目錄
1. 產品概述
LTC-5689TBZ是一款高效能、三位數、七段式字母數字顯示模組。其設計用於需要清晰、明亮且具有優異可視性的數值讀取應用。此顯示器的核心元件是磊晶生長於藍寶石基板上的InGaN（氮化銦鎵）藍光LED晶片，能提供穩定且高效的光發射。一個關鍵的整合功能是每個段位都配備了齊納二極體，可提供反向電壓突波保護，這對於提升顯示器在電氣雜訊環境中的長期可靠性至關重要。
此顯示器採用黑底白段的設計，創造出高對比度的外觀，能顯著提升在各種光照條件下的可讀性。它被歸類為共陽極型顯示器，這是微控制器系統中常用的多工驅動電路的標準配置。本裝置符合RoHS（有害物質限制）指令，確保其使用無鉛材料製造。
1.1 核心優勢與目標市場
LTC-5689TBZ的主要優勢源於其光電設計與堅固結構。採用InGaN技術可實現高亮度與一致的藍色光，其主波長通常約在470-475奈米。連續且均勻的段位確保了專業且無縫的字元外觀，這對於消費性電子產品、工業控制面板、儀器儀表及測試設備的使用者介面至關重要。
其低功耗特性使其適用於電池供電或注重能源效率的裝置。寬廣的視角確保即使從側面觀看，顯示內容依然清晰可辨，擴展了其在面板安裝應用中的可用性。LED的固態可靠性，加上額外的齊納二極體保護，使此顯示器成為要求長使用壽命與穩定性的應用的耐用選擇。
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
理解絕對最大額定值對於防止裝置在電路設計與操作期間失效至關重要。這些額定值定義了可能導致永久損壞的極限。
- 每段功耗：70 mW。這是在連續操作下，單一亮起段位可安全以熱能形式消散的最大功率。
- 每段峰值順向電流：100 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，其工作週期為1/10，脈衝寬度為0.1毫秒。不應將其用於計算正常操作條件。
- 每段連續順向電流：在25°C時為20 mA。這是標準操作下建議的最大電流。當環境溫度（Ta）超過25°C時，適用線性降額因子0.21 mA/°C。例如，在50°C時，最大連續電流約為20 mA - (0.21 mA/°C * 25°C) = 14.75 mA。
- 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。本裝置額定適用於工業級溫度範圍。
- 焊接條件：本裝置可承受波峰焊或迴焊製程，其中在安裝平面下方1/16英吋（約1.6毫米）處的焊料溫度為260°C，最長持續時間為3秒。
2.2 電氣與光學特性（Ta=25°C）
這些參數是在特定測試條件下測量，代表裝置的典型性能。
- 平均發光強度（Iv）：在順向電流（IF）為10 mA時，為5400 - 9000 µcd（微燭光）。此寬廣範圍表示裝置已根據強度進行分級或分類。設計師在追求多個單元或顯示器亮度一致時，必須考慮此變異性。
- 每段順向電壓（VF）：在IF=20 mA時，為3.3V（最小）、3.6V（典型）。此參數對於設計限流電阻值至關重要。使用標準5V電源時，電阻值為 R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 歐姆。為確保可靠性並考慮VF變異，通常會使用稍高的值（例如75-100歐姆）。
- 峰值發射波長（λp）：468 奈米（典型）。這是發射光強度最高的波長。
- 主波長（λd）：470 - 475 奈米（典型）。這是人眼感知的波長，決定了LED的顏色。
- 譜線半寬度（Δλ）：25 奈米（典型）。這表示光譜純度；數值越小表示光越接近單色光。
- 每段反向電流（IR）：在反向電壓（VR）為5V時，最大為100 µA。重要注意事項：此測試條件僅用於品質保證（IR測試）。本裝置並非設計用於在反向偏壓下連續操作。整合的齊納二極體旨在提供暫態保護，而非用於穩態反向電壓操作。
- 發光強度匹配比：2:1（最大）。此規格定義了單一數字內或相似發光區域之間最亮與最暗段位的最大允許比率，以確保視覺均勻性。
3. 分級與分類系統
規格書明確指出裝置已根據發光強度進行分類。這是LED製造業中根據測量性能參數對產品進行分組的常見做法。
- 發光強度分級：Iv範圍5400-9000 µcd表示存在多個強度等級。對於需要一致亮度的應用（例如多位數顯示器或包含多個單元的面板），建議指定更嚴格的等級或從同一生產批次採購。
- 波長/顏色分級：雖然未明確以代碼詳細說明，但典型的λd範圍470-475奈米意味著可能存在顏色分類。一致的主波長是確保顏色外觀均勻的關鍵。
- 順向電壓分類：VF範圍（3.3V至3.6V）也可能進行分類，這會影響大型陣列中的電源設計與熱管理。
4. 性能曲線分析
規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然摘要中未提供具體圖表，但可以推斷標準LED曲線，這些曲線對設計至關重要。
- 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：LED呈現指數型的I-V關係。在20 mA時指定的VF給出了此曲線上的一個點。該曲線顯示了導通電壓，以及電流在超過此點後如何隨電壓快速增加，突顯了限流機制的必要性。
- 發光強度 vs. 順向電流（L-I曲線）：光輸出通常與順向電流成正比，但在高電流下可能因熱效應而飽和。在建議的20 mA或以下操作可確保線性度與使用壽命。
- 發光強度 vs. 環境溫度：LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。連續電流的降額（0.21 mA/°C）直接與管理此熱效應以維持亮度與可靠性相關。
- 光譜分佈：該圖表將顯示在波長範圍內的相對發光強度，中心約在470-475奈米，典型半寬度為25奈米。
5. 機械結構、封裝與接腳定義
5.1 封裝尺寸
顯示器的字元高度為0.56英吋（14.2毫米）。所有機械尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為±0.25毫米，除非另有說明。特別注意事項提到接腳尖端偏移公差為+0.4毫米，這對於PCB焊盤設計以確保正確對齊與可焊性非常重要。
5.2 內部電路圖與接腳連接
內部電路圖揭示了其架構：每個段位（A-G, DP1-5）都是一個獨立的InGaN藍光LED晶片，與一個齊納二極體串聯。所有這些LED-齊納二極體對在每個數字內共享一個共陽極連接。接腳定義如下：
- 接腳 1-7：分別為段位 A, B, C, D, E, F, G 的陰極。
- 接腳 8：三個右側小數點（DP1, DP2, DP3）的共陰極。
- 接腳 9, 10, 11：分別為數字 3、數字 2 和數字 1 的共陽極。這是每個數字的電源供應點。
- 接腳 12：兩個左側小數點（DP4, DP5）的共陽極。
- 接腳 13, 14：分別為 DP5 和 DP4 的陰極。
此配置非常適合多工驅動。透過依序驅動共陽極（接腳9,10,11,12）為高電位，並透過適當的段位陰極接腳吸收電流，即可用微控制器相對較少的接腳數量控制所有三個數字和五個小數點。
6. 焊接、組裝與操作指南
遵守焊接規格至關重要。本裝置可承受最高260°C的焊接溫度持續3秒，測量點位於封裝本體下方1.6毫米處。標準無鉛迴焊曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）通常適用。必須注意避免在插入時對接腳施加機械應力，並在手動焊接時防止過度加熱。儲存時，建議在乾燥、無冷凝的環境中，溫度範圍為-35°C至+85°C。
7. 應用說明與設計考量
7.1 典型應用電路
最常見的驅動方法是多工掃描。微控制器將使用輸出接腳控制共陽極線路上的電晶體開關（例如PNP或P通道MOSFET），並在陰極線路上使用具有電流吸收能力的I/O埠或驅動IC（如搭配ULN2003達靈頓陣列的74HC595移位暫存器）。每條陰極線路都需要一個限流電阻（或內建於驅動器中）。多工掃描頻率應足夠高以避免閃爍（通常>60 Hz）。
7.2 設計考量
- 電流限制：務必使用串聯電阻。根據最壞情況（最小）VF進行計算，以避免過電流。
- 多工掃描工作週期：由於每個數字僅在一小部分時間內供電，因此每個段位的瞬時電流可以高於平均值，以達到所需的亮度。例如，在3位數多工掃描中，每個數字的工作週期約為1/3。要達到10 mA的平均電流，在其啟動期間的瞬時電流可設定為30 mA，前提是不超過峰值電流額定值且平均功耗在限制範圍內。
- 齊納二極體功能：整合的齊納二極體箝制段位上的任何負電壓暫態，保護精密的LED晶片。它在正常的順向操作期間不進行電壓調節。
- 視角與安裝：確保顯示器方正地安裝在PCB上，並且面板開孔正確對齊，以最大化寬廣視角的優勢。
8. 技術比較與差異化
與沒有保護二極體的標準七段顯示器相比，LTC-5689TBZ對來自反電動勢、電感性開關或接線錯誤的電氣過應力具有顯著改善的耐受性。與使用舊式GaP或GaAsP技術的顯示器相比，InGaN藍光晶片提供更高的亮度與更鮮豔、飽和的藍色。0.56英吋的字元高度使其適合中距離觀看，比微型SMD顯示器大，但比大型面板儀表小。
9. 常見問題（FAQ）
問：我可以用3.3V微控制器系統驅動此顯示器嗎？
答：有可能，但需謹慎。典型VF為3.6V，高於3.3V。您可能會得到非常暗淡或沒有亮光。需要一個升壓電路或由更高電壓（如5V）供電的驅動IC來為LED供電，而控制信號可以保持在3.3V邏輯準位。
問：如果不應該施加反向電壓，為什麼會有反向電流（IR）規格？
答：IR測試是製造品質檢查，用於確保齊納二極體和LED接面完好無損。這不是操作指南。持續的反向偏壓可能會使裝置性能劣化。
問：如何獨立控制小數點？
答：五個小數點分為兩組：DP1/DP2/DP3（共陰極在接腳8）和DP4/DP5（個別陰極在接腳14和13，共陽極在接腳12）。它們必須在多工掃描序列中相應地驅動。
10. 實際應用範例
案例：設計一個簡單的3位數電壓表讀數顯示。帶有ADC的微控制器測量電壓。韌體將讀數轉換為三位數字。使用多工掃描常式，它先啟動數字1的陽極（接腳11），然後將陰極接腳（1-7，DP用接腳8）設定為第一個數字值的地電位模式，等待短暫間隔，然後停用數字1並啟動數字2（接腳10），依此類推。小數點（例如DP2）的點亮方式是：啟動其共陽極組（DP4/DP5用接腳12，或DP1/2/3則包含在數字掃描週期中），並在正確數字的啟動期間將其特定陰極拉至低電位。在每條陰極線路上使用100歐姆的限流電阻，將能從5V電源提供安全的操作點。
11. 操作原理
本裝置基於半導體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（此InGaN LED約為3.3-3.6V）的順向電壓時，電子與電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量。特定的材料組成（InGaN）決定了能隙能量，這對應於發射光的藍色波長。當反向電壓超過其崩潰電壓時，整合的齊納二極體會大量導通，從而將有害的反向電流分流，使其遠離LED接面，保護其免受損壞。
12. 技術趨勢
基於InGaN的LED代表了用於藍光和綠光發射的成熟且高效的技術。顯示技術的趨勢包括朝向更高像素密度（更小的段位或點矩陣）、在顯示器封裝內整合驅動器與控制器，以及採用表面黏著裝置（SMD）封裝以實現自動化組裝。雖然分立式七段顯示器在特定應用中仍然至關重要，但其角色正日益被OLED和TFT LCD模組所補充，後者為圖形和多色輸出提供了更大的靈活性。如LTC-5689TBZ中所見，整合齊納二極體等保護元件，反映了產業在成本敏感應用中提高穩健性與可靠性的關注焦點。
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。 |