LTS-10304JD LED顯示器規格書 - 1.0英吋數位高度 - 超紅光650nm - 24mA順向電流 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-10304JD是一款單一位數的七段式LED顯示器，專為需要清晰數字顯示且功耗低的應用而設計。其主要功能是提供高可見度、可靠的數字指示器。此元件的核心優勢在於其採用了AlInGaP（磷化鋁銦鎵）超紅光LED晶片，能提供高亮度與高效率。此技術生長於GaAs基板上，以在紅色光譜中提供卓越性能而聞名。顯示器採用黑底白字的設計，創造出高對比度的外觀，從而提升可讀性。其發光強度經過分級，並提供符合RoHS指令的無鉛封裝，使其適合考量環保的現代電子設計。

2. 深入技術參數分析

2.1 光度與光學特性

光學性能是此顯示器功能的核心。在每段1mA的標準測試電流下，平均發光強度（Iv）範圍從最低410 µcd到典型值2200 µcd。此高亮度可在極低的驅動電流下達成，是一項關鍵特色。主波長（λd）典型值為639 nm，峰值發射波長（λp）為650 nm，使其明確位於可見光譜的超紅光區域。光譜線半高寬（Δλ）為20 nm，表示其發射的顏色相對純淨。各段之間的發光強度匹配規格為最大2:1的比例，確保在相同驅動條件下，整個數字的顯示外觀均勻。

2.2 電氣與熱規格

電氣參數定義了操作限制與條件。在25°C下，每段絕對最大連續順向電流為24 mA，並隨溫度升高以0.28 mA/°C的降額因子遞減。在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）允許90 mA的峰值順向電流。在20mA驅動電流下，每段的順向電壓（Vf）典型範圍為4.2V，最大值為5.2V。最大逆向電壓額定值為10V。每段功耗額定值為134 mW。元件的工作與儲存溫度範圍額定為-35°C至+105°C，顯示其適用於各種環境的穩健性。焊接必須在最高260°C的溫度下進行，時間不超過3秒，且測量點位於安裝平面下方1.6mm處。

3. 機械與封裝資訊

3.1 實體尺寸與圖面

此元件的數字高度為1.0英吋（25.4 mm）。規格書中提供了封裝尺寸，所有尺寸單位均為毫米。除非另有說明，標準公差為±0.25 mm。特別註明接腳尖端偏移公差為+0.4 mm，這對於PCB佈局與組裝規劃非常重要。圖面通常顯示封裝的總長、寬、高，數字段的尺寸，以及14支接腳的精確間距與直徑。

3.2 接腳配置與極性識別

LTS-10304JD為共陰極顯示器。它具有14支接腳，並非全部為有效接腳。接腳連接如下：接腳1（陽極E）、接腳2（陽極D）、接腳3（無接腳）、接腳4（共陰極）、接腳5（陽極C）、接腳6（陽極D.P. - 小數點）、接腳7（無接腳）、接腳8（陽極B）、接腳9（陽極A）、接腳10（無接腳）、接腳11（共陰極）、接腳12（陽極F）、接腳13（無接腳）、接腳14（陽極G）。兩個共陰極接腳（4和11）的存在提供了靈活的電路設計彈性。小數點位於數字的右側。

3.3 內部電路圖

內部電路圖顯示了七個段（A到G）和小數點（DP）的電氣連接。所有段的陽極彼此隔離，而它們的陰極則連接在一起至共陰極接腳。此配置是共陰極、可多工顯示器的標準配置，其中透過對各個陽極接腳施加正電壓，並透過共陰極吸收電流，來點亮個別段。

4. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的電氣與光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類元件的標準曲線通常包括：相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：此圖表將顯示光輸出如何隨驅動電流增加，展示在低電流（例如1mA）下的高效率。順向電壓 vs. 順向電流：說明二極體的IV特性，對於設計限流電路非常重要。相對發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出如何隨接面溫度升高而降低，這對於理解熱管理需求至關重要。光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，中心約在650 nm，並具有指定的20 nm半高寬。

5. 焊接與組裝指南

組裝必須遵守指定的熱限制以防止損壞。最大允許焊接溫度為260°C，元件承受此溫度的時間不得超過3秒。此測量點位於封裝安裝平面下方1.6mm（1/16英吋）處。這些參數與標準無鉛迴焊製程相容。確保PCB焊墊設計符合建議的佔位面積至關重要，以實現可靠的焊點，同時不對LED封裝接腳造成機械應力。

6. 應用建議與設計考量

6.1 典型應用場景

此顯示器非常適合需要清晰數字指示的電池供電或低功耗電子設備。常見應用包括攜帶式儀器、消費性電子產品（時鐘、計時器、磅秤）、工業控制面板、醫療設備和汽車儀表板顯示（用於次要功能）。其低電流操作能顯著延長電池壽命。

6.2 電路設計與驅動方法

為了利用其低電流能力，設計師可以使用簡單的限流電阻或恆流驅動器。對於多工驅動多位數（雖然這是單一位數元件，但此原理適用於使用類似顯示器的多位數系統），共陰極配置很容易透過在陰極側使用電晶體或專用驅動IC來吸收電流，同時依序啟用段陽極來驅動。在20mA下典型的順向電壓為4.2-5.2V，這意味著使用電阻直接驅動時，顯示器通常需要高於5V的電源電壓；在3.3V或5V系統中，可能需要升壓轉換器或專用LED驅動器以達到全亮度。在建議的每段1mA低電流下，電壓降會較低，可能允許從5V電源軌操作。

6.3 熱與光學設計注意事項

雖然元件具有寬廣的工作溫度範圍，但保持較低的接面溫度將有助於維持光輸出和長期可靠性。PCB上足夠的間距以及必要的散熱孔可以有所幫助。高對比度（黑底白字）針對直視進行了優化。為了在明亮環境光下獲得最佳可讀性，請確保顯示器不被外部光源壓過；使用內凹邊框或濾光片可能有所助益。

7. 技術比較與差異化

LTS-10304JD的主要差異化在於其AlInGaP超紅光技術結合低電流操作。與舊式的GaAsP或標準紅光GaP LED相比，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率，能在相同電流下產生更亮的輸出，或在低得多的電流下達到等效亮度。與其他低電流顯示器相比，其每段低至1mA的操作規格與匹配的強度，是超低功耗設計的關鍵優勢。其無鉛、符合RoHS的結構使其符合現代製造標準，這與一些舊式元件不同。

8. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以直接用5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？

答：要達到全亮度無法直接驅動。在20mA時，順向電壓（4.2-5.2V）非常接近或超過5V，留給限流電阻的電壓降很小。您將需要驅動電路。然而，在1mA時，順向電壓較低，使其更為可行，但為了控制和多工，仍建議使用驅動IC。

問：兩個共陰極接腳的用途是什麼？

答：它們在內部是連接的。提供兩個接腳有助於分流電流，降低單一接腳/PCB走線的電流密度，並提供佈局彈性。您可以使用一個或兩個，但連接兩者通常是良好的做法。

問：發光強度是如何分級的？

答：規格書指出元件是根據發光強度進行分級（分檔）的。這意味著在製造過程中，元件經過測試並分類到不同的強度組別。規格書提供了最小/典型範圍（410-2200 µcd @1mA）。對於關鍵應用中需要精確匹配的情況，請諮詢製造商以獲取特定的分檔代碼。

問：各段匹配是什麼意思？

答：這意味著在同一元件內，各段之間的電氣與光學特性（如順向電壓和發光強度）非常接近。這確保了當所有段以相同電流驅動時，亮度均勻，這在較低等級的顯示器中並不總是能保證。

9. 實務設計與使用案例

考慮設計一個低功耗環境數據記錄器，在4位數顯示器上顯示溫度。使用四個LTS-10304JD顯示器，設計師將建立一個多工電路。一個低功耗微控制器將透過一個小型NPN電晶體依序啟動每個數字的共陰極，同時在一組I/O接腳上輸出該數字的段圖案（可能透過移位暫存器或埠擴展器以節省接腳）。透過將段驅動電流設定為2-3mA（遠低於最大值），可以在最小化系統總功耗的同時實現出色的可讀性。高對比度確保顯示器在室內和陰涼的室外條件下均可讀取。顯示器的寬廣溫度範圍符合記錄器的操作規格。

10. 工作原理介紹

七段式LED顯示器是由多個發光二極體組裝成8字形的元件。七個長條（段A-G）和小數點（DP）各自都是一個獨立的LED。在像LTS-10304JD這樣的共陰極配置中，所有這些內部LED的陰極都連接在一起至一個或多個共接腳。要點亮特定段，必須對其專用的陽極接腳施加正電壓，同時將共陰極接地（或較低電壓），完成電路並讓電流流通。透過控制哪些段的組合被點亮，可以形成數字0-9和一些字母。AlInGaP材料系統在順向偏壓下，當電子和電洞在主動區複合時會發光，其特定的合金成分決定了紅色的波長。

11. 技術趨勢與背景

AlInGaP LED技術在1990年代的發展是高亮度紅光、橙光與黃光LED的重大突破。它在需要高可見度的應用中，很大程度上取代了效率較低的GaAsP和GaP技術。顯示器元件的趨勢持續朝向更高效率（每瓦更多光）、更低工作電壓和整合化發展。雖然離散式七段顯示器在許多應用中仍然至關重要，但同時也存在朝向整合式點矩陣顯示器和OLED以實現更複雜圖形的趨勢。然而，對於簡單、高可靠性、低功耗和高亮度的數字讀取，基於AlInGaP的七段顯示器（如LTS-10304JD）仍然是首選且具成本效益的解決方案，特別是在穩健性和長壽命至關重要的工業和汽車領域。