分級代碼，以確保所有數位具有匹配的亮度。

問：峰值電流是90mA，但連續電流只有25mA。我可以使用90mA來獲得更亮的輸出嗎？

答：僅能在指定的脈衝模式下使用（1 kHz，15%工作週期）。在該情況下的平均電流將為90mA * 0.15 = 13.5mA，這在連續額定值範圍內。以90mA連續操作將超過功率消耗限制並導致快速故障。

問：我該如何連接兩個共陰極接腳（3和8）？

答：它們在內部已連接。您可以使用其中一個，或將兩者都連接到您的驅動電路（例如，電晶體汲極），以獲得潛在更好的電流分佈與熱性能。

問：11. 設計與使用案例研究

情境：設計一個簡單的3位數電壓錶顯示器。

使用三個LSHD-5503顯示器。選擇一個具有足夠I/O接腳的微控制器。設計採用時分多工掃描：

1. 每個數位的共陰極接腳連接到由微控制器控制的獨立NPN電晶體（或專用驅動IC）。

2. 所有三個數位的筆劃陽極接腳（A-G, DP）連接在一起，並透過限流電阻連接到微控制器。

3. 微控制器軟體：a) 關閉所有陰極驅動電晶體。b) 計算百位數需要點亮哪些筆劃。c) 在陽極線上啟動該筆劃圖案。d) 短暫啟用百位數的陰極電晶體。e) 對十位數與個位數快速重複步驟b-d（例如，整體速率為1 kHz）。

在其短暫的開啟時間內，筆劃的峰值電流可以設定得更高（例如，40-60 mA），以補償低工作週期（在3位數系統中，每個數位約33%），從而實現明亮、無閃爍的顯示，同時將平均功率與熱量保持在限度內。

12. 技術原理介紹

LSHD-5503基於在砷化鎵（GaAs）基板上磊晶生長的鋁銦鎵磷（AlInGaP）半導體材料。這是一種來自III-V族的化合物半導體。當在p-n接面施加順向電壓時，電子與電洞被注入主動區域。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定能隙決定了發射光的波長；在此情況下，它被調整為產生約624-632 nm的紅光。使用像AlInGaP這樣的直接能隙材料可實現高內部量子效率。光線透過模製環氧樹脂封裝發出，該封裝包含帶有白色塗層筆劃的淺灰色面板。白色塗層反射並擴散來自下方LED晶片的光線，形成使用者可見的均勻照明筆劃。

13. 技術趨勢與背景

雖然LSHD-5503代表了成熟可靠的技術，但更廣泛的顯示技術領域仍在持續發展。AlInGaP仍然是紅光與琥珀光LED的主導高效技術。離散LED顯示器的趨勢包括追求更高的效率（每瓦更多流明），這改善了可攜式裝置的電池壽命並降低了熱負荷。另一個趨勢是晶片尺寸本身的微型化，使得在多元件顯示器中可能實現更小的封裝佔位面積或更高的像素密度。此外，整合是一個關鍵趨勢；驅動電子元件，有時甚至是微控制器，正被整合到智慧顯示模組中，簡化了終端工程師的設計流程。然而，對於標準、具成本效益的單數位數值顯示器，像LSHD-5503這樣具有經過驗證的性能與廣泛可用性的元件，在可預見的未來仍將是電子設計的基本組成部分，特別是在不需要自訂圖形顯示的應用中。