LTD-322JR 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

LTD-322JR是一款單一位數的七段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各個LED段，以視覺方式呈現數字字元（0-9）和一些有限的字母數字符號。該元件採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料製成，該材料生長在不透明的GaAs（砷化鎵）基板上。選擇此材料技術是因為其在產生高亮度紅光方面的高效率。顯示器具有黑色面板，能有效吸收環境光以顯著增強對比度，以及白色的段，通電時會發出鮮豔的超紅光。實體字元高度為0.3英吋（7.62毫米），使其適用於需要從中等距離清晰閱讀的中型面板。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的關鍵優勢源於其AlInGaP LED技術與設計。它提供高發光強度、具有連續均勻段的出色字元外觀，以及寬廣的視角，確保從不同位置都能清晰辨識。其運作功耗低，有助於終端應用的能源效率。固態結構提供了固有的可靠性，且無活動部件，使用壽命長。這些特點的結合使LTD-322JR成為工業儀器儀表（例如面板儀表、製程控制器）、消費性家電（例如微波爐、洗衣機計時器）、測試與量測設備，以及任何需要耐用、明亮且清晰的數字顯示介面的嵌入式系統的理想選擇。

2. 技術參數深度解析

本節根據規格書定義，對元件的規格進行客觀且詳細的分析。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在或超過這些極限下運作。

• 每段功耗：70 mW。這是在連續直流運作下，單一亮起段能夠安全散發為熱量的最大功率。
• 每段峰值順向電流：90 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，佔空比為1/10，脈衝寬度為0.1毫秒。它允許短時間的過驅動以達到更高的瞬時亮度，例如在多工顯示器中。
• 每段連續順向電流：25°C時為25 mA。這是在室溫下單一段穩態（直流）運作的建議最大電流。當環境溫度（Ta）超過25°C時，此額定值以每°C 0.33 mA的線性比例遞減，意味著允許的連續電流會降低以防止過熱。
• 每段逆向電壓：5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能會擊穿LED的PN接面。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此元件額定可在此環境溫度範圍內運作和儲存。
• 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。這是波峰焊或迴焊製程的關鍵參數，以防止對LED晶片或封裝造成熱損壞。

2.2 電氣與光學特性

這些是在環境溫度（Ta）為25°C下測得的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在順向電流（I_F）為1 mA時，200 μcd（最小值），600 μcd（典型值）。這量化了光輸出的感知亮度。寬廣的範圍表示存在強度分級系統。
• 峰值發射波長（λ_p）：在I_F=20mA時，639 nm（典型值）。這是光譜功率輸出達到最大值的波長，將其置於可見光譜的超紅光或紅橙色區域。
• 光譜線半高寬（Δλ）：20 nm（典型值）。這測量了發射光的頻寬，表示相對純淨的單色紅光。
• 主波長（λ_d）：631 nm（典型值）。這是人眼感知的波長，與色點密切相關。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，2.0 V（最小值），2.6 V（典型值）。這是指定電流流過時，LED段兩端的電壓降。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5V時，100 μA（最大值）。這是LED處於逆向偏壓時的小漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大值）。這規定了單一數字內最亮段與最暗段之間的最大允許比率，確保外觀均勻。

3. 分級系統說明

規格書指出此元件已根據發光強度進行分類。這意味著在製造後進行了分級或篩選程序。

3.1 發光強度分級

由於半導體製程固有的變異性，個別LED晶片的光輸出效率會略有差異。為了確保終端使用者的一致性，LED會根據其在標準測試電流（例如1mA）下測得的發光強度進行測試，並分類到不同的強度等級中。規格中200至600 μcd的範圍表明存在多個等級。設計師可以根據其應用對亮度均勻度的要求選擇合適的等級。單一元件內各段之間2:1的強度匹配比，是在分級後所採用的更嚴格公差。

4. 性能曲線分析

雖然提供的規格書摘錄提到了典型電氣/光學特性曲線，但具體圖表並未包含在文字中。根據標準LED行為，這些曲線通常會說明以下關係，這些關係對於電路設計至關重要：

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此圖顯示了流經LED的電流與其兩端電壓之間的指數關係。在典型值2.6V左右的膝點電壓處，電流開始顯著增加。驅動器必須調節電流而非電壓，以確保穩定運作。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此曲線展示了光輸出如何隨順向電流增加而增加。在很大範圍內通常是線性的，但在極高電流下會因熱效應和效率下降而飽和。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。對於在寬廣溫度範圍內運作的應用，此曲線對於理解亮度補償需求至關重要。

4.4 光譜分佈

相對強度對波長的圖，顯示峰值約在639 nm，光譜寬度約為20 nm，確認了色彩純度。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件採用標準的10接腳單列直插式封裝。所有尺寸均以毫米為單位提供，除非另有說明，一般公差為±0.25毫米。關鍵尺寸包括總高度、寬度、深度、數字視窗尺寸以及接腳間距，後者對於PCB佈局至關重要。

5.2 接腳連接與極性識別

LTD-322JR是一款雙位數共陰極顯示器。這意味著它在一個封裝內包含兩個獨立的數字（數字1和數字2），每個數字都有自己的共陰極接腳。接腳定義如下：

• 接腳 1: 陽極 G (段 G)
• 接腳 2: 無連接
• 接腳 3: 陽極 A (段 A)
• 接腳 4: 陽極 F (段 F)
• 接腳 5: 共陰極 (數字 2)
• 接腳 6: 陽極 D (段 D)
• 接腳 7: 陽極 E (段 E)
• 接腳 8: 陽極 C (段 C)
• 接腳 9: 陽極 B (段 B)
• 接腳 10: 共陰極 (數字 1)

共陰極配置意味著給定數字的所有LED的陰極（負極端）在內部連接在一起。要點亮一個段，必須將其對應的陽極接腳驅動為高電位（或透過電阻連接到電流源），同時該數字的共陰極必須連接到地（低電位）。這種配置非常常見，並簡化了多工驅動。

5.3 內部電路圖

內部電路圖以視覺方式呈現了上述的電氣連接。它顯示了兩組七個LED（段A-G），每組分別共用數字1和數字2的共陰極連接。每個對應段的陽極（例如，數字1的段A和數字2的段A）是獨立的接腳，允許獨立控制。

6. 焊接與組裝指南

遵守指定的焊接製程曲線對於防止損壞至關重要。

6.1 迴焊製程參數

絕對最大額定值規定峰值溫度為260°C，最長持續時間為3秒，測量點位於安裝平面（通常是PCB表面）下方1.6毫米處。這與標準無鉛迴焊製程曲線（例如IPC/JEDEC J-STD-020）一致。預熱、保溫、迴焊和冷卻速率應根據PCB組裝規格進行控制。應避免熱衝擊。

6.2 操作與儲存

元件應儲存在其原始的防潮袋中，並放入乾燥劑，置於受控環境中（在-35°C至+85°C的儲存範圍內）。在操作過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施，以保護敏感的LED接面。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

最常見的驅動方法是多工驅動。由於顯示器有兩個具有獨立共陰極的數字，微控制器可以快速交替點亮數字1和數字2。對於每個數字週期，它將相應的共陰極設為低電位，並將正確的圖案高電位信號施加到段陽極接腳（透過限流電阻）。人眼的視覺暫留會將這些快速脈衝融合成一個穩定的兩位數字。與靜態（直流）驅動相比，這種方法大大減少了所需的微控制器I/O接腳數量。

7.2 設計考量

• 限流電阻：每條陽極線路都必不可少。電阻值（R）使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。使用在20mA時V_F的典型值2.6V和5V電源，R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。通常會使用稍高的值（例如150 Ω）以增加壽命，並考慮V_電源 variations.
• 多工頻率：應足夠高以避免可見閃爍，通常高於60-100 Hz。在兩位數多工中，每個數字的佔空比為1/2，因此峰值電流可以高於直流額定值以維持平均亮度（符合90mA峰值額定值的允許範圍）。
• 視角：寬廣的視角是有益的，但在機械外殼設計時需考慮主要觀看方向。
• 對比度增強：黑色面板提供了固有的對比度。確保顯示器視窗或覆蓋層不會引入可能降低可讀性的反射或眩光。

8. 技術比較與差異化

與較舊的LED技術（如標準GaAsP紅光LED）相比，LTD-322JR採用的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實現更高的亮度。它還提供了更好的色彩純度以及在溫度和壽命方面的穩定性。與當代替代方案相比，其主要差異化特點是特定的0.3英吋字高、共陰極雙位數配置、超紅光色點（約639 nm），以及有助於在使用多個元件時實現均勻顯示的發光強度分類。

9. 常見問題 (FAQ)

9.1 我可以用3.3V微控制器驅動這個顯示器嗎？

可以，但需要仔細計算。在V_F為2.6V的情況下，電壓餘裕（3.3V - 2.6V = 0.7V）很低。使用公式 R = 0.7V / I_F，對於10mA電流，您需要一個70 Ω的電阻。在20mA時，所需的35 Ω電阻幾乎沒有為V_電源或V_F的變化留下餘裕，可能會使顯示器變暗。更可靠的方法是使用5V電源供電給LED段，並透過電晶體或驅動IC由3.3V微控制器控制。

9.2 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λ_p）：光功率輸出在物理上達到最高的單一波長。主波長（λ_d）：對於標準的人類觀察者而言，看起來與LED輸出顏色相同的單色光波長。它是根據LED的完整光譜和CIE配色函數計算得出的。對於像這樣的窄光譜LED，它們的數值通常很接近。

9.3 多工驅動時如何達到均勻亮度？

確保多工驅動程式對每個數字有相等的點亮時間。由於亮度與平均電流成正比，您可以調整段電流（透過電阻值或驅動器設定）來補償佔空比。對於佔空比為1/2的兩位數多工驅動，您可以將每個段驅動在40mA峰值（在90mA額定值內），以達到20mA的平均值，匹配亮度測試的直流條件。

10. 設計導入案例研究

情境：為工業烤箱控制器設計一個簡單的兩位數溫度讀數顯示。微控制器的I/O接腳有限。
實作：LTD-322JR是理想的選擇。其雙位數共陰極設計僅需8個I/O接腳即可控制（7個段陽極 + 1個接腳來切換兩個共陰極，如果需要可使用電晶體）。高亮度和寬廣的視角確保在工廠車間能清晰讀取溫度。AlInGaP技術確保在烤箱附近升高的環境溫度下性能穩定。設計師選擇來自相同發光強度等級的LED，以保證兩個數字看起來同樣明亮。限流電阻是針對5V電源和每段30mA的多工峰值電流計算的，提供明亮、無閃爍的顯示效果。

11. 技術原理介紹

AlInGaP是一種III-V族化合物半導體。當施加順向偏壓時，電子和電洞被注入活性區域，在那裡它們復合，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，在本例中位於紅光區域（約639 nm）。使用不透明的GaAs基板有助於將光限制在結構內，與舊的透明基板設計相比，能將更多的光從晶片頂部導出，從而提高光提取效率。黑色環氧樹脂封裝吸收雜散光，改善對比度。

12. 技術趨勢

雖然AlInGaP仍然是高效率紅光、橙光和黃光LED的主導技術，但持續的研究重點在於提高更高驅動電流下的效率（減少效率下降）並增強可靠性。對於顯示器，趨勢是朝向更高的像素密度（更小的數字/離散LED）以及將驅動電子元件直接整合到封裝中（智慧型顯示器）。然而，對於像LTD-322JR這樣的標準分段數字顯示器，該技術已經成熟，重點在於降低成本、更嚴格的分級以實現均勻性，以及為高可靠性應用改進熱管理。