LTD-4608JG 0.4英吋雙位數LED顯示器規格書 - 字高10.0mm - 綠色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-4608JG是一款緊湊型、高效能的雙位數七段顯示器，專為需要清晰數字讀取且功耗低的應用而設計。其主要功能是在儀表板、測試設備、消費性電子和工業控制等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）半導體材料製作LED晶片，相較於舊有技術，能提供更優異的效率與色彩純度。目標市場包括從事可攜式裝置、電池供電設備，以及任何空間、功耗效率和可讀性為關鍵限制條件的應用之設計師與工程師。

1.1 主要特性與核心優勢

• 0.4英吋（10.0毫米）字高：提供適合中距離觀看的字元尺寸，在可見度與元件佔用面積之間取得平衡。
• 連續均勻的段位：確保顯示的數字具有平滑、專業的外觀，發光時無可見間隙或不規則。
• 低功耗需求：專為能源效率設計，非常適合電池供電裝置。在標準發光強度測量下，其典型正向工作電流為1mA。
• 高亮度與高對比度：AlInGaP材料以及灰面白段的設計，創造了卓越的發光強度與銳利的對比度，即使在光線充足的環境下也能確保可讀性。
• 廣視角：在寬廣的視角範圍內提供一致的光輸出與色彩，從不同角度增強了可用性。
• 固態可靠性：作為LED裝置，與機械式或其他顯示技術相比，具有長使用壽命、抗震性與快速切換時間。
• 發光強度分級：元件根據其光輸出進行分級，確保在多數位或多裝置應用中亮度匹配的一致性。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節詳細分析規格書中定義的電氣與光學特性，並解釋其對設計與應用的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些是任何情況下均不得超過的應力極限，以防止對裝置造成永久性損壞。

• 每段功耗：70 mW。這是單一LED段可以安全地以熱形式散發的最大功率。
• 每段峰值正向電流：60 mA（在1/10佔空比、0.1ms脈衝寬度下）。此額定值適用於短暫的脈衝操作，對於多工或實現更高的瞬時亮度很有用。
• 每段連續正向電流：25 mA（在25°C下）。這是連續操作的最大直流電流。規格書規定在超過25°C時，降額因子為0.33 mA/°C，這意味著允許的連續電流會隨著環境溫度升高而降低，以管理熱負載。
• 每段反向電壓：5 V。在反向偏壓下超過此電壓可能損壞LED接面。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此裝置適用於工業級溫度環境。
• 焊接溫度：在安裝平面下方1/16英吋（約1.6mm）處，260°C持續3秒。這定義了回流焊接曲線，以避免組裝過程中的熱損壞。

2.2 電氣與光學特性（在Ta=25°C下）

這些是在指定測試條件下的典型性能參數。

• 平均發光強度（Iv）：在正向電流（IF）為1mA時，為320至850 µcd（最小至最大）。此寬範圍表示分級過程；設計師必須考慮此變化，或選擇分級元件以獲得一致的外觀。典型值可能在此範圍的中間附近。
• 峰值發射波長（λp）：571 nm（典型值）。這是發射光強度最高的波長，將其置於可見光譜的純綠色區域。
• 譜線半寬度（Δλ）：15 nm（典型值）。這衡量了光譜純度。較窄的半寬度表示更單色、更飽和的綠色。
• 主波長（λd）：572 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，與此裝置的峰值波長非常匹配。
• 每段正向電壓（VF）：在IF=20mA時，為2.05V至2.6V（典型值）。這是LED段導通時的電壓降。對於設計限流電路至關重要。此變化是由於正常的半導體製造公差所致。
• 每段反向電流（IR）：在VR=5V時，為100 µA（最大值）。這是LED在其最大額定值下反向偏壓時的小漏電流。
• 發光強度匹配比（Iv-m）：2:1（最大值）。這規定了單一裝置內或同一分級批次裝置間，最亮段與最暗段之間的最大允許比率，確保視覺均勻性。

3. 分級系統說明

規格書指出該裝置已按發光強度分級。這指的是生產後的分選（分級）過程。

• 發光強度分級：如Iv範圍（320-850 µcd @1mA）所示，LED根據其測量的光輸出被分組。這使製造商能夠提供保證最低亮度的元件，或以更高的價格出售光強度範圍更窄的元件。設計師應指定所需的分級，或在物料清單中準備好亮度變化。
• 波長/顏色分級：雖然沒有用多個代碼詳細說明，但λp（571nm）和λd（572nm）的嚴格典型規格表明製造過程受到控制。對於關鍵的色彩應用，可能提供特定波長分級的元件。
• 正向電壓分級：VF範圍（2.05-2.6V）代表了自然分布。對於電源設計極為敏感的應用，選擇特定電壓分級的元件可能是有益的。

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，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• 相對發光強度 vs. 正向電流（I-V曲線）：此圖顯示光輸出如何隨電流增加。在較低電流下通常是線性的，但在較高電流下可能因熱效應而飽和。Iv的1mA測試點表明其在高效、線性區域工作。
• 正向電壓 vs. 正向電流：顯示指數關係，對於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。這是高溫環境下的關鍵考慮因素。
• 光譜分布：光強度與波長的關係圖，顯示峰值約在571nm且半寬度窄，確認了純綠色。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖示

此裝置採用標準10腳雙列直插封裝（DIP）。規格書中的關鍵尺寸註記：所有尺寸均以毫米為單位，除非另有說明，標準公差為±0.25mm（0.01英吋）。圖示將詳細說明總長度、寬度、高度、數字間距、段位尺寸和引腳間距（可能為標準0.1英吋 / 2.54mm間距）。

5.2 引腳連接與極性識別

此裝置使用共陽極配置以進行多工。內部電路圖顯示兩個共陽極（每個數字一個）以及每個段位（A-G和DP）的獨立陰極。

引腳定義：

1: 陰極 C

2: 陰極 D.P. （小數點）

3: 陰極 E

4: 共陽極 （數字2）

5: 陰極 D

6: 陰極 F

7: 陰極 G

8: 陰極 B

9: 共陽極 （數字1）

10: 陰極 A

極性由共陽極標示明確標記。實體封裝可能在引腳1附近有凹口或圓點以指示方向。

6. 焊接與組裝指南

• 回流焊接參數：根據絕對最大額定值，建議的焊接曲線為260°C持續3秒，測量點位於封裝本體下方1.6mm處。這是標準的無鉛回流條件。
• 注意事項：
  • 插入時避免對引腳施加機械應力。
  • 確保控制烙鐵頭溫度，以防止超過封裝最高溫度。
  • 如有必要，使用適當的助焊劑和清潔程序。
• 儲存條件：在指定的溫度範圍（-35°C至+85°C）內，儲存在乾燥、防靜電的環境中。避免暴露於高濕度或腐蝕性氣體。

7. 包裝與訂購資訊

• 包裝規格：通常，此類顯示器以防靜電管或托盤供應，以保護引腳和透鏡免受損壞和靜電放電（ESD）。
• 型號編碼規則：零件編號LTD-4608JG可能遵循內部編碼系統，其中LTD表示產品系列（LED顯示器），4608表示尺寸和類型（0.4英吋2位數），而JG指定顏色（綠色）以及可能的其他變體，如右側小數點（如描述中所述）。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 數位萬用表和鉤錶
• 桌上型電源供應器和電子負載
• 製程控制指示器
• 健身器材顯示器
• 汽車改裝儀錶（供車內使用）
• 消費性電器計時器和計數器

8.2 設計考量

• 驅動電路：為每個陰極線路使用恆流驅動器或限流電阻。對於多工兩個數字，以足夠高的頻率（通常>60Hz）順序切換共陽極（引腳4和9），以避免閃爍。
• 電流計算：基於所需亮度和VF曲線。例如，要在5V電源和VF為2.3V下實現1mA的典型亮度，限流電阻為 R = (V_電源 - VF) / I_F = (5 - 2.3) / 0.001 = 2700 Ω。
• 微控制器介面：如果每段電流在MCU的灌電流能力範圍內，陰極可以直接由微控制器GPIO引腳（灌電流）驅動，或者通過電晶體/MOSFET陣列驅動以獲得更高電流。
• 視角：通過將顯示器垂直於主要使用者視線安裝，充分利用其廣視角。

9. 技術比較與差異化

與舊技術如標準GaP（磷化鎵）綠色LED或紅色GaAsP LED相比，基於AlInGaP的LTD-4608JG提供：

• 更高的效率與亮度：每毫安電流提供更多的光輸出。
• 更優異的色彩飽和度：更窄的光譜半寬度產生更純淨、視覺上更鮮明的綠色。
• 更好的溫度穩定性：AlInGaP通常在溫度範圍內比某些舊材料更能保持其性能。
• 與現代白光LED背光LCD相比，此裝置在直射陽光下提供更高的對比度，對於簡單的數字讀取功耗更低，且介面極其簡單（直接驅動 vs. LCD控制器）。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1: 發光強度匹配比2:1的目的是什麼？

A1: 此比率確保視覺一致性。這意味著在一個顯示單元內，沒有任何一段會比最暗的段亮超過兩倍。這防止了數字照明不均，否則可能被誤認為是其他數字（例如，一段較暗的8看起來像0）。

Q2: 我可以用3.3V微控制器系統驅動此顯示器嗎？

A2: 可以，但需要謹慎設計。典型VF為2.05-2.6V。在3.3V電源下，限流電阻的電壓餘裕非常小（3.3 - 2.6 = 0.7V）。您必須精確計算電阻值（例如，對於1mA：R = 0.7V / 0.001A = 700Ω）。確保MCU引腳能夠灌入所需電流。對於低壓電源，恆流驅動器IC通常是更可靠的解決方案。

Q3: 為什麼有兩個不同的電流額定值（連續25mA和峰值60mA）？

A3: 25mA連續額定值適用於直流操作，受平均散熱能力限制。60mA峰值額定值允許在多工系統中實現更高的瞬時亮度。在多工中，每個數字僅在部分時間（佔空比）供電。在其開啟時間內較高的峰值電流產生了更亮的感知平均亮度，而較低的平均電流使裝置保持在熱限值內。

11. 實用設計與使用案例研究

案例：設計一個簡單的2位數電壓錶讀取器

一位設計師正在創建一個緊湊型電壓錶，以顯示0.0V至9.9V。他們選擇LTD-4608JG，因為其尺寸小、功耗低且綠色顯示清晰。該系統使用帶有類比數位轉換器（ADC）的微控制器來測量電壓。

• 電路設計：微控制器的埠引腳通過220Ω限流電阻（計算為在5V下每段約3mA）連接到段位陰極（A-G，DP）。另外兩個GPIO引腳驅動PNP電晶體（或P通道MOSFET），將共陽極（數字1和數字2）切換到5V電源。
• 軟體：韌體讀取ADC，將值轉換為兩個BCD數字，並使用查找表確定每個數字（0-9）要點亮的段位。然後進行多工：開啟數字1的電晶體，設定第一個數字的陰極圖案，等待5ms，關閉數字1，開啟數字2的電晶體，設定第二個數字的陰極圖案，等待5ms，然後重複。此100Hz刷新率消除了可見閃爍。
• 結果：一個清晰、穩定的兩位數讀取器，消耗最少的微控制器資源和功率。

12. 工作原理介紹

LTD-4608JG基於半導體p-n接面的電致發光原理工作。當施加超過接面內建電位（AlInGaP約為2V）的正向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞在主動區域中復合。在AlInGaP LED中，這種復合主要以光子的形式釋放能量，其波長對應於光譜的綠色部分（~571nm）。鋁、銦、鎵和磷化物的特定合金成分決定了能隙能量，從而決定了發射光的顏色。不透明的GaAs基板有助於將光向上反射，提高了從頂部表面的整體光提取效率。七個段位是佈置成數字圖案的獨立LED晶片，通過選擇性地激勵這些段位的組合，可以形成從0到9的任何數字（以及一些字母）。

13. 技術趨勢與發展

雖然七段LED顯示器對於數字讀取仍然是穩健且具成本效益的解決方案，但更廣泛的顯示技術領域正在發展。與此產品領域相關的趨勢包括：

• 效率提升：對半導體材料的持續研究，包括對AlInGaP的進一步改進以及開發如InGaN等其他顏色的材料，持續推動每瓦流明效率更高，使顯示器在更低電流下更亮。
• 微型化：不斷追求更小的像素間距和更高的密度，儘管對於標準七段顯示器，0.4英吋尺寸代表了許多應用中已確立的最佳點。
• 整合化：一些現代顯示器將驅動器IC甚至微控制器介面（如I2C或SPI）直接整合到封裝中，簡化了外部電路設計。LTD-4608JG代表了傳統的離散方法，對於大批量、成本敏感的設計提供了最大的靈活性和更低的成本。
• 替代技術的競爭：OLED（有機LED）顯示器提供卓越的對比度和視角，對於小型、自訂形狀的顯示器變得越來越實惠。然而，對於簡單、高亮度、低功耗的數字指示器，傳統的LED段式顯示器如LTD-4608JG在壽命、堅固性和陽光下可讀性方面仍保持顯著優勢。