LTS-2801AJE LED顯示器規格書 - 0.28英吋字高 - 紅色 - 2.6V順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-2801AJE是一款高效能、單一位數、七段式字母數字顯示模組，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其核心功能是透過選擇性點亮七個獨立的LED段（標記為A至G）和一個可選的小數點（D.P.），以視覺方式呈現數字0-9及部分字母。該元件採用先進的AS-AlInGaP（磷化鋁銦鎵）紅色LED晶片，這些晶片是在砷化鎵（GaAs）基板上磊晶生長而成。選擇此材料技術是因為其在紅色光譜中具有高效率與出色的發光輸出。顯示器配備獨特的灰色面板與白色段標記，在點亮與未點亮狀態之間提供高對比度，確保在各種照明條件下都能獲得最佳可讀性。

此元件的主要應用領域包括工業儀表、消費性電子產品、測試與量測設備、汽車儀表板（用於次要顯示）以及需要緊湊、可靠且低功耗數字指示器的家用電器。相較於真空螢光顯示器（VFD）或白熾燈泡等舊式技術，其固態結構確保了高可靠性和長使用壽命。

1.1 核心優勢與特點

LTS-2801AJE整合了多項設計特點，有助於其在電子設計中的效能與易用性。

• 0.28英吋字高（7.0 mm）：提供適合面板安裝的字元尺寸，適用於空間有限但仍需從中等距離清晰讀取的情況。
• 連續均勻的段：各段設計具有一致的寬度與亮度，確保顯示字元時呈現專業且連貫的外觀。
• 低功耗需求：為效率而設計，可在標準LED驅動電流下運作，適合電池供電或注重能源效率的裝置。
• 優異的字元外觀與高對比度：灰底白字的設計，結合明亮的紅色發光，創造出清晰、輪廓分明的字元，易於閱讀。
• 高亮度：AlInGaP技術提供高發光強度，確保在明亮環境中仍清晰可見。
• 寬廣視角：LED晶片與封裝設計提供寬廣的視角錐，允許從不同角度觀看顯示器，而不會顯著損失亮度或對比度。
• 固態可靠性：作為LED元件，其具備高抗衝擊與抗振動能力、即時點亮特性，以及長使用壽命且隨時間劣化程度極低。
• 發光強度分級：元件經過分級或測試，以確保一致的亮度水平，這對於使用多個顯示器並排、均勻性至關重要的多位數顯示應用尤其重要。
• 無鉛封裝：該元件符合RoHS（有害物質限制）指令，在結構中使用環保材料。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節詳細、客觀地分析規格書中指定的關鍵電氣與光學參數，並解釋其對設計工程師的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不保證在此極限下或接近此極限的運作，在可靠的設計中應避免。

• 每段功耗（70 mW）：單一LED段在連續運作下，作為熱量所能散發的最大允許功率。超過此值可能導致過熱並加速LED晶片的劣化。
• 每段峰值順向電流（90 mA @ 1 kHz，10%工作週期）：一段在脈衝模式下能處理的最大瞬時電流。10%工作週期與1 kHz頻率至關重要；平均電流仍須控制在連續電流額定值內。此額定值與高峰值電流下的多工方案或PWM調光相關。
• 每段連續順向電流（25 mA）：建議用於單一段連續點亮的最大直流電流。規格書指定在環境溫度（Ta）超過25°C時，降額因子為0.33 mA/°C。這意味著如果運作環境更熱，最大安全連續電流會線性下降。例如，在85°C時，最大電流約為：25 mA - [ (85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C ] = 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA。此降額對於確保高溫應用中的可靠性至關重要。
• 每段逆向電壓（5 V）：可施加於LED段兩端的逆向偏壓方向的最大電壓。超過此值可能導致LED接面突然崩潰並失效。電路設計必須確保不超過此限制，通常在矩陣配置中使用保護二極體。
• 運作與儲存溫度範圍（-35°C 至 +85°C）：定義了可靠運作與非運作儲存的環境溫度限制。在此範圍內的性能有明確規範；在此範圍外運作可能導致參數漂移或故障。
• 焊接條件（260°C，3秒，位於安裝平面下方1/16英吋處）：提供波焊或迴焊指南，以防止對塑膠封裝和內部接合線造成熱損傷。在PCB組裝過程中遵守這些條件至關重要。

2.2 電氣與光學特性（Ta = 25°C）

這些是在指定測試條件下測得的典型運作參數。它們構成了電路設計的基礎。

• 平均發光強度（I_V）：最小值：200 µcd，典型值：600 µcd @ I_F=1mA。這是在極低驅動電流下的光輸出（以微燭光為單位）。它顯示了LED的基本效率。寬範圍（200-600）暗示了分級過程，即元件按亮度進行分類。
• 每段順向電壓（V_F）：典型值：2.05V，最大值：2.6V @ I_F=20mA。這是LED在導通指定電流時的壓降。對於設計限流電阻值至關重要。使用典型值進行計算可提供一個標稱設計，但使用最大值可確保即使對於高V_F的元件，電阻也能正確選型，防止電流過大。
• 峰值發射波長（λ_p）：632 nm @ I_F=20mA。這是LED發射最大光功率的波長。它定義了感知的顏色（紅色）。
• 主波長（λ_d）：624 nm @ I_F=20mA。這是人眼感知到的、與LED光色相匹配的單一波長。它通常比峰值波長更接近視覺感知，特別是對於寬頻譜光源。
• 譜線半寬度（Δλ）：20 nm @ I_F=20mA。此參數表示發射光的光譜純度或頻寬。20 nm是標準紅色AlInGaP LED的典型值，意味著光輸出分佈在大約20 nm寬的波長範圍內，以峰值波長為中心。
• 每段逆向電流（I_R）：最大值：100 µA @ V_R=5V。這是當LED在其最大額定電壓下逆向偏壓時流過的小漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1 @ I_F=1mA。此參數指定單一元件內最亮段與最暗段之間的最大允許比率。2:1的比率意味著最暗段至少是最亮段亮度的一半，確保顯示字元的視覺均勻性。

3. 分級系統說明

規格書明確提到元件已針對發光強度進行分類。這指的是LED製造中常見的分級做法。由於半導體磊晶生長和製造過程中固有的變異，同一生產批次的LED可能具有略微不同的特性，主要是順向電壓（V_F）和發光強度（I_V）。

為了確保最終用戶的一致性，特別是在使用多個顯示器並排的多位數顯示應用中，製造商在生產後會對LED進行測試和分類（分級）。如所示，LTS-2801AJE主要針對發光強度進行分級。這意味著在給定的訂單或捲帶中，顯示器將保證具有最低亮度與最大變異範圍（由每台裝置的2:1匹配比和跨裝置的分級所暗示）。雖然此簡短規格書未詳細說明，但完整的採購規格將定義特定的強度分級代碼（例如，BIN 1：200-300 µcd，BIN 2：300-400 µcd等）。需要在多個顯示器之間實現嚴格亮度匹配的設計師應在訂購時指定分級代碼。

4. 性能曲線分析

規格書在最後一頁引用了典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未提供具體圖表，但我們可以根據典型的LED規格書推斷其標準內容與用途。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

此圖表將繪製通過LED段的電流與其兩端電壓的關係。它顯示了二極體的指數關係特性。此曲線的膝點，對於紅色AlInGaP LED通常約在1.8V-2.0V左右，是導通開始顯著的地方。該曲線讓設計師能夠了解在非測試電流20mA下的V_F，這對於低功耗或PWM驅動的設計至關重要。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

這是最重要的曲線之一。它顯示光輸出（以µcd或mcd為單位）如何隨著驅動電流增加而增加。對於大多數LED，這種關係在很大範圍內大致呈線性，但在極高電流下會因熱效應和效率下降而飽和。此圖表有助於設計師選擇運作電流，以達到所需的亮度水平，同時平衡效率與元件壽命。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

此曲線說明光輸出如何隨著環境溫度（T_a）升高而降低。LED效率隨著接面溫度上升而下降。此圖表對於在非室溫環境中運作的應用至關重要，因為它量化了必須透過設計餘裕或熱管理來補償的亮度損失。

4.4 相對光譜功率分佈

此圖表繪製了整個波長光譜上的發射光強度。它將顯示一個圍繞632 nm（根據λ_p）的單一峰值，其寬度由Δλ（20 nm）定義。此資訊對於光學系統設計、顏色感測應用或當特定光譜內容是要求時至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖面

規格書包含詳細的尺寸圖（標示為封裝尺寸）。此類圖面的關鍵規格通常包括：

• 顯示模組的總高度、寬度和深度。
• 數字高度與段的尺寸。
• 引腳（接腳）的精確間距、直徑和長度。
• 小數點相對於數字的位置。
• 任何安裝孔或定位銷的位置。
• 所有尺寸均以毫米為單位提供，標準公差為±0.25 mm，除非另有說明。此圖面對於創建PCB封裝、設計前面板開孔以及確保正確的機械配合至關重要。

5.2 接腳連接與內部電路圖

該元件採用10接腳單排配置。接腳定義明確：

1. 陰極 E
2. 陰極 D
3. 共陽極
4. 陰極 C
5. 陰極 D.P.（小數點）
6. 陰極 B
7. 陰極 A
8. 共陽極
9. 陰極 G
10. 陰極 F

內部電路圖顯示其為共陽極配置。這意味著所有LED段（及小數點）的陽極在內部連接到兩個公共接腳（接腳3和接腳8，可能在內部相連）。要點亮一段，必須將其對應的陰極接腳驅動至低邏輯電位（接地或電流吸收），同時對共陽極接腳施加正電壓。此配置很常見，通常易於與配置為開漏極的微控制器GPIO接腳或外部電流吸收驅動器IC連接。

6. 焊接與組裝指南

規格書提供了具體的焊接條件：260°C，3秒，焊接波峰或迴焊熱源施加於封裝安裝平面下方1/16英吋（約1.6 mm）處。這是一個關鍵的製程參數。

• 目的：確保足夠的熱量到達接腳上的焊點以形成可靠的連接，同時不讓顯示器的主要塑膠本體暴露在過高的溫度下，這可能導致翹曲、變色或連接LED晶片與接腳的內部接合線損壞。
• 設計影響：設計PCB時，焊盤佈局應允許焊料正確流動和潤濕，同時考慮接腳的熱質量。建議的安裝平面下方距離有助於製程工程師正確設定其波峰焊機或迴焊爐的溫度曲線。
• 儲存條件：雖然除了儲存溫度範圍（-35°C至+85°C）外未明確說明，但標準做法是將濕度敏感元件儲存在乾燥包裝中。如果元件暴露於環境濕度，在焊接前可能需要進行烘烤處理，以防止爆米花效應（迴焊過程中因水氣快速膨脹導致的內部分層）。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

對於像LTS-2801AJE這樣的共陽極顯示器，基本驅動電路包括：

1. 限流電阻：必須在每個陰極接腳（或如果多工，則每個段組）上串聯一個電阻。電阻值（R_limit）使用歐姆定律計算：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。使用最大V_F（2.6V）可確保安全運作。對於5V電源和期望的I_F為20mA：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω。標準的120Ω或150Ω電阻是合適的。
2. 驅動電路：如果微控制器接腳能夠吸收所需電流（例如，每段20mA），則陰極可以直接由微控制器接腳驅動。對於多位數多工或更高電流，建議使用專用驅動器IC（如經典的7447 BCD至七段解碼器/驅動器或現代恆流LED驅動器IC）。這些IC簡化了軟體控制並提供了更好的電流調節。
3. 多工：為了用更少的接腳控制多個數字，使用了多工技術。不同數字的共陽極以高頻率一次一個地切換開啟，同時施加該數字對應的陰極圖案。由於視覺暫留，人眼會感知所有數字持續點亮。這要求每段的峰值電流更高以維持平均亮度（保持在90mA峰值額定值內），並在軟體/韌體中進行精確的時序控制。

7.2 設計考量

• 視角：將顯示器定位，使主要觀看方向在其寬廣的視角錐內，通常垂直於面板。
• 亮度控制：可以透過改變驅動電流（透過電阻值）或在陰極或陽極上使用脈衝寬度調變（PWM）來調整亮度。PWM更有效率並提供線性調光控制。
• 靜電放電（ESD）保護：LED容易受到靜電放電（ESD）的影響。在組裝過程中應採取適當的ESD預防措施。在惡劣環境中，考慮在輸入線路上添加瞬態電壓抑制器。
• 熱管理：雖然元件本身散熱很少，但在高環境溫度下運作需要按照規定進行電流降額。如果多個顯示器或其他發熱元件緊密相鄰，請確保充分的通風。

8. 技術比較與區別

雖然此規格書是針對特定型號，但可以客觀地將LTS-2801AJE與其他顯示技術進行比較：

• 與更大/更小的七段式LED比較：0.28英吋數字是一個中等尺寸的選擇。更小的數字（0.2英吋）節省空間，但從遠處更難閱讀。更大的數字（0.5英吋

  LED規格術語詳解

  LED技術術語完整解釋

  一、光電性能核心指標

  術語	單位/表示	通俗解釋	為什麼重要
  光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出的光通量，越高越節能。	直接決定燈具的能效等級與電費成本。
  光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出的總光量，俗稱"亮度"。	決定燈具夠不夠亮。
  發光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。	影響光照範圍與均勻度。
  色溫（CCT）	K（開爾文），如2700K/6500K	光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氛圍與適用場景。
  顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
  色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，如"5-step"	顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。	保證同一批燈具顏色無差異。
  主波長（Dominant Wavelength）	nm（奈米），如620nm（紅）	彩色LED顏色對應的波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
  光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。	影響顯色性與顏色品質。

  二、電氣參數

  術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
  順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
  順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光的電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
  最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
  反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
  熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
  靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

  三、熱管理與可靠性

  術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
  結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED晶片內部的實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
  光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED的"使用壽命"。
  流明維持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段時間後剩餘亮度的百分比。	表徵長期使用後的亮度保持能力。
  色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓	使用過程中顏色的變化程度。	影響照明場景的顏色一致性。
  熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致的封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

  四、封裝與材料

  術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
  封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
  晶片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	晶片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
  螢光粉塗層	YAG、矽酸鹽、氮化物	覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
  透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面的光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度與配光曲線。

  五、質量控制與分檔

  術語	分檔內容	通俗解釋	目的
  光通量分檔	代碼如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
  電壓分檔	代碼如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
  色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
  色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的色溫需求。

  六、測試與認證

  術語	標準/測試	通俗解釋	意義
  LM-80	流明維持測試	在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
  TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。	提供科學的壽命預測。
  IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認的測試依據。
  RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。	進入國際市場的准入條件。
  ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品的能效與性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。