LTD-2601JS LED顯示器規格書 - 0.28英吋字高 - AlInGaP黃光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTD-2601JS是一款雙位數、七段式的字母數字顯示模組，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其主要功能是透過可獨立定址的段位，以視覺方式呈現數字及部分有限字符。其核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，專門設計用於發射黃光波長光譜。相較於舊有技術，此材料選擇在效率和色彩純度上具有優勢。該裝置採用灰色面板搭配白色段位標記，可在各種照明條件下提供高對比度以實現最佳可讀性。它被歸類為共陽極配置，這是一種簡化多位數應用中多工驅動的標準設計。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器擁有數項定義其市場地位的關鍵優勢。其0.28英吋（7毫米）的字高提供了緊湊且易讀的格式，適用於空間有限的儀錶板、儀器、消費性電器和工業控制介面。採用AlInGaP技術可提供高發光強度和出色的字符外觀，確保即使在明亮環境下也能清晰可見。廣視角是另一項關鍵特性，允許從不同位置準確讀取顯示內容，這對於面板安裝設備至關重要。該裝置亦經過發光強度分級，意味著元件會根據亮度進行分選以確保一致性，並且提供符合RoHS（有害物質限制）指令的無鉛封裝，使其適用於具有嚴格環保法規的全球市場。目標市場包括測試與測量設備、銷售點終端機、汽車儀錶板（次要顯示器）以及需要可靠、低維護數字指示器的家用電器設計師。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣和光學參數對於正確的電路設計和確保長期可靠性至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對裝置造成永久損壞的應力極限，不適用於連續操作。

• 每段功耗：70 mW。這是單個LED段位可安全散發為熱量的最大功率。超過此限制可能導致半導體接面熱劣化。
• 每段峰值順向電流：60 mA。這是單個段位可處理的最大瞬時電流脈衝，通常與具有高工作週期脈衝的多工驅動方案相關。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。這是穩態（直流）操作的建議最大電流。規定了0.28 mA/°C的降額因子，意味著當環境溫度（Ta）超過25°C時，最大允許連續電流會降低以防止過熱。
• 每段逆向電壓：5 V。施加高於此值的逆向偏壓可能導致崩潰並損壞LED。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。該裝置額定可在此寬廣溫度範圍內操作和儲存，適用於大多數工業和消費性環境。

2.2 電氣與光學特性（於Ta=25°C）

這些是在指定測試條件下的典型性能參數。

• 平均發光強度（Iv）：在順向電流（If）為1 mA時，200（最小值），600（典型值）µcd。此參數使用模擬人眼響應（CIE曲線）的濾光片測量，量化感知亮度。寬範圍表示採用了分級系統。
• 峰值發射波長（λp）：在If=20mA時為588 nm（典型值）。這是光功率輸出最大的波長，定義了黃色。
• 光譜線半寬度（Δλ）：15 nm（典型值）。這表示光譜純度；寬度越窄，表示顏色越飽和、越純正。
• 主波長（λd）：587 nm（典型值）。這是人眼感知與LED顏色匹配的單一波長，與峰值波長密切相關。
• 每段順向電壓（Vf）：在If=20mA時為2.05（最小值），2.6（典型值）V。這是LED導通時的壓降。對於設計限流電路至關重要。
• 每段逆向電流（Ir）：在Vr=5V時為100 µA（最大值）。這是LED在其最大額定值下逆向偏壓時的小漏電流。
• 發光強度匹配比：2:1（最大值）。這規定了同一數字內各段之間或數字之間允許的最大亮度變化，確保外觀均勻。
• 串擾：≤2.5%。此參數測量當相鄰段位通電時，由於內部光反射或電氣漏電導致相鄰段位意外發光的程度。

3. 分級系統說明

規格書明確指出該裝置已按發光強度分級。這意味著製造後進行了分級或篩選過程。

• 發光強度分級：Iv規格顯示在1mA時最小值為200 µcd，典型值為600 µcd。元件經過測試並按不同強度等級（例如，高亮度、標準亮度）進行分選。設計師可以為需要多個顯示器或生產批次間亮度一致的應用選擇特定等級。
• 波長/顏色分級：雖然未明確詳述多個等級，但對峰值（588 nm）和主波長（587 nm）的嚴格規格表明製程控制嚴謹。對於關鍵的色彩匹配應用，可能提供進一步的波長分級作為客製化選項。
• 順向電壓分級：Vf範圍（2.05V至2.6V）顯示存在一些自然變異。對於對電源電壓敏感或旨在多工陣列中實現精確電流匹配的設計，選擇來自嚴格Vf等級的LED可能很重要。

4. 性能曲線分析

雖然提供的PDF摘錄提到典型電氣/光學特性曲線，但具體圖表未包含在文本中。根據標準LED行為，這些曲線通常包括：

• 電流 vs. 電壓（I-V）曲線：此圖將顯示順向電流（If）與順向電壓（Vf）之間的指數關係。對於確定所需電流對應的驅動電壓以及設計恆流驅動器至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流（L-I曲線）：此圖顯示光輸出如何隨電流增加。在較低電流下通常是線性的，但在較高電流下可能因熱效應和效率下降而飽和。此曲線有助於針對所需亮度和效率優化驅動電流。
• 發光強度 vs. 環境溫度：此曲線說明光輸出如何隨接面溫度升高而降低。理解此降額對於在高溫環境中操作的應用至關重要。
• 光譜分佈曲線：相對光功率與波長的關係圖，顯示峰值約在588 nm，光譜半寬度約15 nm，確認了黃色光特性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與公差

顯示器符合標準的穿孔式DIP（雙列直插式封裝）格式。規格書中的關鍵尺寸註記包括：除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，一般公差為±0.25 mm。引腳尖端偏移公差為±0.4 mm，這對於PCB孔位放置很重要。註明了特定的品質控制要求：段位上的異物必須≤10 mils，表面油墨污染≤20 mils，彎曲度必須≤1/100，段位材料內的氣泡必須≤10 mils。

5.2 引腳連接與內部電路

該裝置有10個引腳，呈單排排列。內部電路圖顯示其為共陽極類型，具有兩個獨立的共陽極引腳（第6腳為數字2，第9腳為數字1）。每個段位（A、B、C、D、E、F、G和小數點）都有其專用的陰極引腳。此配置是多工驅動的標準做法：透過依次啟用一個共陽極（數字）並驅動該數字對應段位的適當陰極引腳，可以用較少的I/O引腳控制多個數字。

6. 焊接與組裝指南

規格書提供了特定的焊接條件，以防止PCB組裝過程中的熱損壞：焊接條件：在260°C下，於安裝平面下方1/16英吋處焊接3秒鐘。這指的是波峰焊。烙鐵頭應置於顯示器塑膠本體下方1.6毫米（1/16英吋）處，接觸時間在最高溫度260°C下不得超過3秒。這可防止塑膠外殼熔化或內部焊線因過熱而損壞。對於迴流焊，溫度曲線不得超過由儲存溫度（+105°C）加上安全裕度得出的最高額定溫度，但未提供具體的迴流焊溫度曲線。元件應儲存在其原始的防潮袋中，並置於受控環境中，以防止吸濕，這可能導致迴流焊過程中發生爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

最常見的驅動方法是多工驅動。微控制器會使用兩個I/O引腳作為數字選擇器（透過電晶體吸收共陽極電流），並使用8個I/O引腳（或一個移位暫存器）來吸收段位陰極的電流。每個段位陰極或每個共陽極都需要串聯一個限流電阻。電阻值使用公式 R = (Vcc - Vf_led) / I_desired 計算。假設Vf在20mA時典型值為2.6V，使用5V電源，則 R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 歐姆。對於多工操作，每段的瞬時電流可以更高（例如20mA），但考慮工作週期的平均電流必須保持在連續額定值內。

7.2 設計考量

• 電流限制：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。切勿將LED直接連接到電壓源。
• 多工頻率：使用足夠高的刷新率以避免可見閃爍（通常每個數字>60 Hz）。視覺暫留會將光線整合。
• 視角：將顯示器定位，使主要觀看方向位於指定的廣視角範圍內，以獲得最佳對比度。
• 靜電放電（ESD）保護：雖然未明確說明，但LED對靜電放電敏感。組裝時應採取ESD預防措施。
• 散熱：在高亮度或高環境溫度的應用中，確保PCB佈局允許LED封裝有一定的散熱能力，特別是在接近最大連續電流驅動時。

8. 技術比較與差異化

與舊式的紅色GaAsP（磷化鎵砷）LED顯示器相比，LTD-2601JS中採用的AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同電流下實現更亮的顯示，或在較低功率下實現同等亮度。黃色光（587-588 nm）位於人眼明視覺（日光）敏感度較高的區域，使其在主觀上比具有相似輻射功率的紅色或綠色LED看起來更亮。與當代的側發光或點矩陣顯示器相比，七段式格式驅動和解碼更簡單，為純數字應用提供了更低的系統成本。其穿孔式封裝與表面黏著替代方案相比，提供了更堅固的機械固定，這在易受振動的應用中是有益的。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

• 問：我可以用3.3V微控制器驅動此顯示器嗎？答：可以。典型Vf為2.6V，因此使用3.3V電源時，有0.7V的餘裕用於限流電阻。電阻值會更小：R = (3.3 - 2.6) / I_desired。確保所需電流在微控制器引腳的電流源/汲能力範圍內可實現。
• 問：連續電流的降額因子目的是什麼？答：降額因子（0.28 mA/°C）是為了考慮在較高環境溫度下散熱能力降低。在85°C環境溫度下，最大允許連續電流為 25mA - [0.28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16.8mA = 8.2mA。在此降額電流以上操作有超過最大接面溫度的風險。
• 問：規格書提到右側小數點。這是什麼意思？答：這表示小數點段位的位置。右側小數點意味著小數點位於數字的右側，這是顯示小數的標準慣例（例如12.3）。
• 問：需要散熱片嗎？答：對於在中等環境溫度下每段以20mA或更低電流進行的典型操作，不需要專用散熱片。PCB本身充當散熱器。然而，對於在絕對最大額定值下連續操作或在高溫環境中，應考慮熱管理。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的數位電壓表讀數顯示。設計師需要一個兩位數顯示器來顯示桌上型電源供應器0.0至9.9V的電壓。選擇LTD-2601JS是因為其可讀性和簡單的介面。微控制器的ADC讀取電壓，將其轉換為十進制數字，並查找十位數、個位數和小數點的7段碼。使用兩個NPN電晶體將共陽極引腳（數字1和2）切換到地。八個微控制器I/O引腳，每個串聯一個120歐姆電阻，連接到段位陰極（A-G和DP）。韌體以100 Hz頻率多工驅動數字。灰色面板/白色段位在電源供應器的黑色面板上提供了極佳的對比度。高亮度確保在光線充足的實驗室中清晰可見。無鉛合規性符合公司新產品的環保標準。

11. 工作原理介紹

基本原理是半導體P-N接面中的電致發光。AlInGaP材料是一種直接能隙半導體。當施加超過接面內建電位（大致等於Vf）的順向電壓時，來自N區的電子被注入穿過接面進入P區，而來自P區的電洞則移動到N區。這些注入的少數載子（P側的電子，N側的電洞）與多數載子復合。在像AlInGaP這樣的直接能隙材料中，這些復合中有很大一部分是輻射性的，意味著它們以光子（光）的形式釋放能量。光子的特定能量，從而其波長（顏色），由半導體材料的能隙能量決定，這是由鋁、銦、鎵和磷的精確比例所設計的。不透明的GaAs基板有助於將光線向上反射，增加了正向發光強度。每個段位都是一個獨立的LED晶片，點亮的段位組合形成所需的數字或字符。

12. 技術趨勢與發展

雖然像LTD-2601JS這樣的穿孔式七段顯示器在原型製作、教育套件以及需要堅固機械安裝的應用中仍然具有相關性，但更廣泛的產業趨勢明確地朝向表面黏著元件（SMD）封裝發展。SMD LED提供更小的佔位面積、更低的剖面高度、適合自動化取放組裝，並且通常透過直接貼裝到PCB上實現更好的熱性能。對於顯示器，整合驅動IC變得越來越普遍，將LED陣列與掃描邏輯結合，有時甚至包括串列通訊介面（如I2C或SPI），大幅減少了微控制器I/O和軟體開銷。在材料方面，雖然AlInGaP非常適合紅、橙、黃色，但InGaN（氮化銦鎵）由於其更寬的能隙可調性，主導了藍、綠和白色LED市場。對於未來的顯示器，微型LED和迷你LED技術承諾提供更高的密度、亮度和效率，儘管這些技術目前主要針對高解析度視訊螢幕，而非簡單的段位顯示器。然而，七段式格式的持久原理確保了其在可預見的未來，在成本敏感、可讀性至關重要的數字應用中的實用性。