LTF-2502KG 七段式LED顯示器規格書 - 0.26英吋字高 - AlInGaP 綠色 - 2.6V順向電壓 - 70mW功率 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTF-2502KG是一款專為數值讀取應用設計的五位數七段式LED顯示模組。其字元高度為0.26英吋（6.8毫米），提供清晰易讀的字元。本裝置採用生長於GaAs基板上的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED晶片，此類晶片以其在綠色光譜中的高效率與高亮度而聞名。顯示器呈現高對比度的外觀，白色發光段襯托於黑色面板上，增強了在各種照明條件下的可讀性。其主要目標市場包括消費性電子產品、工業控制面板、儀器儀表，以及任何需要緊湊、可靠且具備優異視覺性能的數值顯示應用。

1.1 主要特色

• 緊湊的0.26英吋（6.8毫米）字元高度。
• 連續且均勻的段位發光，確保字元外觀一致。
• 低功耗，適用於電池供電裝置。
• 優異的字元外觀，具備高亮度與高對比度。
• 寬廣視角，可從不同位置清晰觀看。
• 固態結構帶來高可靠性。
• 發光強度經過分級，確保性能一致性。
• 無鉛封裝，符合RoHS（有害物質限制）指令。

1.2 元件識別

型號LTF-2502KG特指一款採用AlInGaP綠色LED、右側小數點配置的多工共陽極顯示器。此配置針對多工驅動電路進行了優化，可減少所需微控制器I/O接腳的數量。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節詳細分析定義顯示器性能範圍並指導正確電路設計的電氣與光學特性。

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。不保證在或超過這些極限下操作。

• 每段功耗：70 mW。這是單一LED段可安全以熱能形式消散的最大功率。
• 每段峰值順向電流：90 mA。此電流僅允許在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1毫秒脈衝寬度）使用，以實現極高的瞬時亮度而不會過熱。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。此電流會隨著環境溫度（Ta）升高超過25°C，以每°C 0.33 mA的速率線性遞減。例如，在50°C時，最大連續電流約為25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA。
• 操作溫度範圍：-35°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內正常運作。
• 儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。
• 焊接條件：元件可承受波峰焊接，焊點位於安裝平面下方1/16英吋（約1.6毫米），在260°C下持續3秒。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C、特定測試條件下測得的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：這是亮度的主要衡量標準。
  • 最小值：200 µcd，典型值：540 µcd（在 I_F= 1 mA 時）。
  • 典型值：5940 µcd（在 I_F= 10 mA 時）。這顯示了電流與光輸出之間高度非線性的關係。
• 峰值發射波長（λ_p）：571 nm（典型值）。這是光譜功率輸出達到最大值的波長，位於可見光譜的綠色區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：15 nm（典型值）。這表示光譜純度；數值越小，光色越接近單色光。
• 主波長（λ_d）：572 nm（典型值）。這是人眼感知的波長，與峰值波長非常接近。
• 每晶片順向電壓（V_F）：2.6V（典型值），容差為±0.1V（在 I_F= 20 mA 時）。這是設計限流電路的關鍵參數。
• 每段反向電流（I_R）：100 µA（最大值）（在 V_R= 5V 時）。此參數僅供測試用途；禁止連續反向偏壓操作。
• 發光強度匹配比：2:1（最大值）。這確保了各段之間的均勻性，意味著在相同驅動條件下，最亮的段位亮度不會超過最暗段位的兩倍。
• 串擾：≤2.5%。這指定了當相鄰段位點亮時，未通電段位可能產生的最大非預期漏光量。

3. 分級系統說明

顯示器採用發光強度分級系統，以確保單一元件內部以及組裝中多個元件之間的亮度水準一致。分級代碼（F, G, H, J, K）代表在 I_F= 1 mA 時測量的最小發光強度（單位為微燭光 µcd）的特定範圍。

• F級：200 - 320 µcd
• G級：321 - 500 µcd
• H級：501 - 800 µcd
• J級：801 - 1300 µcd
• K級：1301 - 2100 µcd

設計影響：對於在一個組裝體中使用兩個或更多顯示器的應用，強烈建議使用相同分級代碼的顯示器，以避免它們之間出現明顯的亮度差異（色調不均）。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本未詳細說明具體圖表，但此類裝置的典型曲線包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓與電流之間的指數關係。曲線將在約2.0-2.2V處有一個拐點電壓，之後電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加，這凸顯了需要電流調節而非電壓調節。
• 發光強度 vs. 順向電流：此曲線顯示在較低電流水準下，光輸出隨電流超線性增加，而在較高電流下可能趨近飽和。這有助於在亮度與效率/功耗之間進行權衡。
• 發光強度 vs. 環境溫度：通常顯示負溫度係數，即光輸出隨著接面溫度升高而降低。這對於高溫環境下的設計至關重要。
• 順向電壓 vs. 環境溫度：通常顯示負溫度係數，意味著 V_F會隨著溫度升高而略微下降。
• 光譜分佈：一個以571-572 nm為中心、寬度由15 nm半高寬定義的鐘形曲線。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

顯示器具有標準的雙列直插式封裝（DIP）佔位面積。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米（mm）。
• 一般公差為±0.25 mm，除非另有說明。
• 接腳尖端偏移公差為±0.4 mm。
• 顯示器面板缺陷限制：異物≤10密耳，油墨污染≤20密耳，段位內氣泡≤10密耳。
• 反射器彎曲限制為其長度的≤1%。
• 建議的PCB接腳孔徑為1.0 mm。

5.2 接腳連接與極性

LTF-2502KG是一款多工共陽極裝置。這意味著每個數位的LED陽極在內部連接在一起，而每個段位類型（A-G, DP）的陰極則跨數位連接。

接腳定義（16-pin DIP）：

• 接腳 1：陰極 E
• 接腳 2：陰極 D
• 接腳 3：陰極 DP（小數點）
• 接腳 4：數位 3 的共陽極
• 接腳 6：陰極 G
• 接腳 8：陰極 C
• 接腳 10：數位 5 的共陽極
• 接腳 11：數位 4 的共陽極
• 接腳 12：陰極 B
• 接腳 13：陰極 F
• 接腳 14：數位 2 的共陽極
• 接腳 15：陰極 A
• 接腳 16：數位 1 的共陽極
• 接腳 5, 7, 9：無連接（N/C）

內部電路：內部示意圖將顯示五個共陽極節點（每個數位一個），每個節點連接到該特定數位的7個段位（A-G）和小數點（DP）的陽極。每個段位類型（例如，所有'A'段）的陰極在所有五個數位中連接在一起。

6. 焊接與組裝指南

6.1 波峰焊溫度曲線

提供了建議的波峰焊溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱階段：溫度升至100-110°C之間，持續至少2分鐘，以減少熱衝擊。
• 峰值焊接溫度範圍：250-260°C。
• 在此峰值溫度±5°C範圍內的時間應為3至5秒，以確保形成良好的焊點而不損壞元件。

7. 應用建議與設計考量

7.1 設計與使用注意事項

以下幾點對於長期可靠運作至關重要：

• 驅動電路設計：強烈建議使用恆流驅動而非恆壓驅動，以確保亮度一致並保護LED。電路設計必須能適應順向電壓（V_F= 2.5V 至 2.7V）的全範圍變化。
• 保護：驅動電路必須包含防止反向電壓以及開機/關機期間瞬態電壓尖峰的保護措施，因為這些可能導致金屬遷移和故障。
• 熱管理：操作電流必須根據最高環境溫度進行遞減。超過電流或溫度額定值會導致嚴重的光輸出衰減和過早失效。
• 環境：避免在潮濕環境中溫度劇烈變化，以防止顯示器上產生冷凝。
• 機械：組裝時請勿對顯示器本體施加異常外力。如果貼有裝飾膜，請避免讓其直接壓在前方面板上，因為它可能會移位。
• 多顯示器使用的分級：如前所述，使用相同發光強度分級的顯示器以確保外觀均勻。

7.2 儲存條件

為防止接腳氧化並保持可焊性：

• 建議：儲存在原廠防潮包裝中。
• 溫度：5°C 至 30°C。
• 濕度：低於60% RH。
• 庫存管理：避免長期儲存大量庫存。採用先進先出（FIFO）原則。儲存在這些條件之外的產品在使用前可能需要重新處理。

8. 典型應用場景

LTF-2502KG適用於各種需要清晰、可靠數值指示的應用：

• 測試與量測設備：數位萬用電錶、頻率計數器、電源供應器。
• 工業控制：製程計時器、計數器顯示、機械上的溫度讀數。
• 消費性電子產品：音響設備（擴大機音量/顯示）、廚房電器計時器。
• 汽車改裝市場：用於性能監控的儀錶和顯示器（需符合環境規格）。
• 醫療設備：非關鍵設備上的簡單參數顯示（安全關鍵用途請諮詢製造商）。

9. 技術比較與差異化

與其他七段式顯示技術相比：

• 對比紅色GaAsP/GaP LED：AlInGaP綠色LED通常提供更高的發光效率和亮度，從而實現更好的可見性，並在相同感知亮度下可能具有更低的功耗。
• 對比LCD：LED是自發光的，提供自身光源，這使其在低光條件下表現優異，並提供更寬的視角而無需背光複雜性。它們通常也更堅固且響應時間更快。
• 對比更大字元顯示器：0.26英吋尺寸在可讀性和節省電路板空間之間取得了平衡，使其成為緊湊型設備的理想選擇，因為在這些設備中使用更大的顯示器是不切實際的。
• 本元件的關鍵優勢：結合了AlInGaP技術（高效率）、多工共陽極配置（驅動器簡化）以及分級的發光強度（一致性），使其成為成本敏感、大量生產設計的全面選擇。

10. 常見問題（基於技術參數）

1. 問：為什麼建議使用恆流驅動，而不是使用簡單的電阻搭配電壓源？
   答：雖然串聯電阻是常見做法，但它提供的調節並不完美，因為LED的順向電壓（V_F）會隨溫度以及不同個體而變化。恆流源確保電流（以及亮度）保持穩定，不受這些V_F變化的影響，從而實現更均勻可靠的性能。
2. 問：我可以用微控制器直接驅動這個顯示器嗎？
   答：對於多工掃描來說可以，但不能直接用於提供段位電流。微控制器接腳的電流源/汲能力有限（通常為20-25mA）。您必須使用外部驅動器（電晶體或專用LED驅動IC）來處理段位電流（每段最高25mA連續電流）以及更高的累積數位陽極電流。
3. 問：2:1的發光強度匹配比對我的設計意味著什麼？
   答：這意味著在最壞情況下，當以相同方式驅動時，同一個顯示器上的一個段位亮度可能是另一個段位的兩倍。良好的電路板佈局（等長的走線/電阻）和適當的電流調節有助於最小化可見差異。對於關鍵應用，可以選擇對每個段位進行軟體亮度校正。
4. 問：儲存濕度要求低於60% RH。如果儲存在更潮濕的環境中會發生什麼？
   答：高濕度可能導致接腳上的錫/無鉛鍍層氧化，從而在最終使用該零件時導致可焊性變差。這可能在組裝過程中導致不良焊點。

11. 實務設計與使用案例

情境：設計一個簡單的5位數計時器。

1. 微控制器選擇：選擇具有足夠I/O接腳的MCU。對於5位數、7段+DP多工顯示器，您需要5個接腳用於數位陽極，8個接腳用於段位陰極，總共13條控制線。
2. 驅動電路：使用低側驅動器陣列（例如ULN2003A達靈頓電晶體陣列）來汲入8條陰極線的電流。使用獨立的NPN電晶體或高側驅動器來提供5條陽極線的電流。
3. 電流設定：確定所需的亮度。對於室內使用，每段5-10mA可能就足夠了。計算陽極驅動器的限流電阻或相應配置您的恆流驅動IC，並記住要根據最高環境溫度進行遞減。
4. 多工掃描軟體：編寫韌體，循環掃描每個數位，打開其陽極並為該數位的數值設定相應的陰極圖案。刷新率應足夠高（例如>100Hz）以避免可見閃爍。
5. PCB佈局：確保通往陽極和陰極驅動器的電源走線足夠寬。將顯示器靠近驅動器放置，以最小化走線電感。

12. 工作原理簡介

LTF-2502KG基於半導體電致發光原理。當在AlInGaP p-n接面上施加超過二極體接面電位的順向偏壓時，電子和電洞被注入活性區域。它們的復合以光子（光）的形式釋放能量。磊晶結構中鋁、銦、鎵和磷化物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572 nm的綠光。七段式格式是通過將單個LED晶片（或晶片陣列）放置成標準數字符號段的形狀來創建的，然後將它們以共陽極、多工矩陣的方式進行電氣互連，以最小化外部連接。

13. 技術趨勢

七段式LED顯示器技術的趨勢集中在幾個關鍵領域：

• 提高效率：AlInGaP材料科學的持續改進以及InGaN（用於藍/綠/白光）的興起，旨在實現更高的每瓦流明數，從而實現更亮的顯示器或更低的功耗。
• 微型化：不斷追求更小的像素間距和更高的密度，允許在相同的佔位面積內容納更多數位或資訊，儘管0.2"-0.5"範圍的尺寸在考慮人因工程的可讀性方面仍然很受歡迎。
• 整合化：越來越多的顯示器將驅動IC，有時甚至是簡單的控制器（例如用於時鐘功能）整合到模組封裝中，從而簡化了終端使用者的電路設計。
• 增強可靠性與穩健性：封裝材料和環氧樹脂的改進增強了對濕氣、熱循環和機械應力的抵抗力，擴展了操作環境的範圍。
• 色彩選擇與RGB：雖然像這種綠色顯示器這樣的單色顯示器很普遍，但在段位中使用多色或全RGB顯示器的情況越來越多，允許在同一數位內進行狀態指示（例如，綠色表示正常，紅色表示警報）。

儘管點矩陣和OLED圖形顯示器日益普及，但七段式LED對於專用的數值輸出而言，仍然是一種極具成本效益、可靠且易於讀取的解決方案，確保了其在電子設計中的持續相關性。