LTC-2621JG LED顯示器規格書 - 0.28英吋字高 - 綠色 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-2621JG是一款緊湊型、高效能的三位數數值顯示模組，專為需要清晰、明亮數值讀數的應用而設計。其主要功能是使用固態LED技術，以視覺方式呈現三位數的數值資料。其採用的核心技術是在GaAs基板上生長的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）磊晶層，此材料系統專為產生高效率的綠光發射而設計。相較於標準GaP等舊技術，選擇此材料系統是因為其卓越的發光效率和色彩純度，即使在較低的驅動電流下也能提供出色的亮度和字元外觀。該元件被歸類為共陽極、多工顯示器，這意味著每個數位的所有陽極在內部連接在一起，可透過分時多工技術，以更少的微控制器I/O接腳來有效控制多個數位。

1.1 主要特性與優勢

此顯示器提供多項獨特優勢，使其適用於廣泛的工業、消費性電子和儀器應用。

• 光學性能：其字元高度為0.28英吋（7.0毫米），具有連續、均勻的筆劃，消除了間隙，呈現乾淨、專業的外觀。高亮度與高對比度的結合，確保了在各種環境光照條件下都具有極佳的可讀性。廣視角允許從偏軸位置也能清晰地讀取顯示內容。
• 電氣效率：該元件功耗低，有助於實現節能的系統設計。採用AlInGaP技術，能以相對較低的順向電流提供高發光強度。
• 可靠性與一致性：作為固態元件，它具有高可靠性，無活動部件，並能抵抗衝擊和振動。元件根據發光強度進行分級，確保不同顯示器之間的亮度水平一致，這對於多單元產品至關重要。
• 環保合規性：封裝為無鉛設計，符合RoHS（有害物質限制）指令，使其適用於在環保法規嚴格的市場銷售的產品。

1.2 實體描述

顯示器具有灰色面板，有助於吸收環境光並提高對比度。筆劃本身在通電時會發出白光，光線穿過灰色面板形成可見的字元。選擇這種組合是為了達到最佳的可讀性。該元件為三位數顯示器，意味著它可以顯示從000到999的數字。

2. 技術規格詳解

本節對規格書中指定的電氣、光學和熱參數進行詳細、客觀的分析。理解這些限制和特性對於可靠的電路設計至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了應力極限，超過此極限可能會對元件造成永久性損壞。不保證在或超過這些極限下操作，應予以避免。

• 每筆劃功耗：70 mW。這是單個LED筆劃可以安全地以熱量形式散發的最大功率。超過此值可能導致過熱、壽命縮短或故障。
• 每筆劃峰值順向電流：60 mA（在1 kHz，25%工作週期下）。這是筆劃在脈衝條件下可以處理的最大瞬時電流。對於連續直流操作，連續順向電流額定值是限制因素。
• 每筆劃連續順向電流：25°C時為25 mA。當環境溫度（Ta）超過25°C時，此電流必須以0.28 mA/°C的速率線性降額。例如，在85°C時，允許的最大連續電流為：25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA =8.2 mA.
• 每筆劃逆向電壓：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能導致崩潰並損壞LED接面。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。該元件額定可在此寬廣的溫度範圍內工作和儲存，使其適用於惡劣環境。
• 焊接條件：260°C 持續3秒，烙鐵頭至少位於元件安裝平面下方1/16英吋（約1.6毫米）處。這是標準的無鉛迴焊溫度曲線指南，旨在防止組裝過程中的熱損壞。

2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

這些是在指定測試條件下測得的典型性能參數。設計人員應使用這些數值進行電路計算。

• 平均發光強度 (I_V)：在 I_F= 1 mA 時，320 μcd（最小值），692 μcd（典型值）。這是光輸出的量度。寬廣的範圍表示使用了分級系統；設計人員必須考慮最小值，以確保所有單元都具有足夠的亮度。
• 峰值發射波長 (λ_p)：在 I_F= 20 mA 時，571 nm（典型值）。這是LED發射最多光功率的波長，位於光譜的綠色區域。
• 譜線半高寬 (Δλ)：15 nm（典型值）。這表示光譜純度；寬度越窄，表示綠色越純正、飽和。
• 主波長 (λ_d)：572 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，與此綠色LED的峰值波長非常接近。
• 每筆劃順向電壓 (V_F)：在 I_F= 20 mA 時，2.05 V（最小值），2.6 V（典型值）。這是LED導通時的跨壓。限流電阻值必須使用最大V_F來計算，以保證所需的最小電流。
• 每筆劃逆向電流 (I_R)：在 V_R= 5 V 時，100 μA（最大值）。這是當LED在其最大額定值內被逆向偏壓時流動的小漏電流。
• 發光強度匹配比：2:1（最大值）。這規定了在相似光區域（通常在一個數位內或跨數位）內，任意兩個筆劃之間的亮度差異不會超過兩倍。這確保了視覺均勻性。

3. 分級系統說明

規格書明確指出該元件根據發光強度進行分類。這指的是生產後的分級過程。

• 發光強度分級：製造後，LED會根據其在標準測試電流（此處為1 mA）下測得的光輸出進行測試和分類（分級）。LTC-2621JG規定了最小值320 μcd和典型值692 μcd。元件被分組到具有更嚴格強度範圍的級別中（例如，320-400 μcd、400-500 μcd等）。這使得客戶可以為產品中的多個顯示器選擇一個級別，以確保亮度一致。規格書提供了整體範圍；具體的分級代碼通常可向製造商索取以供訂購。
• 順向電壓：雖然未明確提及進行分級，但提供的範圍（2.05V至2.6V）表明了自然變異。對於功耗或驅動電路設計至關重要的設計，可能需要諮詢製造商以獲取電壓分級資訊。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未提供具體圖表，但我們可以推斷其標準內容和重要性。

• 相對發光強度 vs. 順向電流 (I_V/ I_F曲線)：此圖表將顯示光輸出如何隨著驅動電流增加。它通常是非線性的，效率（每mA的光輸出）在非常高的電流下通常會降低。此曲線有助於設計人員選擇平衡亮度和效率的工作電流。
• 順向電壓 vs. 順向電流 (V_F/ I_F曲線)：這顯示了LED二極體的指數型I-V特性。對於設計限流電路至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：此曲線說明了光輸出如何隨著接面溫度升高而降低。對於在高環境溫度或高驅動電流下運作的應用至關重要，因為它可能需要降額或散熱。
• 光譜分佈：顯示跨波長的相對光功率圖，中心約在571-572 nm，半高寬約15 nm，確認了綠色光發射。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖面

該元件採用標準的雙列直插式封裝（DIP）格式，適用於通孔PCB安裝。關鍵尺寸註記為：所有尺寸均以毫米為單位，除非特定特徵有不同標註，否則一般公差為±0.25毫米（約±0.01英吋）。設計人員必須參考詳細的機械圖面（提供的文本中未完全詳述）以獲取精確的孔距、接腳直徑、本體寬度、高度和數位間距，從而創建準確的PCB封裝並確保在外殼內正確安裝。

5.2 接腳連接與內部電路

顯示器有16個接腳位置，但並非所有位置都裝有實體接腳（接腳10、11和14標示為NO PIN）。接腳9為NO CONNECTION。內部電路圖顯示了多工共陽極配置。

• 共陽極：接腳2、5、8和13是共陽極接腳。接腳2控制數位1，接腳5控制數位2，接腳8控制數位3。接腳13是三個冒號指示燈LED（L1、L2、L3）的共陽極。
• 筆劃陰極：其他接腳是特定筆劃（A、B、C、D、E、F、G、DP）和指示燈的陰極。例如，要點亮數位1上的'A'筆劃，電路必須將A筆劃的陰極（接腳15）接地，同時對數位1的陽極（接腳2）施加正電壓。
• 右側小數點：描述中註明Rt.Hand Decimal，且接腳3是D.P.（小數點）的陰極，表示小數點位於三個數位的右側。

6. 焊接與組裝指南

遵守指定的焊接條件對於長期可靠性至關重要。

• 手工焊接：如果需要手工焊接，指南是使用260°C的烙鐵，每個接腳最多焊接3秒。烙鐵頭必須定位在顯示器本體安裝平面下方至少1.6毫米處，以防止過多熱量沿著接腳向上傳遞，損壞內部環氧樹脂或焊線。
• 波峰焊或迴焊：對於自動化製程，峰值溫度為260°C的標準無鉛溫度曲線是合適的。該元件的儲存和工作溫度範圍（-35°C至+85°C）表明它可以承受典型的SMT迴焊熱循環，儘管通孔封裝表明波峰焊是主要預期方法。
• 儲存條件：元件應儲存在其原始的防潮袋中，環境應在儲存溫度範圍內（-35°C至+85°C）且濕度低，以防止引腳氧化。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

LTC-2621JG非常適合任何需要清晰、可靠且低功耗數值顯示的嵌入式系統。

• 測試與測量設備：三用電錶、頻率計數器、電源供應器、感測器讀數顯示。
• 工業控制：用於溫度、壓力、轉速的儀錶板，機械上的計數顯示器。
• 消費性家電：微波爐、數位時鐘、音響設備調諧器、體重計。
• 汽車改裝市場：用於輔助系統（電壓、溫度）的儀錶和顯示器。

7.2 設計考量與驅動電路

使用此顯示器進行設計需要特別注意驅動方法。

• 多工驅動器：微控制器必須以高刷新率（通常>100 Hz）依序啟動每個數位的共陽極（接腳2、5、8），同時輸出該數位對應的筆劃陰極圖案。這種視覺暫留現象創造了所有數位同時點亮的錯覺。冒號陽極（接腳13）可以單獨驅動或包含在多工序列中。
• 電流限制：每個筆劃陰極線路必須串聯一個限流電阻。電阻值使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F 計算。使用規格書中的最大V_F（2.6V）以確保始終達到所需的最小I_F。例如，使用5V電源供應，目標I_F為10 mA：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。標準的220 Ω或270 Ω電阻是合適的。
• 功耗：確保每筆劃功率（V_F* I_F）不超過70 mW，並如第2.1節所述，在高環境溫度下對連續電流進行降額。
• 視角：廣視角允許在相對於使用者的安裝位置上具有靈活性。

8. 技術比較與差異化

與其他顯示技術和舊型LED相比，LTC-2621JG提供了特定的優勢。

• 相較於標準GaP綠色LED：AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同電流下實現更亮的顯示，或在更低功率下實現等效亮度。顏色也是更鮮豔、純正的綠色。
• 相較於LCD顯示器：LED是自發光的，意味著它們產生自己的光，在低光或直射陽光條件下無需背光即可提供卓越的亮度和可讀性。它們還具有更快的響應時間和更寬的工作溫度範圍。權衡點在於顯示許多筆劃時通常功耗較高。
• 相較於更大或更小的數位顯示器：0.28英吋的高度在可見性和電路板空間消耗之間提供了良好的平衡，介於較小的指示燈和較大的面板儀錶之間。
• 相較於未分級的顯示器：發光強度分類是應用中的一個關鍵差異化因素，這些應用需要在多個單元之間保持視覺一致性，例如在具有多個相同讀數的產品線或控制面板中。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q1: "NO PIN"和"NO CONNECTION"接腳的目的是什麼？

A1: "NO PIN"表示實體接腳從封裝中省略，在接腳列中留下一個間隙。"NO CONNECTION"（接腳9）表示存在實體接腳，但未與顯示器內部的任何電路連接。這些通常包含在內是為了使封裝尺寸與可能使用這些接腳的同系列其他顯示器標準化。

Q2: 如何計算合適的限流電阻？

A2: 使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F。在計算中始終使用規格書中的最大值 V_F（2.6V），以確保在所有條件下都能達到所需的最小電流。選擇等於或略低於計算值的標準電阻值。

Q3: 我可以用恆定直流電流驅動此顯示器而不進行多工嗎？

A3: 技術上可以，但效率非常低。您需要將所有三個數位的陽極連接在一起，並持續向每個筆劃陰極供電。與多工設計相比，這將消耗3倍的電流（對於三個相同的數位），並且如果所有筆劃都點亮，很可能會超過最大連續電流額定值。多工是預期且最佳的方法。

Q4: "發光強度匹配比2:1"在實際中意味著什麼？

A4: 這意味著在定義的相似光區域（可能在一個顯示器內），最暗的筆劃亮度不低於最亮筆劃亮度的一半。這確保了數字"8"（所有筆劃點亮）看起來均勻，不會有某些筆劃明顯比其他筆劃暗。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計數位電壓錶讀數顯示

一位設計師正在創建一個0-30V直流電壓錶。微控制器的ADC讀取電壓，將其轉換為0.00到30.00之間的值，並需要顯示在三個數位和一個小數點上（顯示十分之一伏特，例如"12.3"）。

1. 硬體介面：設計師使用4個微控制器接腳配置為數位輸出，以控制三個數位陽極（接腳2、5、8）和冒號/小數點陽極（接腳13）。另外8個接腳配置為數位輸出（或使用移位暫存器）來控制筆劃陰極（A-G、DP）。
2. 軟體常式：韌體以500 Hz運行一個計時器中斷。在每個中斷週期中：
   
   - 關閉所有陽極接腳。
   
   - 將數位1（百位）的筆劃圖案輸出到陰極接腳。
   
   - 開啟數位1的陽極接腳（接腳2）。
   
   - 等待短暫延遲。
   
   - 對數位2（十位，接腳5）和數位3（個位，接腳8）重複此過程，當數位2啟動時包括小數點陰極（接腳3）。
3. 電流計算：為了獲得良好的亮度和低功耗，目標筆劃電流為5 mA，使用5V電源：R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 Ω。一個470 Ω的電阻串聯在8個筆劃陰極線路的每一條上。
4. 結果：顯示器顯示穩定、明亮、帶有小數點的三位數電壓讀數，同時消耗最少的微控制器I/O和功率。

11. 技術原理介紹

核心工作原理基於半導體PN接面的電致發光。在AlInGaP材料系統中，當施加超過接面內建電位（約2V）的順向電壓時，來自N型區域的電子和來自P型區域的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子在主動區域（AlInGaP磊晶層的量子阱）中復合時，它們以光子（光粒子）的形式釋放能量。鋁、銦、鎵和磷原子的特定組成決定了半導體的能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於LTC-2621JG，此組成被調整為產生波長約572 nm的光子，人眼將其感知為綠光。灰色面板充當對比度增強濾光片，吸收環境光，使發射的綠色筆劃看起來更亮、更銳利。

12. 技術趨勢與背景

像LTC-2621JG這樣的顯示器代表了光電技術中一個成熟且高度優化的領域。此類指示器級顯示器的趨勢一直是提高效率（每瓦更多光）、透過先進分級提高一致性，以及符合環保法規（無鉛、無鹵）。雖然OLED等新技術提供了靈活性和高對比度，但傳統的筆劃式LED顯示器在需要高亮度、極端可靠性、寬溫操作和低每數位成本的應用中仍保持強勢地位。從舊的GaP:N轉向AlInGaP是綠色和黃色LED性能的重要一步。未來的發展可能集中在進一步提高效率和整合度，例如內建驅動器或串列介面（如I2C或SPI）的顯示器，減少多工所需的微控制器開銷。然而，基本的通孔、多工共陽極顯示器由於其簡單性、穩健性以及與通用微控制器的直接介面能力，仍然是一個基礎且廣泛使用的元件。