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

1. 產品概述

LTS-2801AJR是一款高效能、單一位數、七段式字母數字顯示模組。其主要功能是在電子設備中提供清晰、可靠的數字及有限的字母數字字符顯示。核心應用於低功耗儀器、消費性電子產品、工業控制面板，以及任何需要明亮、易讀數字指示器的裝置。

本裝置採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED技術打造。此半導體材料系統以其在紅橙色至琥珀色光譜中的高效率與卓越色彩純度而聞名。使用透明的GaAs基板進一步增強了光提取效率，有助於提升顯示器亮度。顯示器採用灰色面板搭配白色段標記，當段位點亮時能提供高對比度，改善各種照明條件下的可讀性。

此顯示器的定義性特徵是其針對低電流操作進行了優化。它經過專門測試與篩選，即使在每段低至1mA的驅動電流下也能表現出色，使其非常適合電池供電或對能源敏感的應用。各段位在這些低電流下也經過匹配，以確保一致的發光強度，使整個數字的外觀均勻。

1.1 主要特點與優勢

• 數字尺寸：具備0.28英吋（7.0公釐）字元高度，提供緊湊且清晰易讀的顯示區域。
• 段位品質：每段提供連續、均勻的光線發射，無可見間隙或亮點。
• 電源效率：專為極低功耗需求設計，可從每段1mA起開始運作。
• 光學性能：提供出色的字元外觀，具有高亮度及相對於灰色面板的高對比度。
• 視角：得益於LED晶片結構與封裝設計，提供寬廣的視角。
• 可靠性：受益於固態可靠性，無活動部件，並具有LED技術典型的長使用壽命。
• 一致性：裝置根據發光強度進行分類（分檔），確保生產中亮度水平可預測。

2. 技術規格深入解析

本節根據規格書中的定義，對裝置的技術參數進行詳細、客觀的分析。理解這些規格對於正確的電路設計及確保可靠性能至關重要。

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應力極限。不保證在或超過這些極限下操作。

• 每段功耗：最大70 mW。超過此值可能導致過熱並加速LED晶片劣化。
• 每段峰值順向電流：最大90 mA，但僅限於脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。這允許短時間的高亮度，例如在多工顯示或閃爍效果中。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25 mA。此額定值會隨著環境溫度（Ta）超過25°C而線性遞減，遞減率為0.33 mA/°C。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。
• 每段逆向電壓：最大5 V。LED具有較低的逆向崩潰電壓。超過此值可能導致接面立即失效。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。本裝置適用於工業級溫度範圍。
• 焊接溫度：最高可承受260°C達3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這對於迴焊製程至關重要。

2.2 電氣與光學特性（於Ta=25°C下）

這些是在指定測試條件下的典型操作參數。設計應基於這些數值。

• 平均發光強度（I_V）：在順向電流（I_F）為1mA時，範圍從200 μcd（最小）到480 μcd（典型）。這證實了其非常適合極低電流應用。強度會隨電流成比例變化。
• 峰值發射波長（λ_p）：典型值為639 nm。這是光功率輸出最大的波長，將其置於光譜的超紅光區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：典型值為20 nm。這表示光譜純度；寬度越窄表示顏色越單色（純淨）。
• 主波長（λ_d）：典型值為631 nm。這是人眼感知的單一波長，可能與峰值波長略有不同。
• 每段順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，範圍從2.0V（最小）到2.6V（典型）。這是LED點亮時兩端的電壓降。每段或共陽極必須串聯一個限流電阻。
• 每段逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大100 μA。這是LED處於逆向偏壓時的小漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：在I_F=1mA時，最大為2:1。這規定了同一數字內最暗段的亮度不低於最亮段亮度的一半，確保均勻性。

測量注意事項：發光強度是使用校準至CIE明視覺光度函數的感測器和濾光片進行測量的，該函數近似於人眼的敏感度。

3. 分檔與分類系統

規格書指出裝置根據發光強度進行分類。這指的是LED製造中常見的分檔做法。

• 發光強度分檔：由於半導體磊晶生長和製造過程中的自然變異，同一生產批次的LED可能具有略微不同的亮度輸出。製造商測試每個裝置，並根據其在標準測試電流（例如1mA或20mA）下測得的發光強度將其分類到不同的檔位中。這讓客戶可以選擇符合其特定亮度要求的檔位，確保最終產品外觀的一致性。LTS-2801AJR的典型I_V值480 μcd可能代表一個特定的檔位或分佈的中心值。
• 順向電壓分檔：雖然此元件未明確提及，但根據順向電壓（V_F）對LED進行分檔也很常見。這對於電源電壓嚴格受限或需要精確匹配多個LED電流的設計非常重要。
• 波長分檔：對於色彩要求嚴格的應用，LED也會根據主波長或峰值波長進行分檔，以確保色調一致。λ_p（639nm）和λ_d（631nm）的緊密典型值表明此AlInGaP技術具有良好的固有色彩一致性。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未提供具體圖表，但我們可以推斷其標準內容和重要性。

• 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順向電流增加。它通常是非線性的，特別是在極低電流下。該曲線證實了裝置在1mA下的可用性，並顯示了將電流增加到最大額定值可實現的亮度增益。
• 順向電壓 vs. 順向電流：此曲線顯示LED兩端電壓與流經電流之間的關係。它對於設計限流電阻值至關重要。該曲線本質上是指數型的，但為了設計目的，通常使用在預期工作電流下的典型V_F值。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：LED光輸出會隨著接面溫度升高而降低。此曲線對於理解熱降額至關重要。為連續電流指定的線性降額（0.33 mA/°C）是對此關係的實用簡化，以防止過熱。
• 光譜分佈：顯示各波長相對光功率的圖表。它將說明在~639nm處的峰值和20nm的半高寬，證實了窄而純的紅光發射。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

本裝置具有標準的單一位數七段式LED封裝尺寸。規格書中的關鍵尺寸註記：

• 所有主要尺寸均以公釐（mm）提供。
• 尺寸的標準公差為±0.25 mm（相當於±0.01英吋）。
• 具體尺寸（文本摘錄中未列出）將定義封裝的總長、寬、高、數字視窗尺寸、引腳間距，以及引腳長度和直徑。這些對於PCB佔位面積設計和機殼內的機械配合至關重要。

5.2 腳位連接與極性

LTS-2801AJR是一款共陽極顯示器。這意味著所有LED段的陽極（正極側）在內部連接到共用的引腳。各個段的陰極（負極側）則引出到獨立的引腳。

腳位定義（10腳配置）：

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

內部電路圖：示意圖顯示兩個共陽極引腳（3和8）在內部連接在一起。這種雙陽極設計有助於分配電流，並可用於冗餘或特定的多工方案。所有段陰極和小數點陰極都是獨立的。

6. 焊接與組裝指南

遵守這些指南對於可靠性及防止組裝過程中的損壞至關重要。

• 迴焊：本裝置可承受最高260°C的峰值溫度，最長持續時間為3秒。此溫度應在封裝本體下方1.6mm處（PCB上的安裝平面）測量。標準無鉛迴焊曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）通常適用，但必須遵守特定的260°C/3秒限制。
• 手工焊接：若需手工焊接，請使用溫控烙鐵。每個引腳的接觸時間限制在3-5秒內，以防止過多熱量經由引腳傳導至LED晶片。
• 清潔：使用適當、非侵蝕性的溶劑進行焊後清潔。除非驗證對封裝安全，否則避免使用超音波清洗。
• ESD（靜電放電）預防措施：雖然未明確說明，但LED是半導體元件，可能對ESD敏感。建議在組裝過程中採用標準ESD處理程序（接地工作站、靜電手環）。
• 儲存條件：儲存在原裝防潮袋中，環境應在指定的儲存溫度範圍內（-35°C至+85°C）且濕度低，以防止引腳氧化。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

微控制器直接驅動：對於共陽極顯示器，共陽極引腳透過一個限流電阻連接到正電源電壓（例如+5V），或者更常見的是連接到配置為輸出並設為邏輯高的微控制器GPIO引腳（或由PNP電晶體驅動以提供更高電流）。每個段陰極引腳連接到微控制器的一個GPIO引腳。要點亮某一段，需將其對應的陰極引腳驅動至邏輯低（接地），從而完成迴路。

限流電阻計算：每個共陽極連接或每個段陰極（取決於驅動拓撲）都必須進行此計算。使用典型順向電壓（V_F= 2.6V）和期望的順向電流（I_F），電阻值R可根據歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於5V電源和I_F=10mA：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。電阻的額定功率應至少為I_F²* R。

7.2 設計考量

• 多工掃描：為了用較少的微控制器引腳控制多位數字，會使用多工掃描。數字以高速率（例如每個數字1-5 ms）一次點亮一個。LTS-2801AJR處理峰值電流（90mA脈衝）的能力使其適合用於多工應用，其中需要更高的瞬時亮度來補償降低的工作週期。
• 低功耗設計：利用其1mA操作能力於電池供電裝置。在每段1mA和5V電源下，每個點亮段的功耗約為(5V - 2.6V) * 0.001A = 2.4 mW。
• 視角：考慮其寬廣視角來定位顯示器，以確保最終使用者的可讀性。
• 熱管理：在連續高電流或高環境溫度的應用中，確保通風良好。遵守超過25°C時的電流降額曲線。

8. 技術比較與差異化

雖然未提供與其他型號的直接比較，但可以從LTS-2801AJR的規格推斷其主要差異點：

• 相較於標準紅光GaAsP/GaP LED：與較舊的LED材料相比，使用AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率（每mA電流產生更多光輸出）和更好的色彩純度（更飽和的紅色）。這帶來了更高的亮度和更低的功耗。
• 相較於更大數字顯示器：0.28英吋的數字在尺寸和可讀性之間取得了平衡，適合於較大顯示器（例如0.5英吋或1英吋）在物理上不切實際的緊湊裝置。
• 相較於未經低電流測試的顯示器：針對優異低電流（1mA）特性的明確測試與篩選是一項關鍵特點。並非所有七段顯示器都能保證在如此低的驅動水平下具有均勻的亮度和正常操作。
• 相較於共陰極顯示器：當與汲入電流能力優於源出電流的微控制器介面時（儘管許多現代MCU是對稱的），通常更偏好共陽極配置。選擇取決於驅動電路設計。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以直接用3.3V微控制器系統驅動此顯示器嗎？

答：可以，但必須重新計算限流電阻。使用V_電源=3.3V，V_F=2.6V，以及I_F=5mA：R = (3.3V - 2.6V) / 0.005A = 140 Ω。請驗證在5mA下的光輸出是否滿足您的應用需求。

問：為什麼有兩個共陽極引腳（3和8）？

答：它們在內部相連。這提供了PCB佈線的靈活性，並有助於將總陽極電流（所有點亮段電流之和）分配到兩個引腳上，降低每個引腳的電流密度並提高可靠性。

問：峰值波長（639nm）和主波長（631nm）有什麼區別？

答：峰值波長是光功率輸出物理上最高的位置。主波長是根據完整光譜計算出的、能對人眼產生相同顏色感知的單一波長。人眼的敏感度會影響此計算，導致數值不同。

問：如何顯示小數點？

答：小數點是一個獨立的LED，其陰極位於腳位5。要點亮它，需將共陽極連接到V+，並將腳位5驅動至接地（透過一個限流電阻，可與段位共用或獨立）。

10. 實際應用範例

情境：設計一個簡單的電池供電數位溫度計。

1. 元件選擇：選擇LTS-2801AJR是因為其低電流操作可最大化電池壽命。選擇一個至少具有8個I/O引腳的微控制器（7個用於段位，1個用於共陽極控制）。
2. 電路設計：共陽極引腳（3和8）連接在一起，然後透過一個PNP電晶體連接到微控制器的一個GPIO引腳（以處理所有段位同時點亮時的總電流）。每個段陰極（腳位1,2,4,5,6,7,9,10）連接到微控制器的一個獨立GPIO引腳。在微控制器的正電源軌與PNP電晶體的射極之間放置一個限流電阻（或如果直接驅動，則與每個陰極串聯）。電阻值根據期望的亮度計算，例如每段2mA。
3. 軟體：微控制器讀取溫度感測器，將數值轉換為十進位數字，並查找對應的段位圖案（例如七段字型表）。然後，它將相應的陰極引腳驅動為低電位，同時將共陽極控制引腳設為高電位以顯示數字。
4. 結果：一個清晰易讀的溫度顯示，功耗極低，適合便攜式裝置。

11. 技術原理介紹

核心技術是AlInGaP LED。光是透過稱為電致發光的過程產生的。當順向電壓施加在半導體P-N接面兩端時，來自N型材料的電子在主動區與來自P型材料的電洞復合。這種復合以光子（光粒子）的形式釋放能量。光的特定波長（顏色）由半導體材料的能隙決定，該能隙是透過在晶體生長過程中精確控制鋁、銦、鎵和磷的比例來設計的。與吸收性基板相比，透明的GaAs基板允許更多產生的光從晶片中逸出，提高了整體外部效率。來自這些微小晶片的光隨後被塑膠封裝塑形和導向，形成可識別的七段式圖案。

12. 產業趨勢與發展

七段顯示器的演進遵循更廣泛的LED技術趨勢。雖然基本外形尺寸仍然非常有用，但底層技術持續進步。AlInGaP本身相對於舊材料就是一次重大飛躍。當前的趨勢可能包括：

• 更高的效率：對磊晶結構和光提取技術的持續研究推動了每瓦更多流明的發展，使得在相同電流下顯示器更亮或電池壽命更長。
• 整合化：一些現代顯示器將驅動IC（控制器）直接整合到封裝中，簡化了系統設計者的介面（儘管這在點矩陣和字母數字顯示器中比在基本七段單元中更常見）。
• 替代顏色與材料：雖然此元件使用AlInGaP產生紅光，但其他材料如InGaN用於藍光、綠光和白光LED。低電流、高亮度操作的原理適用於這些技術。
• 特殊環境耐用性：針對惡劣環境，封裝密封和材料的發展提高了對濕氣、化學品和極端溫度的抵抗力。

LTS-2801AJR專注於經過驗證、針對低電流性能優化的AlInGaP技術，在這個持續發展的技術格局中代表了一個成熟、可靠且高度實用的解決方案。