LTS-4301SW LED顯示器規格書 - 0.4英吋字高 - 白色段碼 - 黑色面板 - 共陰極 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4301SW是一款單一位數、七段式字母數字顯示模組，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其主要功能是透過選擇性點亮七個獨立的LED段碼（標記為A至G）以及一個可選的小數點（D.P.），以視覺方式呈現數字0-9及部分字母。該裝置採用InGaN（氮化銦鎵）白色LED晶片製成，這些晶片安裝在分段遮罩後方以形成字元元件。顯示器採用黑色面板，為點亮的白色段碼提供了高對比度的背景，顯著提升了在各種照明條件下的可讀性。這種組合在遠距離或環境光下可讀性至關重要的應用中特別有效。

此顯示器的核心優勢包括其出色的字元外觀，這是透過連續均勻的段碼形成連貫的數字形狀所實現的。它提供高亮度輸出，在標準測試條件下，每顆晶片的典型發光強度可達28,000 mcd，確保即使在明亮環境中也能清晰可見。130度的寬廣視角（2\u03c6_1/2）允許從非軸向位置也能清晰讀取，使其適用於面板儀表、儀器、消費性電器和工業控制面板等視角可能非正對的場合。此外，其每段碼的低功耗需求有助於實現節能設計。

1.1 技術參數深度客觀解讀

1.1.1 光度學與光學特性

關鍵的光度學參數是平均發光強度（I_V）。對於所使用的白色InGaN晶片，在正向電流（I_F）為10 mA驅動時，典型值為28,000毫燭光（mcd）。規格書中規定的最小值為13,700 mcd。此參數是使用近似於CIE明視覺響應曲線的感測器和濾光片組合進行測量，確保報告的亮度與人類視覺感知相關。130度的寬廣視角定義為發光強度降至其峰值（軸向）一半時的全角。此規格對於確定最終使用者的有效視錐至關重要。

色度座標給定為x=0.294和y=0.286（在I_F=5mA時測量）。這些在CIE 1931色度圖上的座標定義了發射光的白點。提供的數值表明其為冷白色色溫。相似發光區域的發光強度匹配比規定最大值為2:1。這意味著在相同驅動條件下，最暗與最亮段碼/晶片之間的亮度差異不應超過兩倍，確保點亮數字的均勻外觀。

1.1.2 電氣參數

每顆LED晶片的正向電壓（V_F）典型測量值為3.15V，在測試電流5 mA時範圍為2.70V至3.15V。設計師在設計驅動電路時必須考慮此電壓降。反向電流（I_R）規定在施加5V反向偏壓時最大為10 \u00b5A，這表明了LED接面的漏電特性。

絕對最大額定值定義了操作極限。每段碼的連續正向電流在25\u00b0C時為20 mA，降額因子為0.25 mA/\u00b0C。這意味著允許的連續電流會隨著環境溫度（T_a）升高超過25\u00b0C而線性下降，以防止熱損壞。例如，在85\u00b0C時，最大連續電流將為20 mA - ((85-25) * 0.25 mA) = 5 mA。適用於脈衝操作（1 kHz，10%工作週期）的峰值正向電流為60 mA。每段碼的最大功耗為115 mW。

1.1.3 熱與環境規格

該裝置額定的工作溫度範圍為-35\u00b0C至+105\u00b0C。儲存溫度範圍相同。這些寬廣的範圍表明其適用於溫度變化劇烈的環境。焊接條件規定為260\u00b0C持續3秒，測量點位於元件安裝平面下方1/16英吋（約1.6 mm）處。在PCB組裝過程中遵守此溫度曲線至關重要，以防止LED晶片或塑膠封裝因過熱而損壞。

1.2 機械與封裝資訊

顯示器的字元高度為0.4英吋（10.0 mm）。封裝尺寸以毫米提供。關鍵的機械注意事項包括：除非另有說明，所有尺寸公差為\u00b10.25 mm，且引腳尖端偏移公差為+0.4 mm，這指的是引腳末端允許的對準偏差。該裝置採用共陰極配置。這意味著各個段碼LED的陰極（負極端）在內部連接至一個或兩個共陰極引腳（引腳3和8），而每個段碼的陽極（正極端）則有自己專用的引腳。此配置通常簡化了多位數顯示器的多工驅動，並可能影響驅動IC的選擇。

1.2.1 引腳連接與內部電路

引腳配置如下：引腳1：陽極G，引腳2：陽極F，引腳3：共陰極，引腳4：陽極E，引腳5：陽極D，引腳6：陽極D.P.（小數點），引腳7：陽極C，引腳8：共陰極，引腳9：陽極B，引腳10：陽極A。請注意，有兩個共陰極引腳（3和8），它們在內部相連。這種雙引腳設計有助於分流電流，並可提高可靠性。內部電路圖顯示八個LED（七個段碼加上小數點）中的每一個，其陽極連接到相應的引腳，而所有陰極則一起連接到共陰極引腳。

1.3 焊接與組裝指南

主要的組裝方法是迴流焊接。規格書提供了建議的迴流溫度曲線，規定了峰值溫度為260\u00b0C。關鍵參數是元件本體在組裝期間的溫度不應超過最大額定溫度。條件明確規定，在安裝平面下方1/16英吋處測量時，於260\u00b0C焊接3秒。此指南對於製程工程師正確設置迴流焊爐的輸送帶速度和區域溫度至關重要，以避免熱衝擊或材料劣化，同時確保可靠的焊點。

1.4 應用建議

1.4.1 典型應用場景

此顯示器非常適合任何需要清晰單一位數數字讀數的裝置。常見應用包括：電壓、電流或溫度的面板儀表；計時器和計數器；家用電器，如烤箱、微波爐或洗衣機；測試與測量設備；工業控制面板；以及醫療設備。其高對比度和亮度使其適用於可能需要從遠處或在環境光較強的條件下觀看顯示器的應用。

1.4.2 設計考量

在整合LTS-4301SW時，設計師必須考慮限流。每個段碼陽極必須串聯一個電阻（或使用電流調節驅動器），以將正向電流設定在所需水平，通常在5-20 mA之間，具體取決於所需的亮度和熱環境。如果預期工作環境溫度較高，則必須遵守正向電流的降額曲線。共陰極配置要求驅動電路能夠吸收電流。當多工驅動多位數時（儘管這是單一位數單元，但此原則適用於使用多個此類單元的系統），需要一個能夠向陽極提供電流並吸收匯總陰極電流的合適驅動IC。PCB佈局應確保電源走線乾淨，以最大限度地減少雜訊。

1.5 技術比較與差異化

與類似的單一位數顯示器相比，LTS-4301SW採用InGaN白色LED技術，相較於舊技術（如紅色GaAsP LED或濾光白光）具有優勢。InGaN LED通常提供更高的效率和亮度。黑色面板搭配白色段碼是與灰色或淺色面板顯示器的關鍵區別，提供更優越的對比度，這是可讀性的關鍵因素。規定的發光強度匹配比（2:1）確保了段碼的均勻性，這在低成本顯示器中並不總是得到保證。寬廣的工作溫度範圍（-35\u00b0C至+105\u00b0C）也使其相較於範圍較窄的顯示器，更適合工業或戶外應用。

1.6 基於技術參數的常見問題

問：兩個共陰極引腳（3和8）的用途是什麼？

答：它們在內部相連。擁有兩個引腳有助於將總陰極電流（即所有點亮段碼的電流總和）分佈在兩個焊點和PCB走線上，從而提高電流處理能力、熱性能和機械連接可靠性。

問：如何計算段碼的串聯電阻值？

答：使用歐姆定律：R = (V_電源- V_F) / I_F。例如，使用5V電源，典型V_F為3.15V，期望I_F為10 mA：R = (5 - 3.15) / 0.01 = 185歐姆。使用最接近的標準值（例如180或200歐姆）。始終考慮額定功率：P = I_F²* R。

問：我可以直接從微控制器引腳驅動此顯示器嗎？

答：這取決於MCU引腳的電流提供能力。典型的MCU引腳可能提供20-25 mA，這足以驅動一個段碼達到全電流。然而，驅動多個段碼或共陰極（吸收所有段碼電流的總和）通常會超過單個引腳的能力。強烈建議使用專用驅動IC（例如帶有限流電阻的74HC595移位暫存器，或恆流LED驅動器）以實現可靠且安全的操作。

問：按發光強度分類是什麼意思？

答：這意味著在製造過程中，LED晶片或成品顯示器可能會根據其測量的發光強度進行測試和分類（分檔）。這允許客戶選擇具有特定亮度範圍的零件，以確保其產品的一致性，特別是在使用多個顯示器時。

1.7 實務設計與使用案例

考慮設計一個具有0-9\u00b0C讀數的簡單數位溫度計。一個LTS-4301SW將顯示個位數。溫度感測器的數位輸出將由微控制器處理。MCU會將數位值（0-9）解碼為相應的段碼圖案（例如，對於'5'，段碼A、F、G、C、D點亮）。MCU將使用埠擴展器或移位暫存器，透過限流電阻向段碼陽極（引腳1,2,4,5,6,7,9,10）提供電流。共陰極（引腳3和8）將連接到能夠吸收總電流（例如，8個段碼 * 10 mA = 80 mA）的接地引腳，這可能需要一個電晶體。黑色面板確保面板上的'5'易於讀取。

1.8 工作原理介紹

七段式顯示器的工作原理很簡單：它是由七個獨立控制的LED條（段碼）組成的集合，排列成8字形。透過點亮這些段碼的特定組合，可以形成所有十個十進位數字（0-9）。例如，要顯示數字'7'，則點亮段碼A、B和C。小數點是一個額外的獨立LED。在電氣上，每個段碼都是一個具有陽極和陰極的標準LED。在像LTS-4301SW這樣的共陰極類型中，所有陰極都連接在一起到一個共接端。要點亮一個段碼，需向其特定的陽極引腳施加正電壓（透過限流電阻），同時將共陰極連接到地，形成完整迴路。

1.9 技術趨勢與發展

七段式顯示器的趨勢一直是朝向更高的效率、亮度和小型化。從傳統的彩色LED（紅色、綠色）轉向螢光粉轉換的白色LED（如此顯示器中基於InGaN的晶片），允許呈現中性、高對比度的外觀，適用於更多應用。另一個趨勢是朝向表面黏著元件（SMD）封裝以實現自動化組裝，儘管像這樣的穿孔式封裝在原型製作、維修和需要堅固機械連接的應用中仍然很受歡迎。整合是另一個趨勢，驅動電子元件，有時甚至是微控制器，與顯示器模組本身結合，減少了外部元件數量。此外，材料的進步正在帶來更寬廣的視角和在更寬溫度範圍內改進的性能。