LTS-3861JD 0.3英吋超紅光LED顯示器規格書 - 字高7.62mm - 順向電壓2.6V - 功率70mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-3861JD是一款緊湊型單一位數七段顯示器，專為需要清晰數字指示且功耗低的應用而設計。其核心功能是提供高度易讀的數字讀數。該元件採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術，具體來說是生長在GaAs基板上的超紅光晶片。此技術選擇是實現其在紅色光譜範圍內高亮度與高效率關鍵性能特徵的基礎。其視覺設計採用淺灰色面板與白色段位，此為特意選擇，旨在增強對比度並改善各種照明條件下的可讀性。本產品歸類為低電流顯示器，使其適用於電池供電或注重能源效率的電子系統。

1.1 特性與核心優勢

此顯示器整合了多項有助於其效能與可靠性的設計特點：

• 0.30英吋字元高度（7.62 mm）：為面板儀表、儀器設備及消費性電子產品提供標準、易讀的字元尺寸。
• 連續均勻段位：確保每個段位發光一致，呈現專業且清晰的字元外觀，無暗點或不規則現象。
• 低功耗需求：為高效率而設計，允許在功率預算為關鍵限制的電路中運作。
• 優異字元外觀與高對比度：超紅光發射、淺灰色面板與白色段位的結合，產生了銳利、輪廓分明的數字。
• 高亮度：AlInGaP材料系統以其高發光效率著稱，即使在較低的驅動電流下也能產生明亮的輸出。
• 寬廣視角：封裝與晶片設計便於從廣泛角度觀看，這對於可能從軸外觀看的顯示器至關重要。
• 固態可靠性：作為LED元件，它提供長使用壽命、抗震性，且無機械顯示器般的活動部件。
• 發光強度分級：元件經過分選或測試以確保光輸出的一致性，有助於需要多個數字亮度均勻的設計。
• 無鉛封裝（符合RoHS規範）：依據限制有害物質的環保法規製造。

1.2 元件識別

料號LTS-3861JD特指一款採用AlInGaP超紅光晶片、共陽極配置並帶有右側小數點的元件。此命名慣例讓設計師能精確選擇所需的顏色、極性與選配功能。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節對規格書中指定的電氣與光學參數提供詳細、客觀的分析。理解這些數值對於正確的電路設計與確保長期可靠性至關重要。

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運作。

• 每段功率消耗：70 mW。這是在連續直流操作下，單一LED段位所能消耗為熱量的最大允許功率。超過此值可能導致過熱並加速半導體材料劣化。
• 每段峰值順向電流：90 mA（在1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度下）。此額定值僅適用於脈衝操作。短脈衝寬度與低工作週期可防止顯著熱累積，允許比直流額定值更高的瞬間電流。
• 每段連續順向電流：25 mA（在25°C下），以0.28 mA/°C線性遞減。這是直流或高工作週期操作的關鍵參數。遞減因子至關重要：隨著環境溫度（Ta）升高，最大安全連續電流會降低。例如，在85°C時，最大電流約為：25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA = 8.2 mA。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。元件可在此完整範圍內功能性操作與儲存，但電氣性能會隨溫度變化。
• 焊接條件：迴焊應在焊點低於安裝平面1/16英吋（約1.6mm）處進行，於260°C下最多3秒。這可防止塑膠封裝與內部打線承受過度的熱應力。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C標準測試條件下測得的典型性能參數。它們定義了元件在電路中的行為。

• 平均發光強度（I_V）：在I_F=1mA時為200-600 μcd（微燭光）。此為光輸出。寬範圍（200-600）表示分選過程；特定元件將落在此範圍內。若亮度一致性至關重要，設計師必須考慮此變異。
• 峰值發射波長（λ_p）：650 nm（典型值）。這是光輸出功率最大的波長，位於光譜的深紅色區域。
• 主波長（λ_d）：639 nm（典型值）。這是人眼感知到的、與光色相符的單一波長。通常比峰值波長更接近視覺感知。
• 譜線半高寬（Δλ）：20 nm（典型值）。此值量測發射波長的分布範圍。20 nm的值表示相對純淨的單色紅光。
• 每晶片順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時為2.10（最小）、2.60（典型）伏特。這是LED導通時的跨壓。對於設計限流電路至關重要。驅動器必須提供至少2.6V以克服此壓降，電流才會顯著流通。
• 每段逆向電流（I_R）：在V_R=5V時為100 μA（最大）。這是LED處於逆向偏壓時流動的小量漏電流。規格書明確指出此條件僅供測試用，元件不應在逆向偏壓下持續運作。
• 發光強度匹配比：2:1（最大）。對於同一數字內的段位（相似發光區域），最暗段位的亮度將不低於最亮段位亮度的一半。這確保了視覺均勻性。
• 串擾：< 2.5%。此值指定當驅動相鄰段位時，本應關閉的段位所產生的不必要發光量。低數值對於清晰的字元定義很重要。

3. 分級系統說明

規格書指出該元件依發光強度分級。這意味著存在分選過程，儘管本文件未提供具體的分級代碼。一般而言，LED製造商會根據關鍵參數測試與分類（分級）產品以確保一致性。對於像LTS-3861JD這樣的顯示器，主要分級標準可能包括：

• 發光強度分級：由於I_V範圍為200-600 μcd，元件可能被分組到更窄的強度級別中（例如，200-300、300-400 μcd等）。從同一級別採購可確保多位數顯示器的亮度均勻。
• 順向電壓（V_F）分級：雖然未明確提及，但V_F也可進行分級。匹配V_F有助於設計更簡單、更均勻的電流驅動電路，特別是當多個段位/數字並聯驅動時。
• 波長/顏色分級：主波長（639nm）與峰值波長（650nm）給定為典型值。可能提供更嚴格的顏色分級，以確保應用中所有元件的紅色調一致。

若應用需求要求高度均勻性，設計師應向製造商諮詢詳細的分級資訊。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/光學特性曲線，這些對於理解元件在非標準條件下的行為至關重要。雖然提供的文本未包含具體曲線，但其典型內容與重要性分析如下：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F）曲線：此非線性曲線顯示施加電壓與產生電流之間的關係。它展示了LED的指數型導通特性。此曲線的膝點約在典型V_F（2.6V）附近。此曲線對於設計恆流驅動器至關重要，因為電壓的微小變化會導致電流大幅變化，進而影響亮度與功率消耗。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_V-I_F）曲線：此曲線顯示光輸出如何隨驅動電流增加。在廣泛範圍內通常是線性的，但在極高電流下會因熱效應與效率下降而飽和。此曲線幫助設計師選擇操作電流以達到所需亮度，同時保持在功率限制內。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_V-T_a）曲線：LED光輸出隨接面溫度升高而降低。此曲線量化了該遞減關係。對於在高溫環境中運作的應用至關重要，因為顯示器可能會顯得較暗。
• 光譜分布曲線：相對強度對波長的圖表，顯示以650nm為中心、半高寬為20nm的鐘形曲線。這定義了超紅光發射的精確顏色特性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與公差

機械圖指定了實體尺寸與接腳佈局。規格書中的關鍵註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，一般公差為±0.25mm。
• 接腳尖端偏移公差為±0.40 mm，這對於PCB孔位放置很重要。
• 建議的PCB孔徑為1.10 mm，以容納接腳並提供足夠的焊接間隙。
• 針對視覺缺陷指定了品質控制標準：段位上的異物（≤10 mils）、段位內的氣泡（≤10 mils）、反射器彎曲（≤長度的1%）、以及表面油墨污染（≤20 mils）。

5.2 接腳連接與極性識別

該元件採用10接腳單排配置。內部電路圖與接腳定義表確認其為共陽極類型。這意味著所有LED段位的陽極（正極側）在內部連接在一起，並引出至接腳1和6（這兩腳也相互連接）。每個段位的陰極（負極側）有其專用的接腳（A, B, C, D, E, F, G, DP）。要點亮一個段位，必須將共陽極接腳連接到正電壓源（透過限流電阻或驅動器），並將相應的陰極接腳拉至較低電壓（通常為接地）。右側小數點（DP）位於接腳7。

6. 焊接與組裝指南

正確操作對於可靠性至關重要。基於絕對最大額定值：

• 迴焊：遵循指定的溫度曲線：元件本體最高溫度不應超過額定值，峰值溫度（260°C）下的焊接時間限制為3秒。1/16英吋安裝平面規則有助於防止塑膠本體直接受熱。
• 手動焊接：如有必要，使用帶有細尖頭的溫控烙鐵。每個接腳的接觸時間限制為3秒。焊接時避免對接腳或封裝施加機械應力。
• 清潔：使用與顯示器塑膠材料相容的清潔劑。除非明確核准，否則避免使用超音波清洗，因為它可能損壞內部結構。
• 儲存條件：在指定的溫度範圍（-35°C至+105°C）內，於低濕度、防靜電環境中儲存，以防止吸濕和靜電放電損壞。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

LTS-3861JD非常適合需要單一、清晰數字讀數且功耗低的應用：

• 面板儀表與儀器設備：測試設備、電源供應器或工業控制器上的電壓、電流、溫度或頻率顯示。
• 消費性電子產品：時鐘、計時器、廚房電器或音響設備的顯示器。
• 醫療設備：便攜式或床邊監測器上的簡單讀數，其中低功耗與可靠性是關鍵。
• 汽車改裝市場：輔助儀表（電壓表、油溫表）的顯示器。

7.2 關鍵設計考量

• 必須限流：LED是電流驅動元件。必須為每個陰極接腳使用一個串聯限流電阻（或專用的LED驅動IC）來設定順向電流（I_F）。電阻值計算為 R = (V_電源- V_F) / I_F。為進行保守設計，始終使用規格書中的最大V_F（2.6V），以確保電流不超過限制。
• 熱管理：遵循電流隨溫度遞減的曲線。在高環境溫度環境中，相應地降低驅動電流。確保PCB上顯示器周圍有足夠的通風。
• 多位數多工掃描：雖然這是單一位數元件，但共陽極設計本質上適合多工掃描。在多位數系統中，每個數字的共陽極以高頻率依序驅動，而段位陰極則共享。這大大減少了微控制器所需的I/O接腳數量。
• 視角：考慮其寬廣視角來放置顯示器，以確保最終使用者的可讀性。

8. 技術比較與差異化

與其他七段顯示器技術相比，LTS-3861JD使用AlInGaP超紅光晶片提供了明顯優勢：

• 對比傳統GaAsP或GaP紅光LED：AlInGaP技術通常在相同驅動電流下提供更高的發光效率與亮度，同時具有更好的溫度穩定性和更長的使用壽命。
• 對比高效率紅光（HER）LED：超紅光一詞通常指特定的、更深的紅色色點（主波長約639-650nm），與某些標準紅光LED相比，可能顯得更加鮮豔和飽和。
• 對比LCD顯示器：與LCD不同，此LED顯示器是自發光的——它自己產生光。這使其在低光或黑暗條件下無需背光即可清晰可見，並提供更寬廣的視角和更快的響應時間。
• 對比更大數字顯示器：0.3英吋尺寸在可讀性與緊湊性之間提供了良好的平衡，適用於0.5英吋或0.8英吋數字會顯得太大的場合。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以直接用5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？

A：不行。不建議將LED直接連接到邏輯接腳。微控制器接腳無法提供精確的限流，且可能因電流吸入/源出需求而損壞。務必使用限流電阻或專用驅動電路。對於5V電源供應與目標I_F=10mA，電阻值為 R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 歐姆。

Q2：為什麼有兩個共陽極接腳（1和6）？

A：它們在內部相連。擁有兩個接腳提供了機械穩定性，若多個段位同時點亮則有更好的電流分布，以及在PCB上的佈局靈活性。您可以將其中一個或兩個連接到您的正電源。

Q3：發光強度匹配比2:1對我的設計意味著什麼？

A：這意味著在一個實體元件內，最暗段位的亮度可能只有最亮段位的一半。如果您的設計使用多個LTS-3861JD數字，您應向供應商要求來自同一發光強度級別的元件，以確保跨數字的亮度均勻性，因為2:1的比例僅適用於單一元件內部。

Q4：逆向電流額定值在5V時為100µA。偶爾對顯示器施加逆向偏壓可以嗎？

A：規格書指出逆向電壓條件僅供IR測試且不能在此情況下持續運作。您必須設計電路以防止正常操作期間的逆向偏壓，因為持續的逆向電壓可能使LED劣化。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計單一位數直流電壓表讀數（0-9V）

一位設計師正在創建一個簡單的電壓表，使用微控制器（MCU）以1V為步進顯示0-9V。MCU具有ADC來讀取電壓，並有GPIO接腳來驅動顯示器。

1. 電路設計：共陽極接腳（1和6）透過單一限流電阻連接到MCU的正電源軌（例如3.3V或5V）？No.更好的做法是使用一個由MCU接腳控制的電晶體（例如PNP或邏輯位準N-FET）來控制共陽極，允許軟體開啟/關閉整個數字。每個段位陰極（接腳2,3,4,5,7,8,9,10）連接到一個MCU GPIO接腳，每個都透過其各自的限流電阻。這允許對每個段位進行亮度控制，並且比在共陽極上使用單一電阻更安全。
2. 電阻計算：對於5V電源供應，目標I_F=10mA，並使用最大V_F=2.6V：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 歐姆（使用220或270歐姆標準值）。在8條陰極線路上各放置一個電阻。
3. 軟體：MCU程式碼將ADC讀數轉換為數字（0-9）。它使用查找表將數字映射到需要啟動（驅動為低電位）的段位陰極（A-G）圖案。它開啟共陽極電晶體，然後相應地設定陰極接腳。對於多工掃描多個此類數字，程式碼會快速循環掃描每個數字。
4. 熱檢查：在每段10mA且Ta=25°C時，每段功率 = 10mA * 2.6V = 26mW，遠低於70mW最大值。如果數字'8'的所有7個段位都點亮，元件總消耗功率約為182mW，這是可接受的，但需要驗證PCB的局部溫升。

11. 工作原理介紹

LTS-3861JD的運作基於半導體p-n接面的電致發光基本原理。其主動區使用AlInGaP異質結構。當施加超過接面內建電位（約2.6V）的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入主動區。在那裡，它們發生輻射復合——意味著電子落入電洞所釋放的能量直接轉換為光子（光粒子）。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光子的波長（顏色），在本例中約為639-650 nm（紅色）範圍。數字的每個段位都是一個獨立的LED晶片或一組串聯/並聯連接的晶片，由其自身的陰極接腳控制。

12. 技術趨勢與發展

LED顯示器領域持續演進。雖然LTS-3861JD代表了一項成熟可靠的技術，但影響此產品類別的更廣泛趨勢包括：

• 效率提升：持續的材料科學研究旨在提高AlInGaP及其他化合物半導體的內部量子效率（IQE）與光提取效率，從而產生在更低電流下更亮或電池壽命更長的顯示器。
• 微型化：不斷追求更小的像素間距與更高的密度，儘管對於標準七段顯示器而言，0.3英吋尺寸仍然是受歡迎的主力。
• 整合化：趨勢包括將LED驅動電路（恆流汲極、多工掃描邏輯）直接整合到顯示模組或封裝中，為終端工程師簡化外部設計。
• 色域擴展：雖然這是一款單色紅光顯示器，但紅光LED的基礎材料科學直接支持全彩LED顯示器與微LED陣列的發展，其中結合了紅、綠、藍微LED。
• 靈活與新穎的外形：對柔性基板的研究最終可能導致可彎曲或曲面的七段顯示器，儘管這與較新的OLED或微LED技術更相關，而非傳統封裝LED。

LTS-3861JD以其成熟的AlInGaP技術與清晰的規格，對於需要簡單、可靠、低功耗數字顯示的應用而言，仍然是一個穩健且有效的解決方案。