LTS-3861JF LED顯示器規格書 - 0.3英吋 (7.62mm) 字高 - AlInGaP黃橙色 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-3861JF是一款單一位數、七段加右側小數點的LED顯示器模組。其主要功能是在電子設備中提供清晰、高可見度的數字及有限的英數字元輸出。其核心技術採用鋁銦鎵磷（AlInGaP）半導體材料作為LED晶片，此材料以能在光譜的黃橙色區域產生高效率光線而聞名。該元件採用灰色面板搭配白色發光段，增強了對比度與可讀性。其設計為共陽極配置，簡化了許多基於微控制器的應用中的驅動電路。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的關鍵優勢源於其AlInGaP結構與設計。它提供高亮度與出色的對比度，使其適用於各種照明條件下可見度至關重要的應用。寬廣的視角確保從偏軸位置觀看時顯示仍清晰可辨。其低功耗需求與固態可靠性，使其成為消費性與工業電子產品長期使用的理想選擇。主要目標市場包括儀表板、銷售點設備、家用電器、工業控制單元以及需要簡單、可靠數字讀數的通訊設備。

2. 深入技術參數分析

本節針對規格書中指定的電氣與光學特性，提供詳細、客觀的詮釋。

2.1 光度與光學特性

發光強度經過分類，在1mA順向電流下的典型值為600微燭光（ucd）。此參數是使用經過濾波以匹配CIE明視覺響應曲線的感測器進行測量，確保該值與人眼感知的亮度相關。主波長為605奈米（nm），將輸出明確定位在黃橙色範圍。光譜線半高寬為17 nm，表示顏色相對純淨、飽和，光譜擴散極小。各發光段之間的發光強度匹配比指定為2:1，確保整個數字的外觀均勻。

2.2 電氣參數

每個LED晶片在20mA下的典型順向電壓為2.60伏特。設計師在設計限流電路時，必須考量順向電壓範圍（2.05V至2.60V），以確保不同生產批次的亮度一致。反向電流規格為在5V反向偏壓下最大100微安培。必須特別注意，此反向電壓條件僅供測試用途；該元件並非設計用於在反向偏壓下連續工作。絕對最大額定值定義了操作極限：每段功耗70mW，脈衝條件下（1/10佔空比，0.1ms脈衝）峰值順向電流90mA，以及在25°C下連續順向電流25mA，超過此溫度需以0.33 mA/°C線性降額。

2.3 熱與環境額定值

此元件的額定工作溫度範圍為-35°C至+85°C，儲存溫度範圍相同。此寬廣範圍支援在溫度變化顯著的環境中部署。焊接溫度額定值對於組裝至關重要：焊接期間元件本體溫度不得超過其最大額定值，建議條件為在低於安裝平面1/16英吋（約1.6mm）的引腳處，溫度260°C持續5秒。

3. 分級與分類系統

規格書指出元件會根據發光強度進行分類。這意味著元件會在標準測試電流（通常為1mA或20mA）下進行測試，並根據測得的光輸出量分入不同的等級。這讓設計師能為特定應用選擇亮度一致的零件。雖然此摘要未詳細說明具體的分級代碼，但2:1的強度匹配比規格確保單一元件內的各發光段將具有合理的亮度均勻性。若需要跨越多個顯示器達到嚴格的亮度均勻性，設計師應向製造商諮詢詳細的分級資訊。

4. 性能曲線分析

規格書中參考了典型的性能曲線。這些圖表對於理解元件在25°C單點規格之外的行為至關重要。它們通常包括：

• IV曲線（電流 vs. 電壓）：顯示順向電壓與順向電流之間的關係。此曲線為非線性，對於設計正確的限流電阻或恆流驅動器至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流：說明光輸出如何隨電流增加而增加。它有助於在考量功耗與壽命的前提下，為期望的亮度等級決定最佳驅動電流。
• 發光強度 vs. 環境溫度：展示光輸出如何隨著接面溫度上升而下降。這對於在高環境溫度或高驅動電流下運作的應用至關重要。
• 光譜分佈：相對強度對波長的圖表，顯示在611nm處的峰值與光譜寬度。

這些曲線讓工程師能夠預測在真實世界、非理想條件下的性能。

5. 機械與封裝資訊

此顯示器的字高為0.3英吋（7.62 mm）。封裝尺寸圖提供了PCB佈局設計與外殼安裝所需的關鍵機械數據。註明了關鍵公差：大多數尺寸為±0.25mm，引腳尖端偏移公差為±0.4 mm。建議的引腳PCB孔徑為1.40 mm。規格書還包含關於可接受的外來物、發光段內的氣泡、反射器彎曲以及表面油墨污染的品質控制註記。

5.1 接腳定義與電路圖

此元件採用10接腳單排配置。內部電路圖顯示為共陽極設計，其中給定位數的所有LED陽極連接在一起。接腳連接表對於正確接線至關重要：
接腳 1：共陽極
接腳 2：陰極 F（發光段）
接腳 3：陰極 G（發光段）
接腳 4：陰極 E（發光段）
接腳 5：陰極 D（發光段）
接腳 6：共陽極（內部連接至接腳 1）
接腳 7：陰極 D.P.（小數點）
接腳 8：陰極 C（發光段）
接腳 9：陰極 B（發光段）
接腳 10：陰極 A（發光段）
雙陽極接腳（1和6）有助於電流分佈，可以在PCB上將其連接在一起。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴焊與手動焊接

對於自動化焊接製程，指定條件為260°C持續5秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。對於手動焊接，允許較高的烙鐵溫度350°C ±30°C，但接觸時間必須限制在5秒內。超過這些時間-溫度曲線可能會損壞內部環氧樹脂、LED晶片或打線接合。

6.2 儲存與處理

雖然摘要中未明確詳述，但標準的ESD（靜電放電）預防措施適用於LED元件。它們應儲存在防靜電包裝中，並置於規定的儲存溫度範圍（-35°C至+85°C）內的受控環境中，以防止吸濕和其他劣化。

7. 應用註記與設計考量

7.1 典型應用電路

作為共陽極顯示器，陽極通常透過一個限流電阻連接到正電源電壓（Vcc），或者更理想的是由恆流源或配置為電流源的微控制器接腳（如果在其能力範圍內）驅動。陰極接腳連接到地（吸入電流）以點亮一個發光段。這與共陰極顯示器相反。多工驅動多個位數是節省I/O接腳的常見技術，即快速切換陽極，同時在陰極線上呈現對應的發光段圖案。

7.2 關鍵設計警告

注意事項部分強調了幾個要點：
1. 限流是強制性的：LED是電流驅動元件。始終需要串聯電阻或主動式恆流電路，以防止熱失控和損壞。
2. 考量順向電壓變化：電路設計必須能在整個VF範圍（2.05V-2.60V）內提供預期的驅動電流。
3. 避免反向偏壓：驅動電路應包含保護措施（例如並聯二極體），以防止在電源循環期間出現反向電壓尖峰。
4. 熱管理：在高環境溫度下，驅動電流必須降額使用。過大的電流或過高的工作溫度會導致光輸出加速衰減和過早失效。
5. 應用範圍：此元件適用於標準電子設備。對於安全關鍵應用（航空、醫療等），需要進行特定的諮詢與認證。

8. 可靠性與測試

此元件根據軍事（MIL-STD）、日本（JIS）及內部標準進行一系列全面的可靠性測試。這些測試包括：
- 工作壽命測試（RTOL）：在最大額定電流下進行1000小時。
- 環境應力測試：高溫/高濕儲存、高/低溫儲存、溫度循環以及熱衝擊。
- 製程穩健性測試：耐焊性與可焊性測試。
這些測試驗證了元件承受製造、儲存及長期運作嚴苛條件的能力。

9. 比較與差異化

LTS-3861JF的主要差異在於其使用AlInGaP技術產生黃橙色光。與GaAsP等舊技術相比，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率和更好的溫度穩定性，從而實現更亮、更一致的輸出。其灰色面板/白色發光段的設計，相較於全擴散封裝，提供了更優異的對比度。其0.3英吋的字高尺寸，定位於較小、不易讀取的顯示器與較大、更高功率的顯示器之間的特定利基市場。

10. 常見問題（FAQ）

問：共陽極與共陰極有何區別？
答：在共陽極顯示器中，所有LED陽極連接在一起至Vcc，透過吸入電流（將陰極拉低）來點亮發光段。在共陰極顯示器中，所有陰極連接到地，透過供應電流（將陽極驅動至高電位）來點亮發光段。驅動電路必須與類型匹配。

問：如何計算限流電阻值？
答：使用歐姆定律：R = (V_電源 - VF_LED) / I_期望。使用規格書中的最大VF值（2.60V），以確保在VF範圍的低端有足夠的電流。對於5V電源和20mA期望電流：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 歐姆。務必檢查電阻的功率額定值：P = I^2 * R。

問：我可以直接用微控制器接腳驅動此顯示器嗎？
答：這取決於MCU接腳的電流供應/吸入能力。許多MCU的吸入電流能力大於供應電流能力。對於共陽極顯示器（吸入電流），如果發光段電流（例如10-20mA）在MCU每個接腳的吸入電流規格以及封裝總限額內，您或許可以直接驅動。通常會使用驅動IC（例如帶有TPIC6B595吸入驅動器的74HC595移位暫存器，或專用LED驅動器）來進行多工驅動並提供更高電流。

11. 實際應用範例

情境：設計一個簡單的數位計時器顯示。
使用四個LTS-3861JF位數來顯示分與秒（MM:SS）。選擇一個I/O接腳有限的微控制器。實作方式：使用多工驅動。將四個位數所有對應的發光段陰極（A, B, C, D, E, F, G, DP）連接在一起。這八條線連接到八個配置為輸出（以吸入電流）的微控制器接腳。每個位數的共陽極接腳透過一個能處理該位數總電流（最多8段 * 20mA = 160mA）的小型NPN電晶體（例如2N3904）連接到一個獨立的微控制器接腳。微控制器快速循環開啟一個電晶體（啟用一個位數），同時在陰極線上輸出該位數的發光段圖案。刷新率大於100Hz以防止可見閃爍。限流電阻可以放置在陰極線或陽極路徑上。

12. 技術原理

AlInGaP（鋁銦鎵磷）是一種III-V族化合物半導體。當施加順向偏壓時，電子與電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量。晶格中Al、In、Ga和P的特定比例決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）。對於黃橙色光（約605nm），使用特定的組成比例。AlInGaP生長在GaAs基板上。相較於其他用於紅黃色光的材料系統，它以高內部量子效率以及在升高溫度下的良好性能而聞名。

13. 產業趨勢

離散式LED顯示器的趨勢是朝向更高效率、更廣色域以及與表面黏著技術（SMT）整合。雖然AlInGaP在高性能琥珀色與紅色領域仍佔主導地位，但基於AllnGaN的元件正進一步推向綠色和黃色光譜。產業整體也朝向更細間距、直視型LED模組用於大型顯示器發展，這減少了某些應用中對離散式分段數字顯示器的需求。然而，對於工業和消費性設備中簡單、低成本、高可靠性的數字讀數，像LTS-3861JF這樣的分段式LED顯示器，由於其簡單性、耐用性和易於介面，仍然是一個穩健且實用的解決方案。