LTC-5674JG LED顯示器規格書 - 0.52英吋字高 - 綠色 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-5674JG是一款固態、三位數的數值LED顯示模組。其主要功能是在各種電子設備和儀器中提供清晰、高可見度的數值讀數。核心技術採用安裝在不透明GaAs基板上的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED晶片。此材料系統以其高效率及在綠色光譜中優異的色純度而聞名。該元件特點為灰色面板和白色段位，兩者協同作用以增強在不同光照條件下的對比度和可讀性。此顯示器專為需要可靠、長壽命且節能的數值指示應用而設計。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器提供多項關鍵優勢，使其適用於專業和工業應用。其低功耗需求對於電池供電或注重能源效率的設備是一大優點。優異的字元外觀，結合高亮度和高對比度，確保了在遠距離及各種環境光線下的可辨識性。廣視角允許從非軸向位置閱讀，這在多使用者環境或顯示器未直接面向使用者時至關重要。固態結構提供了固有的可靠性，無活動部件且對衝擊和振動具有高抵抗力。該元件針對發光強度進行分級，意味著單元會根據其光輸出進行分類和排序，使設計師能夠為產品線選擇亮度一致的零件。最後，無鉛封裝確保符合RoHS等現代環保法規。目標市場包括工業控制面板、測試與量測設備、醫療器材、汽車儀表板（用於次要顯示）以及需要清晰數值資料呈現的消費性電器。

2. 技術參數深度解析與客觀詮釋

本節對規格書中指定的關鍵電氣和光學參數提供詳細、客觀的分析，並解釋其對設計工程師的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限，並非用於正常操作。

• 每段功耗 (70 mW)：這是單一段位在不造成損壞的情況下，可轉換為熱（和光）的最大電功率。超過此限制可能導致半導體接面過熱，從而縮短使用壽命或造成災難性故障。設計師必須確保驅動電路限制電流，使功耗低於此值，特別是在高環境溫度下。
• 每段峰值順向電流 (60 mA @ 1 kHz, 10% 工作週期)：此額定值允許以高於連續額定值的電流進行脈衝操作。10%的工作週期（10%時間導通，90%時間關閉）和1 kHz頻率可防止熱量累積。這可用於多工方案或實現瞬間更高亮度。關鍵在於，隨時間的平均電流不得超過連續額定值。
• 每段連續順向電流 (25 mA)：在指定條件下（推測為25°C），可無限期施加於一段位的最大直流電流。這是設計恆流驅動器的主要參數。超過25°C時，每°C 0.33 mA的降額因子至關重要。例如，在85°C時，最大允許連續電流為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA =5.2 mA。這種嚴重的降額凸顯了在高溫環境中熱管理的重要性。
• 每段逆向電壓 (5 V)：在LED接面崩潰前，可施加於逆向方向（陰極相對於陽極為正）的最大電壓。這是一個相對較低的值，對於LED來說很典型，強調了在可能發生逆向電壓暫態的電路中（例如，在開機順序期間或電感性負載中）需要保護。
• 操作與儲存溫度範圍 (-35°C 至 +85°C)：定義了可靠操作和非操作儲存的環境溫度極限。在極端溫度下的性能會受到影響（例如，高溫時發光強度下降，低溫時順向電壓增加）。

2.2 電氣與光學特性

這些是在指定測試條件下的典型和保證性能參數。

• 每段平均發光強度 (I_V)：這是亮度的關鍵量測指標。
  • 最小/典型/最大：200 / 577 / 6346 μcd @ I_F=10mA：從200到6346 μcd的寬廣範圍顯示了顯著的分級過程。典型值577 μcd是預期的中位數性能。設計師必須使用最小值（200 μcd）進行最壞情況的亮度計算，以確保在所有條件下的可讀性。高最大值顯示了精選單元的潛在亮度。
  • 測試條件註記：發光強度是使用經過濾波以匹配CIE明視覺（適應日光）眼睛響應曲線（V(λ)）的感測器進行量測。這確保了量測結果與人類對亮度的感知相關，而不僅僅是原始輻射功率。
• 每段順向電壓 (V_F)： 典型/最大：2.1 / 2.6 V @ I_F=20mA。這是LED操作時的跨LED電壓降。最大值2.6V對於設計電源或驅動電路至關重要；它必須提供至少此電壓以確保所有單元正常點亮。變異（2.1V至2.6V）是由於正常的半導體製造公差所致。
• 峰值發射波長 (λ_p)： 典型：571 nm @ I_F=20mA。這是LED發射最多光功率的波長。571 nm位於可見光譜的綠黃色區域。此參數由AlInGaP材料組成決定。
• 主波長 (λ_d)： 典型：572 nm。與峰值波長略有不同，這是人眼感知為匹配LED顏色的單一波長。它是顯示顏色的主要決定因素。
• 譜線半高寬 (Δλ)： 典型：15 nm。這量測了發射光譜的寬度。15 nm的值表示相對純淨、窄頻的綠色，對於高色彩飽和度是理想的。
• 每段逆向電流 (I_R)： 最大：100 μA @ V_R=5V。這是當LED在其最大額定值下逆向偏壓時流動的小漏電流。在電路設計中通常可以忽略不計。
• 發光強度匹配比 (I_V-m)： 最大：2:1 @ I_F=1mA。這是多段位/顯示器的關鍵參數。它保證在單一元件內，最暗段位的亮度不低於最亮段位亮度的一半（2:1比例）。這確保了所有數字和段位的外觀均勻。

3. 分級系統說明

規格書明確指出該元件針對發光強度進行分類。這意味著一個分級過程，製造出的單元會根據其在標準測試電流（可能是10mA或20mA）下量測到的光輸出進行測試並分類到不同的組別（級別）中。

• 目的：為設計師提供可預測且一致的亮度等級。通過購買特定級別的零件，工程師可以確保生產批次中的所有顯示器具有相似的亮度，避免產品中單元之間出現明顯的差異。
• 規格書中的證據：為發光強度指定的非常寬的範圍（200至6346 μcd）強烈表明這是所有級別的總範圍。特定的訂購代碼或後綴（本摘錄中未詳細說明）通常會指示級別等級。
• 設計影響：對於亮度一致性至關重要的應用（例如，儀表板），設計師在訂購時必須指定所需的級別。使用隨機混合的級別可能導致無法接受的亮度差異。

4. 性能曲線分析

雖然提供的PDF摘錄提到了典型電氣/光學特性曲線，但具體圖表未包含在文本中。基於標準LED行為，我們可以推斷可能的內容及其重要性。

4.1 推斷的曲線資訊

• 順向電流 (I_F) 對 順向電壓 (V_F) 曲線：此圖將顯示典型的二極體指數關係。它有助於設計師了解LED的動態電阻以及給定驅動電流所需的精確電壓，特別是在使用簡單的電阻式限流時非常重要。
• 發光強度 (I_V) 對 順向電流 (I_F) 曲線：這至關重要。它將顯示亮度如何隨電流增加。通常在一定範圍內是線性的，但在非常高的電流下會因熱效應和效率下降而飽和。此曲線允許設計師在亮度與功耗/熱產生之間進行權衡。
• 發光強度 (I_V) 對 環境溫度曲線：此圖將量化亮度隨溫度升高而降低的程度。AlInGaP LED通常比GaP等舊技術具有更好的高溫性能，但亮度仍會下降。此數據對於設計在整個溫度範圍內可靠運作的系統至關重要。
• 相對強度對波長（光譜）曲線：這將以視覺方式描繪出圍繞571-572 nm、半高寬為15 nm的窄發射峰，確認其色純度。

重要性：這些曲線提供了靜態表格無法提供的動態性能數據。它們能夠對顯示器在真實世界、非標準操作條件下的行為進行預測建模。

5. 機械與封裝資訊

5.1 物理尺寸

規格書包含封裝尺寸圖（文本中無細節）。典型的0.52英吋三位數顯示器的關鍵特徵包括總長度、寬度和高度、數字高度（13.2mm）、段位寬度以及數字之間的間距。定義了安裝平面和引腳位置。除非另有說明，所有尺寸的公差為±0.25 mm，這是此類元件的標準，必須在PCB焊盤設計和面板開孔中考慮。

5.2 引腳連接與內部電路

該元件採用共陽極配置。這意味著給定數字的所有LED的陽極在內部連接在一起。引腳配置表至關重要：

• 數字：數字1、2和3的共陽極分別在引腳12、13、27、28、29上可用（註：引腳13和28都用於數字2；12和29都用於數字1；27用於數字3）。這種重複提供了佈局靈活性。
• 段位：段位A到G的個別陰極分別在引腳23、16、17、18、22、21、20上。
• 小數點：每個數字的小數點（DP1、DP2、DP3）有單獨的陰極引腳，分別在引腳26、19/10、24上。引腳19和10都連接到數字2的DP。
• 無連接 (NC) 引腳：多個引腳（1-11、15、30）標記為無連接。這些引腳沒有內部電氣連接，可以懸空或在焊接時用於機械穩定性。
• 內部電路圖：這將顯示每個數字的共陽極連接到其引腳，而每個段位LED的陰極連接到其各自的引腳。理解這一點對於設計多工驅動電路至關重要。

6. 焊接與組裝指南

規格書指定了單一焊接條件：在260°C下，於安裝平面下方1/16英吋（約1.6mm）處焊接3秒。

• 詮釋：這是一個波峰焊或手工焊接指南。它表示引腳可以承受在260°C的焊料中短時間浸入。安裝平面下方的指示防止焊料過度沿引腳爬升，這可能對封裝造成熱或機械應力。
• 迴流焊：規格書未提供迴流焊曲線。對於現代SMT組裝（儘管這似乎是通孔元件），峰值溫度約為245-260°C的標準無鉛迴流焊曲線可能是可以接受的，但必須監控封裝體的最高溫度，以保持在儲存溫度極限（85°C）內。
• 一般注意事項：
  • 在插入過程中避免對引腳施加過度的機械應力。
  • 使用適當的助焊劑，並在需要時確保完全清潔以防止腐蝕。
  • 不要超過指定的焊接時間和溫度，以避免損壞內部接合線或LED晶片。
• 儲存條件：在-35°C至+85°C的指定範圍內，於乾燥環境中儲存，以防止吸濕，這可能在焊接時導致爆米花現象。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

• 工業控制面板：用於顯示設定點、製程值（溫度、壓力、計數）、計時器讀數。
• 測試與量測設備：數位萬用電錶、頻率計數器、電源供應器、示波器（用於次要讀數）。
• 醫療器材：病患監視器（用於非關鍵參數）、輸液泵、診斷設備。
• 汽車售後市場/次要顯示器：行車電腦、增壓錶、電壓監視器。
• 消費性/商業電器：微波爐、咖啡機、健身器材、銷售點終端機。

7.2 關鍵設計考量

• 限流：LED是電流驅動元件。務必使用限流電阻或恆流驅動電路。使用最大順向電壓（2.6V）和來自電源電壓（V_電源）的所需電流（≤25 mA，考慮溫度降額）計算電阻值：R = (V_電源- V_{F_max}) / I_F.
• 多工驅動：對於多位數共陽極顯示器，多工是標準的驅動技術。微控制器依次開啟一個數字的共陽極，同時施加該數字對應的陰極圖案。刷新率必須足夠高（通常>60 Hz）以避免可見閃爍。
  • 電流計算：在多工中，由於每個數字僅在一小部分時間內點亮（對於3位數顯示器為1/3），瞬時段位電流可以更高以達到相同的平均亮度。如果您希望每個段位的平均電流為10 mA，並且您有3個數字以相等工作週期多工，則可以使用30 mA的峰值瞬時電流。這仍必須遵守峰值順向電流額定值（脈衝條件下為60 mA）。
• 熱管理：考慮功耗（每段最大70 mW）。如果在一個數字中連續驅動多個段位，熱量會累加。如果在接近最大額定值下操作，特別是在高環境溫度下，請確保有足夠的氣流或散熱。記住電流降額規則。
• 視角：將顯示器定位，使預期的觀看軸線與元件的最佳視角（通常垂直於面板）對齊。
• 靜電放電 (ESD) 保護：雖然未明確說明，但LED對靜電放電敏感。在組裝過程中實施標準的ESD處理預防措施。

8. 技術比較與差異化

雖然未提供與其他零件編號的直接比較，但我們可以強調此顯示器中使用的AlInGaP技術相較於舊有或替代技術的固有優勢：

• 與傳統GaP（磷化鎵）綠色LED相比：AlInGaP提供顯著更高的發光效率，在相同驅動電流下產生更亮的顯示器。它通常還具有更好的高溫性能和色彩穩定性。
• 與使用濾光片的高亮度GaN（氮化鎵）藍色/白色LED相比：為了產生綠光，可以使用帶有螢光粉（產生白光）和綠色濾光片的藍色GaN LED，但這本質上比像AlInGaP這樣的直接發射綠色LED效率低，因為濾光片會吸收大部分光。對於單色綠光，直接發射提供更純淨的顏色和更高的效率。
• 與VFD（真空螢光顯示器）或帶背光的LCD相比：此LED顯示器是固態的，更堅固，具有更寬的操作溫度範圍，並且與需要高電壓的VFD相比，需要更簡單、更低電壓的直流驅動電子元件。與LCD相比，它在低溫環境下提供更優異的視角、亮度和性能，儘管對於多段位顯示器消耗更多功率，並且僅限於發光，無法形成任意圖形。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

1. 問：我可以直接從5V微控制器引腳驅動此顯示器嗎？答：No.微控制器引腳通常最大提供/吸收20-25mA，電壓為5V（或3.3V）。LED順向電壓約為2.1-2.6V。您必須使用限流電阻。對於5V電源並目標20mA：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120Ω。微控制器引腳可能無法持續提供20mA；請使用電晶體或驅動IC。
2. 問：為什麼發光強度範圍如此之大（200至6346 μcd）？答：這反映了分級過程。單元在生產後進行分類。您將從特定級別（例如，1000-2000 μcd級別）購買以獲得一致的亮度。規格書顯示了可能的總範圍。
3. 問：共陽極對我的電路設計意味著什麼？答：這意味著您通過切換正電壓（陽極）到每個數字來控制顯示器的開/關，同時微控制器或驅動IC將適當的陰極引腳接地以點亮特定段位。這與共陰極顯示器相反。
4. 問：降額曲線顯示在85°C時我只能使用5.2 mA。我的顯示器會太暗嗎？答：有可能。您必須檢查發光強度對電流和對溫度的曲線。在較低電流和較高溫度下，亮度會顯著下降。對於高溫操作，您可能需要最初選擇更高亮度的級別，或者接受較暗的顯示器。降低LED接面溫度的熱管理是關鍵。
5. 問：如何連接小數點？答：它們是具有自己陰極（引腳26、19/10、24）的獨立LED。將它們視為額外的段位（DP）。要點亮數字1的小數點，您需要在數字1的陽極通電時將引腳26接地。

10. 實務設計與使用案例研究

情境：為工業烤箱設計一個3位數溫度計。

1. 需求：顯示範圍0-999°C。在環境溫度高達70°C下操作。必須在光線充足的工廠中從2米外清晰可讀。
2. 元件選擇：LTC-5674JG因其溫度範圍（-35至+85°C）和高亮度而適用。
3. 亮度計算：在70°C環境溫度下，降額連續電流：25 mA - ((70-25)*0.33) ≈ 25 - 14.85 =10.15 mA 最大連續電流。對於3位數多工，使用1/3工作週期。為實現良好的平均亮度，使用25 mA的峰值電流（在60mA脈衝額定值內）。每段平均電流 = 25mA / 3 ≈ 8.3 mA，對於該溫度是安全的。
4. 驅動電路：使用具有足夠I/O引腳的微控制器。使用3個NPN電晶體（或P通道MOSFET）來切換3個共陽極引腳（數字1、2、3）至Vcc。在7個段位陰極線（A-G）的每一條上使用限流電阻。小數點可能不使用。微控制器運行多工程式，一次開啟一個數字電晶體，並輸出該數字的7段碼。
5. 熱考量：將顯示器安裝在有氣流的外部面板上。避免將其直接放置在PCB上的主要熱源旁邊。
6. 結果：一個可靠、明亮的顯示器，滿足環境和可讀性要求。

11. 技術原理介紹

LTC-5674JG基於生長在GaAs（砷化鎵）基板上的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術。此材料系統具有對應於光譜中紅色、橙色、黃色和綠色區域發光的直接能隙。特定顏色（571-572 nm綠色）是通過在晶體生長過程中精確控制鋁、銦、鎵和磷的比例來實現的。當順向電壓施加於p-n接面時，電子和電洞復合，以光子（光）的形式釋放能量。不透明的GaAs基板會吸收部分發射光，但現代晶片設計和高效的提取幾何形狀允許高的外部量子效率。灰色面板和白色段位是塑膠封裝的一部分。灰色面板（通常是深灰色或黑色）作為低反射背景以提高對比度。白色段位是光擴散區域，直接位於微小的LED晶片上方，將點光源均勻地擴散到整個段位區域，以創造均勻、發光的外觀。

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋