LTS-4801JD LED顯示器規格書 - 0.39英吋字高 - AlInGaP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-4801JD是一款高效能、單一位數的七段式顯示模組，專為需要清晰、明亮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。此裝置設計可靠且易於整合至各種電子系統中。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器提供多項關鍵優勢，使其適用於多種應用。其主要優點包括：具有連續均勻段位的出色字元外觀、高亮度與對比度，即使在光線充足的環境下也能提供卓越的可視性，以及寬廣的視角確保從不同位置皆可清晰閱讀。此外，其具備低功耗需求與固態可靠性，有助於延長使用壽命並提升能源效率。此裝置依據發光強度進行分級，確保亮度水平的一致性。目標市場包括工業控制面板、測試與量測設備、消費性家電、汽車儀表板（次要顯示器），以及任何需要緊湊、可靠數字顯示的嵌入式系統。

2. 技術規格深入解析

LTS-4801JD的效能由一系列精確的電氣與光學參數所定義，設計師必須考量這些參數以確保正確實作。

2.1 光度學與光學特性

光學效能是其功能的核心。本裝置採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）超紅光LED晶片。在順向電流（IF）為1mA驅動下，其光輸出特性為典型平均發光強度（Iv）介於200至650微燭光（μcd）之間。顏色由峰值發射波長（λp）650奈米（nm）與主波長（λd）639奈米所定義，兩者均在IF=20mA下量測。譜線半高寬（Δλ）為20 nm，表示其為相對純淨的紅色光。段位間的發光強度匹配比最大為2:1，確保整個數字的外觀均勻。

2.2 電氣參數

電氣規格確保安全有效的操作。絕對最大額定值定義了操作極限：每段功耗為70mW，每段峰值順向電流為90mA（在1/10工作週期、0.1ms脈衝寬度下），在25°C時每段連續順向電流為25mA，並以0.33 mA/°C線性遞減。每段最大逆向電壓為5V。在典型操作條件下（Ta=25°C，IF=20mA），每段順向電壓（VF）範圍為2.1V至2.6V。在VR=5V時，逆向電流（IR）最大值為100 μA。

2.3 熱與環境規格

本裝置額定操作溫度範圍為-35°C至+85°C，儲存溫度範圍相同。此寬廣範圍使其適用於溫度變化顯著的環境。焊接溫度額定值規定，在安裝平面下方0.116英吋（約2.95mm）處，裝置可承受260°C達3秒鐘，此為組裝製程的關鍵資訊。

3. 分級系統說明

規格書指出本裝置依據發光強度進行分級。這意味著採用了分級系統，很可能基於標準測試條件（IF=1mA）下量測的平均發光強度（Iv）。分級會將具有相似光輸出水平的裝置分組（例如，200-350 μcd、350-500 μcd、500-650 μcd）。這讓設計師能為多位數顯示器或亮度匹配至關重要的應用，選擇亮度一致的元件。規格中2:1的最大發光強度匹配比是單一裝置內的效能保證，而分級則確保了多個裝置間的一致性。

4. 效能曲線分析

雖然提供的規格書摘錄提及典型電氣/光學特性曲線，但此類裝置的典型曲線會以圖形方式說明對設計至關重要的關鍵關係。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

典型的I-V曲線會顯示AlInGaP LED晶片的順向電流（IF）與順向電壓（VF）之間的指數關係。曲線約在1.8V-2.0V開始明顯導通，並在正常工作範圍（例如5-30mA）內呈現相對陡峭的斜率，VF在20mA時增加到典型的2.1V-2.6V。此曲線對於設計限流電路至關重要。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此曲線對於亮度控制至關重要。它通常顯示發光強度（Iv）在相當大的範圍內與順向電流（IF）近似線性增加，之後在極高電流下可能達到飽和。此線的斜率決定了效率（流明/瓦或燭光/安培）。設計師利用此曲線來選擇達到所需亮度水平所需的工作電流。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度上升而降低。一條遞減曲線會說明相對發光強度作為環境溫度（Ta）或接面溫度（Tj）的函數。對於AlInGaP LED，輸出可能隨著溫度升高而顯著下降，這在熱管理及針對高溫環境的設計中必須加以考量。

4.4 光譜分佈

光譜功率分佈圖會顯示圍繞650 nm峰值在不同波長下發射光的相對強度。20 nm的光譜半高寬表示此峰值在其最大強度一半處的寬度，確認了紅光的單色性質。

5. 機械與封裝資訊

LTS-4801JD的物理結構定義了其機械整合方式。

5.1 尺寸與外型圖

此封裝的字元高度為0.39英吋（10.0 mm）。詳細的尺寸圖（規格書中引用）規定了封裝的總長、寬、高，段位的尺寸與間距，引腳（接腳）的間距與長度，以及右側小數點的位置。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.25mm。此圖對於建立PCB佈局並確保在機殼內正確安裝至關重要。

5.2 腳位定義與極性識別

本裝置採用10腳配置。其為共陽極架構，意味著所有LED段的陽極在內部連接並引出至特定接腳。腳位連接如下：腳位3和腳位8為共陽極（內部相連）。每個段的陰極位於個別接腳：腳位1（G）、腳位2（F）、腳位4（E）、腳位5（D）、腳位6（D.P.，小數點）、腳位7（C）、腳位9（B）、腳位10（A）。腳位編號及腳位1的位置必須從機械圖中識別。Rt. Hand Decimal描述確認了小數點位於數字的右側。

5.3 內部電路圖

引用的內部電路圖以視覺方式呈現共陽極配置。它會顯示一個共接點（陽極）連接到正電源，而每個段的LED（A到G，加上DP）的陰極連接到一個獨立的接腳。要點亮一個段，必須將其對應的陰極接腳驅動為低電位（透過限流電阻接地），同時將共陽極保持在高電位。

6. 焊接與組裝指南

需要正確處理以維持裝置完整性。

6.1 迴焊參數

提供的關鍵參數是最高焊接溫度：260°C持續3秒，量測點位於安裝平面下方0.116英吋（2.95mm）處。這符合典型的無鉛迴焊曲線（例如IPC/JEDEC J-STD-020）。應使用標準的迴焊曲線，包含預熱區、快速升溫區、峰值溫度區（在指定時間內不超過260°C）以及受控的冷卻區。曲線必須確保封裝引腳處的溫度不超過絕對最大值。

6.2 注意事項與處理

在處理和組裝過程中應遵守標準的ESD（靜電放電）預防措施，因為LED晶片對靜電敏感。避免對引腳或塑膠封裝施加機械應力。焊接後的清潔應使用與封裝材料（可能為環氧樹脂）相容的方法。

6.3 儲存條件

本裝置應儲存在指定的儲存溫度範圍-35°C至+85°C內。建議將元件儲存在低濕度環境中，並使用ESD防護包裝，直到準備使用為止，以防止吸濕和靜電損壞。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

對於像LTS-4801JD這樣的共陽極顯示器，最常見的驅動方法是多工掃描，尤其是在使用多個數字時。微控制器或專用顯示驅動IC會依序為每個數字的共陽極供電，同時輸出該數字上應點亮段位的陰極圖案。此方法可節省I/O接腳。對於單一位數應用，可以使用更簡單的靜態驅動：將共陽極接腳（3和8）透過一個用於整個顯示器的限流電阻連接到正電源電壓（Vcc），並將每個陰極接腳（A-G，DP）連接到微控制器I/O接腳或驅動電晶體。每個I/O接腳需要為其對應的段位串聯一個限流電阻。

7.2 限流電阻計算

限流電阻的值至關重要。可以使用歐姆定律計算：R = (Vcc - VF) / IF。例如，Vcc為5V，典型VF為2.6V，期望IF為20mA：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120歐姆。電阻的額定功率至少應為P = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048W，因此標準的1/8W（0.125W）或1/4W電阻即足夠。

7.3 設計考量

亮度控制：亮度可以透過在指定限制內改變順向電流（IF）來調整，無論是透過改變電阻值或是在驅動信號上使用PWM（脈衝寬度調變）。PWM對於調光非常有效。

視角：寬廣的視角是有益的，但在最終產品中定位顯示器時，需考量主要觀看方向。

熱管理：雖然功耗低，但如果使用多個顯示器或在環境溫度高的情況下操作，應確保足夠的通風，以防止亮度衰減並延長使用壽命。

對比度增強：灰色面板和白色段位提供了固有的對比度。為了獲得最佳可讀性，在顯示器周圍使用深色邊框或濾光片可以進一步增強對比度，特別是在明亮的環境光下。

8. 技術比較與差異化

LTS-4801JD主要透過其使用的AlInGaP技術和特定的效能特性來實現差異化。

AlInGaP與其他LED技術比較：與傳統的GaAsP或GaP紅光LED相比，AlInGaP LED提供顯著更高的發光效率（每單位電功率產生更多光輸出）、更好的溫度穩定性以及更飽和的超紅光顏色。與使用濾光片的新型高功率白光LED相比，此裝置更簡單，需要更不複雜的驅動電子元件，並直接提供純淨、高效的紅光。

在七段式顯示器領域內：其0.39英吋字高使其屬於面板安裝儀器的常見尺寸類別。所列出的關鍵競爭優勢包括其連續均勻的段位（提供乾淨的外觀）、高亮度與對比度，以及發光強度分級（確保一致性）。低功耗需求對於電池供電設備也是一項優勢。

9. 常見問題（基於技術參數）

Q1: 為何需要兩個共陽極接腳（腳位3和腳位8）？

A1: 使用兩個接腳進行共連接有助於分攤總陽極電流，即所有點亮段位的電流總和。這降低了單一接腳和PCB走線上的電流密度，提高了可靠性。它們在內部是連接的，因此電路中只需連接一個，但建議兩者都連接以獲得最佳效能。

Q2: 我可以不使用限流電阻，直接從3.3V微控制器驅動此顯示器嗎？

A2: 不行。您必須始終為每個段位使用限流電阻（或穩流源）。順向電壓（VF）通常為2.1V-2.6V。將3.3V透過微控制器接腳直接連接到LED，會試圖驅動不受控制、可能具有破壞性的電流通過LED，因為唯一的電阻將是MCU接腳和LED的內阻，這非常低。

Q3: 連續順向電壓從25°C線性遞減是什麼意思？

A3: 這意味著最大允許連續順向電流會隨著環境溫度升高超過25°C而降低。遞減係數為0.33 mA/°C。例如，在50°C時（比參考溫度高25°C），最大電流將為25mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8.25mA = 16.75mA。這可以防止過熱並確保可靠性。

Q4: 如何解讀2:1的發光強度匹配比？

A4: 這意味著在單一LTS-4801JD單元內，在相同條件（IF=1mA）下量測時，最暗的段位亮度不會低於最亮段位亮度的一半。這確保了整個數字的視覺均勻性。

10. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的數位電壓表讀數顯示

一位設計師正在創建一個緊湊的數位電壓表，用於顯示0.0V至19.9V。他們需要一個清晰、低功耗的顯示器。他們選擇LTS-4801JD，因為其高亮度和0.39英吋尺寸，對於預期用途來說清晰易讀。使用三個顯示器來顯示三位數字。微控制器的ADC讀取電壓，將其轉換為數值，並透過多工掃描方案驅動顯示器，使用電晶體陣列控制共陽極，並使用MCU的I/O接腳（串聯電阻）控制段位陰極。中間數字的右側小數點用於顯示十分位。選擇AlInGaP紅光是因為其在深色面板上具有高對比度。設計師計算了5V系統的電阻值，以約15mA驅動每個段位，在室溫下遠低於25mA連續額定值的同時，提供充足的亮度。

11. 工作原理介紹

LTS-4801JD基於半導體材料中電致發光的基本原理運作。AlInGaP晶片結構形成一個p-n接面。當施加超過接面閾值（約1.8-2.0V）的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入活性區域，在那裡它們重新結合。在AlInGaP中，這種重新結合主要以紅光波長範圍（約650 nm）的光子（光）形式釋放能量。七個段位（A到G）和小數點（DP）中的每一個都包含一個或多個嵌入在封裝中的微小LED晶片。共陽極配置透過允許單一正電壓源為所有段位供電來簡化外部驅動電路，透過將所需段位的陰極接地來實現個別控制。

12. 技術趨勢與背景

像LTS-4801JD這樣的七段式LED顯示器代表了一種成熟且高度優化的顯示技術。雖然像點矩陣OLED或TFT LCD等新技術提供了更大的靈活性（全圖形、多種顏色），但七段式LED在特定領域仍保持強大優勢：驅動電子元件極度簡單、亮度和對比度非常高、在陽光直射下可讀性極佳、工作溫度範圍寬廣，以及卓越的長期可靠性（無背光故障）。在此領域內的趨勢是使用先進的半導體材料（如本裝置中的AlInGaP）實現更高的效率（每瓦更多流明），以及朝向表面黏著封裝以實現自動化組裝。對於以成本效益高、堅固耐用且高度清晰易讀的數字顯示為主要需求的應用，它們仍然是首選解決方案。