LTS-4301JD LED顯示器規格書 - 0.4英吋數位高度 - 超紅光650nm - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4301JD是一款緊湊型、高效能的單數位數值顯示模組，專為需要清晰、明亮數值讀數的應用而設計。其核心功能是使用標準的七段式配置，輔以右側小數點，以視覺方式呈現數字0到9。此元件專為整合到各種電子設備中而設計，在這些應用中，空間、電源效率和可讀性是關鍵因素。

本顯示器採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術作為其發光元件。選擇此材料系統是因為其在產生高亮度紅光方面的高效率。晶片製造在不透明的GaAs（砷化鎵）基板上，這可防止內部光散射，提高未點亮段的清晰度，從而增強對比度。封裝採用帶有白色段標記的灰色面板，在段未點亮時提供出色的外觀，並在段點亮時提供高對比度。

此元件的主要目標市場包括工業儀表、消費性電器、測試與量測設備、銷售點系統以及汽車儀表板顯示器。其分類的發光強度確保了不同生產批次的亮度水平一致，這對於需要均勻視覺性能的應用至關重要。

2. 技術參數深度客觀解讀

2.1 光度與光學特性

光學性能是在環境溫度（Ta）為25°C的標準測試條件下定義的。關鍵參數平均發光強度（Iv）在順向電流（IF）為1 mA驅動時，典型值為650 µcd（微燭光）。最小規定值為200 µcd，確保了基本的亮度水平。發光強度是使用校準至CIE（國際照明委員會）標準明視覺響應曲線的感測器和濾光片組合進行測量，確保報告的數值符合人類視覺感知。

該元件發射超紅光譜的光。峰值發射波長（λp）通常為650奈米（nm）。與感知顏色更相關的主波長（λd）規定為639 nm。譜線半寬度（Δλ）為20 nm，表示光譜純度和發射波長的窄範圍，從而產生飽和的紅色。規定了最大發光強度匹配比為2:1，這意味著在相同驅動條件下，任意兩個段之間的亮度差異不會超過此比例，確保形成的數字外觀均勻。

2.2 電氣參數

電氣特性定義了操作邊界和典型性能。每個段的順向電壓（VF）在測試電流20 mA時範圍為2.1V至2.6V。設計師必須確保驅動電路能夠提供足夠的電壓來克服此壓降。絕對最大額定值設定了嚴格限制：每個段的連續順向電流不得超過25 mA，在超過25°C時，線性降額因子為0.33 mA/°C。此降額對於熱管理至關重要；隨著環境溫度升高，必須降低最大允許電流以防止過熱和永久損壞。

在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1 ms脈衝寬度）允許峰值順向電流為90 mA，這可用於多工方案或短期亮度增強。每個段的最大反向電壓（VR）為5V；超過此值可能損壞LED的PN接面。當施加5V反向偏壓時，反向電流（IR）規定最大為100 µA，這表示接面的漏電特性。

2.3 熱與可靠性參數

該元件的額定工作溫度範圍為-35°C至+85°C。此寬廣範圍使其適用於溫度變化顯著的環境。儲存溫度範圍相同（-35°C至+85°C）。每個段的功耗限制為70 mW。通過適當的限流以及必要時的散熱來管理此功耗，對於長期可靠性至關重要。規格書還規定了焊接溫度曲線：元件可以在安裝平面下方1/16英吋（約1.6 mm）處承受260°C達3秒，這指導了迴流焊接製程。

3. 分級系統說明

規格書指出元件已按發光強度分類。這意味著製造後進行了分級或篩選過程。雖然此摘錄未提供具體的分級代碼細節，但對此類顯示器的典型分類涉及根據在標準測試電流（例如1 mA）下測量的發光強度對單元進行分組。這確保客戶收到亮度水平一致的產品。採購這些元件的設計師應向製造商確認具體的分級結構，以確保所選的強度類別符合其應用對均勻性的要求，尤其是在並排使用多個顯示器時。

4. 性能曲線分析

規格書在最後一頁引用了典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但完整規格書中通常包含的此類曲線對於設計至關重要。這些通常會說明：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：此圖顯示光輸出如何隨驅動電流增加而增加。它通常是非線性的，在非常高的電流下效率通常會下降。
• 順向電壓 vs. 順向電流：此曲線通過顯示LED的動態電阻，有助於設計限流電路。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：這顯示了隨著溫度升高，光輸出的降額情況，對於在非環境條件下運作的應用至關重要。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，直觀地確認了峰值和主波長規格以及光譜半寬度。

工程師應使用這些曲線來優化驅動條件，以平衡亮度、效率和壽命，而不是僅在絕對最大額定值下運作。

5. 機械與封裝資訊

該元件附有詳細的封裝尺寸圖。所有尺寸均以毫米為單位提供，除非另有說明，一般公差為±0.25 mm（0.01英吋）。顯示器的數位高度為0.4英吋（10.0 mm）。機械圖將定義封裝的總長度、寬度和高度、段和小數點的位置、引腳（接腳）間距和尺寸，以及任何鍵控或定位特徵。此資訊對於創建PCB封裝、確保在產品外殼內正確安裝以及在電路板上正確對齊顯示器至關重要。

6. 接腳連接與內部電路

LTS-4301JD是一款共陰極元件。明確提供了接腳連接圖：

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

存在兩個共陰極接腳（3和8）是典型的，用於降低封裝內的電流密度並提高可靠性。內部電路圖顯示，所有段陽極（A-G和DP）在電氣上彼此隔離，而它們的陰極在內部連接到兩個共陰極接腳。此配置要求驅動電路向各個段陽極提供電流，並通過共陰極連接匯集組合電流。

7. 焊接與組裝指南

提供的主要組裝指南是焊接溫度限制：元件可以在安裝平面下方1.6 mm處承受260°C達3秒。這是標準的IPC迴流曲線參考。對於組裝：

• 使用推薦的無鉛焊接迴流曲線（如260°C峰值溫度所示）。
• 確保PCB焊墊設計與封裝尺寸匹配，以避免墓碑效應或錯位。
• 在處理過程中避免對引腳施加機械應力。不應使用受污染的工具直接觸摸塑膠透鏡。
• 在處理和組裝過程中遵循標準的ESD（靜電放電）預防措施，以保護半導體接面。
• 在使用前遵守指定的儲存溫度範圍（-35°C至+85°C）和濕度條件。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此顯示器非常適合任何需要單一、高度易讀的數值讀數的設備。常見應用包括：數位溫度計/濕度計、計時器和計數器顯示、電壓/電流錶讀數、電器控制面板（例如烤箱、微波爐）、基本計算器顯示，以及網路或工業設備上的狀態碼指示器。

8.2 設計考量

• 限流：始終為每個段陽極使用一個串聯限流電阻。電阻值計算為 R = (電源電壓 - VF) / IF，其中 VF 是順向電壓（為安全起見使用最大值），IF 是所需的工作電流（不超過連續額定值）。
• 多工：對於使用多個此類顯示器的多位數應用，多工驅動方案是標準做法。這涉及依次激勵一個數位的共陰極，同時呈現該數位的段數據。峰值電流額定值允許在此模式下使用更高的脈衝電流，但必須管理工作週期和平均電流，以保持在連續功耗限制內。
• 微控制器介面：顯示器可以輕鬆地由微控制器的GPIO接腳驅動，通常通過驅動IC或電晶體陣列來處理更高的電流需求，尤其是對於共陰極。
• 視角：規格書聲稱具有寬廣的視角。為了達到最佳放置效果，請考慮最終使用者相對於安裝顯示器的主要視線。

9. 技術比較與差異化

與GaAsP（磷化鎵砷）紅光LED等舊技術相比，LTS-4301JD中的AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同輸入電流下實現更高的亮度，或在較低功率下實現等效的亮度。與透明基板上的元件相比，使用不透明基板提高了對比度，因為它防止了晶片側面的不必要發射。帶有白色段的灰色面板即使在未通電時也能提供專業、高對比度的外觀，這在許多環境照明條件下優於全黑或透明面板的顯示器。其0.4英吋的數位高度填補了較小、較不易讀的顯示器與較大、更耗電的顯示器之間的特定利基。

10. 基於技術參數的常見問題

問：我可以直接從5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？

答：不行。您必須為每個段串聯一個限流電阻。對於5V電源和20 mA的所需電流，使用最大VF 2.6V，電阻值為 (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 歐姆。始終驗證微控制器接腳的電流供應能力。

問：共陰極對我的電路設計意味著什麼？

答：這意味著LED段的所有陰極（負極側）在封裝內部連接在一起。要點亮一個段，您需要向其特定的陽極接腳施加正電壓（通過一個電阻），並將共陰極接腳連接到地（0V）。

問：最大連續電流是25 mA，但VF的測試條件使用20 mA。我應該使用哪一個？

答：20 mA是標準測試條件，也是一個安全、典型的工作點，在保持長壽命的同時提供良好的亮度。如果需要更高的亮度，您可以運作到25 mA，但必須嚴格遵守環境溫度和降額規則。在或接近最大額定值下運作可能會縮短運作壽命。

問：為什麼有兩個共陰極接腳？

答：為了機械對稱性，並將總陰極電流（所有點亮段的電流總和）分佈在兩個接腳上。這降低了每個接腳的電流密度，提高了可靠性，並且可以使PCB佈局更容易。

11. 實用設計與使用案例

案例：設計一個簡單的數位電壓錶讀數。

一位設計師正在創建一個0-5V直流電壓錶。一個帶有3位數輸出的類比數位轉換器（ADC）連接到微控制器。微控制器的韌體將數位讀數轉換為3位數（例如4.23V）。為了顯示此數值，使用了三個LTS-4301JD單元。設計採用時分多工。微控制器使用一個埠並行驅動所有三個顯示器的段陽極（A-G，DP）。三個NPN電晶體（或專用驅動IC）用於依次快速（例如每個數位100 Hz）通過每個數位的共陰極匯集電流。韌體將段數據與活動數位的陰極同步。限流電阻放置在八條段線中的每一條上。高亮度和對比度確保即使在光線充足的環境中讀數也清晰可見。分類的發光強度確保所有三個數位顯示出相同的亮度。

12. 原理介紹

七段顯示器是一種電子顯示裝置，由七個發光二極體（LED）以矩形8字形排列組成。每個LED被稱為一個段，因為當點亮時它形成數字的一部分。通過選擇性地點亮這七個段的特定組合，顯示器可以表示十個十進制數字（0-9）和一些十六進制字母（A, b, C, d, E, F）。通常還包括一個用於小數點（DP）的額外LED。LTS-4301JD使用AlInGaP半導體材料實現此原理。當在段的陽極和陰極之間施加超過二極體接面電位的順向偏壓時，電子和電洞在半導體的主動區域重新結合，以光子（光）的形式釋放能量，其波長由材料的能隙決定——在本例中約為650 nm（紅色）。不透明的基板吸收雜散光子，從而增強對比度。

13. 發展趨勢

七段顯示器的演變遵循光電學的更廣泛趨勢。雖然基本的七段式外形對於數值讀數仍然持久有用，但底層技術不斷進步。人們不斷追求更高的發光效率（每瓦電能輸入產生更多的光輸出），這提高了能源效率，並允許更低功率運作或增加亮度。更寬的色域以及基於InGaN（氮化銦鎵）等材料的更高效綠光和藍光LED的發展，使得全彩、多位數點矩陣顯示器變得更為普遍，儘管七段式由於其簡單性和成本效益，在純數值應用中仍佔主導地位。整合是另一個趨勢，驅動電子元件、微控制器，有時甚至感測器被整合到智慧顯示模組中。然而，像LTS-4301JD這樣的離散元件在需要靈活性、特定性能特性或大批量成本優化的設計中仍保持著強勢地位。