LTC-2721JD LED顯示器規格書 - 0.28英吋字高 - AlInGaP紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功率 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-2721JD是一款緊湊型、高效能的三位數七段式顯示器，專為電子設備中清晰的數值讀數而設計。其特色為0.28英吋（7.0公釐）的字高，在尺寸與可讀性之間取得了絕佳的平衡。本裝置採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED晶片技術，具體而言是製造於非透明GaAs基板上的高效能紅光變體。此技術選擇是其性能的關鍵，相較於舊式LED材料，提供了卓越的亮度與效率。顯示器具有獨特的灰色面板與白色段體，增強了對比度與字元外觀，使數字在各種照明條件下都易於閱讀。其主要目標市場包括消費性電子產品、工業控制面板、儀器儀表、測試設備以及辦公室設備，這些應用都需要可靠、低功耗的數值指示。

1.1 主要特性與優勢

• 最佳尺寸：0.28英吋字高提供清晰的顯示，且不佔用過多的面板空間。
• 卓越的光學性能：連續均勻的段體確保照明的一致性。高亮度、高對比度與寬廣視角的結合，保證了從多個角度觀看的可讀性。
• 能源效率：低功耗需求，由高效的AlInGaP技術驅動。
• 增強可靠度：固態結構提供了長久的操作壽命以及抗衝擊與振動的能力。
• 品質保證：裝置經過發光強度分級，確保不同生產批次的亮度水準一致。
• 環保合規：產品採用符合RoHS（有害物質限制）指令的無鉛封裝。

1.2 裝置識別

零件編號LTC-2721JD特指一款採用AlInGaP高效能紅光LED、具有右側小數點的多工共陰極顯示器。此配置是使用較少微控制器I/O接腳來驅動多位數字的標準做法。

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節提供對定義顯示器性能與操作限制之關鍵參數的詳細、客觀分析。

2.1 絕對最大額定值

這些是任何情況下（即使是瞬間）都不得超過的應力極限。在此極限或超過此極限下操作可能導致永久性損壞。

• 每段功耗：70 mW。這是單一段體能安全地以熱能形式消散的最大功率。
• 每段峰值順向電流：90 mA。此電流僅允許在多工操作的脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）使用。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。此電流會隨著環境溫度（Ta）升高超過25°C而線性降額，降額率為0.33 mA/°C。例如，在85°C時，最大連續電流約為：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mA。
• 溫度範圍：操作與儲存溫度範圍為-35°C至+85°C。
• 焊接條件：波焊或手焊必須在安裝平面下方1/16英吋（≈1.59公釐）處進行。建議的最大焊接溫度為260°C持續5秒，或手焊時為350°C ±30°C持續5秒內。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C及指定順向電流（IF）下測得的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在IF=1mA時，範圍為200至600 μcd（微燭光）。顯示器根據強度進行分級，意味著零件會根據測得的輸出分組，以確保一致性。
• 每段順向電壓（V_F）：典型值為2.6V，在IF=20mA時最大值為2.6V。設計者必須確保驅動電路能提供足夠的電壓。
• 峰值發射波長（λ_p）：656 nm。這是光學輸出功率最大的波長。
• 主波長（λ_d）：640 nm。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色（紅色）。
• 譜線半寬度（Δλ）：22 nm。這表示所發射紅光的光譜純度。
• 每段逆向電流（I_R）：在V_R=5V時，最大值為100 μA。關鍵備註：此參數僅供測試用途。本裝置並非設計用於連續逆向偏壓操作，驅動電路必須防止此種情況發生。
• 發光強度匹配比：在相似發光區域內的段體間，最大值為2:1。這確保了一個數字內所有段體的亮度均勻。
• 串擾：規定為≤2.5%。這指的是當驅動相鄰段體時，非預期段體發光的現象，此現象應降至最低。

3. 機械與封裝資訊

3.1 封裝尺寸與公差

顯示器符合標準雙列直插式封裝（DIP）的佔位面積。關鍵尺寸備註包括：

• 所有尺寸單位為公釐（mm）。
• 除非另有規定，一般公差為±0.20 mm。
• 接腳尖端偏移公差為±0.4 mm。
• 品質管制限制定義了異物（≤10 mils）、油墨污染（≤20 mils）、彎曲（≤反射器長度的1%）以及段體內氣泡（≤10 mils）。
• 建議用於接腳的PCB孔徑為1.30 mm。

3.2 接腳定義與內部電路

LTC-2721JD是一款多工共陰極顯示器。它具有三個共陰極接腳（每個數字一個：接腳2、5、8）以及每個段體（A-G、DP）和冒號段體（L1、L2、L3）的獨立陽極接腳。接腳13是三個冒號LED的共陰極。此架構允許微控制器透過將其共陰極接地，同時對所需段體的陽極施加順向電壓，來點亮特定數字。透過快速循環切換數字（多工），所有三個數字看起來像是持續點亮。接腳連接如下：1(D)、2(CC1)、3(DP)、4(E)、5(CC2)、6(C/L3)、7(G)、8(CC3)、9(NC)、10-11(NP)、12(B/L2)、13(CC L1/L2/L3)、14(NP)、15(A/L1)、16(F)。

4. 性能曲線與特性

規格書參考了典型性能曲線（儘管提供的文字中未顯示）。基於標準LED行為與給定參數，這些曲線通常會說明：

• 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）：顯示指數關係，在20mA時典型V_F為2.6V。
• 發光強度 vs. 順向電流：展示光輸出如何隨電流增加，直至最大額定值。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨溫度升高而降額，這是設計的關鍵因素。
• 光譜分佈：繪製相對強度對波長的圖表，中心約在656 nm（峰值）和640 nm（主波長）。

5. 可靠度測試

本裝置根據軍事（MIL-STD）、日本（JIS）及內部標準進行一系列全面的可靠度測試，以確保其穩固性與長壽命。

• 操作壽命（RTOL）：在室溫下以最大額定電流測試1000小時。
• 環境應力：包括高溫/高濕儲存（65°C/90-95% RH下500小時）、高溫儲存（105°C下1000小時）及低溫儲存（-35°C下1000小時）。
• 熱循環與衝擊：溫度循環（-35°C至105°C之間30個循環）與熱衝擊（-35°C至105°C之間30個循環）測試對快速溫度變化的耐受性。
• 可焊性：耐焊性（260°C下10秒）與可焊性（245°C下5秒）測試驗證封裝承受組裝製程的能力。

6. 焊接與組裝指南

6.1 自動焊接

對於波焊，建議條件是將引腳浸入安裝平面下方1/16英吋（1.59公釐）的深度，在260°C下最多持續5秒。在此過程中，顯示器本體溫度不得超過最大儲存溫度。

6.2 手動焊接

使用烙鐵時，烙鐵頭應接觸引腳（同樣在安裝平面下方1/16英釐處），在350°C ±30°C的溫度下不超過5秒。在焊接點與封裝本體之間的引腳上使用散熱片是良好的做法。

7. 關鍵應用注意事項與設計考量

重要：遵守這些注意事項對於可靠操作及防止過早故障至關重要。

• 預期用途：設計用於普通電子設備。安全關鍵應用（航空、醫療等）需要諮詢。
• 額定值合規：驅動電路必須確保絕對最大額定值（電流、電壓、功率、溫度）絕不被超過。製造商不對因不合規而導致的損壞負責。
• 電流與熱管理：超過建議的順向電流或操作溫度將導致嚴重、不可逆的光輸出衰減，並可能引發災難性故障。
• 電路保護：驅動電路必須包含防止在開機或關機期間可能發生的逆向電壓與電壓暫態的保護。必須使用串聯電阻或恆流驅動器來限制電流。
• 驅動方法： 強烈建議使用恆流驅動而非恆壓驅動。這能確保無論段體或單元間順向電壓（V_F）的微小變化，發光強度都保持一致，並提供對電流尖峰的固有保護。對於多工操作，必須根據工作週期計算峰值電流，以確保每段平均電流保持在限制範圍內。

8. 實際應用情境與設計備註

8.1 典型應用

• 數位萬用電錶（DMMs）與測試設備：為電壓、電流和電阻提供清晰的數值讀數。
• 工業計時器與計數器：顯示經過時間、生產計數或設定點。
• 消費性電子產品：時鐘、音響設備顯示器、廚房電器讀數。
• 儀表面板：以緊湊格式顯示感測器數據，如溫度、壓力或速度。

8.2 設計實作案例研究

情境：使用微控制器設計一個3位數電壓錶顯示器。

1. 多工驅動器：微控制器將使用7-8個I/O接腳用於段體陽極（A-G、DP），以及3個I/O接腳（配置為開汲極/低電平輸出）用於數字陰極（CC1、CC2、CC3）。
2. 電流限制：在每個段體陽極線路上串聯一個限流電阻。電阻值（R）使用以下公式計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於5V電源，V_F=2.6V，以及期望的I_F為10 mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。使用最接近的標準值（例如，220 Ω或270 Ω）。
3. 多工時序：編程微控制器一次啟動一個數字陰極，點亮該數字所需的段體，等待短暫時間（例如，2-5 ms），然後切換到下一個數字。50-200 Hz的刷新率可防止可見閃爍。
4. 峰值電流檢查：如果使用10%工作週期（3位數），有效時間內的峰值電流可以更高。對於平均 I_F10 mA，在1/3工作週期內的峰值電流將為30 mA。這必須對照峰值順向電流的絕對最大額定值（90 mA）以及操作溫度下的連續電流降額進行檢查。

9. 技術比較與差異化

LTC-2721JD的主要優勢源於其AlInGaP技術：

• 相較於傳統GaAsP/GaP紅光LED：AlInGaP提供顯著更高的發光效率，在相同驅動電流下產生更大亮度，或在相同亮度下消耗更低功率。它還提供更好的溫度穩定性與色彩純度。
• 相較於較大顯示器：0.28英吋尺寸在難以閱讀的非常小（0.2英吋）顯示器與消耗更多功率和電路板面積的較大（0.5英吋或更大）顯示器之間提供了最佳平衡點。
• 共陰極 vs. 共陽極：共陰極配置在由微控制器驅動的系統中通常更受青睞，因為微控制器通常能更有效地汲入電流（驅動接腳為低電平）而非源出電流（驅動接腳為高電平）。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可以用3.3V微控制器驅動此顯示器嗎？

回答：有可能，但需謹慎。典型順向電壓（V_F）為2.6V。使用3.3V電源時，限流電阻僅有0.7V的餘裕電壓。此小電壓降使得電流對V_F與電源電壓的變化非常敏感。強烈建議在3.3V操作時使用恆流驅動電路以確保亮度穩定。若V_F處於其範圍的下限，直接連接到3.3V GPIO接腳而無驅動器有過電流風險。

10.2 為何最大連續電流會隨溫度而降額？

回答：這是由於LED順向電壓的負溫度係數以及封裝的物理限制。隨著溫度升高，內部效率下降，更多的電能轉化為熱而非光。如果不降低電流，接面溫度可能失控地升高（熱失控），導致快速衰減和故障。提供降額曲線（0.33 mA/°C）正是為了防止此情況。

10.3 "發光強度分級"是什麼意思？

回答：這意味著顯示器在生產後經過測試並根據亮度分級。例如，一批可能具有I_V從200-300 μcd，另一批從300-400 μcd，依此類推。這使得購買大量產品的設計師能夠確保其產品中所有單元的亮度均勻。特定的分級代碼通常標記在封裝上（在模組標記中標示為"Z: BIN CODE"）。

11. 工作原理與技術趨勢

11.1 基本工作原理

七段式LED顯示器是一個排列成8字形圖案的發光二極體陣列。每個段體（A到G）都是一個獨立的LED。透過施加順向偏壓（超過二極體的V_F）並用電阻或恆流源限制電流，電子與電洞在AlInGaP半導體的主動區域內復合，以材料特徵波長（此處為紅色，約640 nm）釋放光子（光）形式的能量。多工技術利用人眼的視覺暫留，一次只點亮一個數字，但循環切換速度極快，使它們看起來像是同時點亮。

11.2 客觀技術背景

AlInGaP代表了一種成熟且高度優化的材料系統，適用於紅光、橙光與黃光LED。它提供了卓越的效率與可靠度。顯示器技術的趨勢是朝向更高整合度（例如，點矩陣顯示器、OLED、微型LED）以及與驅動IC的直接整合。然而，像LTC-2721JD這樣的獨立七段式顯示器，由於其簡單性、低成本、高亮度、穩固性以及在僅需顯示數值資料的應用中的易用性，仍然高度相關。其設計已廣為人知，且易於與低成本微控制器介接，確保了在可預見的未來，它們將持續在工業、消費性與儀器儀表領域中使用。