LTC-4724JF LED顯示器規格書 - 0.4英吋數位高度 - 黃橙色 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-4724JF是一款緊湊、高效能的三位數七段式LED顯示器模組。其主要功能是在各種電子設備與儀器中提供清晰、明亮的數值讀數。該元件採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造，此技術以在黃橙色光譜中產生高效率發光而聞名。這種特定的材料選擇帶來了卓越的發光強度與色彩純度。顯示器具有灰色面板與白色段標記，創造出高對比度的外觀，增強了在不同光照條件下的可讀性。其設計為多工共陰極型，這是多數位顯示器的標準配置，旨在最小化所需的驅動接腳數量。

1.1 主要特性與優勢

LTC-4724JF為設計師與工程師提供了多項顯著優勢：

• 緊湊尺寸與高辨識度：0.4英吋（10.0公釐）的數位高度在節省空間的設計與清晰可見度之間取得了良好平衡，使其適用於面板空間有限的儀表、測試設備與消費性電子產品。
• 卓越的光學性能：使用AlInGaP晶片可提供高亮度與出色的對比度。連續且均勻的段確保了字元外觀一致且專業，無間隙或暗點。
• 能源效率：其功耗需求低，這對於電池供電或注重能源的應用非常有益。典型的順向電壓相對較低，減少了顯示子系統的整體功耗。
• 寬廣視角：顯示器在寬廣的角度下保持良好的可見度，確保讀數可從不同位置觀看，這對於面板安裝的設備至關重要。
• 高可靠性：作為固態元件，與機械式顯示器相比，它提供了更長的操作壽命以及對振動和衝擊的穩健性。
• 品質保證：元件根據發光強度進行分類（分級）。這意味著單元會根據其測量的光輸出進行分類，讓設計師能為其應用選擇一致的亮度等級，防止在多顯示器設置中出現照明不均勻的情況。
• 環境合規性：封裝為無鉛設計，符合RoHS（有害物質限制）指令，使其適用於在具有嚴格環境法規的市場中銷售的產品。

2. 技術規格與深入解讀

本節詳細分析定義LTC-4724JF性能邊界與操作條件的電氣和光學參數。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在這些極限下或超出這些極限的操作。

• 每段功耗：70 mW。這是單個LED段可以安全地以熱量形式消散的最大功率。超過此值可能導致過熱並加速半導體接面的劣化。
• 每段峰值順向電流：90 mA（在脈衝條件下：1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。此額定值適用於短持續時間的脈衝，常用於多工方案以實現更高的峰值亮度。
• 每段連續順向電流：25°C時為25 mA。這是建議用於連續操作的最大直流電流。規格書指定了在25°C以上，每°C 0.33 mA的降額因子。例如，在環境溫度（Ta）為65°C時，最大允許連續電流將為：25 mA - [ (65°C - 25°C) * 0.33 mA/°C ] = 25 mA - 13.2 mA =11.8 mA。此降額對於熱管理和長期可靠性至關重要。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。該元件額定用於工業溫度範圍，適用於典型辦公室條件以外的環境。
• 焊接條件：260°C 持續3秒，測量位置在安裝平面下方1/16英吋（約1.6公釐）處。這為PCB組裝的回流焊接製程提供了指引。

2.2 電氣與光學特性（典型值於25°C）

這些是在指定測試條件下的典型性能參數，代表了元件的預期行為。

• 平均發光強度（I_V）：在 I_F=1mA 時為 200 至 650 µcd（微燭光）。此寬廣範圍表明了分級過程。最小值為200 µcd，但典型單元會更亮。1mA的測試電流是用於比較亮度的標準低電流條件。
• 峰值發射波長（λ_p）：611 nm。這是LED光譜輸出達到最大強度時的波長。它定義了感知的黃橙色色彩。
• 譜線半寬度（Δλ）：17 nm。這測量了發射光波長的分布。17 nm的值表示相對狹窄、純淨的顏色發射，這是AlInGaP技術的特徵。
• 主波長（λ_d）：605 nm。這是代表人眼感知光線顏色的單一波長，與峰值波長略有不同。
• 每段順向電壓（V_F）：在 I_F=20mA 時為 2.05V 至 2.6V。這是驅動器設計的關鍵參數。驅動電路必須能夠提供至少2.6V的電壓，以確保所需的20mA電流流經所有段，即使是那些處於V_F distribution.
• 反向電流（I_R）：在 V_R=5V 時最大為 100 µA。這指定了LED反向偏壓時的最大漏電流。雖然很小，但它確認了二極體的阻斷特性。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：在 I_F=10mA 時最大為 2:1。這是單一數位內或不同數位上相同段之間最亮與最暗段的最大允許比率。2:1的比率確保了視覺均勻性。

3. 分級系統說明

LTC-4724JF主要針對發光強度採用分級系統。如I_V範圍（200-650 µcd）所示，單元會根據其在標準測試電流（1mA）下的光輸出進行測試並分類到不同的等級中。這使客戶能夠：

• 確保一致性：對於使用多個顯示器的應用（例如，多位數儀器），從相同強度等級訂購零件可保證所有數位具有匹配的亮度，防止出現不均勻、斑駁的外觀。
• 根據應用需求選擇：需要非常高亮度的設計可能會指定來自較高等級的單元，而對功耗敏感的設計可能會使用較低等級的單元。

規格書中未明確提及此特定料號有針對波長（顏色）或順向電壓的單獨分級，這意味著AlInGaP製程對這些參數的控制已足夠嚴格，或者它們已包含在主要的強度分級中。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類元件的典型曲線將包括：

• 電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：顯示指數關係。曲線將在典型V_F（2.05-2.6V）附近有一個膝點。如建議使用恆流驅動，可確保亮度穩定，不受V_F variations.
• 發光強度 vs. 順向電流（I_Vvs. I_F）：通常在較低電流下顯示近乎線性的關係，在極高電流下可能飽和。此圖有助於確定達到目標亮度所需的驅動電流。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出如何隨著溫度升高而降低。這對於設計在高溫環境中運作的系統至關重要，因為可能需要增加驅動電流（在額定值內）以進行補償。
• 光譜分布：相對強度 vs. 波長的圖，中心在611 nm，半峰全寬（FWHM）為17 nm。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LTC-4724JF採用標準的穿孔式DIP（雙列直插式封裝）格式。圖面（參見第3頁）提供了所有關鍵尺寸，包括總長度、寬度、高度、數位間距、引腳間距（節距）和引腳直徑。註明所有尺寸均以公釐為單位，標準公差為±0.25公釐，除非另有說明。此資訊對於PCB焊盤設計、面板開孔尺寸確定以及確保在最終產品中的正確機械配合至關重要。

5.2 接腳連接與內部電路

該元件具有14接腳配置（部分接腳標記為"NO PIN"）。內部電路圖（第4頁）顯示了多工共陰極架構：

• 共陰極：接腳1、5和7分別是數位1、數位2和數位3的陰極。接腳14是三個右側小數點（L1、L2、L3）的共陰極。
• 段陽極：七個主要段（A、B、C、D、E、F、G）和小數點的陽極分別引出到個別接腳（例如，接腳12 = 段A，接腳2 = 段E）。

要點亮特定數位上的特定段，必須將相應的段陽極接腳驅動至高電位（串聯限流電阻），並將該數位的陰極接腳拉至低電位（接地）。這種多工技術允許僅用14個接腳來控制3個數位及其段，如果每個段獨立接線則需要24+個接腳。

6. 焊接、組裝與儲存指南

6.1 焊接與組裝

• Reflow Soldering:回流焊接：
• 遵循指定條件：260°C持續3秒。這應整合到標準的無鉛回流焊接製程中。機械應力：
• 組裝期間避免對顯示器本體施加異常力。使用合適的工具以防止環氧樹脂封裝破裂或損壞內部引線鍵合。凝露：
• 避免在潮濕環境中快速溫度變化，以防止顯示器上形成凝露，這可能導致電氣短路或腐蝕。薄膜應用：

如果使用裝飾膜或濾光片，請注意使用的是壓敏黏著劑。避免讓薄膜側直接壓在前方面板上，因為外力可能會使其移位。

6.2 儲存條件

• 正確的儲存對於防止鍍錫引腳氧化至關重要，氧化會導致可焊性不良。對於穿孔式顯示器（LTC-4724JF）：
• 在5°C至30°C且相對濕度低於60%的條件下，儲存在原始包裝中。如果防潮袋打開超過6個月，請在使用前以60°C烘烤48小時，並在一週內完成組裝。一般原則：

及時消耗庫存。不鼓勵長期大量儲存。如果引腳出現氧化，可能需要在組裝前重新鍍錫。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

• LTC-4724JF非常適合需要清晰、可靠數值顯示的應用，例如：
• 數位面板儀表（電壓、電流、溫度）
• 測試與測量設備
• 工業控制系統讀數
• 消費性家電（微波爐、磅秤、音響設備）

醫療設備（其中卓越的可靠性並非僅依賴此元件 - 請參閱注意事項）

• 7.2 關鍵設計考量
  • 驅動電路設計：恆流驅動：_F強烈建議使用恆流驅動而非恆壓驅動。它能確保段亮度一致，不受V
  • 變化的影響，並提供固有的熱失控保護。限流電阻：_CC如果使用簡單的電阻式驅動，請根據電源電壓（V_F）、預期最大V_F（2.6V）和所需I_CC計算電阻值。範例：對於V_F=5V且I
  • =10mA，R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240Ω。使用下一個標準值（例如，240Ω或220Ω）。電壓餘裕：_F驅動器（微控制器接腳或專用IC）必須能夠提供足夠的電壓以克服電路中最高的V_F。在考慮驅動器飽和電壓後，3.3V系統可能難以驅動V
  • 反向電壓保護：電路應防止在電源開啟/關閉序列期間LED兩端出現反向偏壓。這可以通過謹慎的電源順序控制或在顯示器並聯一個保護二極體（正常工作時反向偏壓）來實現。
• 熱管理：遵守電流降額曲線。在高環境溫度環境中，降低驅動電流或改善通風，以將LED接面溫度保持在安全限度內。
• 多工驅動器：使用專用的顯示驅動IC或支援多工的微控制器。確保掃描頻率足夠高（通常>60Hz）以避免可見閃爍。峰值脈衝電流可以高於直流額定值（根據90mA額定值），以維持平均亮度。

8. 技術比較與差異化

與舊技術如標準GaP（磷化鎵）或GaAsP（磷砷化鎵）紅/黃LED相比，LTC-4724JF中的AlInGaP技術提供了：

• 更高的效率與亮度：每毫安電流產生更多的光輸出。
• 更好的色彩飽和度：更窄的光譜寬度（17 nm），帶來更純淨、更明確的黃橙色。
• 優越的溫度穩定性：AlInGaP通常在整個溫度範圍內比舊技術更好地保持其亮度和顏色。

與帶濾光片的白色LED相比，當需要特定的單色輸出時，它提供了更簡單、更高效的解決方案。

9. 常見問題（基於技術參數）

• 問：我可以直接從5V微控制器接腳驅動此顯示器嗎？答：有可能，但需謹慎。您必須使用限流電阻。根據接腳的輸出高電壓（可能低於5V）和LED的V_F計算電阻值。確保微控制器接腳能夠吸收/提供所需電流（例如，每段10-20mA），這可能超過接腳的最大額定值，從而需要電晶體或驅動IC。
• 問：為什麼建議使用恆流驅動？答：LED亮度主要由電流控制，而非電壓。V_F可能因單元而異，並隨溫度變化。恆流源會自動調整電壓以維持設定的電流，確保亮度穩定、可預測，並保護LED免於過流狀況。
• 問：按發光強度分類對我的設計意味著什麼？答：這意味著如果您在一個產品中使用多個顯示器，應指定並採購來自相同強度等級代碼的單元。這可以防止數位或顯示器之間出現明顯的亮度差異。請諮詢供應商以了解具體等級的供應情況。
• 問：儲存說明中提到烘烤。這總是必要的嗎？答：烘烤是針對在長期儲存期間從空氣中吸收了水分的元件進行的除濕過程（烘乾）。它可以防止在高溫焊接過程中發生爆米花現象（封裝破裂）。如果零件在密封袋打開後很快使用，通常不需要烘烤。請遵循第6.2節的指南。

10. 實務設計與使用案例

情境：設計一個3位數直流電壓表顯示器。

1. 微控制器與驅動器：選擇具有足夠I/O接腳的微控制器，或使用專用的多工LED驅動器（例如MAX7219、TM1637）來控制段陽極和數位陰極。
2. 電流設定：決定操作電流。對於室內良好的亮度，每段10-15mA通常足夠。使用降額公式檢查這在您預期的最高環境溫度（例如50°C）下是否安全。
3. 電阻計算：如果驅動器使用電阻限流，請如第7.2節所示進行計算。如果使用恆流驅動器，將電流設定為所需值。
4. PCB佈局：將限流電阻放置在靠近驅動IC或微控制器的位置，不一定非要緊鄰顯示器接腳。確保連接到共陰極接腳的走線能夠處理一個數位中所有段的電流總和（例如，如果所有7個段+小數點都開啟，每段10mA，則陰極走線必須能處理80mA）。
5. 軟體：實作一個快速循環掃描數位1、2和3的多工常式。每個數位的工作週期為1/3，因此要達到與靜態顯示相同的平均亮度，其有效時間內的峰值電流可以高達3倍（但不得超過90mA的峰值額定值）。
6. 測試：驗證亮度均勻性。如果數位顯示不均勻，請檢查顯示器接腳處的V_CC是否一致，驗證電阻值，並確保顯示器的所有段都來自相同的強度等級。

11. 工作原理

LTC-4724JF基於半導體PN接面中的電致發光原理。當施加超過二極體導通電壓（AlInGaP約為2V）的順向偏壓時，來自N型材料的電子和來自P型材料的電洞在主動區（AlInGaP層的量子阱結構）中復合。此復合事件以光子（光）的形式釋放能量。晶格中鋁、銦、鎵和磷原子的特定組成決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——在本例中為約611 nm的黃橙色。不透明的GaAs基板有助於將光向上反射，提高了從晶片頂部表面的整體光提取效率。

12. 技術趨勢

雖然七段式顯示器仍然是數值讀數的主力，但底層的LED技術持續演進。AlInGaP代表了用於紅、橙、黃色的成熟、高效能技術。顯示技術的當前趨勢包括：

• 整合化：朝向具有整合驅動IC（智慧型顯示器）的顯示器發展，簡化了主控制器的介面，僅需要串列數據（I2C、SPI）而非許多並列接腳。
• 微型化與高密度：使用先進封裝技術開發更小的像素間距和更高密度的多位數或點矩陣模組。
• 材料進步：持續研究如GaN基化合物等材料，以實現更廣的色域和更高的效率，儘管這些在藍/綠/白LED中更為普遍。
• 靈活與新穎的外形：探索在柔性基板上的顯示器，用於非平坦表面。

對於需要簡單、可靠且明亮的數值指示的應用，像LTC-4724JF這樣的穿孔式AlInGaP七段顯示器仍然是穩健且具成本效益的解決方案。