LTC-2621JR LED顯示器規格書 - 0.28英吋字高 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 低功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-2621JR是一款緊湊型、雙位數的七段式發光二極體（LED）顯示模組。其主要功能是在廣泛的電子設備與儀器中提供清晰、易讀的數值輸出。其核心技術基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，專為產生具有高發光效率的超紅光而設計。此元件的特點在於其低電流操作，使其非常適合電池供電或注重能源效率的應用，其中最小化功耗至關重要。顯示器採用灰色面板與白色段碼設計，這增強了在各種照明條件下的對比度與可讀性。

1.1 核心優勢

• 低功耗需求：專為在極低順向電流下操作而設計，段碼設計可在低至1 mA的電流下有效驅動。這顯著降低了整體系統功耗。
• 高亮度與對比度：採用AlInGaP技術提供高發光強度，確保出色的可見度。灰色面板/白色段碼設計進一步提升了對比度。
• 優異的字元外觀：具備連續、均勻的段碼（0.28英吋/7.0 mm字高），呈現一致且專業的數位字元。
• 廣視角：提供從廣泛角度皆清晰可見的顯示效果，這對使用者介面至關重要。
• 固態可靠性：作為LED元件，與機械式或其他顯示技術相比，它提供了更長的使用壽命、抗震性與可靠性。
• 發光強度分級：元件根據其光輸出進行分級或分類，這使得在需要多個顯示器亮度一致的應用中，能獲得更好的均勻性。

2. 技術參數深度解析

本節對規格書中指定的關鍵電氣與光學參數提供詳細、客觀的分析。理解這些參數對於正確的電路設計與確保最佳顯示性能至關重要。

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。不保證在此極限外的操作，應予以避免。

• 每段功耗：最大70 mW。此極限取決於LED晶片的散熱能力。超過此值可能導致熱失控與故障。
• 每段峰值順向電流：最大100 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1 ms脈衝寬度）。此額定值適用於多工或短暫過驅動情境，不適用於連續直流操作。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25 mA。此電流隨著環境溫度（Ta）升高超過25°C，以每°C 0.33 mA的速率線性遞減。例如，在85°C時，最大允許連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = ~5.2 mA。此遞減對於熱管理至關重要。
• 每段逆向電壓：最大5 V。LED具有較低的逆向崩潰電壓。施加超過此值的逆向電壓可能導致PN接面立即且災難性的故障。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此元件額定適用於工業級溫度範圍。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於元件安裝平面下方1.6 mm處。這是標準的回流焊接曲線指南，以防止塑膠封裝與內部打線損壞。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C下測量的典型操作參數。設計師應使用這些數值進行電路計算。

• 平均發光強度（I_V）：在I_F= 1 mA時，200 μcd（最小值），600 μcd（典型值）。這是在建議的低電流操作點下的關鍵亮度參數。寬廣的範圍（200-600）表示元件經過分級；設計師必須考慮此變異，或指定特定等級以確保亮度一致。
• 峰值發射波長（λ_p）：在I_F= 20 mA時，639 nm（典型值）。這是光功率輸出達到最大值的波長，定義了超紅光的顏色。
• 譜線半高寬（Δλ）：在I_F= 20 mA時，20 nm（典型值）。這測量了發射光的光譜純度或頻寬。20 nm的值對於AlInGaP紅光LED是典型的，表示顏色相對純淨。
• 主波長（λ_d）：在I_F= 20 mA時，631 nm（典型值）。這是人眼感知到、最匹配LED顏色的單一波長。它略短於峰值波長。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F= 20 mA時，2.0 V（最小值），2.6 V（典型值）。這是LED導通時的跨壓。對於計算串聯電阻值至關重要。典型的2.6V高於標準的GaAsP紅光LED，這是AlInGaP技術的特性。
• 每段逆向電流（I_R）：在V_R= 5 V時，100 μA（最大值）。這是當LED在其最大額定值下逆向偏壓時流過的小量漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大值）。這規定了單一元件內或元件之間最亮與最暗段碼的最大允許比率。2:1的比率意味著最暗段碼的亮度不得低於最亮段碼的一半，確保了均勻性。

3. 分級系統說明

規格書指出元件已針對發光強度進行分類。這指的是分級過程。

• 發光強度分級：製造後，LED會根據其在標準測試電流（例如1 mA或20 mA）下測得的光輸出進行測試並分類到不同的等級中。LTC-2621JR的I_V範圍（200-600 μcd）可能涵蓋了數個等級。在多位數或多單元的應用中使用來自同一等級的LED，可確保整個顯示器的亮度一致，這對於產品美觀與可讀性至關重要。設計師在訂購時通常可以指定特定的強度等級代碼。
• 順向電壓分級：雖然此元件未明確提及，但電壓分級也很常見。將具有相似V_F的LED分組，有助於設計更簡單、更均勻的限流網路，特別是在並聯或多工配置中。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但我們可以推斷其典型內容與重要性。

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I_V/ I_F曲線）：此圖表將顯示光輸出如何隨電流增加。對於LED，在較低電流下關係大致呈線性，但在較高電流下可能因熱效應而飽和。該曲線確認了元件在極低電流（1 mA）下的可用性。
• 順向電壓 vs. 順向電流（V_F/ I_F曲線）：此指數曲線對於確定LED的動態電阻以及設計恆流驅動器至關重要。它顯示V_F隨I_F.
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：此曲線展示了光輸出的熱遞減特性。對於AlInGaP LED，發光強度通常隨溫度升高而降低。這是在高溫環境下運作的應用需要考慮的關鍵因素。
• 光譜分佈：顯示跨波長的相對光功率圖，中心約在639 nm，半高寬約20 nm。這定義了顏色特性。

5. 機械與封裝資訊

LTC-2621JR採用標準的雙位數七段式LED封裝。

• 字元高度：0.28英吋（7.0 mm）。
• 封裝尺寸：規格書包含詳細的尺寸圖（此處未重現）。關鍵公差為±0.25 mm（0.01英吋），這是此類元件的標準。設計師必須使用這些尺寸進行PCB焊盤設計與面板開孔。
• 接腳配置：此元件採用16接腳配置（部分接腳為無連接或無接腳）。它屬於多工共陽極類型。接腳定義如下：
  • 共陽極：接腳2（位數1）、5（位數2）、8（位數3）和13（L1, L2, L3）。
  • 段碼陰極：接腳1（D）、3（D.P.）、4（E）、6（C, L3）、7（G）、12（B, L2）、15（A, L1）、16（F）。
  • 接腳9、10、11、14標記為無連接或無接腳。
• 內部電路圖：規格書顯示了內部電氣連接。它確認了共陽極多工結構：給定位數（以及可選的LED L1-L3）的所有陽極在內部連接在一起，而每個段碼的陰極則是分開的。這允許僅使用一組段碼驅動器來依序控制三個位數（多工）。
• 極性識別：封裝上可能有物理標記（圓點、凹口或斜邊）來識別接腳1。正確的方向對於防止焊接和操作期間的損壞至關重要。

6. 焊接與組裝指南

遵守這些指南對於防止PCB組裝過程中的熱損壞是必要的。

• 回流焊接曲線：建議的最大條件為峰值溫度260°C，最長3秒。此測量點位於封裝安裝平面下方1.6 mm（1/16英吋）處（即在PCB上）。標準的無鉛回流焊接曲線通常在此限制內，但應控制高於液相線的時間（TAL）。
• 手工焊接：若需手工焊接，應使用溫控烙鐵。每個接腳的接觸時間應最小化（通常<3秒），並可在烙鐵與封裝體之間的引腳上使用散熱器（例如鑷子）。
• 清潔：僅使用與LED塑膠透鏡材料相容的清潔劑，以避免霧化或化學損壞。
• 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。若潮濕敏感元件在使用前未烘烤，應將其保存在帶有乾燥劑的密封袋中。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 便攜式消費電子：數位萬用電錶、手持測試設備、緊湊型音訊播放器或健身追蹤器，其中低功耗至關重要。
• 工業儀器儀表：面板儀錶、過程控制器、計時器顯示器和感測器讀數，需要可靠性和寬溫操作。
• 汽車改裝顯示器：用於車內輔助儀錶（電壓錶、時鐘），但可能需要環境密封。
• 家用電器：微波爐、咖啡機或恆溫器的顯示器。
• 教育套件：非常適合涉及多工顯示器和微控制器介面的電子學習專案。

7.2 設計考量

• 電流限制：務必為每個段碼陰極線路使用串聯限流電阻（或恆流驅動器）。電阻值計算公式：R = (V_電源- V_F- V_{驅動器壓降}) / I_F。對於5V電源，V_F為2.6V，期望I_F為10 mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。為保守設計，請使用規格書中的最大V_F值。
• 多工驅動：由於它是共陽極多工顯示器，微控制器或驅動IC必須依序啟用每個位數的共陽極（接腳2、5、8），同時在陰極線路上輸出相應的段碼圖案。刷新率必須足夠高（>60 Hz）以避免可見閃爍。
• 多工中的峰值電流：當多工N個位數時，每個段碼在其開啟時間內的瞬時電流通常是期望平均電流的N倍。對於3位數多工，每個段碼平均3 mA，峰值電流約為~9 mA。必須根據絕對最大額定值（25 mA連續，100 mA脈衝）檢查此值。
• 視角：考慮其廣視角來放置顯示器，以確保最終使用者的最佳可讀性。
• 靜電放電（ESD）保護：LED對靜電放電敏感。在組裝過程中應實施標準的ESD處理程序。

8. 技術比較與差異化

LTC-2621JR透過特定的技術選擇在市場中實現差異化。

• AlInGaP vs. 傳統GaAsP/GaP：舊式紅光LED使用GaAsP或GaP基板，其效率較低且產生更偏橘紅色的光。AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率（每mA更多光輸出）、更好的色純度（約631-639 nm的飽和紅光）以及更優異的溫度穩定性。這轉化為更明亮、功耗更低或電池壽命更長的顯示器。
• 低電流優化：許多七段顯示器的特性是在20 mA下定義的。LTC-2621JR則明確針對極低電流（典型1 mA）下的優異性能進行測試和篩選，使其成為超低功耗設計的專用元件。
• 灰色面板/白色段碼：這種美學選擇在顯示器關閉時（黑色/灰色外觀）提高了對比度，並在點亮時增強了段碼的清晰度，相較於全黑或全灰的封裝。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

9.1 我可以用3.3V微控制器直接驅動此顯示器，而不使用電平轉換器嗎？

通常可以。典型順向電壓（V_F）在20 mA時為2.6V。在較低的驅動電流下（例如5-10 mA），V_F會略低（例如2.4V）。3.3V的GPIO接腳可以透過串聯電阻直接吸入電流來點亮一個段碼。計算：對於一個吸入5 mA電流、V_F為2.4V的GPIO接腳，電阻值為 (3.3V - 2.4V) / 0.005A = 180 Ω。確保不超過微控制器的總吸入電流能力。

9.2 為什麼發光強度給出的是一個範圍（200-600 μcd）？如何確保亮度一致？

此範圍代表了分級分布。為確保一致性，您有兩個選擇：1) 設計您的電路使其在整個範圍內都能正常工作（例如，確保在最小值200 μcd時仍可讀）。2) 在為生產訂購元件時指定更嚴格的發光強度等級代碼，確保您批次中的所有單元具有相似的輸出。請查閱製造商的完整分級文件。

9.3 與某些陰極一起提到的L1, L2, L3連接有什麼用途？

這些是連接到可選的、獨立的LED指示燈（可能是小點或圖示）的連接，這些指示燈屬於同一封裝的一部分，但在電氣上獨立於七段式數位。它們共用一個共陽極（接腳13），但有各自的陰極（接腳15/L1、12/L2、6/L3）。它們可用於冒號、其他位數的小數點或狀態指示器等符號。

9.4 如何計算我的顯示器設計的功耗？

對於具有N個位數、每個位數平均點亮M個段碼、峰值段碼電流I_峰值的多工設計，近似平均功率為：P_平均≈ N * (M / 7) * I_峰值* V_F* (1/N) = (M / 7) * I_峰值* V_F。(1/N)因子來自多工的工作週期。範例：顯示88.8（M=7個段碼），I_峰值=10 mA，V_F=2.6V：P_平均≈ (7/7) * 0.01 * 2.6 = 0.026 W 或整個3位數顯示器為26 mW。

10. 設計實例研究

情境：設計一個低功耗、3位數、電池供電的數位溫度計。

• 微控制器：一個運行在3.3V的低功耗MCU，其GPIO接腳能夠吸入10 mA電流。
• 驅動方法：多工。三個GPIO接腳配置為輸出，透過小型NPN電晶體或MOSFET（以處理組合的段碼電流）來驅動共陽極（位數1、2、3）。另外七個GPIO接腳透過限流電阻驅動段碼陰極。
• 電流設定：目標設定平均段碼電流為2 mA，以獲得良好的可見度和長電池壽命。使用3位數多工，每個段碼的峰值電流約為~6 mA。使用V_F= 2.5V（在6 mA時估計），驅動器飽和電壓為0.2V，串聯電阻值為：R = (3.3V - 2.5V - 0.2V) / 0.006A ≈ 100 Ω。
• 軟體：MCU計時器以180 Hz（每個位數60 Hz * 3位數）觸發中斷。在中斷服務常式中，它關閉前一個位數的陽極，更新下一個位數的段碼圖案，然後開啟新位數的陽極。
• 結果：顯示器功耗低於15 mW，提供無閃爍的可讀性，並充分利用了LTC-2621JR優化的低電流性能，以最大化電池運行時間。

11. 技術原理介紹

LTC-2621JR基於固態照明技術。每個段碼包含一個或多個AlInGaP LED晶片。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，電子和電洞在半導體的主動區域中復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP層的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中為約639 nm的紅光。光從晶片頂部發出，透過塑膠封裝透鏡成形，形成均勻的段碼。共陽極多工配置是一種內部佈線方案，它將所需的外部驅動接腳數量從（7段 + 1小數點）* 3位數 = 24個減少到7個段碼線 + 3個位數線 = 10個，再加上幾個用於可選LED的接腳，使其與微控制器的介面連接更加實用。

12. 技術趨勢

雖然LTC-2621JR代表了一種成熟可靠的技術，但更廣泛的顯示器領域正在不斷發展。資訊顯示器的趨勢正朝著更高整合度和靈活性發展。有機LED（OLED）和微型LED顯示器提供了自發光、高對比度和靈活的外形尺寸。然而，對於簡單的數值讀取，傳統的分段式LED顯示器由於其極簡性、穩健性、低成本、高亮度和寬廣的操作溫度範圍，仍然具有高度競爭力。該領域內的具體趨勢是朝向更低的功耗、更高效率的材料（如改進的AlInGaP或用於其他顏色的InGaN），以及將驅動電子（如I2C或SPI介面）直接整合到顯示模組中，從而減少外部元件數量並簡化設計。LTC-2621JR專注於超低電流操作，正好符合便攜式和物聯網設備中對節能元件的持續需求。