LTS-5325CTB-P LED顯示器規格書 - 0.56英吋字高 - 藍色 - 3.8V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-5325CTB-P是一款表面黏著裝置（SMD），設計為單一位數的字母數字顯示器。其主要功能是在電子設備中提供清晰、明亮的數字或有限字母數字指示。其核心技術基於生長在藍寶石基板上的InGaN（氮化銦鎵）藍光LED晶片，此技術以產生高效且明亮的藍光而聞名。該裝置採用灰色面板以實現高對比度，並使用白色段位進行光線擴散，從而呈現出色的字元外觀。

1.1 主要特性與優勢

• 數字尺寸：具備0.56英吋（14.22毫米）的大字高，確保遠距離下仍具有極佳的可視性。
• 段位品質：提供連續、均勻的段位，實現一致且專業的視覺輸出，無間隙或不規則現象。
• 電源效率：設計為低功耗需求，適合電池供電或注重能源效率的應用。
• 光學性能：提供高亮度與高對比度，確保即使在光線充足的環境下仍具備可讀性。
• 視角：提供寬廣的視角，允許從不同位置清晰地讀取顯示內容。
• 可靠性：受益於固態可靠性，無活動部件，從而實現長使用壽命以及抗衝擊和振動的能力。
• 品質控制：裝置根據發光強度進行分類（分檔），確保在特定訂單中，亮度水平在指定範圍內保持一致。
• 環保合規：封裝為無鉛設計，並符合RoHS（有害物質限制）指令製造。

1.2 裝置配置

這是一款共陰極顯示器。特定型號LTS-5325CTB-P表示為帶有右側小數點（DP）的藍色（B）顯示器。共陰極配置在使用吸收電流的微控制器或驅動IC時，簡化了電路設計。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節提供在定義條件下，對裝置操作限制與性能特性的詳細、客觀分析。

2.1 絕對最大額定值

這些是任何情況下均不得超過的應力極限，否則可能對裝置造成永久性損壞。操作應始終維持在後續詳述的建議工作條件內。

• 每段位功耗：最大70 mW。這是在一個段位內可安全轉換為光與熱的總電功率（電流 * 電壓）。
• 每段位峰值順向電流：最大30 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1毫秒脈衝寬度）。此額定值適用於短暫的高電流脈衝，而非連續操作。
• 每段位連續順向電流：在25°C時最大25 mA。此電流會隨著環境溫度（Ta）每升高1°C（高於25°C）而線性遞減0.28 mA。例如，在85°C時，最大連續電流約為：25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA = 8.2 mA。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。裝置可在此完整範圍內儲存或操作。
• 焊接溫度：可承受260°C的烙鐵焊接3秒，烙鐵頭需置於封裝座平面下方至少1/16英吋（≈1.6毫米）處。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了裝置在其建議條件下（Ta=25°C）操作的典型性能。

• 平均發光強度（I_V）：當以10 mA的順向電流（I_F）驅動時，範圍從8600 µcd（最小值）到28500 µcd（典型值）。此寬範圍表示裝置經過分檔；具體的強度等級將在訂購資訊中指定。
• 每晶片順向電壓（V_F）：在I_F=5 mA時，典型值為3.8V，最大值為3.8V。這是LED點亮時兩端的電壓降。設計師必須確保驅動電路能提供此電壓。
• 峰值發射波長（λ_p）：468 nm。這是發射光強度最高的波長，正好位於可見光譜的藍色區域。
• 主波長（λ_d）：470 nm。這是人眼感知代表光色的單一波長，非常接近峰值波長。
• 譜線半寬度（Δλ）：25 nm。這表示光譜純度；數值越小表示光色越單一（顏色越純）。25 nm是標準藍光LED的典型值。
• 逆向電流（I_R）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大100 µA。此參數僅供測試用途；裝置並非設計用於逆向偏壓下操作。
• 發光強度匹配比：在同一相似光區內的段位間，最大為2:1。這意味著最亮的段位亮度不應超過最暗段位亮度的兩倍，以確保均勻性。
• 串擾：規定為 ≤ 2.5%。這指的是相鄰段位之間不必要的光泄漏或電氣干擾。

2.3 靜電放電（ESD）防護

LED對靜電放電高度敏感。規格書強烈建議在處理和組裝過程中實施ESD控制措施，以防止潛在或災難性損壞：

• 人員應使用接地腕帶或防靜電手套。
• 所有工作站、設備和儲存設施必須妥善接地。
• 建議使用離子產生器（離子風扇）來中和因處理過程中摩擦而可能在塑膠封裝表面累積的靜電荷，特別是對於非擴散（N/D）類型。

3. 分檔系統說明

規格書明確指出裝置根據發光強度進行分類。這意味著存在分檔系統，儘管此摘錄中未詳述具體的分檔代碼。通常，此類系統涉及：

• 發光強度分檔：生產批次的LED會根據其在標準測試電流（例如10 mA）下測量的光輸出進行測試並分類到不同的組別（檔位）。這確保客戶收到的LED在預定義範圍內（例如8600-12000 µcd、12000-18000 µcd等）具有一致的亮度。特性表中的寬廣MIN到TYP範圍（8600至28500 µcd）支持了此做法。
• 順向電壓分檔：雖然此處未明確提及，但通常也會根據順向電壓（V_F）對LED進行分檔，以確保多個LED並聯時電流分佈均勻。
• 波長分檔：對於色彩要求嚴格的應用，LED也可能根據主波長或峰值波長進行分檔，以確保色彩一致性。嚴格的規格（λ_d= 470 nm）表明製程受控，但對於高階等級仍可能進行分檔。

4. 性能曲線分析

規格書包含典型電氣/光學特性曲線章節。雖然文本中未提供具體曲線，但這些通常包括以下對設計至關重要的內容：

• 相對發光強度 vs. 順向電流（I-V曲線）：顯示光輸出如何隨驅動電流增加而增加。通常是非線性的，在較高電流下會飽和。
• 順向電壓 vs. 順向電流：說明電壓與電流之間的關係，對於設計限流電路或恆流驅動器至關重要。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：展示光輸出如何隨著LED接面溫度升高而降低。這對於應用中的熱管理至關重要。
• 光譜功率分佈：顯示每個波長發射光強度的圖表，確認藍色光及其光譜寬度。

設計師應參考這些曲線，以優化驅動電流來達到所需亮度，了解電壓需求，並規劃熱效應。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該裝置符合特定的SMD佔位面積。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，一般公差為±0.25毫米。
• 段位區域的品質標準：異物 ≤ 10 mils，油墨污染 ≤ 20 mils，氣泡 ≤ 10 mils。
• 反射器彎曲必須 ≤ 其長度的1%。
• 塑膠接腳上的毛邊不得超過0.14毫米。

工程師必須使用提供的尺寸圖（文本中未完全詳述）來創建正確的PCB焊墊圖案。

5.2 接腳配置與極性

該裝置具有10接腳配置。圖中標示了接腳1。接腳定義如下：

• 接腳1：段位E的陽極
• 接腳2：段位D的陽極
• 接腳3：共陰極1
• 接腳4：段位C的陽極
• 接腳5：小數點（DP）的陽極
• 接腳6：段位B的陽極
• 接腳7：段位A的陽極
• 接腳8：共陰極2
• 接腳9：段位F的陽極
• 接腳10：段位G的陽極

內部電路圖顯示所有段位陽極是獨立的，而所有段位的陰極在內部連接到兩個接腳（3和8），這兩個接腳必須在PCB上連接在一起以形成共陰極。

5.3 建議焊接墊圖案

提供了建議的PCB焊墊圖案，以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點並正確對齊。此圖案考慮了封裝尺寸和錫膏體積要求。

6. 焊接與組裝指南

6.1 SMT焊接說明

表面黏著組裝的關鍵說明：

• 迴焊（主要方法）：
  • 預熱：120–150°C。
  • 預熱時間：最長120秒。
  • 峰值溫度：最高260°C。
  • 液相線以上時間：最長5秒。
• 烙鐵（僅用於維修/返工）：
  • 烙鐵溫度：最高300°C。
  • 接觸時間：每個焊點最長3秒。
• 關鍵限制：該裝置最多可承受兩次迴焊製程循環。第一次迴焊後，電路板必須完全冷卻至室溫，才能進行第二次迴焊製程（例如，用於雙面組裝）。

6.2 濕度敏感性與儲存

SMD顯示器以防潮包裝出貨。為防止爆米花效應（因迴焊過程中水氣快速膨脹導致封裝破裂），必須遵守以下儲存條件：

• 儲存：未開封的袋子應儲存在 ≤ 30°C 且 ≤ 60% 相對濕度的環境中。
• 暴露時間：一旦密封袋被打開，即開始吸收濕氣。元件在環境條件下的車間壽命有限。
• 烘烤：如果元件暴露在環境濕度中超過其安全限制，必須在迴焊前進行烘烤以去除濕氣。烘烤應僅進行一次，以避免熱應力。
  • 捲帶上的元件：60°C，≥ 48小時。
  • 散裝元件：100°C，≥ 4小時 或 125°C，≥ 2小時。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

該裝置以捲帶包裝供應，適用於自動貼片組裝。

• 載帶：由黑色導電聚苯乙烯合金製成。尺寸符合EIA-481-D標準。
• 載帶尺寸：包含特定的口袋尺寸以牢固固定元件。翹曲控制在250毫米長度內不超過1毫米。
• 捲盤資訊：
  • 每22英吋捲盤的標準包裝長度：44.5米。
  • 每13英吋捲盤的元件數量：700件。
  • 剩餘/捲盤尾料的最小訂購量：200件。
• 前導帶與尾帶：捲盤包含前導帶（至少400毫米）和尾帶（至少40毫米），用於機器送料。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 測試與測量設備：數位萬用電錶、示波器、電源供應器，需要清晰數字讀數的場合。
• 消費性電子產品：音頻放大器、家電顯示器（微波爐、烤箱）、健身器材。
• 工業控制：面板儀錶、製程指示器、計時器顯示。
• 汽車售後市場：需要高亮度的儀錶和顯示器。

8.2 設計考量

• 電流驅動：始終使用恆流驅動器或與每個段位陽極串聯的限流電阻。根據電源電壓（V_cc）、典型的LED順向電壓（V_F~ 3.8V）以及所需的順向電流（I_F，例如，為獲得良好亮度同時保持在限制內，可選10-20 mA）計算電阻值。範例：R = (V_cc- V_F) / I_F.
• 熱管理：儘管每段位功耗較低，但如果多個段位長時間同時點亮，尤其是在高環境溫度下，請確保有足夠的PCB銅箔面積或散熱孔。請記住電流遞減規則。
• 微控制器介面：對於共陰極顯示器，微控制器接腳通常吸收電流（作為接地開關）。使用配置為開漏/低電平輸出的GPIO接腳或具有足夠電流吸收能力的專用LED驅動IC。確保從電源汲取的總電流在其額定值內。
• 電路中的ESD防護：在最終應用中，考慮在連接到顯示器的線路上添加瞬態電壓抑制（TVS）二極體或其他保護措施，特別是如果它們暴露於使用者介面或外部連接器。

9. 技術比較與差異化

雖然規格書中沒有與其他型號的直接比較，但根據其規格，LTS-5325CTB-P的主要差異點在於：

• 與較小顯示器（例如0.3英吋）相比：憑藉其更大的0.56英吋字高，在遠距離下提供更優越的可視性。
• 與穿孔式LED顯示器相比：SMD封裝實現了自動化組裝，減少了PCB空間，並允許製造更薄型的終端產品。
• 與標準亮度LED相比：高典型發光強度（在10mA時高達28500 µcd）使其適用於需要高亮度的應用。
• 與未分檔LED相比：發光強度的分類為設計師提供了在所有段位和多個單元之間更可預測且均勻的亮度，這對於外觀專業的設備至關重要。

10. 常見問題（基於技術參數）

1. 問：峰值波長（468 nm）和主波長（470 nm）有什麼區別？
   答：峰值波長是物理光輸出最強的波長。主波長是人眼感知為顏色的單一波長。它們通常很接近，如此處所示，但對於某些顏色可能不同。兩者都確認了這是一款藍光LED。
2. 問：我可以用5V電源和一個電阻來驅動這個顯示器嗎？
   答：可以。使用5V電源（V_cc）和典型的V_F3.8V，您需要一個限流電阻。對於I_F=10 mA：R = (5V - 3.8V) / 0.01A = 120 Ω。使用下一個標準值，例如120 Ω或150 Ω。始終驗證實際亮度和功耗。
3. 問：為什麼有兩個共陰極接腳（3和8）？
   答：這是為了電流處理能力和PCB佈線的靈活性。總陰極電流是所有點亮段位電流的總和。擁有兩個接腳可以分流此電流，降低每個接腳的電流密度並提高可靠性。兩個接腳都必須連接到您PCB上的接地。
4. 問：最大迴焊循環次數是兩次。如果我需要對電路板進行第三次返工怎麼辦？
   答：強烈不建議這樣做。第三次迴焊會使塑膠封裝和內部連接承受過度的熱應力，顯著增加故障風險。對於返工，僅在需要維修的特定焊點上極其小心地使用烙鐵（最高300°C，3秒），避免加熱整個元件。
5. 問：如何解讀2:1的發光強度匹配比？
   答：這意味著在單個顯示單元內，在相同驅動條件下，最亮的段位亮度不應超過最暗段位亮度的兩倍。這確保了顯示字元的視覺均勻性。

11. 實務設計與使用案例

案例：設計一個簡單的數位電壓錶讀數顯示

一位設計師正在使用帶有ADC的微控制器創建一個0-30V直流電壓錶。選擇LTS-5325CTB-P是因為其可讀性。

1. 電路設計：微控制器的I/O接腳通過150 Ω限流電阻（針對5V系統計算）連接到段位陽極（A-G，DP）。兩個共陰極接腳連接到一個NPN電晶體（例如2N3904），該電晶體作為低側開關，由微控制器接腳控制。這允許在需要時進行多工掃描，但對於單一位數，可以持續點亮。
2. 軟體：微控制器讀取ADC值，將其轉換為電壓，然後將該值映射到正確的7段顯示圖案（0-9）。段位資料被發送到相應的I/O接腳。
3. PCB佈局：使用規格書中建議的焊接圖案作為佔位面積。在焊墊連接處添加散熱焊盤以利於焊接。共陰極的接地連接穩固。
4. 組裝：電路板使用標準無鉛迴焊曲線組裝，確保峰值溫度不超過260°C。元件僅經歷一次迴焊循環。
5. 結果：最終產品顯示出清晰、明亮且均勻的藍色電壓讀數。

12. 工作原理介紹

LTS-5325CTB-P基於半導體p-n接面的電致發光原理運作。活性材料是InGaN（氮化銦鎵）。當施加超過二極體導通電壓（約3.3-3.8V）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。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。InGaN合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）——在此例中為藍色（~470 nm）。藍寶石基板為生長高品質InGaN層提供了晶體模板。灰色面板和白色段位材料充當擴散器和對比度增強器，將光線塑造成可識別的數字段位。

13. 技術趨勢與背景

此裝置代表了一項成熟且廣泛採用的技術。在藍寶石上使用InGaN製造藍光LED是標準的工業製程。為此元件提供背景的顯示技術趨勢包括：

• 微型化：雖然0.56英吋是常見尺寸，但存在向更小的高亮度SMD數字發展的趨勢，以用於超緊湊設備。
• 效率提升：持續的材料科學研究提高了InGaN LED的發光效率（每瓦流明），允許在更低電流下實現更高亮度或減少熱負載。
• 整合化：存在將LED顯示器與其驅動IC和微控制器整合到更完整的智慧顯示模組的趨勢，從而簡化終端產品設計。
• 色彩選項與RGB：雖然這是一款單色藍光顯示器，但底層的InGaN技術也是生產綠光以及與螢光粉結合生產白光LED的基礎。使用微型SMD LED的全彩RGB顯示器也越來越常見，用於更複雜的圖形顯示。
• 替代技術：對於某些應用，OLED（有機發光二極體）顯示器在薄度和視角方面具有優勢，但與此類無機LED相比，可能具有不同的壽命和亮度特性。

對於需要簡單、明亮且耐用的數字顯示，且偏好SMD組裝的應用，LTS-5325CTB-P仍然是一個穩健、可靠且具成本效益的解決方案。