LTP-4323JD LED顯示器規格書 - 0.4英吋字高 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-4323JD是一款高效能、雙字元英數字顯示模組，專為需要清晰、明亮且可靠的數字與有限字母顯示的應用而設計。其核心技術基於磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料，專門設計用於發射超紅光譜的光。此材料選擇，生長在不透明的砷化鎵（GaAs）基板上，相較於舊技術，為紅光發射提供了卓越的效率與亮度。該元件採用灰色面板與白色段位設計，提供高對比度，確保在各種照明條件下都具有極佳的可讀性。它依據發光強度進行分類，確保不同生產批次間的性能一致，並提供符合RoHS指令的無鉛封裝。

1.1 主要特性與優勢

• 緊湊且清晰易讀：具備0.4英吋（10.0 mm）字高，適合空間受限的面板，同時保持優異的字元清晰度。
• 卓越的光學性能：得益於AlInGaP LED晶片與連續均勻的段位設計，提供高亮度、高對比度與寬廣視角。
• 節能高效：功耗需求低，有助於降低整體系統功耗。
• 設計靈活性：提供共陰極配置（根據本規格書），簡化了許多基於微控制器的系統之驅動電路設計。
• 堅固結構：提供固態可靠性與出色的字元外觀，易於安裝在標準印刷電路板（PCB）上。
• 符合環保規範：採用無鉛元件封裝，符合現代環保標準。

1.2 目標應用與市場

此顯示器適用於各領域的普通電子設備。典型應用包括儀表板、測試與量測設備、銷售點系統、工業控制介面、消費性家電與通訊裝置。它專為需要可靠、清晰且明亮的英數字指示的應用而設計。規格書明確警告，未經事先諮詢，不得將此標準商用級元件用於安全關鍵系統（例如航空、醫療生命維持、交通控制），突顯其主要市場在於通用工業與消費性電子產品。

2. 技術規格與客觀解讀

以下章節根據規格書定義，對元件的電氣、光學與熱特性進行詳細、客觀的分析。

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。不保證在或超過這些極限下運作。

• 每段功耗：70 mW。這是單一LED段位可安全散逸的最大功率，無過熱風險。
• 每段峰值順向電流：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）短暫使用，不適用於連續運作。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。當環境溫度（Ta）超過25°C時，此電流以0.33 mA/°C線性遞減。例如，在85°C時，最大連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mA。
• 溫度範圍：操作與儲存溫度範圍為-35°C至+85°C。
• 焊接條件：元件可承受在260°C下焊接5秒，測量點位於安裝平面下方1/16英吋（≈1.59 mm）處。

2.2 電氣與光學特性

這些是在指定測試條件下（Ta=25°C）測得的典型與最大/最小性能參數。

• 平均發光強度（Iv）：範圍從200 μcd（最小）到650 μcd（最大），並提供典型值，測試條件為IF=1mA。這表示亮度輸出。
• 每段順向電壓（VF）：典型值為2.6V，並指定最大值，測試條件為IF=20mA。設計師必須確保驅動電路能提供足夠電壓，以在此VF範圍內使所有單元達到所需電流。
• 峰值發射波長（λp）：650 nm。這是發射光強度最高的波長，定義了超紅光顏色。
• 主波長（λd）：639 nm。這是人眼感知與光色匹配的單一波長，對於顏色規格至關重要。
• 譜線半寬度（Δλ）：20 nm。這表示光譜純度；數值越小，表示光越接近單色光。
• 逆向電流（IR）：在VR=5V時最大為100 μA。規格書強烈註明，此逆向電壓條件僅供測試使用，元件無法在逆向偏壓下連續運作。
• 發光強度匹配比：同一相似光區域內的段位，最大為2:1。這規定了單一字元內各段位間允許的亮度變化。
• 串擾：規定為≤ 2.5%，指的是相鄰段位之間不必要的光學干擾。

3. 分級與分類系統

LTP-4323JD採用發光強度分類系統。這意味著元件會根據測量的光輸出進行測試並分類到不同的性能等級。模組標記包含Z: BIN CODE識別碼。這讓設計師可以選擇具有一致亮度等級的顯示器，以在多單元應用中實現均勻的外觀。規格書未詳細說明與每個代碼相關的特定分級代碼值或強度範圍，這些通常會在單獨的分級文件或購買時協商定義。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類曲線通常包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：顯示非線性關係，對於設計恆流驅動器至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流（I-L曲線）：展示光輸出如何隨電流增加而增加，在高電流下常因熱效應而變得次線性。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨溫度升高而遞減，這對於在非恆溫環境中的應用至關重要。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示在650nm處的峰值與20nm的半寬度。

這些曲線對於理解元件在非標準條件下（不同電流、溫度）的行為，以及優化設計以實現效率與壽命至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

顯示器採用標準雙列直插式封裝（DIP）佔位面積。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米，一般公差為±0.25 mm，除非另有規定。
• 引腳尖端偏移公差為0.4 mm。
• 針對段位上的異物（≤10 mils）、油墨污染（≤20 mils）、反射器彎曲（≤其長度的1/100）以及段位內的氣泡（≤10 mils）設定了特定的品質限制。
• 建議的引腳PCB孔徑為Ø1.30mm。

5.2 引腳配置與極性識別

該元件有20個引腳。內部電路圖與引腳連接表顯示，對於此特定型號（LTP-4323JD），它屬於共陰極類型。每個段位（A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U, DP）都有其專用的陽極引腳。兩個字元共用共陰極引腳（字元1為引腳4，字元2為引腳10）。引腳14標示為未連接。正確識別共陰極引腳對於設計能正確吸收電流的電路至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 自動焊接設定檔

對於波焊或迴流焊，條件規定為260°C持續5秒，測量點位於元件安裝平面下方1.59mm（1/16英吋）處。組裝期間元件本體的溫度不得超過最大額定溫度。

6.2 手動焊接說明

對於手工焊接，烙鐵頭應接觸安裝平面下方1.59mm處。焊接時間必須在5秒內，溫度為350°C ±30°C。超過這些時間或溫度限制可能會損壞內部接合線或LED晶片。

7. 可靠性測試

該元件根據軍事（MIL-STD）、日本工業（JIS）與內部標準，進行一系列全面的可靠性測試。這些測試驗證了其穩固性與壽命：

• 操作壽命測試（RTOL）：在最大額定電流下連續運作1000小時，以測試長期發光衰減與故障。
• 環境應力測試：包括高溫/高濕儲存（65°C/90-95% RH下500小時）、高溫儲存（105°C下1000小時）與低溫儲存（-35°C下1000小時）。
• 熱循環與熱衝擊：溫度循環（-35°C與105°C之間30個循環）與熱衝擊（-35°C與105°C之間快速轉換30個循環），以測試因熱膨脹係數（CTE）不匹配導致的機械故障。
• 可焊性測試：耐焊性（260°C下10秒）與可焊性（245°C下5秒）確保引腳能承受組裝製程。

8. 關鍵應用註記與設計考量

8.1 設計與實作警告

• 驅動電流與熱管理：超過建議的連續順向電流或操作溫度將加速光輸出衰減（流明衰減），並可能導致過早的災難性故障。必須遵守電流的線性遞減曲線。
• 電路保護：驅動電路必須包含對逆向電壓與開機或關機過程中的電壓瞬變的保護，因為LED具有較低的逆向崩潰電壓。
• 恆流驅動：這是驅動LED的推薦方法。它能確保在不同單元與溫度變化下亮度一致，因為它能補償LED順向電壓的負溫度係數。
• 順向電壓考量：電源或驅動電路的設計必須能適應順向電壓的完整範圍（VF，典型值2.6V，最大值依規格），以確保在所有條件下都能將目標驅動電流傳送到所有段位。

8.2 典型應用電路概念

對於像LTP-4323JD這樣的共陰極顯示器，通常使用典型的多工掃描方案來控制兩個字元的16個段位。共陰極引腳（4和10）會依序切換到接地（例如透過電晶體），同時驅動適當的段位陽極引腳為高電位（使用限流電阻或恆流驅動IC），以點亮該字元所需的段位。這減少了所需的微控制器I/O引腳數量。設計必須確保多工脈衝期間每段的峰值電流不超過絕對最大額定值，並且隨時間的平均電流達到所需的亮度水平。

9. 比較優勢與技術背景

使用AlInGaP技術製造紅光LED，相較於磷化砷化鎵（GaAsP）等舊技術，是一項重大進步。AlInGaP提供了顯著更高的外部量子效率，在相同輸入電流下能產生更亮的輸出。超紅光發射（650nm峰值）在視覺上也更為鮮明，並且在顯示器可能透過濾光片觀看或在環境陽光下觀看的應用中，能提供更好的性能。灰色面板/白色段位設計最大化對比度。相較於簡單的7段顯示器，16段格式允許更完整地表示字母（儘管有限），增加了該元件在需要數字旁顯示短文字訊息的應用中的實用性。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以用5V微控制器引腳直接驅動這個顯示器嗎？

答：不行。典型順向電壓為2.6V，但始終需要串聯一個限流電阻來設定正確的電流（例如20mA）。僅使用5V引腳會導致電流過大並損壞LED段位。使用公式 R = (Vcc - Vf) / If 計算電阻值。

問：峰值波長與主波長有何不同？

答：峰值波長（650nm）是發射光譜的物理峰值。主波長（639nm）是人眼感知的顏色點，可能因發射光譜的形狀而有所不同。兩者對於規格制定都很重要。

問：為什麼推薦恆流驅動而非恆壓驅動？

答：LED的順向電壓（Vf）會隨溫度升高而降低。使用恆壓電源，這將導致電流增加，進而引起進一步加熱與熱失控。恆流源無論Vf如何變化都能維持穩定電流，確保亮度穩定並保護LED。

問：如何解讀發光強度匹配比2:1？

答：這表示在定義的相似光區域（可能在同一字元內）中，最亮的段位亮度不會超過最暗段位亮度的兩倍。這是均勻性的衡量標準。

11. 實務設計與使用範例

情境：設計一個簡單的兩位數電壓表讀數顯示。LTP-4323JD將是理想選擇。微控制器的ADC讀取電壓，將其轉換為十進制數字，並驅動顯示器。韌體將處理多工掃描：它設定十位數字的段位圖案到陽極線，將共陰極引腳4接地一小段時間（例如5ms），然後設定個位數字的段位圖案並將共陰極引腳10接地相同時間，快速重複。視覺暫留會產生兩個數字持續點亮的錯覺。需要根據電源電壓與所需的平均段位電流（考慮多工掃描的工作週期）仔細計算限流電阻。如果驅動電路可能使LED承受逆向電壓，則設計必須包含保護二極體。

12. 運作原理

該元件基於半導體p-n接面的電致發光原理運作。當施加超過二極體導通閾值的順向電壓時，來自n型AlInGaP層的電子與來自p型層的電洞復合。此復合事件以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP晶格的特有合金成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在此例中，為約650 nm的紅光區域。不透明的GaAs基板吸收任何向下發射的光，透過將其向上反射來提高整體效率。顯示器中的每個段位包含一個或多個這些微小的LED晶片。

13. 技術趨勢與背景

基於AlInGaP的LED代表了一種成熟且高度優化的技術，用於琥珀色、紅色與超紅光發射。雖然氮化鎵（GaN）等新材料主導了藍色、綠色與白色LED市場，但AlInGaP在較長波長方面仍保持效率領先地位。顯示器技術的當前趨勢聚焦於微型化（小於0.4英吋字高）、更高像素密度（朝向點矩陣或OLED以實現全圖形）以及提升效率（相同亮度下更低的驅動電流）。然而，對於惡劣環境（寬溫範圍）中專用的、高可靠性、高亮度的英數字指示器，像LTP-4323JD這樣的段位LED顯示器仍然是穩固且具成本效益的解決方案。未來的發展可能涉及將驅動電子元件直接整合到封裝中，或進一步改進封裝以實現更好的熱管理。