LTS-3861JR LED顯示器規格書 - 0.3英吋字高 - 2.6V順向電壓 - 超紅光 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-3861JR是一款單位的七段式LED顯示器模組，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其主要功能是透過選擇性點亮七個獨立發光段及一個可選的小數點，以視覺方式呈現數字字元（0-9）及部分有限的英數字元符號。

其核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料製作LED晶片。此材料系統以能製造高效率紅光與琥珀光LED而聞名。晶片製作於不透明的GaAs（砷化鎵）基板上，有助於減少內部光散射與反射，從而提升對比度。本裝置採用灰色面板與白色段體顏色，能增強點亮的紅色發光段在背景上的對比度與可讀性。

此顯示器依據發光強度進行分類，意即元件會經過分選或測試，以確保其符合特定的亮度標準，為生產批次提供一致的性能表現。

1.1 主要特點與優勢

• 緊湊尺寸：具備0.3英吋（7.62 mm）的字元高度，適合空間受限的面板與裝置。
• 光學品質：提供連續均勻的發光段，呈現平滑、專業的字元外觀，無間隙或不規則。
• 高效能：提供高亮度與高對比度，確保極佳的視覺清晰度。
• 廣視角：從廣泛的視角範圍內都能提供清晰的讀數。
• 低功耗：設計功耗需求低，具備能源效率。
• 高可靠性：受益於固態元件的可靠性，無活動零件，使用壽命長。

2. 技術規格詳解

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。不建議在此極限外操作。

• 每段功耗：最大70 mW。這是單一LED發光段可安全以熱能形式散發的最大功率。
• 每段峰值順向電流：最大90 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）使用，以防止過熱。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25 mA。當環境溫度（Ta）超過25°C時，此電流必須以每°C 0.33 mA的線性比例降額。
• 每段逆向電壓：最大5 V。超過此值可能擊穿LED的PN接面。
• 操作溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：最高260°C，持續時間最長3秒，測量點位於元件本體下方1.6mm（1/16英吋）處（PCB上的安裝平面）。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度（Ta）25°C下量測，定義了典型操作性能。

• 平均發光強度（I_V）：在順向電流（I_F）為1 mA時，範圍從200 μcd（最小）到600 μcd（最大）。這是人眼感知亮度的量度。
• 峰值發射波長（λ_p）：在I_F=20mA時，典型值為639 nm。這是光學輸出功率最大的波長。
• 譜線半高寬（Δλ）：在I_F=20mA時，典型值為20 nm。這表示光譜純度；數值越小表示顏色越接近單色光。
• 主波長（λ_d）：在I_F=20mA時，典型值為631 nm。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色（超紅光）。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，範圍從2.0 V（最小）到2.6 V（最大）。這是LED工作時兩端的電壓降。
• 每段逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大100 μA。這是LED處於逆向偏壓時的小量漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：在I_F=1mA時，最大2:1。此規格定義了單一裝置內不同發光段之間允許的最大亮度變化，確保外觀均勻。

註：發光強度量測遵循CIE（國際照明委員會）人眼響應曲線標準。

3. 分級與分類系統

LTS-3861JR主要採用針對發光強度的分類系統。這意味著在製造過程中，元件會根據其在標準測試電流（通常為1mA或20mA）下量測到的亮度進行測試並分選到不同的等級或類別中。這讓設計師能為其應用選擇亮度水平一致的零件，防止在多位的顯示器中，多個數字間的顯示亮度出現明顯差異。規格書指定了一個範圍（200-600 μcd），產品保證會落在這個範圍內的指定子範圍中。

4. 性能曲線分析

規格書中引用了對設計至關重要的典型特性曲線。雖然提供的文本中未顯示，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F曲線）：顯示指數關係。對於設計限流電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_V-I_F曲線）：顯示亮度如何隨電流增加，通常在效率下降前的操作範圍內呈近似線性關係。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_V-T_a曲線）：說明當接面溫度上升時，光輸出會下降，凸顯了熱管理與電流降額的重要性。
• 光譜分佈：顯示跨波長的相對光功率圖，以639 nm峰值為中心，寬度由20 nm半高寬定義。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

本裝置有定義的封裝外型。所有尺寸均以毫米（mm）為單位提供，標準公差為±0.25 mm，除非另有說明。關鍵尺寸包括封裝的總高度、寬度和深度、數字視窗尺寸以及發光段之間的間距。

5.2 接腳配置與內部電路

LTS-3861JR是一款共陽極裝置。這意味著所有LED發光段（A-G及DP）的陽極在內部連接並引出至共用的接腳（接腳1和接腳6）。每個發光段的陰極則引出至個別的接腳。要點亮一個發光段，必須將其對應的陰極接腳驅動至低邏輯位準（接地），同時將共陽極接腳保持在正電壓（透過一個限流電阻）。

接腳連接表：

1：共陽極

2：陰極 F

3：陰極 G

4：陰極 E

5：陰極 D

6：共陽極

7：陰極 D.P. （小數點）

8：陰極 C

9：陰極 B

10：陰極 A

內部電路圖顯示了七個發光段（A, B, C, D, E, F, G）和小數點（DP）與兩個共陽極節點的電氣互連方式。

6. 焊接與組裝指南

遵守焊接規格對於防止損壞至關重要。

• 迴流焊接：最大允許焊接溫度為260°C。元件暴露在此峰值溫度的時間不應超過3秒。溫度測量點位於元件本體下方1.6mm處（PCB上的安裝平面）。
• 手工焊接：若必須進行手工焊接，應使用溫控烙鐵，並盡量縮短與每個接腳的接觸時間，以防止過多熱量傳遞到LED晶片。
• 儲存條件：元件應儲存在指定的儲存溫度範圍-35°C至+85°C內，並置於乾燥環境中，以防止吸濕，這可能導致在迴流焊接時發生爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 測試與量測設備：數位萬用電錶、示波器、電源供應器。
• 消費性電子產品：音訊放大器、時鐘收音機、廚房家電。
• 工業控制：面板儀錶、製程指示器、計時器顯示。
• 汽車改裝市場：儀錶與顯示模組（需考慮擴展的溫度要求）。

7.2 設計考量

• 限流：每個共陽極連接都必須串聯一個電阻，以限制流經發光段的電流。電阻值（R）的計算公式為：R = (V_電源- V_F) / I_F。為安全設計起見，請使用規格書中的最大V_F值。
• 多工掃描：對於多位數顯示器，通常使用多工掃描技術，即快速輪流點亮每一位數字。每段的峰值電流可以更高（最高可達90mA脈衝額定值），以補償降低的工作週期，從而實現更高的感知亮度。
• 驅動電路：使用專用的LED驅動IC或具有足夠電流汲入/源出能力的微控制器GPIO接腳。對於共陽極配置，驅動器必須能汲入電流（連接至接地）。
• 視角：廣視角是有益的，但需考慮最終安裝方向相對於使用者的位置。

8. 技術比較與差異化

LTS-3861JR主要透過其採用的AlInGaP技術，與舊式的GaAsP或標準GaP LED區分開來。主要優勢包括：

• 更高效率與亮度：在相同的驅動電流下，AlInGaP LED能提供顯著更高的發光強度。
• 更好的色彩飽和度：與標準紅光LED相比，超紅光顏色更鮮豔、更純淨。
• 改善的溫度穩定性：與某些舊技術相比，AlInGaP在波長和強度上隨溫度變化的幅度通常較小。
• 0.3英吋的字元高度在可讀性與電路板空間之間取得了平衡，介於較小的0.2英吋和較大的0.5英吋或0.56英吋顯示器之間。

9. 常見問題（FAQ）

Q1：峰值波長和主波長有何不同？

A1：峰值波長是光功率輸出在物理上最高的位置。主波長則是能對人眼產生相同顏色感知的單一波長。對於LED，由於發射光譜的形狀，兩者通常接近但不完全相同。

Q2：我可以直接從5V微控制器接腳驅動這個顯示器嗎？

A2：不行。您必須使用限流電阻。直接連接很可能會超過最大連續電流（25mA）並損壞LED。請根據您的電源電壓（例如5V）、LED順向電壓（約最大2.6V）以及您期望的操作電流（例如10-20mA）來計算電阻值。

Q3：為什麼有兩個共陽極接腳（接腳1和接腳6）？

A3：這是為了機械與電氣對稱性的常見設計。它有助於更均勻地分配電流，並為PCB佈線提供靈活性。它們在內部是連接的。您可以使用其中一個，或將兩者都連接到您的正電源。

Q4：如何計算熱設計所需的功耗？

A4：對於單一發光段：P_d= V_F* I_F。例如，在I_F=20mA且V_F=2.5V時，P_d= 50mW，低於70mW的最大值。在有多個發光段點亮的多工掃描顯示器中，請計算最壞情況（例如顯示數字8，所有7段全亮）。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計一個4位數電壓錶顯示器。

一位設計師正在製作一個緊湊型電壓錶模組。他選擇了四個LTS-3861JR顯示器。為了節省微控制器上的I/O接腳，他將顯示器以多工掃描配置連接：四個數字的所有對應發光段陰極（A, B, C,...）分別連接在一起。每個數字的共陽極由一個獨立的電晶體開關控制。微控制器循環輪流開啟一個數字的陽極，同時輸出該數字的發光段圖案。為了在1/4工作週期下維持亮度，在其作用時間內的段電流會增加，但仍保持在脈衝電流額定值內。限流電阻放置在共陽極線路上（電晶體之前）。AlInGaP技術確保顯示器即使在中等亮度的環境光下也能保持清晰可讀。

11. 技術原理介紹

LED（發光二極體）是一種半導體二極體。當處於順向偏壓時，來自n型區域的電子與來自p型區域的電洞在主動層中復合。這種復合以光子（光）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。AlInGaP是一種化合物半導體，其能隙可以透過調整鋁、銦、鎵和磷的比例來調節，以產生紅光、橙光和琥珀光譜的光。超紅光這個名稱表示一種特定、高純度的紅色色點。不透明的GaAs基板會吸收雜散光，防止其反射穿過晶片並沖淡發光段在熄滅狀態下的暗態，從而提高對比度。

12. 技術趨勢與演進

雖然像LTS-3861JR這樣的獨立七段式顯示器在特定應用中仍然有其重要性，但顯示技術更廣泛的趨勢包括：

• 整合化：朝向整合驅動IC的多位數模組發展，簡化與微控制器的介面（例如SPI或I2C通訊）。
• 材料進步：對GaN（用於藍/綠/白光）等材料的持續研究，以及AlInGaP和InGaN（用於紅光）的改進，不斷將效率（每瓦流明）和可靠性推向更高水平。
• 替代技術：在許多消費性應用中，點矩陣OLED或LCD顯示器因其顯示圖形和文字的靈活性，正在取代分段式LED。然而，在需要極高亮度、廣視角、極度簡單且僅顯示數字的低成本應用中，分段式LED仍保有強大優勢。
• 微型化：業界不斷追求更小的像素間距和更高的密度，但由於可讀性要求，0.3英吋尺寸在許多儀錶板中仍然是標準規格。