LTS-10804KF LED顯示器規格書 - 1.0英吋字高 - 黃橙色 - 25mA順向電流 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-10804KF是一款單一位數的七段式字母數字顯示器，專為需要清晰、明亮數字讀數的應用而設計。其主要功能是透過獨立控制的LED段，以視覺方式呈現數字（0-9）及部分字母。該元件採用先進的磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體技術，於砷化鎵（GaAs）基板上生長，以產生其特有的黃橙色光。此材料選擇是其性能的關鍵，相較於傳統的磷化鎵等技術，提供了更高的效率與更好的溫度穩定性。顯示器配備黑色面板與白色段標記，這顯著增強了各種照明條件下的對比度與可讀性，使其適用於能見度至關重要的室內與室外應用。

1.1 核心優勢與目標市場

LTS-10804KF提供多項顯著優勢，使其在工業與消費性電子市場中佔有一席之地。其低功耗需求是一項主要優點，允許整合至電池供電或對能源敏感的裝置中，同時不犧牲亮度。經分類以確保一致性的高發光強度，保證了不同生產批次間的外觀均勻性，這對於儀器與面板中的多位數顯示器至關重要。LED的固態可靠性轉化為長使用壽命以及抗衝擊與振動的能力，性能超越傳統的白熾燈或真空螢光顯示器。廣視角確保了從不同位置觀看的清晰度，這對於面板儀表、測試設備和狀態指示器至關重要。無鉛封裝確保符合RoHS等全球環保法規。這些特性的結合，使本顯示器非常適合目標市場，包括工業控制面板、汽車儀表板（用於售後配件）、醫療儀器、測試與量測設備，以及需要耐用、清晰且高效數字顯示的消費性家電。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣與光學規格對於成功的電路設計與整合至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。每段的最大功耗為134 mW。每段的峰值順向電流額定值為60 mA，但僅允許在佔空比1/10、脈衝寬度0.1 ms的脈衝條件下使用。對於連續操作，在25°C時每段的最大順向電流為25 mA，並隨著環境溫度上升以0.33 mA/°C的速率線性遞減。此遞減對於熱管理至關重要；在給定溫度下超過連續電流可能導致過熱、光通量加速衰減，最終導致故障。操作與儲存溫度範圍指定為-35°C至+105°C，顯示其在惡劣環境下的穩健性能。焊接條件指定在安裝平面下方1/16英吋（約1.6 mm）處，最高溫度為260°C，持續3秒，為PCB組裝製程提供了明確的指導方針。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C下量測的典型操作參數。在順向電流（If）為1 mA時，每段的平均發光強度（Iv）範圍從420 μcd（最小值）到1400 μcd（典型值）。這種低電流下的高亮度是AlInGaP技術的特點。峰值發射波長（λp）為611 nm，主波長（λd）為605 nm，定義了黃橙色色點。譜線半寬（Δλ）為17 nm，表示相對較窄的光譜頻寬，有助於色彩純度。在If=20mA時，每段的順向電壓（Vf）典型範圍為4.20V至5.20V。值得注意的是，小數點（DP）具有較低的順向電壓，括號內顯示為2.1V至2.6V，這必須在驅動電路中考慮，可能表示其使用了不同的晶片技術（可能是標準GaP）。在反向電壓（Vr）為10V（段）和5V（DP）時，反向電流（Ir）最大值指定為100 μA。此參數僅供測試用途，元件不應在反向偏壓下操作。在If=10mA時，相似發光區域內各段之間的發光強度匹配比最大值為2:1，確保了可接受的均勻性。段之間的串擾指定小於1.0%，最大限度地減少了相鄰段的不必要發光。

3. 分級系統說明

規格書指出該元件已按發光強度分類。這意味著存在分級系統，儘管此處未詳細說明具體的分級代碼。實際上，製造商通常會根據發光強度和順向電壓等關鍵參數將LED分類，以確保單一生產批次或訂單內的一致性。如果應用中需要跨多個顯示器進行嚴格的強度匹配，設計人員應諮詢製造商以獲取詳細的分級資訊。所提供的典型強度範圍（420-1400 μcd）給出了可能的分布範圍。

4. 性能曲線分析

雖然PDF參考了典型電氣/光學特性曲線，但提供的內容中未包含具體圖表。通常，LED顯示器的此類曲線會包括：順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：此圖顯示電流與電壓之間的非線性關係。膝點電壓是LED開始顯著發光的位置。該曲線有助於選擇適當的限流電阻或設計恆流驅動器。發光強度 vs. 順向電流（L-I曲線）：此圖顯示光輸出如何隨電流增加。在一定範圍內通常是線性的，但在高電流下會因熱效應而飽和。發光強度 vs. 環境溫度：此曲線展示了隨著接面溫度升高，光輸出會減少，突顯了熱管理的重要性。光譜功率分布：繪製相對強度與波長關係的圖表，顯示峰值約在611 nm，形狀由17 nm半寬定義。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與公差

顯示器的字元高度為1.0英吋（25.4 mm）。所有主要尺寸的公差為±0.25 mm（0.01英吋）。關鍵機械注意事項包括段內異物或氣泡的限制（≤20 mils）、反射器彎曲的限制（≤其長度的1%）以及表面油墨污染的限制（≤20 mils）。引腳尖端偏移公差為±0.40 mm。建議用於引腳的PCB孔徑為1.00 mm，這對於確保在波峰焊或迴流焊期間正確的機械配合與焊點可靠性非常重要。

5.2 引腳配置與極性

LTS-10804KF是一款共陽極顯示器。內部電路圖顯示所有段的陽極連接在一起，連接到共陽極引腳（引腳4和引腳11）。每個段的陰極（A-G和DP）都有其專用的引腳。要點亮一個段，必須將相應的共陽極引腳連接到正電壓（透過限流電阻或驅動器），並且該段的陰極引腳必須被拉低（灌電流至接地）。引腳3、7、10和13標記為無連接（N/C）。引腳排列為：1:E, 2:D, 3:N/C, 4:共陽極, 5:C, 6:DP, 7:N/C, 8:B, 9:A, 10:N/C, 11:共陽極, 12:F, 13:N/C, 14:G。

6. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值指定了焊接條件：在組裝期間，元件本體溫度不得超過其最大額定值，指導方針是在安裝平面下方1/16英吋處，260°C持續3秒。這對於波峰焊是典型的。對於迴流焊，適用峰值溫度約260°C的標準無鉛溫度曲線，但應控制高於液相線的暴露時間。設計人員必須確保PCB佈局提供足夠的散熱設計，以防止透過引腳使LED晶片過熱。焊接前，元件應在指定的-35°C至+105°C範圍內乾燥儲存，以防止吸濕，這可能在迴流焊期間導致爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

顯示器需要為每個段外接限流電阻或專用的LED驅動IC。對於使用微控制器的簡單多工設計，共陽極引腳將透過PNP電晶體或高側驅動器切換，而段陰極則連接到具有灌電流能力的微控制器引腳或移位暫存器。小數點（DP）不同的順向電壓需要單獨計算限流電阻。對於需要精確亮度控制和溫度穩定性的應用，建議使用恆流驅動器。

7.2 設計考量

• 限流：務必使用串聯電阻或恆流驅動器。根據電源電壓、LED順向電壓（為安全設計使用最大Vf）和期望的順向電流（遠低於25mA連續最大值，例如10-15mA以獲得良好亮度與壽命）計算電阻值。
• 熱管理：儘管每段功耗很低，但多位數顯示器或高環境溫度需要特別注意。確保足夠的氣流並考慮遞減曲線。避免將顯示器放置在其他熱源附近。
• 視角：廣視角是有益的，但為了獲得最佳可讀性，應將顯示器定位在與使用者主要視線垂直的位置。
• 靜電放電（ESD）保護：LED對靜電放電敏感。在組裝過程中實施標準的ESD處理程序。

8. 技術比較與差異化

與舊式的紅色GaAsP或標準綠色GaP LED顯示器相比，LTS-10804KF中的AlInGaP技術提供了更優異的發光效率，這意味著在相同電流下輸出更亮，或在更低功率下輸出相當。黃橙色提供了極佳的能見度，並且主觀上通常被認為比紅色更亮。與點矩陣顯示器相比，七段式元件驅動和解碼更簡單，單一位數需要更少的I/O引腳，使其在僅需顯示數字的應用中更具成本效益。其主要權衡在於僅限於字母數字字元，而非完整圖形。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

問：為什麼列出了兩個不同的順向電壓範圍（針對段和DP）？

答：小數點可能使用了不同的半導體材料（例如用於紅色的標準GaP），其能隙較低，導致順向電壓較低。在設計驅動電路時必須考慮這一點。

問：我可以用5V電源驅動此顯示器嗎？

答：可以，但需要仔細計算限流電阻。對於在20mA時Vf（最大）=5.2V的段，5V電源不足以克服順向電壓。您必須在較低電流下操作（此時Vf較低，請參閱典型曲線），或者使用高於最大Vf的電源電壓，例如6V或12V，並搭配適當的電阻。

問：發光強度匹配比2:1是什麼意思？

答：這意味著在相似區域（例如所有A段）中，最暗段與最亮段的量測強度比不會差於1:2。在相同測試條件下，最亮段的亮度不會超過最暗段的兩倍。

10. 實際應用範例

案例：設計數位電壓表讀數

一位設計師正在創建一個3位數的直流電壓表。他們選擇了三個LTS-10804KF顯示器。微控制器的I/O有限，因此他們使用多工方案。三個共陽極引腳（每個數字一個）連接到三個PNP電晶體的集極，其射極連接到12V電源軌。微控制器透過電阻驅動電晶體的基極，以依次切換每個數字。所有三個顯示器的段陰極（A-G）並聯連接到單個BCD至7段解碼器/驅動器IC（例如74HC4511）的輸出端。此驅動器為啟動的段提供灌電流。在驅動器輸出端與顯示器陰極之間放置了獨立的限流電阻。中間數字的小數點（用於顯示十分之一伏特）由微控制器引腳直接驅動，並配有根據DP較低Vf計算的專用電阻。多工速度足夠快（例如每個數字100Hz），使人眼感覺是連續的。此設計在提供清晰、明亮讀數的同時，最大限度地減少了元件數量。

11. 工作原理

七段式LED顯示器是由排列成8字形的發光二極體組成的組件。七個段（標記為A到G）中的每一個都是一個獨立的LED或LED晶片的串聯/並聯組合。一個額外的LED用於小數點（DP）。在像LTS-10804KF這樣的共陽極配置中，所有段的陽極連接在一起，連接到一個或多個共陽極引腳。每個段的陰極則引出到單獨的引腳。當施加順向偏壓時會發光：將共陽極設定為相對於目標段陰極的正電壓，導致電流流經該段的LED，並透過AlInGaP半導體材料中的電致發光產生光子。透過選擇性地激發不同段的組合，可以形成數字0-9和一些字母。

12. 技術趨勢

AlInGaP的使用代表了琥珀色、橙色和紅色LED的一項成熟且高效的技術。顯示器技術的當前趨勢包括轉向更高密度、全彩色的解決方案，如用於複雜圖形的OLED和微型LED。然而，對於簡單、低成本、高可靠性及高亮度的數字與字母數字指示，分段式LED顯示器仍然高度相關，特別是在工業、汽車和室外應用中。未來的發展可能集中在進一步提高效率、更廣的視角、整合板載驅動器或控制器（智慧顯示器），以及在保持或增加字元高度以確保能見度的同時實現小型化。朝向物聯網和智慧裝置的發展趨勢，也可能使這些顯示器應用於更多連網應用中，儘管其作為穩健人機介面的核心功能保持不變。