LTS-4817CKS-P LED顯示器規格書 - 0.39英吋數位高度 - AlInGaP黃光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4817CKS-P是一款高效能、表面黏著、單數位LED顯示器模組。其設計用於需要在緊湊尺寸中提供清晰、明亮數字讀數的應用。該裝置採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED晶片技術，該技術生長於GaAs基板上，以其高效率與卓越的色彩純度而聞名，特別是在黃光光譜中。顯示器採用灰色面板搭配白色發光段，提供高對比度以實現最佳可讀性。它配置為共陽極裝置，這是在多數位應用中簡化驅動電路的標準配置，並包含一個右側小數點。

1.1 主要特性與優勢

• 緊湊尺寸：具備0.39英吋（10.0公釐）的數位高度，適合空間受限的應用。
• 卓越光學性能：提供高亮度與高對比度，即使在光線充足的環境中也能確保優異的字元外觀。
• 寬廣視角：從廣泛的角度範圍內提供一致的能見度。
• 低功耗：專為節能操作而設計，每段典型順向電流為20mA。
• 均勻發光段：連續、均勻的發光段確保了乾淨且專業的數字顯示外觀。
• 高可靠性：固態結構提供長使用壽命，並能抵抗衝擊與振動。
• 品質保證：裝置根據發光強度進行分類，確保不同生產批次間亮度水平的一致性。
• 環保合規：封裝為無鉛設計，符合RoHS（有害物質限制）指令。

1.2 目標應用與市場

此顯示器非常適合各種需要數字指示器的電子設備。典型應用包括工業儀表（例如：面板儀表、計時器、計數器）、消費性家電（例如：微波爐、洗衣機、音響設備）、汽車儀表板（用於輔助顯示器）、醫療設備以及測試與量測設備。其SMD（表面黏著元件）封裝使其非常適合自動化組裝製程，可降低大量生產的製造成本並提高可靠性。

2. 技術參數與客觀解讀

本節根據規格書，對裝置的電氣與光學規格進行詳細、客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對裝置造成永久損壞的應力極限。不建議在正常使用中於或接近這些極限下操作。

• 每段功耗：70 mW。這是單一LED發光段能夠安全地以熱量形式消散的最大功率。
• 每段峰值順向電流：60 mA（在1/10工作週期、0.1ms脈衝寬度下）。此額定值僅適用於脈衝操作，不應用於連續直流驅動。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。當環境溫度超過25°C時，此電流以0.28 mA/°C的速率線性遞減。例如，在85°C時，最大允許連續電流約為：25 mA - (0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 8.2 mA。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。該裝置額定適用於工業級溫度範圍。
• 焊接溫度：在安裝平面下方1/16英吋（約1.6公釐）處可承受260°C達3秒，這是無鉛迴焊製程的標準。

2.2 電氣與光學特性（典型值，於25°C）

這些參數描述了裝置在正常操作條件下的性能。

• 發光強度（I_V）：光輸出取決於電流。在1mA的低電流下，典型強度為650 µcd（微燭光）。在10mA的標準測試電流下，其強度顯著上升至8450 µcd。設計人員必須根據所需的亮度與功率預算來選擇驅動電流。
• 順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，典型值為2.6V。此參數對於設計限流電路至關重要。最小值為2.05V，表示個別LED之間存在一些差異。
• 峰值/主波長（λ_p/λ_d）：588 nm（峰值）與587 nm（主波長）。這證實了發光位於可見光譜的黃色區域。
• 譜線半高寬（Δλ）：15 nm。這種窄頻寬是AlInGaP技術的特點，有助於呈現純淨的色彩外觀。
• 逆向電流（I_R）：在V_R=5V時，最大值為100 µA。此參數僅用於測試目的；施加連續逆向偏壓並非正常操作條件。
• 發光強度匹配比：同一裝置內各發光段的最大比值為2:1。這意味著最暗的發光段亮度至少為最亮發光段的一半，確保外觀均勻。
• 串擾：≤ 2.5%。這規定了來自相鄰未點亮發光段的最大非預期漏光量，對於顯示清晰度很重要。

3. 分級系統說明

規格書指出裝置根據發光強度進行分類。這意味著一個分級過程，即LED在生產後根據在指定測試電流（可能是10mA或20mA）下測量的光輸出（以µcd為單位）進行分類。這確保客戶獲得亮度水平一致的零件。雖然本文檔未詳細說明具體的分級代碼，但設計人員應向製造商諮詢可用的強度分級，以確保其應用中的一致性，尤其是在並排使用多個顯示器時。

4. 性能曲線分析

規格書引用了典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓與順向電流之間的關係。它是非線性的，一旦順向電壓超過二極體的閾值（AlInGaP約為2V），電流就會急劇增加。
• 發光強度 vs. 順向電流：此曲線在廣泛範圍內通常是線性的。強度隨電流成比例增加，直至達到熱飽和點。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出如何隨著接面溫度升高而降低。AlInGaP LED呈現負溫度係數，意味著亮度隨溫度升高而下降。
• 光譜分佈：顯示跨波長的相對光輸出的圖表，中心位於587-588 nm，並具有指定的15 nm半高寬。

設計人員應使用這些曲線來優化驅動條件、理解熱效應，並預測在不同操作環境下的性能。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該裝置採用表面黏著封裝。規格書中的關鍵尺寸註記包括：所有尺寸均以公釐為單位，一般公差為±0.25公釐。顯示面板有特定的品質控制：發光段上的異物必須≤10密耳，表面油墨污染≤20密耳，發光段內氣泡≤10密耳，反射器彎曲≤其長度的1%。塑膠引腳的毛邊限制在最大0.14公釐。這些規格確保了一致的物理外觀與可靠的安裝。

5.2 引腳連接與極性

內部電路圖與引腳連接表顯示了7段數字與小數點的共陽極配置。兩個共陽極引腳（引腳3和8）在內部相連。段A至G以及小數點（DP）的陰極位於單獨的引腳上（1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10）。引腳5被識別為右側小數點的陰極。正確識別極性對於電路設計至關重要，以避免對LED施加逆向偏壓。

5.3 建議焊接墊圖案

提供了焊墊圖案圖以指導PCB（印刷電路板）設計。遵循此建議圖案（包括適當的焊墊尺寸、間距與散熱設計）對於在迴焊過程中實現可靠的焊點以及維持連接的機械完整性至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 SMT焊接說明

該裝置專為迴焊而設計。關鍵說明包括：

• 迴焊曲線：最高峰值溫度為260°C。建議進行120-150°C的預熱階段，最長120秒。
• 製程限制：迴焊製程循環次數必須少於兩次。如果需要進行第二次焊接（例如，對於雙面電路板），則必須在第一次與第二次焊接製程之間完全冷卻至正常環境溫度。
• 手工焊接：如果使用烙鐵，烙鐵頭溫度不應超過300°C，且接觸時間應限制在最多3秒。

遵循這些指南可防止對LED晶片、塑膠封裝與內部打線造成熱損壞。

6.2 濕度敏感性與儲存

SMD顯示器以防潮包裝出貨。它們必須儲存在30°C或以下、相對濕度（RH）60%或以下的環境中。一旦密封袋被打開，元件便開始從大氣中吸收濕氣。如果零件未立即使用且未儲存在受控的乾燥環境中（例如，乾燥櫃），則必須在迴焊前進行烘烤，以防止在高溫迴焊過程中因水氣快速膨脹而導致爆米花現象或分層。規格書提供了具體的烘烤條件：捲帶上的零件為60°C ≥48小時，或散裝零件為100°C ≥4小時 / 125°C ≥2小時。烘烤只能進行一次。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

該裝置以壓花載帶形式供應，捲繞在捲盤上，適合自動化取放機器。

• 捲盤尺寸：標示了標準的13英吋與22英吋捲盤尺寸。
• 載帶：提供了尺寸並符合EIA-481-C標準。載帶厚度為0.40 ±0.05公釐。
• 包裝數量：一個13英吋捲盤包含800件。一個22英吋捲盤的載帶長度為45.5公尺。剩餘批次的最小包裝數量為200件。
• 前導帶與尾帶：載帶包含前導帶（最小400公釐）與尾帶（最小40公釐），以方便機器裝載。

7.2 零件編號與版本

基礎零件編號為LTS-4817CKS-P。後綴-P可能表示特定的變體或包裝類型。規格書本身有修訂歷史（版本A，生效日期2020年1月11日），設計人員必須始終使用最新版本，以確保獲得最新的規格。

8. 應用註記與設計考量

8.1 典型應用電路

對於像LTS-4817CKS-P這樣的共陽極顯示器，陽極（引腳3和8）連接到正電源電壓（V_CC）。每個陰極引腳（用於段A-G和DP）連接到一個限流電阻，然後連接到驅動IC（例如，解碼器/驅動器或微控制器GPIO引腳）的輸出端。驅動器將電流吸入地以點亮該段。限流電阻（R_LIMIT）的值使用歐姆定律計算：R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F，其中V_F是LED的順向電壓（使用典型值2.6V），I_F是所需的順向電流（例如，10mA或20mA）。

8.2 設計考量

• 電流驅動：切勿在沒有限流機制（電阻或恆流驅動器）的情況下將LED直接連接到電壓源，以防止熱失控與損壞。
• 多工掃描：對於多數位顯示器，通常使用多工掃描技術以較少的驅動引腳控制多個發光段。這涉及快速循環供電給每個數位的共陽極。LTS-4817CKS-P的峰值電流額定值（60mA脈衝）允許在多工掃描期間使用更高的瞬時電流，以達到所需的平均亮度。
• 熱管理：雖然裝置本身功耗低，但PCB佈局應考慮散熱，特別是在較高電流或高環境溫度下驅動時。焊墊周圍足夠的銅面積會有所幫助。
• ESD防護：LED對靜電放電（ESD）敏感。在組裝過程中應遵守標準的ESD處理預防措施。

9. 技術比較與差異化

LTS-4817CKS-P通過使用AlInGaP技術實現黃光發光而與眾不同。與GaAsP（磷化鎵砷）等舊技術相比，AlInGaP提供了顯著更高的發光效率，從而在相同驅動電流下產生更亮的輸出、更好的溫度穩定性與更優異的色彩純度（更窄的光譜寬度）。其SMD封裝與0.39英吋數位尺寸使其相對於其他SMD數字顯示器具有良好定位，在可讀性與節省電路板空間之間取得平衡。包含強度分級是要求外觀均勻的應用中的關鍵品質差異化因素。

10. 常見問題（FAQ）

Q1：峰值波長（λ_p）與主波長（λ_d）有何不同？

A1：峰值波長是發射光譜強度達到最大值時的波長。主波長是與LED輸出感知顏色相匹配的單色光波長。對於像這樣的窄頻譜LED，它們非常接近（587nm vs 588nm）。

Q2：我可以連續以25mA驅動這個LED嗎？

A2：可以，但僅限於環境溫度（T_a）等於或低於25°C時。在較高的環境溫度下，您必須根據指定的0.28 mA/°C遞減因子降低電流，以避免超過最大接面溫度並降低可靠性。

Q3：如果我不應該逆向操作，為什麼逆向電流測試很重要？

A3：I_R測試是一種品質控制措施。高的逆向漏電流可能表示LED晶片PN接面存在缺陷。

Q4：我的組裝製程需要兩次迴焊。這允許嗎？

A4：允許，但嚴格限制最多兩次。您必須確保電路板與元件在第一次與第二次迴焊循環之間完全冷卻至室溫。

11. 實際應用範例

情境：設計一個簡單的數位計時器顯示器。

一位設計師正在創建一個具有2位數顯示器（顯示分鐘與秒）的倒數計時器。他們將使用兩個LTS-4817CKS-P裝置。每個數位的共陽極將連接到微控制器的獨立GPIO引腳，並配置為輸出。14個陰極引腳（每個數位的7段 + DP）將在兩個數位之間連接在一起（即，所有'A'段陰極相連，所有'B'段陰極相連，依此類推），每個連接到一個限流電阻，然後連接到能夠吸入所需電流的GPIO引腳或外部驅動IC。微控制器將使用時分多工掃描：它將打開分鐘數位的陽極，設定所需分鐘數字的陰極圖案，等待短時間（例如，5ms），然後關閉該陽極，打開秒數位的陽極，設定秒數的陰極圖案，等待，然後重複。這個過程比人眼能感知的速度更快，從而產生兩個數位持續點亮的錯覺。每個數位上的右側小數點可用作分鐘與秒之間閃爍的冒號分隔符。

12. 技術原理介紹

LTS-4817CKS-P基於在砷化鎵（GaAs）基板上外延生長的AlInGaP半導體材料。當在此材料的PN接面上施加順向電壓時，電子與電洞被注入到主動區域，在那裡它們重新結合。這個重新結合過程以光子（光）的形式釋放能量。晶格中鋁、銦、鎵與磷原子的特定組成決定了能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於此裝置，其組成被調整以產生黃色波長範圍（約587-588 nm）的光子。然後，晶片被封裝在一個模製塑膠透鏡中，該透鏡塑造光輸出並提供環境保護。

13. 產業趨勢與發展

像LTS-4817CKS-P這樣的顯示器技術趨勢是追求更高的效率，允許在更低功耗下實現更亮的顯示，這對於電池供電設備至關重要。同時，在保持或提高可讀性的同時，持續推動微型化。整合是另一個趨勢，驅動電子元件有時被整合到顯示器模組本身，以簡化系統設計。此外，材料與封裝技術的進步正在改善LED的熱性能與長期可靠性，使其能夠用於更嚴苛的環境。雖然全彩、點矩陣與OLED顯示器在高階應用中不斷擴展，但像這樣的單數位、單色LED顯示器由於其簡單性、穩健性、低成本以及在各種照明條件下的優異可讀性，仍然具有高度相關性。