LTC-5675KG LED顯示器規格書 - 0.52英吋字高 - AlInGaP綠色 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-5675KG是一款四位數、七段式的字母數字顯示模組。其主要功能是在各種電子設備和儀器中提供清晰、高可見度的數字及有限的字母數字資訊。其核心技術採用安裝在不透明GaAs基板上的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED晶片，此技術以產生高效率綠光而聞名。該顯示器配備灰色面板與白色段標記，為點亮的綠色段提供出色的對比度。此設計針對需要可靠、固態數字讀數、低功耗及卓越視覺性能的應用，例如工業控制面板、測試設備、消費性電器以及需要緊湊型多數位顯示的儀器。

1.1 主要特點與優勢

• 數字尺寸：0.52英吋（13.2毫米）字元高度，提供良好的可讀性。
• 段設計：連續均勻的段，確保優異的字元外觀與美學。
• 光學性能：高亮度與高對比度，確保在各種照明條件下清晰可見。
• 視角：寬廣視角，確保從偏軸位置也能清晰辨識顯示內容。
• 電源效率：低功耗需求，適合電池供電或注重能源效率的應用。
• 可靠性：固態可靠性，無活動部件，帶來長使用壽命。
• 品質控制：元件經過發光強度分級，確保在多數位或多單元應用中亮度匹配一致。
• 環保合規：無鉛封裝，符合RoHS（有害物質限制）指令。

2. 技術規格深入解析

本節針對規格書中指定的電氣與光學參數，提供詳細且客觀的分析。

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。不建議在此極限外操作。

• 每段功耗：最大70 mW。這會根據順向電壓限制最大連續電流。
• 每段峰值順向電流：最大60 mA，但僅在脈衝條件下（1 kHz，25%工作週期）。此額定值適用於多工或短暫突波條件。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25 mA。當環境溫度超過25°C時，此電流以線性方式遞減，速率為0.33 mA/°C。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。
• 每段逆向電壓：最大5 V。超過此值可能導致接面崩潰。
• 操作溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此元件適用於工業級溫度範圍。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接條件：260°C持續3秒，並規定此溫度是在元件安裝平面下方1/16英吋（約1.6毫米）處測量。這是典型的迴焊溫度曲線指南。

2.2 電氣與光學特性（Ta=25°C）

這些是在指定測試條件下的典型操作參數。

• 平均發光強度（I_V）：這是關鍵的亮度參數。
  • 最小值：在 I_F= 1 mA 時為 320 µcd
  • 典型值：在 I_F= 10 mA 時為 1050 µcd
  • 最大值：在 I_F= 10 mA 時為 11550 µcd。從最小值到最大值的寬廣範圍表示元件經過分級（分類）。設計師必須從適當的等級中選擇，以確保亮度均勻。
• 峰值發射波長（λ_p）：在 I_F=20mA 時為 571 nm（典型值）。這位於可見光譜的綠色區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：15 nm（典型值）。這表示所發射綠光的光譜純度或頻寬。
• 主波長（λ_d）：572 nm（典型值）。與峰值波長略有不同，這是人眼感知與光源顏色匹配的單一波長。
• 每段順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 時為 2.1V（最小值），2.6V（典型值）。這對於設計限流電路至關重要。驅動電路必須提供足夠的電壓來克服此 V_F.
• 每段逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時最大 100 µA。低值表示良好的接面品質。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：在相似光區域內的段之間，最大值為2:1。這意味著在單一數字或指定群組內，最亮的段其亮度不得超過最暗段的兩倍，以確保視覺均勻性。

測量注意事項：發光強度是使用近似於CIE明視覺響應曲線的感測器與濾光片組合進行測量，確保測量值符合人類的亮度感知。

3. 分級系統說明

規格書明確指出元件經過發光強度分類。這是一個分級過程。

• 發光強度分級：I_V規格（在10mA時從320到11550 µcd）的寬廣範圍意味著存在多個亮度等級。製造商根據測量輸出對元件進行測試並分類成組（等級）。這讓客戶可以購買保證最低亮度等級的零件（例如，I_V> 8000 µcd的等級）用於高亮度應用，或為成本敏感的設計選擇標準等級。使用分級零件對於在多個顯示器或多個數字間實現一致的外觀至關重要。
• 波長一致性：雖然未明確說明為分級，但λ_p（571 nm）和λ_d（572 nm）的典型值範圍緊密，顯示良好的製程控制，確保不同生產批次的綠色保持一致。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但我們可以推斷其標準內容與重要性。

• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：此圖表將顯示指數關係。對於確定給定驅動電流所需的供應電壓以及計算功耗（P = V_F* I_F）至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流：此曲線顯示亮度如何隨電流增加。它通常是非線性的，由於發熱，效率（每瓦流明）在極高電流下通常會降低。規格書提供了在1mA和10mA時的離散點。
• 發光強度 vs. 環境溫度：對於AlInGaP LED，光輸出通常會隨著接面溫度升高而降低。此曲線對於設計在整個溫度範圍（-35°C至+85°C）內運作的應用至關重要，以確保在高溫下有足夠的亮度。
• 光譜分佈：顯示相對強度與波長關係的圖表，中心約在571-572 nm，半高寬約15 nm，確認綠色光輸出。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

此元件採用標準LED顯示器封裝。尺寸圖（文中提及但未詳述）通常會顯示：

• 模組的總長、寬、高。
• 數字間距（節距）。
• 段的尺寸與間距。
• 引腳（接腳）間距、長度和直徑。註明所有尺寸均以毫米為單位，除非另有說明，一般公差為±0.25毫米。

5.2 接腳配置與極性

LTC-5675KG是一款共陽極元件。這意味著每個數字的所有LED陽極在內部連接在一起，並引出到每個數字的一個接腳（接腳10-13：數字1-4陽極）。每個段（A-G，DP）的陰極在所有數字間共享，並連接到各自的接腳（接腳27-30，35-37對應段A-G；接腳31-34對應小數點）。此配置非常適合多工驅動。

多工操作：要顯示一個數字，微控制器將：

1. 為所需字元設定段陰極（A-G）的圖案。
2. 開啟（施加電壓到）特定數字（該字元應出現的位置）的共陽極接腳。
3. 以高頻率（例如100Hz以上）依序循環每個數字的陽極，創造所有數字同時點亮的視覺效果。與靜態驅動相比，這大大減少了所需的驅動接腳和功耗。

內部電路圖：參考圖表直觀地確認了共陽極、多工架構，顯示了四個數字陽極和七個段加一個小數點陰極。

6. 焊接與組裝指南

• 迴焊焊接：指定條件為260°C持續3秒，在元件本體下方1.6毫米處測量。這符合典型的無鉛迴焊溫度曲線（峰值溫度245-260°C）。
• 注意事項：
  • 處理時避免對引腳施加機械應力。
  • 確保顯示器在焊接前後不會暴露在超過最大儲存溫度的環境中。
  • 處理時遵循標準的ESD（靜電放電）防護措施。
• 儲存條件：在乾燥環境中，於指定的溫度範圍（-35°C至+85°C）內儲存，以防止吸濕，這可能在迴焊時導致爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 工業儀器：面板儀表、製程控制器、計時器顯示。
• 測試與測量設備：數位萬用電錶、頻率計數器、電源供應器。
• 消費性/商業電器：微波爐、音響設備、銷售點終端機。
• 汽車改裝市場：需要高亮度以確保日間可見度的儀表與顯示器。

7.2 設計考量

• 限流：務必為每個段陰極或數字陽極（取決於驅動方案）使用串聯限流電阻。電阻值計算為 R = (V_電源- V_F) / I_F。對於5V電源，V_F=2.6V，且 I_F=10mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。
• 多工驅動器：使用具有足夠I/O接腳的微控制器或專用的LED驅動IC（例如MAX7219、TM1637），這些IC能處理多工和電流控制。驅動IC可簡化設計，並通常提供亮度控制功能。
• 功耗：計算總功耗，特別是在多工驅動期間同時驅動多個數字的所有段時。確保不超過額定值，並在高環境溫度下運作時考慮散熱管理。
• 亮度匹配：為獲得最佳視覺效果，請向供應商指定發光強度等級，尤其是在使用多個顯示器時。
• 視角：寬廣的視角允許靈活的安裝方式，但在機械設計時需考慮主要使用者的視線方向。

8. 技術比較與差異化

與較舊的技術（如標準GaP（磷化鎵）綠色LED或濾光白熾燈顯示器）相比，LTC-5675KG中採用的AlInGaP技術提供：

• 更高的效率與亮度：AlInGaP提供卓越的發光效率，能在較低電流下實現更亮的顯示。
• 更好的色彩飽和度：綠色通常更純淨、更鮮豔。
• 更高的可靠性：固態LED的使用壽命遠長於白熾燈或真空螢光顯示器（VFD）。
• 更低的功耗：對於便攜式和電池供電設備至關重要。
• 與某些現代藍光晶片+螢光粉白光LED透過濾光片產生綠光相比，AlInGaP綠光在單色綠光應用中通常效率更高。

9. 常見問題（基於技術參數）

1. 問：峰值波長和主波長有何區別？
   
   答：峰值波長是發射光譜強度達到最大值時的單一波長。主波長是與人眼感知光源顏色相匹配的單色光波長。兩者通常接近但不完全相同，主波長與人類感知更為相關。
2. 問：我可以用3.3V微控制器直接驅動此顯示器，而不使用驅動IC嗎？
   
   答：有可能，但需謹慎。典型的 V_F在20mA時為2.6V。在3.3V下，限流電阻的電壓餘裕僅有0.7V。對於10mA電流，您需要一個70Ω的電阻。這是可行的，但 V_F和電源電壓的變化可能導致電流顯著波動。使用專用的LED驅動器或電晶體緩衝器更為穩健。
3. 問：為什麼連續電流會隨溫度遞減？
   
   答：當LED接面溫度升高時，其內部效率下降，熱失控風險增加。遞減電流可防止過度發熱，確保長期可靠性，並防止亮度衰減或故障。
4. 問：經過發光強度分類對我的設計意味著什麼？
   
   答：這意味著您應與經銷商合作，選擇特定的亮度等級（例如，最低 I_V值）。如果不這樣做，您可能會收到來自不同等級的零件，導致數字之間或產品不同單元之間出現明顯的亮度差異。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計一個4位數直流電壓面板儀表。

1. 微控制器選擇：選擇一個至少具有12個數位I/O接腳（4個數字陽極 + 7個段陰極 + 1個小數點）的MCU，或使用I/O擴展器。
2. 驅動電路：在韌體中實現多工驅動。MCU將快速循環掃描數字1-4。對於每個數字，它在陰極接腳上設定段圖案，並透過一個小型NPN電晶體啟用相應的陽極接腳（因為一個完全點亮的數字'8'的陽極電流可能為8段 * 10mA = 80mA，超過大多數MCU接腳的驅動能力）。
3. 限流：放置八個220Ω電阻（每個段陰極A-G和DP各一個）。在5V電源和典型 V_F.
4. 下，這將每段電流限制在約10-11mA。亮度控制：
5. 如有需要，在數字啟用時間上實現軟體PWM（脈衝寬度調變），以全域調暗顯示器。結果：

一個緊湊、高效且明亮的顯示器，可顯示從0.000到19.99V的電壓讀數，由於高對比度、高亮度的AlInGaP段，在室內外照明條件下均具有極佳的可讀性。

11. 技術原理介紹LTC-5675KG基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術。此材料系統在不透明的GaAs（砷化鎵）基板

上進行磊晶生長。當在AlInGaP層的p-n接面上施加順向電壓時，電子和電洞復合，以光子的形式釋放能量。主動層中Al、In、Ga和P原子的特定組成決定了能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於此元件，其組成經過調整，以產生中心約在572 nm的綠光。不透明的基板意味著光主要從晶片的頂部表面發射，這適合基於段的顯示結構。各個LED晶片經過打線接合，並組裝到塑膠封裝內的標準七段式圖案中。

12. 技術趨勢與背景

• AlInGaP技術代表了一種成熟且高度優化的解決方案，適用於高效率的紅光、橙光、琥珀光和綠光LED。在顯示器領域中：對於單色顯示器：
• AlInGaP由於其效率和色彩純度，仍然是純綠光、紅光和琥珀光的首選，其性能通常優於透過濾光片產生這些顏色的藍光晶片+螢光粉白光LED。市場背景：
• 雖然點矩陣OLED和TFT-LCD在全彩、高資訊內容顯示中佔主導地位，但像LTC-5675KG這樣的七段式LED顯示器，在需要簡單、極亮、低成本、可靠且低功耗數字讀數的應用中，仍保持著重要地位。未來發展：