LTS-4801JR 0.39吋超紅光LED顯示器規格書 - 字高10.0mm - 順向電壓2.6V - 功率70mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4801JR是一款單一位數、七段式的字母數字顯示模組。其字元高度為0.39吋（10.0公釐），適合需要清晰、中等尺寸數字讀數的應用。本裝置採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術，以產生超紅光輸出。封裝外觀為灰色面板搭配白色段標記，提供高對比度以實現優異的字元可讀性。此顯示器設計為共陽極類型，這是在多工應用中簡化驅動電路的常見配置。

1.1 主要特性與優勢

• 0.39吋字元高度：提供平衡的尺寸，確保良好的可見度，同時不會消耗過多功率。
• 連續均勻的段：確保每個段的光線發射一致，呈現專業外觀。
• 低功率需求：高效的AlInGaP技術允許在相對較低的順向電流下產生明亮的輸出。
• 高亮度與高對比度：超紅光AlInGaP晶片結合灰色面板/白色段設計，在各種照明條件下提供卓越的可讀性。
• 寬廣視角：在寬廣的觀看範圍內提供一致的發光強度和顏色。
• 發光強度分級：元件根據發光強度進行分級，確保多位數顯示器亮度一致。
• 無鉛封裝（符合RoHS規範）：依據限制有害物質的環保法規製造。
• 固態可靠度：相較於其他顯示技術，LED提供長使用壽命、抗震性與耐振動性。

1.2 目標應用與市場

此顯示器預期用於普通電子設備。典型的應用領域包括儀表板、消費性電子產品、工業控制讀數、測試與量測設備，以及需要清晰數字顯示的家電。它適用於可靠度、可讀性與低功耗操作為關鍵考量的應用。規格書明確警告，未經事先諮詢，不得將此裝置用於安全關鍵系統（例如航空、醫療生命維持系統），表明其主要市場是商業與工業電子產品。

2. 技術規格與客觀解讀

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極限。不建議在此極限或接近此極限下持續操作顯示器。

• 每段功耗：70 mW。這是單一LED段可以安全地以熱能形式散逸的最大功率。
• 每段峰值順向電流：90 mA。此電流僅允許在多工應用的脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）使用。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。當環境溫度（Ta）高於25°C時，此電流以每°C 0.33 mA的線性比例遞減。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。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。裝置可在此寬廣溫度範圍內承受並運作。
• 焊接溫度：最高260°C，持續5秒，測量點位於安裝平面下方1/16吋（≈1.6mm）處。

2.2 電氣與光學特性

這些是在環境溫度（Ta）25°C下測量的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在 I_F=1mA 時為 200 ucd（最小值），520 ucd（典型值）。這是每段的光輸出。2:1的匹配比確保在同一批次中，最亮的段亮度不超過最暗段的兩倍，這對於外觀均勻性很重要。
• 峰值發射波長（λ_p）：639 nm（典型值）。這是光譜功率輸出最高的波長，定義了超紅光顏色。
• 主波長（λ_d）：631 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，可能與峰值波長略有不同。
• 光譜線半高寬（Δλ）：20 nm（典型值）。這表示顏色純度；數值越小表示光線越接近單色光。
• 每晶片順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 時為 2.10V（最小值），2.60V（典型值）。這是LED操作時的跨壓降。電路設計必須考慮此範圍。
• 逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時為 100 µA（最大值）。此參數僅供測試用途；裝置不應在連續逆向偏壓下操作。
• 串擾：< 2.5%。此參數指定了相鄰未點亮段對點亮段的最小光線洩漏量。

3. 分級與分選系統

規格書指出LTS-4801JR已針對發光強度進行分級。這意味著一個分選過程，顯示器根據其在標準測試電流（通常為1mA或20mA）下測量的光輸出進行分類。這確保了當多個位數並排使用時，其亮度對使用者而言是均勻的。設計師應根據其應用需求，指定是否需要嚴格的強度匹配。文件未詳細說明波長（顏色）或順向電壓的分級代碼或閾值，表明主要分選是基於發光強度。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本摘錄提及典型電氣/光學特性曲線，但具體圖表未包含在文本中。通常，此類規格書會包含以下用於設計分析的基本曲線：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：顯示非線性關係，對於設計限流電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流（I-L曲線）：展示光輸出如何隨電流增加，通常在操作範圍內呈現接近線性的關係。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨溫度升高而遞減，這對於高溫環境應用至關重要。
• 相對光譜功率分佈：繪製強度對波長的圖表，顯示在約639nm處的峰值以及光譜寬度。

設計師應查閱完整的PDF文件以獲取這些圖表，以便準確預測在特定操作條件下的性能。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

顯示器採用標準的穿孔式DIP（雙列直插式封裝）外形。關鍵尺寸註記包括：

• 除非另有說明，所有尺寸單位為公釐，一般公差為±0.25mm。
• 接腳尖端偏移公差為±0.40 mm，PCB孔位佈局時必須考慮此點。
• 建議的PCB孔徑為1.0 mm，以確保可靠的焊接。
• 品質規範限制了異物、段內氣泡、反射器彎曲以及表面油墨污染，以確保光學清晰度和美觀品質。

5.2 接腳配置與電路圖

LTS-4801JR是一款10接腳的共陽極配置裝置。內部電路圖顯示所有七個段（A-G）和小數點（DP），其陰極連接到個別接腳。所有段的陽極在內部連接在一起，並引出到兩個接腳（接腳3和接腳8），這兩個接腳在內部也是相連的。這為PCB佈局和電源連接提供了靈活性。

接腳定義：

1: 陰極 G

2: 陰極 F

3: 共陽極（內部連接至接腳8）

4: 陰極 E

5: 陰極 D

6: 陰極 D.P.（小數點）

7: 陰極 C

8: 共陽極（內部連接至接腳3）

9: 陰極 B

10: 陰極 A

6. 焊接與組裝指南

6.1 自動焊接（波焊/迴焊）

建議條件為260°C持續5秒，測量點位於封裝安裝平面下方1.6mm（1/16吋）處。在此過程中，元件本體的溫度不得超過其最大額定值。

6.2 手動焊接

對於手工焊接，可使用350°C ±30°C的溫度，但每個接腳的焊接時間必須限制在5秒內，同樣從安裝平面下方1.6mm處測量。必須小心避免長時間的熱暴露。

6.3 儲存條件

雖然未明確說明儲存條件，但操作與儲存溫度範圍為-35°C至+85°C。良好的做法是將元件儲存在乾燥、受控的環境中，以防止吸濕，這可能導致焊接時產生爆米花現象。

7. 可靠度測試

本裝置根據軍事（MIL-STD）、日本（JIS）及內部標準進行一系列全面的可靠度測試。這確保了其在各種環境應力下的穩健性。

• 操作壽命測試（RTOL）：在室溫下以最大額定電流測試1000小時。
• 環境應力測試：包括高溫/高濕儲存（65°C/90-95% RH，500小時）、高溫儲存（105°C，1000小時）、低溫儲存（-35°C，1000小時）、溫度循環（-35°C至105°C，30個循環）以及熱衝擊測試。
• 機械/可焊性測試：耐焊性（260°C，10秒）和可焊性（245°C，5秒）測試驗證了組裝過程中接腳的完整性。

8. 應用註記與設計考量

8.1 關鍵應用注意事項

• 絕對最大額定值：超過電流、功率或溫度的額定值將導致嚴重的光輸出衰減或災難性故障。
• 驅動電路保護：電路必須保護LED免受電源開啟/關閉過程中的逆向電壓和電壓暫態影響。僅使用串聯電阻是不夠的；建議使用二極體箝位或具有保護功能的積體驅動IC。
• 恆定電流驅動：為了保持一致的亮度和使用壽命，強烈建議使用恆定電流源驅動各段，而非簡單的電壓源加串聯電阻，特別是在溫度變化的環境中。
• 順向電壓範圍：驅動電路必須設計成能在整個V_F範圍（在20mA時為2.10V至2.60V）內提供所需電流。
• 熱管理：最大連續電流必須根據實際操作環境溫度進行遞減。在密閉或高溫環境中，可能需要足夠的通風或散熱措施。
• 避免逆向偏壓：連續逆向偏壓可能導致半導體內金屬遷移，從而引發早期故障。

8.2 典型應用電路

對於像LTS-4801JR這樣的共陽極顯示器，陽極（接腳3和8）連接到正電源電壓（V_CC）。每個陰極接腳連接到一個電流吸收端。這可以通過以下方式實現：

1. 電晶體吸收端：由微控制器控制的NPN電晶體或N通道MOSFET。
2. 積體驅動IC：專用的LED驅動晶片或具有足夠吸收電流能力的微控制器埠接腳（記住每段25mA的限制）。當使用電壓源時，通常會在每個段或共陽極路徑中串聯一個限流電阻，但恆定電流電路更為優越。

對於多工多個位數，不同位數的共陽極會以高頻率依序切換，同時為每個位數顯示適當的陰極圖案。這減少了所需的I/O接腳數量。

9. 技術比較與差異化

LTS-4801JR通過以下幾個關鍵屬性實現差異化：

• 材料技術（AlInGaP）：與舊的GaAsP或GaP LED相比，AlInGaP提供了顯著更高的效率和亮度，特別是在紅/橙/琥珀色光譜中，從而實現相同光輸出的更低功耗。
• 超紅光顏色：631-639 nm的主/峰值波長提供了鮮豔、深沉的紅色，飽和度高且可見度佳。
• 強度分級：並非所有顯示器都保證發光強度匹配，這對於多位數應用避免亮度不均勻至關重要。
• 寬廣溫度範圍：-35°C至+85°C的操作範圍對於工業和汽車（非安全關鍵）應用來說非常穩健。

10. 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：不能直接用於吸收電流。微控制器接腳通常可以吸收20-25mA，這剛好是一個段的絕對最大值。這沒有安全餘量，並且有損壞LED和微控制器的風險。最好使用電晶體或驅動IC。對於提供電流（到共陽極），一個接腳可能無法為所有同時點亮的段提供足夠電流（7*20mA=140mA）。

問：為什麼有兩個共陽極接腳（3和8）？

答：它們在內部是連接的。這提供了佈局靈活性，允許從PCB兩側連接陽極以降低電阻，並且可以通過使用兩個接腳來幫助散熱。

問：峰值波長和主波長有什麼區別？

答：峰值波長（λ_p）是光發射光譜的物理峰值。主波長（λ_d）是根據人眼顏色響應（CIE曲線）計算的，代表感知的顏色。它們通常很接近但不完全相同。

問：如何計算串聯電阻值？

答：如果使用簡單的電壓源（V_電源），公式為 R = (V_電源- V_F) / I_F。使用規格書中的最大V_F值（2.60V）以確保達到最小電流。例如，使用5V電源且期望的I_F為20mA：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 歐姆。對於不同的電源電壓和電流，請務必重新計算。

11. 實務設計與使用範例

情境：設計一個4位數電壓表讀數顯示。

1. 元件選擇：使用四個LTS-4801JR顯示器。如果均勻亮度至關重要，請確保它們來自相同的強度分級。
2. 驅動方法：實作多工。將四個顯示器所有對應的段陰極（A, B, C,... DP）連接在一起。使用四個NPN電晶體（例如2N3904）分別控制每個位數的共陽極。
3. 在電晶體集極的共通路徑中（陽極之前）放置一個單一的限流電阻。由於一次只點亮一個位數，電阻值是根據一個位數的總電流計算的（例如，8段 * 每段5mA = 40mA）。或者，為每個陰極線路使用恆定電流驅動IC以獲得更好的精度。微控制器介面：
4. 使用7-8個微控制器接腳用於段圖案（陰極），以及4個接腳用於控制位數選擇電晶體（陽極）。軟體：
5. 在主迴圈中，依序開啟一個位數的電晶體，輸出該位數的段圖案，等待短暫時間（1-5ms），然後移至下一個位數。刷新率應高於60Hz以避免閃爍。保護：
6. 在每個電晶體的基極和微控制器接腳之間串聯小值電阻（例如100Ω）以限制電流。確保電源乾淨且無突波。12. 操作原理

發光二極體（LED）是一種半導體p-n接面二極體。當施加超過二極體臨界值（V

）的順向電壓時，來自n型材料的電子與來自p型材料的電洞在空乏區復合。此復合事件釋放能量。在標準二極體中，此能量主要是熱能。在像AlInGaP這樣的LED材料中，半導體的能隙能量使得釋放的能量以光子（光）的形式存在。光的特定波長（顏色）直接由半導體材料的能隙能量決定。AlInGaP的能隙產生可見光譜中紅色到琥珀色部分的光子。七段顯示器只是將多個這樣的LED晶片（每段和小數點一個）封裝成標準排列，並將其電氣連接引出到接腳以供外部控制。_F13. 技術趨勢

AlInGaP的使用代表了相對於早期紅/橙色LED材料的進步。與此類元件相關的顯示技術當前趨勢包括：

效率提升：

• 持續的材料科學研究旨在提高LED的內部量子效率（IQE）和光提取效率，從而在更低電流下實現更高亮度。微型化：
• 雖然0.39吋是標準尺寸，但趨勢是朝向更小、高密度的顯示器，使用表面黏著元件（SMD）封裝而非穿孔式DIP封裝，以實現自動化組裝。整合化：
• 驅動電子元件越來越多地被整合到顯示模組本身（智慧型顯示器）或更複雜的多通道恆定電流驅動IC中，從而簡化系統設計。更廣的色域：
• 雖然這是單色顯示器，但紅光LED的基礎材料技術發展也有利於全彩RGB顯示器，推動更純淨和更飽和的顏色。聚焦於可靠度與標準化：
• 隨著LED滲透到要求更高的應用中，標準化測試（如可靠度部分所示）和更詳細的使用壽命規格（L70、L90等級）正變得普遍。儘管存在這些趨勢，像LTS-4801JR這樣的離散式七段顯示器，對於需要簡單、可靠、低成本且高度可讀的數字輸出，而無需全圖形顯示的應用，仍然具有高度相關性。

Despite these trends, discrete seven-segment displays like the LTS-4801JR remain highly relevant for applications requiring simple, reliable, low-cost, and highly readable numeric output where a full graphic display is unnecessary.