LTS-4730AJD 0.4英吋超紅光LED顯示器規格書 - 字高10.16mm - 順向電壓2.6V - 功率70mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4730AJD是一款緊湊型單一位數七段式顯示模組，專為需要清晰數字讀數的應用而設計。其核心功能是透過可獨立定址的LED段，以視覺方式呈現數字0-9及部分字母。本裝置採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造，特別採用超紅光顏色，與標準紅光LED相比，在特定照明條件下具有顯著的能見度與效率優勢。

此元件的主要市場包括工業控制面板、儀器儀表、測試與量測設備、消費性電器，以及任何需要簡單、可靠且低功耗數字指示器的嵌入式系統。其設計優先考量在各種操作環境下的可讀性與使用壽命。

1.1 核心優勢與特性

規格書強調了定義本產品價值主張的幾個關鍵特性：

• 字元高度：具備0.4英吋（10.16毫米）的字元高度，為面板安裝應用提供了尺寸與可讀性之間的良好平衡。
• 光學品質：提供連續均勻的段位、出色的字元外觀、高亮度、高對比度及寬廣視角。這些特性確保顯示的數字從各個角度都能清晰易讀。
• 效率與可靠性：專為低功耗需求設計，並提供固態可靠性，意味著無活動部件且具有高抗衝擊與抗振動能力。
• 一致性：發光強度經過分級（分檔），允許設計師為多位數顯示器選擇亮度匹配的元件，確保外觀均勻一致。
• 美觀性：本裝置具有灰色面板與白色段位，在LED熄滅時增強對比度，並提供中性、專業的外觀。

2. 技術規格深入解析

本節對規格書中定義的關鍵參數進行客觀分析。

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。它們並非正常操作條件。

• 每段功耗：70 mW。這是每個獨立LED段能夠持續處理的最大功率。
• 每段峰值順向電流：90 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。這對於多工掃描或短暫超驅動以增加亮度非常有用。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。此電流在25°C以上以每°C 0.33 mA的速率線性遞減。例如，在85°C時，最大允許連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA。此遞減對於熱管理至關重要。
• 每段逆向電壓：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能損壞LED接面。
• 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260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這是波峰焊或迴流焊製程的標準指導原則。

2.2 電氣與光學特性（於 T_A=25°C 時）

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）：在順向電流（I_F）為1 mA時，為200-650 µcd（微燭光）。此寬範圍表示分檔過程；設計師可以指定最小強度。
• 峰值發射波長（λ_p）：650 nm（奈米）。這是LED發射最大光功率的波長，定義了其超紅光顏色。
• 譜線半寬度（Δλ）：20 nm。此參數描述了發射光的光譜純度或頻寬。20 nm是AlInGaP紅光LED的典型值。
• 主波長（λ_d）：639 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=20 mA 時，為2.1V（最小）、2.6V（典型）。這對於設計限流電路至關重要。在電源供應設計中必須考慮每個段位上的電壓降。
• 每段逆向電流（I_R）：在 V_R=5V 時，為100 µA（最大）。這是LED處於逆向偏壓時的小漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大）。此規格定義了單一裝置內最亮與最暗段位之間的最大允許比率，確保視覺均勻性。

3. 分檔系統說明

規格書明確指出，本裝置已根據發光強度進行分類。這指的是製造後的分檔或篩選過程。

• 發光強度分檔：由於半導體製造過程中的自然變異，LED會根據其在標準電流（例如1mA）下測量的光輸出進行測試並分入不同的檔位。LTS-4730AJD提供的最小強度為200 µcd，典型值最高可達650 µcd。對於需要在多個位數間保持亮度一致的應用，指定來自相同或相鄰強度檔位的零件至關重要。
• 波長/顏色分檔：雖然未詳細說明多個代碼，但超紅光的規格以及給定的主波長/峰值波長（639nm、650nm）意味著顏色點受到嚴格控制。對於此產品，主要分檔似乎集中在發光強度上。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型電氣/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與重要性。

• 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而增加。它通常是非線性的，在極高電流下由於發熱導致效率下降。20mA測試點是常見的操作條件。
• 順向電壓 vs. 順向電流：此曲線顯示LED接面的電壓與電流關係。本質上是指數關係。指定的 V_F在20mA時為2.6V，是此曲線上的一個點。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：LED的光輸出隨著接面溫度升高而降低。此曲線對於理解在高溫環境下的性能至關重要，並與電流遞減規格相符。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示在650nm處的峰值及20nm半寬度，確認了超紅光顏色特性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖面

本裝置具有標準的穿孔式DIP（雙列直插封裝）佔位面積。尺寸圖提供了PCB（印刷電路板）佈局的所有關鍵尺寸，包括：

• 總高度、寬度和深度。
• 接腳間距（例如，典型的標準0.1英吋 / 2.54mm列間距）。
• 數字視窗位置與尺寸。
• 安裝平面與引腳尺寸。
• 除非另有說明，公差指定為±0.25 mm，這是此類元件的標準。

5.2 接腳連接與內部電路圖

本顯示器採用共陽極配置。內部電路圖顯示各段為獨立的LED。接腳定義表對於正確接線至關重要：

• 共陽極接腳：接腳1和3連接在一起，作為段位G、H和J（右側垂直段和中心水平段）的陽極。接腳14是段位B、C和小數點（D.P.）的陽極。
• 陰極接腳：接腳7（H & J）、8（G）、9（D.P.）、10（C）和11（B）是個別段位或段位對的陰極。要點亮一個段位，必須將其對應的陰極連接到較低電壓（接地），同時透過限流電阻向相關的共陽極提供正電壓。
• 無連接接腳：接腳2、4、5、6、12和13標記為無接腳或無連接，意味著它們在物理上存在以提供機械穩定性，但沒有電氣功能。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是焊接溫度規格：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這對於防止LED晶片、環氧樹脂透鏡和內部接線的熱損壞至關重要。

• 製程：此參數適用於波峰焊和迴流焊製程，但必須注意確保整個組裝溫度曲線保持在限制範圍內。
• 手動焊接：如果需要手動焊接，應使用溫控烙鐵，並盡量減少與接腳的接觸時間。
• 儲存：雖然未明確規定，但應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施。建議將元件存放在防靜電袋中，並置於陰涼乾燥的環境中。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

驅動像LTS-4730AJD這樣的共陽極七段顯示器，通常涉及使用微控制器或專用顯示驅動IC（例如帶有限流電阻的74HC595移位暫存器，或MAX7219）。電路必須：

1. 向共陽極接腳（1/3和14）提供正電壓。
2. 透過限流電阻將個別陰極接腳的電流引導至接地。電阻值使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於5V電源，目標 I_F為10mA，且 V_F=2.6V：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。

7.2 設計考量

• 電流限制：始終為每個段位或共陰極線路使用外部限流電阻。依賴微控制器接腳的電流限制既不安全也不可靠。
• 多工掃描：對於多位數顯示器，使用多工掃描技術，每次快速點亮一個位數。峰值電流額定值（90mA，1/10工作週期）允許短暫的較高電流，以補償降低的工作週期，維持感知亮度。
• 視角：寬廣視角是有益的，但需考慮最終的外殼。灰色面板提供了良好的熄滅狀態對比度。
• 熱管理：在高溫環境下，請遵守電流遞減曲線。如果使用多個顯示器，請確保充分的通風。

8. 技術比較與差異化

LTS-4730AJD的主要差異化特點在於其使用AlInGaP技術和超紅光 color.

• 與標準GaAsP/GaP紅光LED相比：AlInGaP LED通常提供更高的效率、更好的亮度，以及在溫度和驅動電流變化下更穩定的波長。超紅光（650nm）比標準紅光（約630nm）更深、更飽和，這對於某些指示器或在高環境光條件下可能具有優勢。
• 與更大/更小的顯示器相比：0.4英吋數字是常見尺寸，提供了良好的折衷方案。更小的數字節省空間，但在遠處較難閱讀；更大的數字更易見，但消耗更多的面板面積和功率。
• 與低效率顯示器相比：低功耗需求和高亮度表明具有良好的發光效率，使其適用於電池供電設備或關注發熱的應用。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：峰值波長（650nm）和主波長（639nm）有什麼區別？
答：峰值波長是光譜輸出的物理峰值。主波長是人眼感知為顏色的單一波長，由完整光譜計算得出。兩者都用於指定顏色，而主波長通常與視覺應用更相關。

問：我可以直接從5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？
答：不行。您必須為每個段位陰極串聯一個限流電阻。設置為低電位輸出的微控制器接腳可以吸收電流，但必須使用電阻來設定正確的電流並保護LED和微控制器。

問：最大連續電流是25mA，但V_F的測試條件是20mA。我應該在設計中使用哪一個？
答：20mA是標準測試條件，也是一個常見、可靠的操作點，能在提供良好亮度的同時，遠低於25mA的絕對最大值，留有安全餘量。您可以根據亮度和功率需求，設計為10-20mA。

問：已根據發光強度進行分類對我的訂單意味著什麼？
答：這意味著LED在生產後會根據亮度進行分類。訂購時，您或許可以指定一個最小發光強度檔位（例如400 µcd 最小），以確保您專案中的所有顯示器具有相似的亮度。請諮詢經銷商或製造商以獲取可用的檔位代碼。

10. 實際使用案例

情境：設計一個簡單的數位電壓表讀數顯示。
一個帶有類比數位轉換器（ADC）的微控制器測量電壓。韌體將此值轉換為十進制數字。為了在LTS-4730AJD上顯示，微控制器將：

1. 使用查找表來確定數字0-9中需要點亮的段位（a-g, dp）。
2. 如果使用多位數，則採用多工掃描程序。對於單一位數，它只需將正確的陰極接腳設為低電位，同時透過電晶體開關保持共陽極接腳為高電位，並在每個陰極線路上使用適當的限流電阻。
3. 超紅光顏色提供了清晰的能見度。如果電表是便攜式的，低功耗是有益的。寬廣視角允許從側面看到讀數。

11. 技術原理介紹

LTS-4730AJD基於AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料，生長在不透明的GaAs（砷化鎵）基板上。當在此材料的p-n接面上施加順向電壓時，電子和電洞重新結合，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）。對於此裝置，成分被調整以產生光譜超紅光區域（約650nm）的光。不透明的基板有助於吸收雜散光，從而提高對比度。數字的每個段位都是一個獨立的LED晶片或晶片的一部分，內部連接到相應的接腳。

12. 技術趨勢

雖然七段顯示器仍然是基礎，但指示器技術的趨勢包括：

• 整合化：朝向具有整合驅動IC（I2C、SPI介面）的顯示器發展，以簡化微控制器設計並減少元件數量。
• 材料：LED材料（如InGaN用於藍/綠/白光）以及改進的AlInGaP以實現更高效率和更廣色域的持續發展。
• 外形尺寸：表面黏著元件（SMD）封裝在自動化組裝中的採用率增加，儘管像這樣的穿孔式顯示器在原型製作、維修和某些工業應用中仍然很受歡迎。
• 替代方案：對於更複雜的資訊，OLED或TFT LCD模組正變得更具成本競爭力，但對於簡單、明亮、低功耗且高度可靠的數字讀數，像LTS-4730AJD這樣的LED七段顯示器仍然是穩健且最佳的解決方案。