LTS-4812SKR-P LED 顯示器規格書 - 0.39 英吋字高 - 超級紅光 - 2.6V 順向電壓 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4812SKR-P 是一款專為數位顯示應用設計的表面黏著元件。它是一個字元高度為 0.39 英吋 (10.0 毫米) 的單數位顯示器。其核心技術採用生長於 GaAs 基板上的 AlInGaP (磷化鋁銦鎵) 磊晶層，以產生超級紅光發射。該元件採用灰面白段設計，增強了對比度與可讀性。其結構為共陽極配置，這是簡化多段顯示器驅動電路的標準設計。

1.1 主要特性與優勢

• 緊湊尺寸與高可讀性：0.39 英吋的字高在元件佔用面積與字元可見度之間取得了良好平衡，適用於消費性電子產品、儀器儀表和控制面板。
• 卓越的光學性能：AlInGaP 材料系統在紅色光譜中提供了高發光強度和出色的色純度。連續、均勻的段區和寬廣的視角確保了從不同角度觀看時外觀的一致性。
• 能源效率：具有低功耗特性，適合電池供電或注重能源效率的應用。
• 增強可靠性：作為固態元件，與 VFD 或白熾燈泡等其他顯示技術相比，它提供了更高的可靠性和更長的使用壽命。
• 品質保證：元件根據發光強度進行分級，確保在多數位顯示器中亮度匹配的一致性。封裝為無鉛且符合 RoHS 指令。

2. 技術參數與特性

本節提供對設計至關重要的電氣和光學規格的詳細、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，以防止永久性損壞。

• 每段功耗：70 mW。此為每個 LED 段可承受的最大連續功率限制。
• 每段峰值順向電流：90 mA (在 1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度下)。僅適用於脈衝操作。
• 每段連續順向電流：在 25°C 時為 25 mA。此額定值會隨著環境溫度 (Ta) 升高超過 25°C 而線性遞減，遞減率為 0.28 mA/°C。例如，在 85°C 時，最大允許連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.28 mA/°C) = 8.2 mA。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。
• 焊接溫度：260°C 持續 3 秒 (烙鐵頭低於安裝平面 1/16 英吋)。

2.2 電氣與光學特性 (Ta=25°C)

這些是在指定測試條件下的典型工作參數。

• 平均發光強度 (I_V)：在 I_F=2mA 時為 3000 µcd (典型值)。最小值為 1301 µcd，最大值為 8600 µcd，反映了分級範圍。
• 每晶片順向電壓 (V_F)：在 I_F=20mA 時為 2.6V (典型值)，最大值為 2.6V。必須根據此 V_F和電源電壓計算限流電阻。
• 峰值發射波長 (λ_p)：639 nm。這是發射光強度最高的波長。
• 主波長 (λ_d)：631 nm。這是人眼感知的單一波長，定義了色座標點。
• 譜線半高寬 (Δλ)：20 nm。這表示光譜純度；數值越小表示光越接近單色光。
• 逆向電流 (I_R)：在 V_R=5V 時為 100 µA (最大值)。請注意，逆向電壓操作僅用於測試目的，不適用於連續使用。
• 發光強度匹配比：2:1 (最大值)。在多數位顯示器中，在相似的點亮區域內，最亮的段其亮度不應超過最暗段的兩倍，以確保均勻性。
• 串擾：≤ 2.5%。此規格定義了當相鄰段通電時，非驅動段的最大非預期發光程度。

2.3 熱考量

順向電流隨溫度線性遞減是一個關鍵的設計參數。在高溫下超過遞減後的電流限制可能導致光通量加速衰減並縮短使用壽命。建議進行適當的 PCB 佈局以利散熱，特別是在同時驅動多個段或多個數位時。

3. 分級系統說明

LTS-4812SKR-P 根據發光強度進行分級以確保一致性。分級代碼 (例如 J1, K2, M1) 表示該組元件保證的最小和最大強度範圍，測量條件為 I_F=2mA，單位為微燭光 (µcd)，容差為 ±15%。

• 較低分級 (J1, J2)：1301-2100 µcd。適用於可接受較低亮度或節能至關重要的應用。
• 中階分級 (K1, K2, L1)：2101-4300 µcd。為通用顯示器提供亮度與效率的平衡。
• 較高分級 (L2, M1, M2)：4301-8600 µcd。專為高亮度應用或需要在高環境光條件下具有卓越可見度的場合設計。

在訂購時指定分級代碼對於要求多個單元外觀一致的應用至關重要。

4. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了具體圖表，但其含義對於 LED 元件而言是標準的。

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V 曲線)：顯示指數關係。在 20mA 時典型的 V_F值 2.6V 是驅動器設計的關鍵工作點。
• 發光強度 vs. 順向電流 (I-L 曲線)：發光強度隨電流增加而增加，但並非線性關係。效率 (每瓦流明) 通常在低於絕對最大額定值的電流下達到峰值。
• 發光強度 vs. 環境溫度：強度通常隨著接面溫度升高而降低。這強調了熱管理對於維持一致亮度的重要性。
• 光譜分佈：一個以 639 nm (峰值) 為中心、半高寬為 20 nm 的圖譜，確認了窄頻超級紅光發射。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與公差

該元件符合標準 SMD 外形。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度，以及引腳間距和尺寸。除非另有說明，所有主要尺寸的公差均為 ±0.25 mm。關鍵品質注意事項包括異物、油墨污染、段區內氣泡以及塑膠引腳毛刺的限制。

5.2 接腳配置與電路圖

該顯示器具有 10 接腳配置。它是一個共陽極元件。內部電路圖顯示了八個獨立的 LED 段 (a, b, c, d, e, f, g, dp)，其陽極在內部連接到兩個共陽極接腳 (接腳 3 和接腳 8)。每個段的陰極都有其專用的接腳。

接腳定義：

1: 陰極 E

2: 陰極 D

3: 共陽極 1

4: 陰極 C

5: 陰極 DP (小數點)

6: 陰極 B

7: 陰極 A

8: 共陽極 2

9: 陰極 F

10: 陰極 G

極性識別：共陽極接腳必須連接到正電源電壓 (透過適當的限流電阻)。透過將各個段的陰極接腳連接到較低電壓 (通常是接地) 來開啟該段。

5.3 建議焊接墊圖案

提供了焊墊圖案，以確保在迴流焊期間形成可靠的焊點。遵循此圖案有助於防止墓碑效應、錯位和焊錫不足。

6. 焊接與組裝指南

6.1 迴流焊說明

該元件額定最多可承受兩次迴流焊循環。循環之間需要完全冷卻至室溫。

• 溫度曲線：預熱：120-150°C，最長 120 秒。峰值溫度：最高 260°C。
• 手動焊接 (烙鐵)：烙鐵頭最高溫度 300°C，每個焊點最多 3 秒。此操作應僅限於一次性維修。

6.2 濕度敏感性與儲存

元件以防潮包裝出貨。必須儲存在 ≤30°C 且 ≤60% 相對濕度 (RH) 的環境中。一旦密封袋被打開，元件便開始從環境中吸收濕氣。

烘烤要求：如果元件暴露在超出指定限制的環境條件下，必須在迴流焊前進行烘烤，以防止在高溫焊接過程中發生爆米花效應或分層。

• 捲帶中的元件：在 60°C 下烘烤 ≥48 小時。
• 散裝元件：在 100°C 下烘烤 ≥4 小時或在 125°C 下烘烤 ≥2 小時。

重要：烘烤應僅進行一次，以避免額外的熱應力。

7. 包裝與訂購規格

7.1 捲帶包裝

該元件以壓紋載帶形式供應，捲繞在捲盤上，適合自動化取放組裝。

• 捲盤尺寸：提供標準捲盤尺寸 (例如，13 英吋或 22 英吋捲盤)。
• 載帶：由黑色導電聚苯乙烯合金製成。尺寸符合 EIA-481-D 標準。關鍵規格包括彎曲公差和超過 10 個鏈輪孔的累積節距公差。
• 包裝數量：一個 13 英吋捲盤通常包含 800 個元件。一個 22 英吋捲盤的載帶長度為 44.5 米。零散訂單的最小訂購量為 200 個。
• 方向：載帶包含前導段和尾隨段 (分別至少 400mm 和 40mm)，以便於機器裝載。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用場景

• 消費性電子產品：數位時鐘、微波爐、空調顯示器、音響設備。
• 儀器儀表：面板儀表、測試設備、醫療設備讀數顯示。
• 工業控制：製程控制指示器、計時器顯示、計數器讀數。
• 汽車售後市場：輔助顯示器，其中高亮度和寬視角是有益的。

8.2 關鍵設計考量

1. 電流限制：始終為每個共陽極連接 (或如果使用恆流驅動器，則為每個段) 使用一個串聯電阻。根據電源電壓 (V_CC)、典型順向電壓 (V_F~2.6V) 和所需的順向電流 (I_F) 計算電阻值。範例：對於 V_CC=5V 且 I_F=10mA，R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。
2. 多工驅動：對於多數位顯示器，多工驅動方案很常見。確保此方案中的峰值電流不超過絕對最大額定值 (90mA 脈衝)，並且平均電流符合基於工作週期和溫度的遞減連續電流限制。
3. 熱管理：在 PCB 上提供足夠的銅面積，連接到散熱墊 (如果有) 或元件引腳以作為散熱片，特別是在高亮度或高環境溫度的應用中。
4. 靜電防護：雖然未明確標示為敏感元件，但建議在組裝過程中遵循半導體元件的標準 ESD 處理預防措施。
5. 光學介面：在選擇覆蓋層或濾光片時，請考慮灰面/白段的設計，以保持最佳對比度。

9. 常見問題 (基於技術參數)

9.1 峰值波長 (639nm) 與主波長 (631nm) 有何不同？

峰值波長是發射光譜中最高強度點的物理測量值。主波長是一個計算值，代表人眼感知的顏色。對於像這種紅色 LED 這樣的單色光源，由於人眼靈敏度曲線的形狀，它們很接近但並不完全相同。

9.2 我可以用 3.3V 微控制器 GPIO 接腳直接驅動此顯示器嗎？

不行。典型的 GPIO 接腳無法提供或吸收足夠的電流 (通常每接腳最大 20-25mA，且有總封裝限制) 來明亮且安全地驅動多個 LED 段。此外，LED 順向電壓 (~2.6V) 接近 3.3V，留給限流電阻的餘裕很小。您必須使用驅動電路，例如電晶體陣列或專用的 LED 驅動器 IC。

9.3 為何最大迴流焊次數限制為兩次？

多次迴流焊循環會使塑膠封裝和內部引線鍵合承受重複的熱應力，這可能導致機械故障、吸濕增加或環氧樹脂材料劣化。此限制確保了長期可靠性。

9.4 如何選擇合適的發光強度分級？

根據您應用的環境光條件和所需可讀性進行選擇。對於室內、低環境光條件，較低分級 (J, K) 可能就足夠且更節能。對於陽光下可讀或高環境光的應用，請指定較高分級 (L, M)。對於多數位顯示器，指定相同的分級代碼對於均勻性至關重要。

10. 技術背景與趨勢

10.1 AlInGaP LED 技術

磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 是一種專門為在紅色、橙色和黃色波長實現高效率發光而設計的半導體材料。生長在 GaAs 基板上，與 GaAsP 等舊技術相比，它提供了更卓越的性能，包括更高的亮度、更好的溫度穩定性和更長的使用壽命。"超級紅光" 的稱謂通常表示一種針對高發光效率和視覺飽和的紅色色座標點進行優化的特定組成。

10.2 SMD LED 顯示器趨勢

顯示元件的趨勢持續朝向微型化、更高可靠性和整合化發展。雖然像 LTS-4812SKR-P 這樣的單數位 SMD 顯示器對於分段數位讀數仍然至關重要，但點矩陣 SMD 顯示器和帶有嵌入式控制器的完全整合顯示模組也在同步增長。對更寬的工作溫度範圍、更低的功耗以及與無鉛和高溫焊接製程 (如汽車電子所需) 的相容性的需求，持續推動著元件的發展。