LTC-2621JD-04 LED顯示器規格書 - 0.28英吋字高 - 超紅光(650nm) - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-2621JD-04是一款緊湊型、高效能的三位數七段顯示模組，專為需要清晰數字讀數的應用而設計。其主要功能是在電子設備中提供視覺數字輸出。此裝置的核心優勢在於其採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造LED晶片，這些晶片製作在不透明的GaAs基板上。這種組合產生了標誌性的超紅光發射。顯示器採用灰色面板搭配白色段位，增強了對比度和可讀性。目標市場包括工業儀表、消費性電子產品、測試與量測設備，以及任何需要可靠、低功耗數字顯示的嵌入式系統。

1.1 主要特點與優勢

• 字元高度：0.28英吋（7.0毫米），在尺寸與可見度之間取得良好平衡。
• 段位設計：連續均勻的段位，提供出色的字元外觀與美學。
• 電源效率：低功耗需求，適合電池供電或注重能源效率的應用。
• 光學性能：高亮度與高對比度，確保在各種照明條件下的可讀性。
• 視角：寬廣視角，允許從偏軸位置讀取顯示內容。
• 可靠性：固態可靠性，無活動部件，帶來長使用壽命。
• 品質控制：裝置根據發光強度進行分類，確保不同生產批次的亮度一致性。

2. 技術規格深入解析

本節根據規格書，對裝置的關鍵技術參數提供詳細、客觀的分析。

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應力極限。不保證在或超過這些極限下操作。

• 每段功耗：最大70毫瓦。這限制了單一段位可作為熱量消散的最大連續功率。
• 每段峰值順向電流：最大90毫安，但僅在特定脈衝條件下：1/10工作週期和0.1毫秒脈衝寬度。此額定值適用於多工掃描或短時間高亮度脈衝。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25毫安。當環境溫度（Ta）超過25°C時，此電流以每°C 0.33毫安的速率線性遞減。例如，在85°C時，最大允許連續電流約為：25毫安 - ((85°C - 25°C) * 0.33毫安/°C) = 5.2毫安。
• 每段逆向電壓：最大5伏特。超過此值可能導致接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-35°C 至 +85°C。裝置設計在此環境溫度範圍內運作。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6毫米處。這對於波焊或迴焊製程至關重要，以防止熱損壞。

2.2 電氣與光學特性（於Ta=25°C）

這些是在指定測試條件下的典型操作參數。

• 平均發光強度（I_V）：範圍從200微燭光（最小）到600微燭光（最大），並有隱含的典型值。在順向電流（I_F）為1毫安時測量。這是感知亮度的關鍵參數。
• 峰值發射波長（λ_p）：650奈米（典型）。這是光譜輸出最強的波長，定義了超紅光的顏色。
• 光譜線半高寬（Δλ）：20奈米（典型）。這表示光譜純度；數值越小表示光越接近單色光。20奈米是AlInGaP紅光LED的典型值。
• 主波長（λ_d）：639奈米（典型）。這是人眼感知到的、與LED顏色匹配的單一波長，通常與峰值波長略有不同。
• 每段順向電壓（V_F）：範圍從2.1伏特（最小）到2.6伏特（最大），在I_F=20毫安時典型值為2.6伏特。這對於設計限流電路至關重要。
• 每段逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5伏特時，最大100微安。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：最大2:1。這規定了單一裝置內最亮與最暗段位/數字之間的最大允許比率，確保均勻性。

測量注意事項：發光強度是使用近似於CIE明視覺響應曲線的感測器和濾光片進行測量，確保測量結果與人類亮度感知相關。

3. 分級與分類系統

規格書明確指出裝置根據發光強度進行分類。這意味著存在分級過程。

• 發光強度分級：為I_V指定的寬範圍（200-600微燭光）表明生產零件經過測試並分類到不同的強度等級中。設計師可以為需要特定亮度水平或多個顯示器間嚴格均勻性的應用選擇等級。
• 順向電壓：指定的範圍（2.1-2.6伏特）也可能導致電壓分級，這對於大型陣列的電源供應設計可能很重要。
• 波長：雖然給出了λ_p和λ_d的典型值，但可能提供針對特定色座標的緊容差分級，儘管在此摘要規格書中未詳細說明。

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曲線）：此圖表將顯示光輸出如何隨電流增加，通常以次線性方式，突顯高電流下的效率下降。
• 順向電壓 vs. 順向電流：顯示二極體的I-V特性，對於計算串聯電阻值或設計恆流驅動器至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示光輸出如何隨溫度升高而降低，這是熱管理的關鍵因素。
• 光譜分佈：相對強度 vs. 波長的圖表，顯示在約650奈米處的峰值和20奈米的半高寬。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該裝置採用標準LED顯示器封裝。所有尺寸均以毫米（mm）為單位。除非特定特徵有不同的標註，否則一般公差為±0.25毫米（≈±0.01英吋）。確切的尺寸圖在規格書中引用，但此處未詳細說明。關鍵方面包括總長度、寬度和高度、數字間距、引腳間距和引腳尺寸。

5.2 接腳連接與內部電路

LTC-2621JD-04是一款多工共陽極裝置。這意味著每個數字的陽極在內部按數字連接在一起，而每種段位類型（A-G、DP）的陰極則在各數字間共用。

接腳定義（16接腳封裝）：

• 接腳1：陰極D
• 接腳2：共陽極（數字1）
• 接腳3：陰極D.P.（小數點）
• 接腳4：陰極E
• 接腳5：共陽極（數字2）
• 接腳6：陰極C
• 接腳7：陰極G
• 接腳8：共陽極（數字3）
• 接腳9：無連接
• 接腳10：無接腳
• 接腳11：無接腳
• 接腳12：陰極B
• 接腳13：L1、L2、L3的共陽極（可能是冒號或其他標記）
• 接腳14：無接腳
• 接腳15：陰極A
• 接腳16：陰極F

內部電路圖：示意圖顯示三個共陽極節點（每個數字一個）連接到接腳2、5和8。每個段位陰極（A-G、DP）是一個單一節點連接到其各自的接腳，每個數字中該段位的LED連接在該數字的共陽極和共用的段位陰極之間。這種結構非常適合多工驅動。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是焊接的絕對最大額定值：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6毫米處。

• 迴焊：標準的無鉛迴焊溫度曲線，峰值溫度不超過260°C，且高於240°C的時間非常短，應可相容。1.6毫米的測量點對於曲線驗證至關重要。
• 波焊：可行，但必須仔細控制接觸時間和溫度，以滿足260°C/3秒的限制。
• 手動焊接：使用溫控烙鐵。將熱量施加到PCB焊墊上，而不是直接施加到LED引腳，並快速完成焊接點。
• 儲存條件：在指定的儲存溫度範圍（-35°C至+85°C）內，儲存在乾燥、防靜電的環境中。若暴露於潮濕環境，濕度敏感裝置在使用前可能需要烘烤。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

多工共陽極配置需要驅動電路。典型設計使用：

• 微控制器或驅動IC：用於控制時序和數據。
• 數字驅動器：PNP電晶體或專用高側開關，將電流灌入共陽極接腳（2、5、8、13）。
• 段位驅動器：微控制器埠或低側驅動IC（如具有開汲極輸出的74HC595移位暫存器或專用LED驅動器），從段位陰極接腳（1、3、4、6、7、12、15、16）提供電流。
• 限流電阻：使用恆壓驅動時，每個段位陰極線路（而非每個段位LED）需要一個電阻。電阻值使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F計算。對於5V電源，I_F=10毫安，V_F=2.6V，則 R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。為獲得更好的均勻性，建議使用恆流驅動器。

7.2 設計考量

• 多工掃描頻率：使用足夠高的刷新率以避免可見閃爍（通常每個數字>60 Hz，因此3個數字的掃描速率>180 Hz）。
• 峰值電流 vs. 亮度：為了在保持連續電流額定值範圍內實現高平均亮度，可使用具有較高峰值電流（最高可達90毫安脈衝額定值）的多工掃描。例如，以1/3工作週期（3個數字）驅動，峰值電流30毫安，則每個段位的平均電流為10毫安。
• 熱管理：確保PCB佈局允許散熱，特別是在接近最大額定值驅動時。高環境溫度將需要電流遞減。
• 靜電放電（ESD）保護：LED對靜電放電敏感。組裝時應採取適當的ESD預防措施。

8. 技術比較與差異化

與標準GaP紅光LED或更大數字顯示器等舊技術相比，LTC-2621JD-04提供特定優勢：

• AlInGaP vs. GaAsP/GaP：AlInGaP技術提供顯著更高的發光效率，從而實現更高的亮度以及在環境光下更好的可見度。超紅光顏色也更鮮豔。
• 小數字高度（0.28英吋）：與0.5英吋或更大的數字相比，提供節省空間的解決方案，適合緊湊型設備，同時比非常小的SMD七段模組更大、更易讀。
• 灰色面板/白色段位：當段位熄滅時，這種表面處理提供高對比度，與全黑或全灰面板相比，改善了整體顯示美觀度和可讀性。
• 強度分級：這種分級提供了低成本顯示器中不一定具備的品質控制和可預測性。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：共陽極配置的目的是什麼？

A1：共陽極簡化了多工掃描。您一次點亮一個數字，方法是向其陽極接腳施加正電壓，同時將要點亮的段位的陰極接地。這將所需的驅動接腳數量從（7段 + 1小數點）* 3數字 = 24個減少到3個陽極 + 8個陰極 = 11個。

Q2：如何計算驅動此顯示器的電阻值？

A2：使用歐姆定律：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大V_F（2.6伏特），以確保即使對於高V_F的零件，電阻上也有足夠的電壓降。根據所需亮度選擇I_F，並保持在連續（25°C時25毫安）或脈衝額定值範圍內。

Q3：我可以用3.3伏特微控制器驅動此顯示器嗎？

A3：可能，但有局限性。如果V_F是2.6伏特，在3.3伏特下，限流電阻僅剩0.7伏特。對於10毫安電流，R=70Ω。這個低電阻值是可行的，但V_F的變化將導致顯著的亮度變化。為獲得穩定性能，建議使用恆流驅動器或升壓轉換器來提供更高的電源電壓（如5伏特）。

Q4：發光強度匹配比2:1是什麼意思？

A4：這意味著在單個LTC-2621JD-04單元內，在相同條件下（I_F=1毫安）測量時，最亮的段位或數字不會比最暗的段位或數字亮超過兩倍。這確保了視覺均勻性。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計便攜式數位萬用表顯示器

LTC-2621JD-04是一個絕佳的選擇。其0.28英吋數字高度易讀。低功耗需求對於電池壽命至關重要。多工設計最小化了微控制器接腳數量。設計將使用微控制器的計時器以約200 Hz的頻率循環掃描數字1、2和3。段位數據將從查找表中獲取。為了節省電力，顯示亮度（I_F）可以根據光電晶體感測到的環境光進行動態調整。高對比度的灰/白面板確保在黑暗和明亮的工坊環境中都具有可讀性。AlInGaP超紅光LED提供了清晰、引人注目的讀數。

11. 技術原理介紹

LTC-2621JD-04基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，該材料外延生長在GaAs（砷化鎵）基板上。使用不透明的GaAs基板是因為它會吸收發射光，但AlInGaP主動層具有足夠高的內部效率，使足夠的光從晶片頂部逸出。當順向電壓施加在p-n接面兩端時，電子和電洞被注入主動區域。它們的復合以光子的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中約為650奈米（紅色）。七段格式是通過將多個微小的LED晶片（或具有多個隔離接面的單一晶片）放置在圖案化的光學透鏡/擴散器下，以形成可識別的數字段位。

12. 技術趨勢與背景

雖然此特定裝置使用穿孔技術，但基礎的AlInGaP材料系統仍然高度相關。顯示技術的趨勢包括：

• 小型化：朝向表面黏著裝置（SMD）封裝發展，以實現自動化組裝，即使是多位數顯示器也是如此。
• 整合：將LED陣列與驅動IC結合在單一封裝或模組中，以簡化設計。
• 先進材料：持續研究如GaN基（用於藍/綠/白光）和AlInGaP等材料，以實現更高效率和新的顏色。對於紅/橙/黃光，AlInGaP是主導的高性能技術。
• 應用轉變：雖然離散式七段顯示器已經成熟，但它們在簡單性、成本、可靠性和高可見度至關重要的應用中（工業控制、家電、儀器儀表）仍然至關重要。它們與OLED和LCD等新技術共存，每種技術根據視角、陽光下可讀性、功耗和成本等因素服務於不同的市場利基。

LTC-2621JD-04代表了在這個不斷發展的格局中一個穩健、成熟的解決方案，為其目標應用提供了性能、可靠性和成本之間經過驗證的平衡。