LSHD-5601 LED顯示器規格書 - 0.56英吋數位高度 - 綠色顯示段 - 2.6V順向電壓 - 75mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LSHD-5601是一款單數位、七段式加小數點的LED顯示器模組。其數位高度為0.56英吋（14.22毫米），適合需要清晰、中等尺寸數值讀數的應用。本裝置採用綠色LED晶片，具體技術為GaP基板上的GaP磊晶層以及非透明GaAs基板上的AlInGaP，能在灰色面板背景上產生其特有的綠色顯示段發光。此組合提供了高對比度，以提升可讀性。

1.1 核心特色與優勢

• 數位高度：標準尺寸0.56英吋（14.22毫米）。
• 顯示段均勻性：經過設計，確保所有顯示段的光強度具有極佳的一致性。
• 電源效率：專為低功耗需求設計，提升終端應用的能源效率。
• 光學性能：提供高亮度與高對比度，確保清晰可見。
• 視角：提供寬廣視角，確保從不同位置皆可清晰讀取。
• 可靠性：受益於LED技術固有的固態可靠性。
• 分級制度：產品依光強度進行分級，以確保性能一致性。
• 環保合規性：無鉛封裝，符合RoHS指令。

1.2 裝置配置

LSHD-5601配置為共陽極顯示器。特定型號表示為帶有右側小數點的綠色顯示器。此配置在使用共正電壓供電系統時，能簡化電路設計。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。操作應始終維持在此範圍內。

• 每點平均功耗：75 mW。這是單一顯示段（點）可處理的最大連續功率。
• 每段峰值順向電流：60 mA。此值允許在多工掃描方案下的脈衝條件（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）中使用。
• 每點平均順向電流：25 mA。為確保可靠運作，建議的最大連續直流電流。
• 順向電流降額：0.28 mA/°C。當溫度超過25°C時，最大允許連續電流必須以此係數降低，以管理熱應力。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。
• 焊接條件：260°C 持續3秒，烙鐵頭需位於顯示器本體安裝平面下方至少1/16英吋（約1.6毫米）處。

2.2 電氣與光學特性

這些是在環境溫度（Ta）為25°C下量測的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在 I_F=10 mA 時，為 800（最小值），2400（典型值） μcd。這表示光輸出。對於此尺寸的顯示器，典型值相當明亮。
• 峰值發射波長（λ_p）：在 I_F=20 mA 時，為 565 nm（典型值）。這是發射光強度最高的波長，位於光譜的綠色區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：30 nm（典型值）。衡量光譜純度的指標；數值越小表示光越接近單色光。
• 主波長（λ_d）：569 nm（典型值）。人眼感知的單一波長，定義了顏色。
• 每段順向電壓（V_F）：在 I_F=20 mA 時，為 2.1（最小值），2.6（典型值） V。LED顯示段導通時的跨壓。電路設計必須考量最大值。
• 每段逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時，為 100 μA（最大值）。施加逆向電壓時的小量漏電流。注意：不允許連續逆向偏壓操作。
• 發光強度匹配比：2:1（最大值）。單一數位內最亮與最暗顯示段之間的最大允許比值，確保外觀均勻。

量測備註：發光強度使用近似CIE明視覺響應曲線的感測器-濾鏡組合進行量測。顯示段之間的串擾被規定為 ≤ 2.5%。

3. 分級制度說明

規格書明確指出，顯示器已依據發光強度進行分級。這是一個關鍵的品質控制與匹配流程。

• 目的：將具有相似光輸出（單位為μcd）的顯示器歸類在一起。這確保了當多個顯示器在應用中並排使用時（例如多位數計數器），它們的亮度對使用者而言看起來是均勻的。
• 應用建議：規格書的注意事項章節強烈建議，當為單一應用組裝兩個或更多單元時，應選擇來自相同光強度分級的顯示器，以避免色調與亮度不均的問題。
• 其他參數：雖然未明確提及用於分級，但順向電壓（V_F）與主波長（λ_d）在LED產業中也是常見的分級參數，以確保電氣與顏色的一致性。設計師在關鍵應用中應諮詢製造商的特定分級代碼。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳述具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）之間的關係。它展示了LED二極體的指數型導通特性。設計師利用此曲線來選擇適當的限流電阻或設計恆流驅動器。
• 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，通常在操作範圍內呈近線性關係。這有助於調整亮度。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_Vvs. T_a）：說明光輸出如何隨著環境溫度升高而降低。這對於在高溫環境中運作的應用至關重要。
• 光譜分佈：相對強度對波長的圖表，顯示峰值約在565nm，譜線半高寬約30nm，確認了綠色光發射。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本顯示器採用標準10接腳雙列直插封裝配置。關鍵尺寸備註：

• 所有尺寸單位為毫米。
• 除非另有規定，一般公差為 ±0.25 毫米。
• 接腳尖端偏移公差為 ±0.4 毫米，以考量放置變異。

5.2 內部電路圖與接腳連接

內部電路圖顯示為共陽極配置。所有顯示段陽極（A-G，DP）在內部連接到兩個共陽極接腳（接腳3和接腳8）之一，這兩個接腳也彼此相連。每個顯示段陰極都有其專用的接腳。

接腳定義：

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

6. 焊接與組裝指南

6.1 焊接參數

建議焊接條件：260°C 持續3秒，烙鐵頭位置需在顯示器本體安裝平面下方至少1.6毫米（1/16英吋）處，以防止對塑膠和LED造成熱損傷。

6.2 應用注意事項（關鍵設計考量）

• 驅動電路設計：為確保一致的性能與壽命，建議使用恆流驅動。電路設計必須能適應V_F的全範圍（2.1V至2.6V），以確保始終提供預期的驅動電流。
• 電流與溫度：超過建議的驅動電流或操作溫度可能導致嚴重的光輸出衰減或提早失效。在高環境溫度下，安全操作電流必須降額使用。
• 保護：驅動電路應包含防止逆向電壓以及開機/關機期間瞬態電壓尖峰的保護措施。應絕對避免逆向偏壓，因為它可能導致金屬遷移，增加漏電流或造成短路。
• 機械處理：避免使用不適當的工具或方法對顯示器本體施加異常力量。
• 凝露：在潮濕環境中避免環境溫度快速變化，以防止顯示器上產生凝露。
• 濾光片/覆蓋層貼附：如果使用壓敏黏著劑貼附圖案薄膜，請避免讓其直接壓在前方面板/蓋板上，因為外力可能使其移位。

7. 儲存條件

正確的儲存對於防止接腳氧化至關重要。

• 對於LED顯示器（插件式）：儲存在原始包裝中。建議條件：溫度5°C至30°C，濕度低於60% RH。不建議長期大量庫存。
• 對於SMD LED顯示器（通用指南）：
  • 密封袋中：5°C至30°C，<60% RH。
  • 已開封袋：5°C至30°C，<60% RH，需在168小時內使用（MSL Level 3）。
  • 若開封超過168小時，焊接前需在60°C下烘烤24小時。
• 一般保存期限：建議顯示器自出貨日起12個月內使用，且不應暴露於高濕度或腐蝕性氣體環境中。

8. 應用建議

8.1 目標市場與典型應用

本顯示器適用於普通電子設備，包括：

• 辦公設備（計算機、桌鐘）。
• 通訊設備。
• 家用電器（微波爐、烤箱、洗衣機計時器）。
• 工業控制面板（簡單計數器、計時器）。
• 測試與量測設備。

重要注意事項：對於故障可能危及生命或健康的應用（航空、醫療、安全系統），必須事先諮詢製造商。製造商對於因未遵守額定值與說明而造成的損害不承擔責任。

8.2 設計考量與最佳實務

1. 限流：始終使用串聯電阻或恆流驅動器來設定顯示段電流。根據電源電壓與在所需電流下的最大V_F來計算電阻值。
2. 多工掃描：對於多位數應用，多工掃描是常見做法。確保多工方案中的峰值電流不超過60mA額定值，且平均電流保持在25mA限制內。
3. 熱管理：在密閉空間或高環境溫度下，需考量電流降額係數（0.28 mA/°C）。必要時提供足夠的通風。
4. 視角：寬廣的視角允許在最終產品的殼體內靈活放置。
5. 多位數使用的分級：如反覆強調，為確保多位數陣列的外觀均勻，應選用來自相同發光強度分級的顯示器。

9. 技術比較與定位

雖然規格書中未直接與其他型號比較，但可以推斷LSHD-5601的主要差異點：

• 相較於較小顯示器（例如0.3英吋）：由於其較大的0.56英吋數位高度，從遠處觀看具有更好的可見性。
• 相較於紅色或黃色顯示器：綠色LED在人眼主觀感受上通常更明亮，且可能具有不同的順向電壓特性（V_F約2.6V，而許多紅色LED約為1.8-2.2V）。
• 相較於共陰極顯示器：共陽極配置對於微控制器以吸收電流（將接腳驅動為低電位）來啟動顯示段的系統是有利的，這是一種常見配置。
• 優勢：高亮度、優異的均勻性（透過分級）、寬廣視角以及符合RoHS規範是其核心優勢。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

1. 問：兩個共陽極接腳（3和8）的用途是什麼？
   答：它們在內部相連。擁有兩個接腳提供了機械穩定性、更好的電流分佈，並允許PCB佈線的靈活性（可從任一端供電）。
2. 問：我可以用5V電源驅動此顯示器嗎？
   答：可以，但您必須為每個顯示段串聯一個限流電阻。對於目標電流10mA和典型V_F2.6V，電阻值為 R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。請始終以最壞情況（最小V_F）計算，以避免超過電流限制。
3. 問：為什麼逆向偏壓對這個LED如此危險？
   答：施加逆向電壓（即使是I_R測試所用的5V）可能導致半導體接面內金屬原子的電遷移，從而增加漏電流或造成永久短路。規格書明確禁止連續逆向操作。
4. 問：如何實現不同的亮度等級？
   答：亮度主要由順向電流（I_F）控制。在恆流驅動器上使用PWM（脈衝寬度調變）是最有效的調光方法，因為它不像類比電壓/電流降低那樣會影響顏色一致性。

11. 實際使用案例

情境：為實驗室設備設計一個簡單的4位數遞增計時器。

1. 元件選擇：選擇四個LSHD-5601顯示器，因其清晰度與尺寸合適。
2. 電路設計：選擇具有足夠I/O接腳的微控制器。設計採用共陽極配置，因此微控制器埠接腳連接到顯示段陰極（透過限流電阻）。每個數位的共陽極接腳連接到一個由獨立微控制器接腳控制的PNP電晶體（或N通道MOSFET），以實現多工掃描。
3. 電流計算：對於具有4位數（1/4工作週期）的多工設計，要達到10mA的平均顯示段電流，其有效時段的峰值電流將為40mA。這在60mA的峰值額定值內。據此計算電阻：R = (V_電源- V_{F_最大值}- V_{CE_飽和}) / I_峰值.
4. 分級：訂購所有四個顯示器時，指定相同的發光強度分級代碼，以確保整個計時器的亮度均勻。
5. 軟體：微控制器韌體循環掃描每個數位，打開相應的電晶體，並以計算好的時序點亮該數位所需的顯示段，以實現所需的工作週期並避免閃爍。

12. 工作原理簡介

LSHD-5601基於發光二極體（LED）技術。當施加超過二極體導通閾值（對於這些綠色LED約為2.1-2.6V）的順向電壓於一個顯示段時，電子與電洞在主動半導體區域（由GaP或AlInGaP材料製成的p-n接面）中復合。此復合過程以光子（光）的形式釋放能量。特定的半導體材料成分決定了發射光的波長（顏色）——在此案例中為綠色（約569 nm）。七個顯示段（A-G）和小數點（DP）是空間排列以形成數字符號的獨立LED晶片。將它們以共陽極配置進行電氣連接，可透過微控制器進行高效控制。

13. 技術趨勢與背景

雖然像LSHD-5601這樣的獨立七段LED顯示器對於需要簡單、可靠且高度可見的數值讀數的特定應用仍然至關重要，但更廣泛的產業趨勢是顯而易見的：

• 整合化：業界正朝向透過串列介面（I2C，SPI）控制的整合多位數模組或點矩陣顯示器發展，以減少微控制器I/O和驅動元件的數量。
• 先進材料：如本規格書所述，使用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）製造綠色和紅色LED，代表著相較於舊的GaP技術的進步，提供了更高的效率與亮度。
• 應用轉變：對於複雜的字母數字或圖形資訊，LCD、OLED和TFT更為常見。然而，LED段式顯示器在需要高亮度、寬廣溫度範圍操作、長壽命和簡單性的環境中仍保有強大優勢——確保了它們在工業、家電和儀器市場中的持續相關性。
• 封裝：LSHD-5601的無鉛、符合RoHS的封裝反映了影響所有電子元件的全球環保法規趨勢。