LTC-561JD LED顯示器規格書 - 0.56英吋數位高度 - AlInGaP紅光 - 2.6V順向電壓 - 低功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTC-561JD是一款高效能的三位數七段式LED顯示模組。其主要設計重點在於，在電源效率至關重要的應用中實現清晰的數值讀取。本裝置採用先進的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）LED晶片技術，該技術以其高發光效率和出色的色彩純度而聞名，特別是在紅光光譜中。這種生長在不透明GaAs基板上的特定材料系統，有助於顯示器實現高亮度和高對比度。

本顯示器採用灰色面板搭配白色段標記，此組合旨在各種照明條件下最大化對比度和可讀性。本產品的一項關鍵創新在於其針對低電流操作的優化。各段經過嚴格的測試和分級，以確保即使在每段驅動電流低至1 mA時，仍具有出色的均勻性和效能。這使其特別適合電池供電裝置、便攜式儀器以及任何需要最小化功耗的系統。封裝為無鉛，符合RoHS環保指令。

1.1 主要特性與優勢

• 數位高度：0.56英吋（14.2毫米），提供清晰易讀的數值顯示。
• 出色的段均勻性：嚴格的測試和分級確保所有段和數位之間具有一致的亮度和顏色。
• 低功耗需求：Specifically engineered to operate efficiently at very low drive currents, extending battery life.
• 高亮度與高對比度：AlInGaP技術和灰面/白段設計提供卓越的光學性能。
• 寬廣視角：從廣泛的角度提供清晰的能見度。
• 固態可靠性：與其他顯示技術相比，LED具有長使用壽命和高抗衝擊與振動能力。
• 依發光強度分級：產品根據測量的光輸出進行分類，便於在多顯示器應用中進行精確匹配。
• 無鉛封裝：製造符合RoHS法規。

1.2 裝置識別與配置

型號LTC-561JD標識了一種特定配置：採用AlInGaP高效能紅光LED的多工共陽極顯示器。每個數位包含一個右側小數點（DP）。這種共陽極配置是多工驅動的典型方式，其中陽極（每個數位共用）被順序切換，同時啟用相應的段陰極。

2. 技術參數：深入客觀解讀

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。不保證在這些極限下或超過這些極限的操作。

• 每段功耗：最大70 mW。超過此值可能導致過熱並加速LED晶片的劣化。
• 每段峰值順向電流：90 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1毫秒脈衝寬度）。此額定值適用於短期突波，而非連續操作。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA。此電流隨著環境溫度（Ta）升高超過25°C，以0.33 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 - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA。此遞減對於熱管理至關重要。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。本裝置額定適用於工業溫度範圍。
• 焊接條件：進行波焊或迴焊時，顯示器本體應位於焊錫波或迴焊曲線上方1/16英吋（約1.6毫米）處，在260°C下最多持續3秒。在此過程中，LED封裝本身的溫度不得超過其最大額定值。

2.2 電氣與光學特性

這些是在Ta=25°C標準化測試條件下測得的典型性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在順向電流（I_F）為1 mA時，為320至700 ucd（微燭光）。此寬範圍表示裝置經過分級；特定單元將落在該範圍的子集內。在1 mA下的測試突顯了其低電流能力。
• 峰值發射波長（λ_p）：656 nm（典型值）。這是光功率輸出最大的波長，是深紅光AlInGaP LED的特性。
• 譜線半高寬（Δλ）：22 nm（典型值）。這測量了發射光譜的擴散；較小的值表示更單色（純色）的光。
• 主波長（λ_d）：640 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，定義了顏色。它略短於峰值波長。
• 每晶片順向電壓（V_F）：在I_F=20 mA時為2.1V至2.6V。設計人員必須確保驅動電路能夠在整個範圍內提供足夠的電壓以達到所需的電流。指定公差為±0.1V。
• 每段反向電流（I_R）：在反向電壓（V_R）為5V時，最大100 µA。重要：此參數僅供測試用途。本裝置並非設計用於在反向偏壓下連續操作，這可能導致損壞。
• 發光強度匹配比：在I_F=10 mA時，相似光輸出分級內最大為2:1。這意味著在同一單元或匹配批次內，最暗的段亮度不應低於最亮段的一半，確保視覺均勻性。
• 串擾：≤2.5%。這指的是當相鄰段被驅動時，某一段出現不期望的發光，由內部光學或電氣洩漏引起。

3. 分級系統說明

LTC-561JD採用的分級系統主要針對發光強度。如特性中所述，平均發光強度範圍為320至700 ucd。單元經過測試並分類到特定的強度分級中。這使設計人員能夠選擇具有一致亮度等級的顯示器，當單一產品中並排使用多個顯示器以避免明顯的亮度差異（色調不均勻）時，這一點尤其關鍵。規格書建議在多單元應用中選擇來自同一分級的顯示器。雖然此型號未明確詳細說明，但考慮到其指定的公差，分級可能也在一定程度上涉及順向電壓（V_F），確保在多工或並聯驅動場景中更容易進行電流匹配。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝尺寸與圖面

本顯示器具有標準的雙列直插式封裝（DIP）佔位面積。關鍵尺寸包括整體模組尺寸約為37.70毫米（長）x 15.24毫米（寬）。數位高度為14.22毫米（0.560英吋）。引腳間距為2.54毫米（0.100英吋），這是通孔元件的標準間距。安裝平面有明確定義，圖面中包含側面8度的拔模角。引腳1通常在封裝上標記，型號、日期碼和分級碼也標示在頂面。

4.2 引腳連接與內部電路

本裝置採用12引腳配置。它使用多工共陽極設計。內部電路圖顯示三個共陽極引腳，每個數位一個（數位1、數位2、數位3：分別為引腳12、9、8）。七個段陰極（A、B、C、D、E、F、G）和小數點（DP）陰極在所有數位之間共用，並連接到各自的引腳。引腳6標記為"無連接"（N/C）。此引腳配置是使用時分多工方式驅動顯示器的標準方式，其中每個數位被快速順序點亮。

5. 性能曲線分析

規格書參考了典型的性能曲線，這些對於詳細設計至關重要。雖然提供的文本中未完全詳細說明具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電流與順向電壓之間的關係，突顯導通電壓（約2V）和LED的動態電阻。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_V vs I_F）：此曲線對於確定達到所需亮度所需的驅動電流至關重要。它在一定範圍內通常是線性的，但在高電流下可能會飽和。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_V vs T_a）：顯示光輸出如何隨著LED接面溫度的升高而降低。這為熱設計和電流遞減提供了依據。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示在656 nm處的峰值和22 nm的光譜半高寬。

設計人員應查閱完整的規格書圖表，以針對其特定的操作條件優化效率、亮度和壽命。

6. 焊接、組裝與儲存指南

6.1 焊接

建議的焊接條件是在260°C下最多持續3秒，顯示器本體位於安裝平面上方至少1.6毫米處。這可以防止過多的熱量沿引腳傳遞並損壞內部LED晶片和環氧樹脂。只要不超過封裝溫度限制，可以使用通孔元件的標準波焊或迴焊曲線。組裝過程中避免對顯示器本體施加機械力。

6.2 儲存條件

長期儲存時，產品應保留在原包裝中。建議的環境條件是溫度在5°C至30°C之間，相對濕度低於60% RH。在這些條件之外儲存，特別是在高濕度環境下，可能導致鍍錫引腳氧化，在自動化組裝過程中使用前可能需要重新鍍錫。應避免冷凝。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用場景

• 便攜式與電池供電設備：三用電表、手持測試儀、醫療監視器，其中低電流消耗至關重要。
• 工業儀器：面板儀表、製程控制器、計時器顯示。
• 消費性電子產品：家電、音響設備、健身器材顯示器。
• 汽車改裝顯示器：需要寬廣溫度範圍和可靠性的場合（需經過特定認證）。

7.2 關鍵設計考量

• 驅動方法：強烈建議使用恆流驅動而非恆壓驅動。無論段或單元之間順向電壓（V_F）的變化或隨溫度的變化，它都能確保一致的發光強度。
• 電流限制：電路必須設計為將每段的電流限制在安全值內，同時考慮連續和峰值額定值，並且必須考慮在高環境溫度下的熱遞減。
• 多工電路：對於共陽極設計，需要合適的驅動IC（如多工LED驅動器或具有足夠電流吸收/源出能力的微控制器）來順序啟用每個數位的陽極，同時通過所需的段陰極吸收電流。刷新率必須足夠高以避免可察覺的閃爍（通常>60 Hz）。
• 反向電壓保護：驅動電路應包含保護措施（例如串聯或並聯二極體），以防止在電源循環期間施加反向偏壓或電壓瞬變，這可能導致金屬遷移和故障。
• 熱管理：雖然裝置本身沒有散熱墊，但確保充足的氣流並避免放置在PCB上其他熱源附近，將有助於維持較低的接面溫度，從而保持光輸出和使用壽命。
• 光學介面：如果使用前面板或濾光片，請確保有一個小的空氣間隙，不要讓它直接壓在顯示器表面，特別是如果貼有裝飾膜，因為這可能導致膜片移位。

8. 技術比較與差異化

LTC-561JD的主要差異化在於其低電流優化。許多標準七段顯示器的特性是在10 mA或20 mA下定義的。本裝置在1 mA下指定發光強度等關鍵參數，並保證在如此低的驅動水平下進行段匹配，這對於對功耗敏感的設計是一個顯著優勢。此外，使用AlInGaP技術與舊技術（如標準GaAsP紅光LED）相比，提供了更高的效率，並可能在溫度和使用壽命期間具有更好的色彩穩定性。其共陽極、多工引腳配置是業界標準，確保了與廣泛的驅動電路和微控制器的相容性。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以用5V微控制器引腳直接驅動此顯示器嗎？

答：對於恆定照明，不能直接驅動。順向電壓最大約為2.6V。需要一個串聯的限流電阻。對於多工驅動，您將需要外部電晶體來切換共陽極（可能處於較高電流），並且可能需要緩衝段陰極，因為微控制器引腳的電流限制對於多個段來說通常太低。

問："依發光強度分級"對我的設計意味著什麼？

答：這意味著您可以訂購特定亮度範圍內的零件。如果您的設計使用多個顯示器，訂購相同分級碼的產品可確保它們都具有相似的亮度，避免外觀斑駁。對於單一顯示器，320-700 ucd範圍內的任何分級都可以工作，但亮度會有所不同。

問：在25°C時最大連續電流為25mA。正常操作我應該使用多少電流？

答：為了可靠性和壽命，通常的做法是以低於其絕對最大額定值的電流驅動LED。典型的操作電流可能在10-20 mA之間，取決於所需的亮度和熱環境。使用I_V vs. I_F曲線來選擇能達到目標亮度的電流。

問：為什麼反向偏壓對LED如此危險？

答：LED並非設計用來像普通二極體那樣阻擋反向電壓。施加即使是中等反向電壓（如5V測試條件）也可能導致高漏電流，隨著時間推移，導致半導體晶片內的電遷移，造成短路或永久增加漏電流。

10. 實用設計與使用案例

案例：設計低功耗數位計時器

一位設計師正在創建一個電池供電的廚房計時器，必須在一組AA電池上運行數月。選擇LTC-561JD作為其顯示器。微控制器以3.3V運作。設計使用專用的LED驅動器IC，其恆流輸出配置為每段2 mA。由於顯示器在低電流下具有高效率，此低電流對於室內亮度已足夠。驅動器處理多工，以200 Hz循環掃描三個數位。共陽極引腳由驅動器的數位驅動器驅動，段引腳連接到其恆流吸收端。每個共陽極的電源供應串聯一個蕭特基二極體，以防止來自驅動器的意外反向極性。顯示器的平均電流消耗保持在5 mA以下，非常適合延長電池壽命。

11. 工作原理介紹

七段式LED顯示器是一個排列成八字形的發光二極體陣列。七個段（標記為A到G）中的每一個都是一個獨立的LED（或LED晶片的串聯/並聯組合）。一個額外的LED用於小數點（DP）。在像LTC-561JD這樣的共陽極配置中，單一數位的所有LED的陽極連接在一起，連接到一個共用的引腳。每種類型的段陰極（A、B、C等）在所有數位之間連接在一起。要點亮特定數位上的特定段，該數位的共陽極連接到正電源電壓（通過限流電路），所需段的陰極連接到地（或電流吸收端）。要顯示數字，需要同時點亮多個段。為了用更少的引腳控制多個數位，使用多工技術：控制器快速循環掃描每個數位，僅在其時間片內點亮該數位的適當段。人眼的視覺暫留將這些快速閃爍融合成一個穩定的多位數數字。

12. 技術趨勢與發展

顯示技術的趨勢，包括分段式LED顯示器，持續朝著更高效率、更低功耗和改進整合度的方向發展。雖然用於紅/橙/黃光的核心AlInGaP技術已經成熟，但製程改進會隨著時間推移帶來略高的效能。越來越強調"直接替換"相容性和驅動器整合。一些較新的顯示器可能內建限流電阻，甚至簡單的邏輯（如BCD到七段解碼器），以簡化與微控制器的介面。此外，對更寬色域和新應用（如超低功耗物聯網設備）的需求，推動了顯示器在陽光下保持可讀性（高對比度）或提供更低的最低操作電流。然而，對於此類元件，多工和驅動的基本原理仍然保持一致。