目錄
1. 產品概述
LTS-3401TBE 是一款固態七段字母數字顯示模組，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其主要功能是使用可獨立定址的LED段，以視覺方式呈現數字 (0-9) 及部分字母。該裝置採用基於藍寶石基板上氮化銦鎵磊晶的藍光LED晶片。顯示器具有淺灰色面板與白色段碼顏色，提供高對比度以實現出色的可讀性。它被歸類為共陽極型顯示器，這意味著所有段的陽極在內部連接到共通的接腳，需要採用電流吸收的驅動器配置。
1.1 核心優勢與目標市場
此顯示器專為低功耗操作而設計，使其適用於電池供電或注重能源效率的裝置。主要優勢包括其低電流需求，段碼可在低至1mA的電流下有效驅動，以及段碼間出色的發光強度匹配，確保外觀均勻。高亮度與寬視角確保從不同角度皆可清晰可見。相較於其他顯示技術，其固態結構提供了高可靠性和長使用壽命。主要目標市場包括攜帶式儀器、消費性電子產品、工業控制面板、測試設備，以及任何需要緊湊、可靠數字顯示的裝置。
2. 技術參數深度解析
2.1 光度與光學特性
光學性能是顯示器功能的核心。在每段標準測試條件為順向電流 (IF) 10mA下，平均發光強度 (IV) 範圍從最小值6.4毫燭光 (mcd) 到典型值10 mcd。此強度是使用經過濾波以匹配CIE明視覺響應曲線的感測器測量，確保數值與人眼感知相關。主波長 (λd) 指定為470奈米 (nm)，將發光置於可見光譜的藍色區域。峰值發射波長 (λp) 通常為468 nm，而譜線半寬度 (Δλ) 為25 nm，表示相對純淨的藍色。段碼間的發光強度匹配比最大為2:1，確保整個數字具有可接受的均勻度。
2.2 電氣參數
電氣特性定義了驅動需求和限制。在25°C下，每段的絕對最大連續順向電流為20 mA，隨著環境溫度升高，以0.25 mA/°C線性遞減。對於佔空比1/10、脈衝寬度0.1ms的脈衝操作，峰值順向電流可達100 mA。每段的順向電壓 (VF)，在IF=20mA下測量，最大值為3.8伏特，典型值為3.3伏特。此參數對於設計限流電路至關重要。每段的最大功耗為70 mW。在反向電壓 (VR) 5V下，反向電流 (IR) 限制在最大值100 µA，儘管該裝置並非設計用於連續反向偏壓操作。
2.3 熱與環境規格
該裝置額定工作溫度範圍為-35°C至+85°C，儲存溫度範圍相同。此寬廣範圍使其適用於各種環境條件。一個關鍵的處理規格是焊接溫度限制：裝置可承受最高260°C達3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm (1/16英吋) 處，這對於使用迴流焊製程的PCB組裝是至關重要的資訊。
3. 機械與封裝資訊
3.1 尺寸與公差
顯示器的字元高度為0.8英吋 (20.32 mm)。所有封裝尺寸均以毫米提供。除非另有說明，一般公差為±0.25 mm。關鍵機械注意事項包括接腳尖端偏移公差±0.4 mm、段碼表面異物與油墨汙染的限制，以及反射器彎曲的限制 (≤其長度的1%)。建議用於接腳的PCB孔徑為1.0 mm，以確保適當配合。
3.2 接腳定義與連接圖
該裝置採用雙列直插式封裝 (DIP) 配置，共有18支接腳。內部電路圖確認了共陽極架構。接腳連接如下：接腳4、6、12和17為共陽極連接。段碼陰極分佈於其他接腳：A (接腳2)、B (接腳15)、C (接腳13)、D (接腳11)、E (接腳5)、F (接腳3) 和 G (接腳14)。此外，還有左小數點 (L.D.P, 接腳7) 和右小數點 (R.D.P, 接腳10) 的陰極。接腳1、8、9、16和18標記為無連接 (NO PIN)。此接腳定義對於設計PCB佈局和驅動電路至關重要。
4. 性能曲線分析
規格書參考了典型的電氣和光學特性曲線，這是LED元件的標準。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但這些曲線通常包括順向電流 (IF) 與順向電壓 (VF) 之間的關係，該關係是非線性的，對驅動器設計至關重要。另一常見曲線顯示發光強度與順向電流的關係，展示亮度如何隨電流增加。第三種典型曲線說明主波長或順向電壓相對於接面溫度的變化。分析這些曲線可讓設計人員優化性能、了解效率，並預測在不同操作條件（如溫度變化或調光方案）下的行為。
5. 焊接與組裝指南
5.1 迴流焊參數
如絕對最大額定值所述，該裝置可承受最高260°C的峰值焊接溫度，最長持續時間為3秒。這與典型的無鉛迴流焊溫度曲線相符。設計人員必須確保PCB組裝過程中使用的熱曲線不超過此限制，以防止損壞內部LED晶片、焊線或塑膠封裝。
5.2 靜電放電 (ESD) 注意事項
LED對靜電放電敏感。為防止在處理和組裝過程中發生ESD損壞，強烈建議採取以下措施：人員應使用導電腕帶或防靜電手套。所有設備、工作台和儲物架必須妥善接地。應使用離子風扇來中和在處理或儲存過程中因摩擦而可能積聚在塑膠封裝表面的靜電荷。這些預防措施對於在製造中保持高良率和可靠性至關重要。
5.3 儲存條件
該裝置應在其指定的溫度範圍-35°C至+85°C內儲存。如果元件對吸濕敏感，建議將其與乾燥劑一起儲存在防潮袋中，儘管提供的規格書中未特別要求此點。適當處理以避免對接腳或顯示器面板造成機械應力也很重要。
6. 應用建議
6.1 典型應用場景
LTS-3401TBE 非常適合任何需要緊湊、低功耗數字顯示的應用。常見用途包括數位萬用電錶、頻率計數器、時鐘顯示器、體重計、醫療監測設備、汽車儀表板讀數（用於非關鍵資訊）以及工業製程指示器。其藍色提供良好的可見度，可選擇用於美觀或功能上與傳統紅色或綠色顯示器區分。
6.2 設計考量與電路
設計驅動電路時，必須考慮共陽極配置。這通常涉及將共陽極接腳連接到正電源電壓 (VCC)，可能透過一個用於共線的限流電阻。然後，每個段碼陰極連接到能夠吸收所需段碼電流的驅動器IC。每個段碼的電流必須根據所需亮度和最大額定值進行限制。使用典型的順向電壓3.3V-3.8V，限流電阻值可計算為 R = (VCC- VF) / IF。對於多工多個數字，必須管理峰值電流，使其保持在脈衝電流額定值內，同時維持平均亮度。設計人員還應考慮最大2.5%的串擾規格，該規格定義了非選定段的意外發光。
7. 技術比較與差異化
與舊式白熾燈或真空螢光顯示器 (VFD) 相比，此LED顯示器憑藉其固態特性，提供了顯著更低的功耗、更長的使用壽命和更高的可靠性。在LED顯示器領域，其主要差異化特點是其特定的低電流優化（每段低至1mA），這低於許多標準顯示器，以及其發光強度分級，提供更好的亮度一致性。與舊式紅色GaAsP LED相比，採用InGaN技術實現的藍色通常提供更高的效率和不同的美學選擇。包含左右小數點增加了針對不同數字格式需求的靈活性。
8. 常見問題 (基於技術參數)
問：共陽極與共陰極有何區別？
答：在共陽極顯示器中，所有LED段的陽極連接在一起，連接到一個（或多個）共通的接腳，該接腳連接到正電源。通過向各自的陰極接腳施加低電位（接地）信號來開啟段碼。在共陰極顯示器中，陰極是共通的並連接到地，通過向陽極施加高電位信號來開啟段碼。LTS-3401TBE 是共陽極型。
問：我可以用5V微控制器驅動此顯示器嗎？
答：可以，但必須使用限流電阻。由於順向電壓約為3.3-3.8V，需要一個電阻來降低剩餘電壓（例如，5V - 3.5V = 1.5V）並將電流限制在所需值（例如，10mA需要150Ω電阻）。微控制器的驅動接腳必須能夠吸收所需的段碼電流。
問：發光強度分級是什麼意思？
答：這表示顯示器根據其測量的發光輸出進行測試和分級（分組）。這確保了同一型號不同單元之間的亮度更加一致，如果在單一產品中使用多個顯示器，可實現更均勻的外觀。
問：如何連接四個共陽極接腳？
答：所有共陽極接腳 (4, 6, 12, 17) 應連接在一起，連接到相同的正電壓電源線，如果同時驅動單一數字的所有段碼，通常透過單一限流電阻連接。這確保所有段碼具有相同的參考電壓。
9. 實務設計與使用範例
考慮設計一個簡單的數位電壓表顯示。微控制器的類比數位轉換器讀取電壓，處理後需要顯示一個3位數值（例如，5.12V）。將使用三個 LTS-3401TBE 顯示器。所有三個數字的共陽極接腳將連接到三個獨立的微控制器I/O接腳，配置為數位輸出以進行多工控制。三個數字中所有對應的段碼陰極（所有'A'段、所有'B'段等）將連接在一起，然後透過適當的限流電阻連接到八個微控制器I/O接腳（七段 + 一個小數點），可能使用電晶體陣列或專用顯示驅動器IC來處理電流吸收。微控制器快速循環（多工）每個數字，一次開啟一個共陽極，同時設定該特定數字的陰極圖案。視覺暫留使所有數字看起來持續點亮。中間數字的右小數點將被點亮以顯示小數位。低電流能力使此多工方案能夠高效工作，而不會消耗過多功率。
10. 工作原理簡介
七段LED顯示器是由排列成8字形的發光二極體組成的組件。七個段碼（標記為A到G）中的每一個都是一個獨立的LED。通過選擇性地為這些段碼的不同組合供電，可以形成數字0-9和一些字母的圖案。在 LTS-3401TBE 中，這些LED由沉積在藍寶石基板上的氮化銦鎵半導體材料製成。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，電子和電洞在主動區複合，以光子（光）的形式釋放能量。InGaN層的特定成分決定了發射光的波長（顏色），在此情況下為藍色。共陽極設計簡化了在許多應用中的驅動電路，其中電源相對於控制邏輯地為正。
11. 技術趨勢與背景
七段LED顯示器代表了一種成熟且可靠的顯示技術。雖然點矩陣和圖形OLED/LCD顯示器在顯示任意字元和圖形方面提供了更大的靈活性，但七段顯示器由於其簡單性、低成本、高亮度、在各種照明條件下（包括直射陽光）出色的可讀性，以及在靜態或低多工場景下極低的功耗，仍然具有高度相關性。此領域的趨勢是朝向更高效率的LED（每瓦更多流明），允許更低的驅動電流或更高的亮度，以及朝向表面黏著元件 (SMD) 封裝以實現自動化組裝，儘管像這樣的通孔DIP封裝仍然廣泛用於原型製作、維修和某些工業應用。如本裝置所示，轉向無鉛且符合RoHS的封裝，現已成為標準的產業要求。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |