LTS-3361JG 七段式LED顯示器規格書 - 字高0.3英吋 (7.62mm) - 順向電壓2.6V - 綠色 (572nm) - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-3361JG是一款採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術的單一位數、七段式字母數字顯示模組。此裝置的主要功能是在電子設備中提供高度清晰易讀的數字及有限的字母數字輸出。其核心應用領域在於儀器儀表、消費性電子產品、工業控制面板，以及任何需要清晰、明亮數字讀數的裝置。

本裝置的特點是0.3英吋（7.62毫米）的字高，在顯示尺寸與緊湊性之間提供了絕佳的平衡。它採用灰色面板搭配白色發光段，此組合經過設計，可在各種照明條件下提供高對比度以實現最佳可讀性。使用生長在不透光GaAs基板上的AlInGaP材料是其性能的關鍵，使其能在綠色波長光譜中實現高亮度與高效率。

1.1 核心優勢與目標市場

LTS-3361JG提供了多項獨特優勢，定義了其在市場上的定位：

• 高亮度與高對比度：AlInGaP晶片在低驅動電流1mA下，可產生200至800 µcd的發光強度，確保即使在明亮環境中也能清晰可見。
• 低功耗：專為高效率設計，所需功耗極低，適合電池供電或對功耗敏感的應用。
• 優異的字元外觀與均勻性：發光段連續且均勻，提供乾淨、專業外觀的數字，無間隙或不規則現象。
• 寬廣視角：光學設計允許從廣泛的角度範圍內清晰閱讀，提升使用者體驗。
• 固態可靠性：作為LED裝置，其提供長使用壽命、抗震性，以及優於舊技術（如燈絲顯示器）的可靠性。
• 分級發光強度：裝置依強度進行分級，讓設計師能為產品中的多個單元選擇亮度一致的零件。

目標市場包括測試與量測設備、汽車儀表板（次要顯示）、家電、醫療設備以及工業控制系統的設計師，這些應用都需要可靠、清晰且高效的數字顯示。

2. 技術規格深入解析

本節針對規格書中指定的關鍵技術參數，提供詳細、客觀的分析。

2.1 光度學與光學特性

這些參數定義了顯示器的光輸出與顏色特性。

• 平均發光強度 (I_VV)：在順向電流 (I_FF) 為1mA時，範圍從200 µcd（最小值）到800 µcd（典型值）。這是經由感測器（濾波以匹配人眼明視覺響應CIE曲線）測量所得的感知亮度。寬廣的範圍表示存在分級流程；設計師必須考慮此變異，或指定更嚴格的分級以獲得均勻的外觀。
• 主波長 (λ_dD)：572 nm。這是光的感知顏色，將其置於光譜的綠色區域。這是特定顏色應用的關鍵參數。
• 峰值發射波長 (λ_pP)：571 nm（典型值）。這是光譜功率分佈達到最大值的波長，非常接近主波長，表示光譜純度高的綠色輸出。
• 光譜線半高寬 (Δλ)：15 nm（典型值）。此值量測光譜頻寬。15 nm的值相對較窄，證實了綠色LED具有良好的顏色純度。
• 發光強度匹配比 (I_V-m)：2:1（最大值）。這是單一裝置內最亮與最暗發光段之間的最大允許比率。2:1或更低的比率確保了數字整體具有可接受的均勻性。

2.2 電氣特性

這些參數對於電路設計與電源管理至關重要。

• 每段順向電壓 (V_FF)：在 I_FF=20mA 時為 2.6V（最大值）。典型值約為2.05V。設計限流電路時必須考慮此電壓降。驅動電路必須提供至少2.6V的電壓，以確保在額定電流下發光段能正常點亮。
• 每段連續順向電流 (I_FF)：在25°C時為25 mA（最大值）。這是可連續施加於單一發光段而不會造成損壞的最大直流電流。
• 每段峰值順向電流：在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）為60 mA（最大值）。這允許使用多工方案或短暫過驅動以獲得更高的感知亮度。
• 電流降額：當環境溫度 (T_aa) 高於25°C時，最大連續電流必須以每°C 0.33 mA的速率線性降額。這是熱管理的關鍵考量。
• 每段逆向電壓 (V_RR)：5V（最大值）。在逆向偏壓下超過此電壓可能永久損壞LED接面。
• 每段逆向電流 (I_RR)：在 V_RR=5V 時為 100 µA（最大值）。這是LED處於逆向偏壓時的漏電流。
• 每段功耗 (P_DD)：70 mW（最大值）。計算方式為 V_FF * I_FF，此限制決定了每個發光段的熱負載。

2.3 熱與環境額定值

• 工作溫度範圍：-35°C 至 +85°C。本裝置適用於工業與擴展商業環境。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：可承受最高260°C達3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm（1/16英吋）處。這與標準無鉛迴焊製程相容。

3. 分級系統說明

規格書指出本裝置依發光強度分級。這意味著存在分級流程。

• 發光強度分級：寬廣的 I_VV 範圍（200-800 µcd）表示LED在生產後被分類到不同的強度等級。對於需要多個顯示器亮度一致的應用（例如多位數面板），指定來自相同強度等級的零件至關重要。
• 順向電壓分級：雖然未明確說明為分級，但提供的範圍（典型值2.05V，最大值2.6V）顯示了自然變異。在精密應用或大型陣列中，電壓匹配也可能是為了均勻電流分佈的考量因素。
• 波長分級：主波長被指定為單一典型值（572 nm）。對於此產品，波長分級可能非常嚴格，或者不是主要的分類標準，因為指定的是單一綠色。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)：此非線性曲線顯示施加電壓與產生電流之間的關係。膝點電壓約為2.0V，之後電流隨電壓小幅增加而迅速上升，因此需要恆流驅動以獲得穩定亮度。
• 發光強度 vs. 順向電流 (I-L曲線)：此曲線在廣泛範圍內大致呈線性。發光強度大致與順向電流成正比，允許透過PWM（脈衝寬度調變）或類比電流調整來控制亮度。
• 發光強度 vs. 環境溫度：對於AlInGaP LED，光輸出通常隨著接面溫度升高而降低。順向電流的降額規格直接與管理此熱效應以維持亮度和壽命相關。
• 光譜分佈：相對強度 vs. 波長的圖表，顯示峰值在571-572 nm附近，並具有所述的15 nm半高寬。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

封裝為標準單一位數七段式LED顯示器外型。所有尺寸單位為毫米，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、字高（7.62mm）以及發光段之間的間距。確切的佔位面積對於PCB（印刷電路板）佈局至關重要。

5.2 接腳定義與極性識別

LTS-3361JG是一款共陰極裝置。這意味著所有LED發光段的陰極在內部連接到共用的接腳（接腳1和接腳6），而每個發光段的陽極則有其專屬接腳。要點亮一個發光段，必須將其對應的陽極接腳驅動為高電位（透過限流電阻施加正電壓），並將共陰極接腳連接到接地（低電位）。

接腳連接：

1. 共陰極

2. 陽極 F（右上段）

3. 陽極 G（中段）

4. 陽極 E（右下段）

5. 陽極 D（下段）

6. 共陰極

7. 陽極 DP（小數點）

8. 陽極 C（左下段）

9. 陽極 B（左上段）

10. 陽極 A（上段）

注意：接腳1和6均為共陰極，應在PCB上連接在一起，以確保電流均勻分佈。

5.3 內部電路圖

內部圖顯示十個接腳連接到八個LED元件（發光段A-G加上DP）。兩個共陰極接腳（1和6）在內部連接在一起。此配置是共陰極單一位數顯示器的標準配置。

6. 焊接與組裝指南

• 迴焊：與標準SMT迴焊製程相容。額定最高焊接溫度為260°C，持續3秒。建議使用峰值溫度在245-250°C之間的標準無鉛製程曲線，以保持在此限制內。
• 手工焊接：若需手工焊接，請使用溫度控制的烙鐵，設定最高350°C，並限制每個接腳的接觸時間少於3秒，以防止塑膠封裝和內部接線的熱損壞。
• 清潔：僅使用與LED環氧樹脂和塑膠材料相容的清潔劑。除非確認對特定封裝安全，否則避免使用超音波清洗。
• ESD（靜電放電）預防措施：雖然未明確說明，但LED通常對ESD敏感。請採取適當的ESD預防措施（接地工作站、防靜電手環）進行操作。
• 儲存條件：在指定的溫度範圍（-35°C至+85°C）內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

最常見的驅動方法是多工掃描。對於多位數顯示器，微控制器依序啟動每個位數的共陰極，同時在共用的陽極線上輸出該位數的發光段圖案。這能顯著減少所需的驅動接腳數量。通常使用恆流驅動IC或電晶體陣列來為發光段提供足夠的電流。

限流電阻計算：對於直接驅動至關重要。公式：R = (V_電源 - V_FF) / I_FF。範例：對於5V電源，V_FF=2.2V，且 I_FF=10mA：R = (5 - 2.2) / 0.01 = 280 Ω。使用最接近的標準值（例如270 Ω或330 Ω）。如果直接驅動，每個發光段陽極都需要一個電阻。

7.2 設計考量

• 亮度控制：在陰極或陽極驅動器上使用PWM來調暗顯示器。這比改變直流電流更有效且更有效率。
• 視角：考慮其寬廣視角來定位顯示器，以確保最終使用者的最佳可見度。
• 熱管理：對於高環境溫度應用，請遵守電流降額指南。若以接近最大電流驅動，請確保PCB有足夠的銅箔面積或通風。
• 去耦：在顯示器的電源接腳附近放置一個小型陶瓷電容（例如100nF），以抑制雜訊，特別是在多工設計中。

8. 技術比較與差異化

與舊技術如紅色GaAsP LED相比，基於AlInGaP的LTS-3361JG在給定電流下提供了顯著更高的亮度和效率。與某些現代帶有螢光粉的白光或藍光LED相比，它提供了純淨、飽和的綠色，而無需螢光粉轉換的複雜性和效率損失。

其主要差異在於其特定的組合：0.3英吋字高、共陰極配置、純綠色AlInGaP發光，以及特性化的強度分級。競爭產品可能使用不同的晶片技術（例如用於藍/綠光的InGaN）、具有不同的封裝顏色（例如黑色面板），或是共陽極。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接用3.3V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？

A：有可能，但需謹慎。典型 V_FF 為2.05V，而GPIO接腳的輸出高電位 (V_OHOH) 在3.3V供電下可能低至2.64V。電壓餘裕（3.3V - 2.6V = 0.7V）對於限流電阻來說非常有限。更安全的方法是使用電晶體或驅動IC來連接微控制器。

Q2：為什麼有兩個共陰極接腳（1和6）？

A：這是為了機械對稱性和改善電流分佈。在PCB上將兩個接腳都連接到接地，有助於平衡電流負載，可能改善發光段亮度均勻性和長期可靠性。

Q3：峰值發射波長與主波長有何不同？

A：峰值發射波長 (λ_pP) 是發射光譜的物理峰值。主波長 (λ_dD) 是人眼感知的、與光源顏色匹配的單一波長。對於像這種綠色LED的單色光源，兩者非常接近。

Q4：如何在多位數設計中實現一致的亮度？

A：1) 使用恆流驅動電路。2) 如有需要，實施軟體校準或每個位數的PWM調整。3) 最重要的是，向供應商指定並使用來自相同發光強度等級的LED。

10. 設計實例研究

情境：設計一個簡單的4位數電壓表顯示器。

1. 元件選擇：選擇四個LTS-3361JG顯示器，因其可讀性高且綠色通常與開啟或正常狀態相關聯。
2. 驅動方案：選擇多工掃描方案。一個具有12個I/O接腳的微控制器（8個用於發光段陽極A-G、DP，4個用於位數陰極）即可驅動整個顯示器。
3. 電路設計：發光段陽極線在所有四個位數上並聯連接。每個位數的共陰極接腳（1和6）連接在一起，然後連接到一個NPN電晶體汲極。微控制器一次開啟一個電晶體（位數），同時在陽極線上輸出對應的七段碼。刷新率設定在60 Hz以上以避免閃爍。
4. 電流計算：對於多工顯示器，每個發光段的瞬時電流可以更高，以達到相同的平均亮度。如果工作週期為1/4（4位數），要獲得平均 I_{F_avg}為5mA，則在其啟動期間的瞬時電流應為 I_{F_inst} = I_{F_avg} / 工作週期 = 5mA / 0.25 = 20mA。這在連續額定值範圍內，但必須根據所選多工頻率檢查峰值額定值。
5. PCB佈局：根據尺寸圖精確放置顯示器間距。共陰極連接的走線應加寬，以處理當一個位數完全點亮（例如數字'8'）時的累積發光段電流。

11. 技術原理介紹

LTS-3361JG基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料。這是一種III-V族化合物半導體，其中鋁、銦、鎵和磷原子排列在晶格中。當施加順向偏壓時，電子和電洞在PN接面的主動區複合，以光子（光）的形式釋放能量。晶體中Al、In、Ga和P的特定比例決定了能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於約572 nm的綠色發射，需要精確的組成比例。

晶片製造在不透光的GaAs（砷化鎵）基板上。此基板會吸收部分產生的光，但AlInGaP材料系統本身效率很高。光從晶片的頂部表面發射。封裝的灰色面板和白色發光段擴散器分別通過吸收環境光和有效散射晶片發射的綠光來增強對比度。

12. 技術趨勢

雖然此特定產品使用成熟可靠的AlInGaP技術，但更廣泛的LED顯示器市場趨勢包括：

• 持續的材料科學研究旨在提高所有LED顏色的內部量子效率（IQE）和光提取效率（LEE），以在相同亮度下降低功耗。微型化：
• 有朝向更小像素間距和更高密度顯示器的趨勢，儘管對於獨立的七段式裝置，0.3英吋尺寸仍然是可讀性的流行標準。整合化：
• 越來越多的顯示器將驅動IC直接整合到模組封裝中，簡化了設計師的外部電路。替代技術：
• 對於全彩或高解析度應用，MicroLED和先進OLED等技術正在發展。然而，對於簡單、堅固、明亮且低成本的單一位數數字顯示器，基於AlInGaP和InGaN的LED由於其可靠性、長壽命和簡單性，仍然佔據主導地位。LTS-3361JG代表了其利基市場中一個經過優化的解決方案，基於成熟的半導體物理和封裝技術，平衡了性能、成本和可靠性。

The LTS-3361JG represents a well-optimized solution within its niche, balancing performance, cost, and reliability based on established semiconductor physics and packaging techniques.