LTS-4301JR LED顯示器規格書 - 0.4英吋字高 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4301JR是一款單一位數、七段式的字母數字LED顯示器模組。其設計旨在以緊湊的外型提供清晰、高對比的數值讀數。本裝置採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造其發光晶片，這些晶片製作在透明的GaAs基板上。此組合產生了標誌性的超紅光發射。顯示器配備灰色面板與白色段標記，增強了在各種照明條件下的對比度和可讀性。其主要應用於需要簡單、可靠且明亮的數值指示器的電子設備，例如儀器儀表、消費性電子和工業控制面板。

1.1 核心特色與優勢

• 0.4英吋（10.0公釐）字高：在尺寸與可見度之間取得平衡，適用於空間有限的嵌入式面板應用。
• 連續均勻的顯示段：每個顯示段提供一致且不間斷的發光外觀，提升美觀品質與易讀性。
• 低功耗需求：為節能而設計，適用於電池供電或低功耗裝置。
• 高亮度與高對比度：AlInGaP超紅光晶片提供強烈的發光輸出，而灰面/白段的設計則最大化對比度，便於觀看。
• 寬廣視角：確保顯示器從多個角度（不僅僅是正面）都能保持清晰可讀。
• 依發光強度分級：單元根據其光輸出進行分級，確保在多位數應用中亮度匹配的一致性。
• 無鉛封裝（符合RoHS規範）：依照限制有害物質的環保法規製造。
• 固態可靠性：相較於其他顯示技術，LED具有長使用壽命、抗震性與快速切換時間。

1.2 裝置識別

型號LTS-4301JR特指具有共陰極配置與右側小數點的版本。後綴JR對於識別小數點位置至關重要。它是一款AlInGaP超紅光發射型顯示器。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的極限。不保證在此條件下運作。

• 每段功耗：70 mW。這是單一段作為熱量散失的最大允許功率。超過此值可能導致過熱並加速劣化。
• 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，不適用於連續直流驅動。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。當環境溫度（Ta）超過25°C時，此電流以0.33 mA/°C的速率線性遞減。例如，在85°C時，最大連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = ~5.2 mA。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。本裝置額定適用於工業級溫度範圍。
• 焊接條件：進行波焊或迴焊時，焊點應至少低於顯示器本體安裝平面1/16英吋（≈1.6公釐）。建議峰值溫度為260°C，最長3秒，以防止塑膠封裝與內部接合處受熱損壞。

2.2 電氣與光學特性（Ta=25°C）

這些是在指定測試條件下的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在I_F=1mA時為200-520 µcd。此寬範圍表示裝置經過分級。發光強度是使用匹配明視覺（人眼）反應曲線（CIE）的濾光感測器測量。容差為±15%。
• 峰值發射波長（λ_p）：在I_F=20mA時為639 nm（典型值）。這是光功率發射最強的波長。
• 主波長（λ_d）：在I_F=20mA時為631 nm（典型值）。這是人眼感知的波長，定義了超紅光顏色。容差為±1 nm。
• 譜線半寬度（Δλ）：在I_F=20mA時為20 nm（典型值）。這指定了發射光的光譜純度或頻寬。
• 每晶片順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時為2.0V（最小值），2.6V（典型值），容差為±0.1V。電路設計必須考慮此範圍以確保適當的電流調節。
• 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；禁止連續逆向偏壓操作。
• 發光強度匹配比：2:1（最大值）。在多位數設置中，最亮的段在相似的光區域內，其亮度不應超過最暗段的兩倍，以確保均勻性。
• 串擾：≤ 2.5%。這是指因電氣洩漏或光耦合，導致本應熄滅的段產生不必要的發光。

3. 分級系統說明

LTS-4301JR採用分級系統，主要針對發光強度。如其典型I_V範圍200-520 µcd所示，顯示器根據其在標準測試電流（1mA）下測得的光輸出被分類到不同的等級。這使得設計師在組裝多位數單元時，可以從相同強度等級中選擇顯示器，防止數位間出現明顯的亮度差異。規格書建議選擇相同等級的顯示器以避免色調不均問題，在此上下文中指的是亮度均勻性而非色偏，因為主波長受到嚴格控制（±1 nm）。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型的特性曲線，通常包括：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：顯示光輸出如何隨驅動電流增加，通常呈次線性關係。在建議的連續電流以上操作會導致效率下降（droop）並縮短壽命。
• 順向電壓 vs. 順向電流：說明二極體的I-V特性，對於設計限流電路至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示熱淬滅效應，即光輸出隨接面溫度升高而降低。這強調了熱管理和電流遞減的重要性。
• 光譜分佈：顯示跨波長的相對功率發射圖，中心約在631-639 nm，頻寬約20 nm。

這些曲線對於理解裝置在非標準條件下的行為，以及為性能和壽命優化驅動電路至關重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

顯示器符合標準10腳位、單一位數DIP（雙列直插式封裝）外型。關鍵尺寸註記包括：

• 所有線性尺寸單位為公釐（mm）。
• 除非另有說明，一般公差為±0.25 mm。
• 腳尖偏移公差為±0.4 mm。
• 顯示器面板缺陷容許：異物≤ 10 mils（0.254 mm），油墨汙染≤ 20 mils（0.508 mm），段內氣泡≤ 10 mils。
• 反射器彎曲必須≤其長度的1%。
• 建議的PCB腳位孔徑為0.9 mm，以確保適當配合。

5.2 腳位連接與極性

LTS-4301JR是一款共陰極裝置。它有兩個共陰極腳位（腳位3和腳位8），必須連接到接地（或低側驅動器）。段A-G和小數點（D.P.）的陽極則位於不同的腳位（腳位1、2、4、5、6、7、9、10）。腳位6專用於右側小數點陽極。有一個腳位標記為無連接（N/C）。內部電路圖顯示每個段LED和小數點LED的陽極連接到個別腳位，其陰極則共同連接到共陰極腳位。

6. 焊接與組裝指南

6.1 焊接製程

絕對最大額定值規定了焊接條件為260°C持續3秒，測量點在安裝平面下方1/16英吋處。這與標準波焊和許多迴焊製程相容。必須注意避免過多熱量傳遞到塑膠本體，否則可能導致變形或內部損壞。

6.2 儲存條件

為防止腳位氧化和吸濕（MSL考量），建議LED顯示器在原包裝中遵循以下儲存條件：

• 溫度：5°C 至 30°C。
• 相對濕度：低於60% RH。

若防潮袋被打開，或產品在這些條件外儲存超過6個月，建議在組裝前以60°C烘烤48小時，並應在烘烤後一週內完成組裝。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

此顯示器適用於普通電子設備，如辦公設備、通訊裝置和家用電器。它適用於任何需要單一、明亮且可靠的數值讀數的應用：數位萬用表、時鐘、計時器、面板儀表、電器控制和測試設備。

7.2 關鍵設計注意事項（警告）

• 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完整的V_F範圍（2.0V至2.6V）。
• 電流限制：必須根據最高環境溫度選擇安全工作電流，並應用超過25°C時0.33 mA/°C的遞減因子。
• 保護：電路必須包含防止電源循環期間逆向電壓和瞬態電壓尖峰的保護，以防止損壞。
• 熱管理：避免在電流或環境溫度高於額定值的情況下操作，這會導致嚴重的光輸出衰減和過早失效。
• 機械處理：組裝時請勿對顯示器本體施加異常外力。若使用壓敏黏著劑貼附裝飾膜或濾光片，請避免讓其直接壓在顯示器面板上，以免發生位移。
• 多位數組裝：務必使用來自相同發光強度等級的顯示器，以確保外觀均勻。
• 環境：避免在潮濕環境中溫度急劇變化，以防止顯示器上產生凝結水。

8. 技術比較與區別

LTS-4301JR的主要區別在於其使用AlInGaP技術及其特定的超紅光顏色。相較於舊的GaAsP或GaP LED技術，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率，在相同驅動電流下產生更大的亮度。超紅光（631-639 nm）是一種獨特、飽和的紅色。灰面/白段的設計即使在LED熄滅時也能提供高對比度，提升了整體美觀性。其發光強度分級是要求一致性的專業應用的關鍵特色。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：我可以用5V電源和一個簡單的電阻來驅動這個顯示器嗎？

答：可以，但需要仔細計算。使用最大V_F值2.6V和期望的I_F值20mA，串聯電阻值為 R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω。然而，您必須檢查電阻的功耗，並確保電流不超過您操作溫度下的遞減極限。

問：為什麼建議使用恆流驅動？

答：LED亮度是電流的函數，而非電壓。順向電壓（V_F）有容差且隨溫度變化。恆流源可確保無論這些變化如何，都能維持期望的發光強度，從而實現一致的性能和更長的使用壽命。

問：共陰極對我的微控制器介面意味著什麼？

答：對於共陰極顯示器，共陰極腳位連接到接地。微控制器腳位（或驅動IC）應向各個段陽極腳位提供電流以點亮它們。這通常需要來自驅動器的主動高電位信號。

問：峰值電流是90mA，我可以用它來獲得更亮的顯示嗎？

答：不行。90mA額定值嚴格僅適用於低工作週期（1/10或10%）下非常短的脈衝（0.1ms寬度）。連續使用此電流將損壞LED。設計時應始終以連續順向電流額定值為準（25°C時為25mA，隨溫度遞減）。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計單一位數電壓表讀數。

一位設計師正在創建一個簡單的0-9V電壓表，使用單一位數顯示器進行粗略指示。他們選擇LTS-4301JR是因為其亮度和清晰度。電路使用帶有ADC的微控制器來測量電壓。微控制器的I/O腳位無法提供足夠電流，因此使用專用的LED驅動IC（例如，具有恆流輸出的7段解碼器/驅動器）。設計師將驅動器的恆流設定為每段15 mA，在室溫下提供充足的亮度，同時遠低於25mA額定值，為較熱的環境留出餘裕。共陰極腳位連接到驅動器的接地。設計師向採購部門指定來自相同強度等級（例如，400-450 µcd）的LTS-4301JR單元，以確保亮度均勻。由於驅動IC提供調節，因此不需要限流電阻。PCB佈局將顯示器腳位的孔徑設定為建議的0.9 mm直徑。

11. 工作原理簡介

LTS-4301JR基於半導體P-N接面的電致發光原理。當施加超過二極體導通電壓（≈2.0-2.6V）的順向偏壓時，來自n型AlInGaP區域的電子與來自p型區域的電洞在主動層中復合。此復合事件以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在本例中為約631-639 nm的紅光。透明的GaAs基板允許更多產生的光逸出，提高了外部效率。'7'字形的每個段包含一個或多個並聯的微小LED晶片。

12. 技術趨勢與背景

AlInGaP LED技術相較於早期的GaAsP等紅光LED材料是一項重大進步。它提供了卓越的發光效率，意味著每輸入一瓦電能能產生更多的光輸出，並具有更好的溫度穩定性。顯示元件的趨勢是朝向更高效率、更低功耗和更高整合度。雖然像LTS-4301JR這樣的獨立7段顯示器對於需要簡單性、堅固性和直接可見性的特定應用仍然至關重要，但許多新設計正轉向整合式點矩陣LED顯示器或OLED以獲得圖形靈活性。然而，對於成本、亮度和可靠性至關重要的專用數值讀數應用，單一位數AlInGaP顯示器仍然是首選且技術成熟的解決方案。