LTS-4301KD LED-Display Datenblatt - 0,4-Zoll Ziffernhöhe - Hyper-Rot - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Das LTS-4301KD ist ein hochleistungsfähiges Einzelziffern-Numerikdisplaymodul, das für Anwendungen entwickelt wurde, die klare, helle und zuverlässige numerische Anzeigen erfordern. Seine Kernfunktion ist die visuelle Darstellung einer einzelnen Dezimalziffer (0-9) inklusive eines Dezimalpunkts, wobei fortschrittliche Halbleitertechnologie für optimale Leistung genutzt wird.

Kernpositionierung:Dieses Bauteil positioniert sich als Premium-Lösung mit hoher Helligkeit für Industrie-Bedientafeln, Messgeräte, Prüfausrüstung und Konsumgeräte, bei denen eine hervorragende Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen von größter Bedeutung ist. Es zielt auf Anwendungen ab, die langfristige Zuverlässigkeit und konsistente optische Leistung erfordern.

Hauptvorteile:Die primären Vorteile dieser Anzeige ergeben sich aus der Verwendung von AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Halbleitermaterial für die Leuchtchips. Diese Technologie bietet im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP eine überlegene Leistung, insbesondere in Bezug auf Lichtausbeute, Farbreinheit und Hochtemperaturverhalten. Das Bauteil wird nach Lichtstärke sortiert (gebinned), um Gleichmäßigkeit über Produktionschargen hinweg sicherzustellen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten Schlüsselparameter.

2.1 Photometrische und optische Kennwerte

Die optische Leistung ist zentral für die Funktion des Bauteils. Schlüsselparameter werden unter spezifischen Testbedingungen (typischerweise bei Umgebungstemperatur Ta=25°C) gemessen.

• Mittlere Lichtstärke (I_V):Dies ist das Maß für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtausgangsleistung. Das Datenblatt spezifiziert ein Minimum von 200 μcd, einen typischen Wert von 650 μcd und ein Maximum bei einem Durchlassstrom (I_F) von 1mA. Bei einem höheren Treiberstrom von 10mA steigt die typische Intensität signifikant auf 9750 μcd. Diese nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Helligkeit ist typisch für LEDs und wird in den Kennlinien detailliert dargestellt.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_p):Dieser Parameter definiert die spezifische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Beim LTS-4301KD beträgt diese 650 Nanometer (nm), was in den tiefroten Bereich des sichtbaren Spektrums fällt und als \"Hyper Rot\" klassifiziert wird.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Bei 639 nm ist dies die vom menschlichen Auge wahrgenommene Wellenlänge, die sich aufgrund der Form des Emissionsspektrums leicht von der Spitzenwellenlänge unterscheiden kann. Sie bestätigt den Rot-Farbpunkt.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Dieser Wert von 20 nm gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an. Eine schmalere Halbwertsbreite deutet auf eine monochromatischere, reine Farbe hin.
• Lichtstärke-Anpassungsverhältnis (I_V-m):Ein maximales Verhältnis von 2:1 ist für Segmente innerhalb desselben Bauteils unter identischen Treiberbedingungen (I_F=1mA) spezifiziert. Dies gewährleistet visuelle Gleichmäßigkeit über alle Segmente der Ziffer hinweg und verhindert, dass einige Segmente heller erscheinen als andere.

2.2 Elektrische Kennwerte

Das Verständnis des elektrischen Verhaltens ist entscheidend für einen korrekten Schaltungsentwurf und die Gewährleistung der Langzeitbeständigkeit des Bauteils.

• Durchlassspannung pro Segment (V_F):Der Spannungsabfall über einem beleuchteten Segment bei spezifiziertem Strom. Der typische Wert beträgt 2,6V bei I_F=20mA, mit einem Minimum von 2,1V. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
• Sperrstrom pro Segment (I_R):Ein Maximum von 100 μA ist spezifiziert, wenn eine Sperrspannung (V_R) von 5V angelegt wird. Dies zeigt den Grad des Leckstroms an, wenn die LED in Sperrrichtung betrieben wird, der minimal sein sollte.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an ein einzelnes Segment angelegt werden kann, ohne Beschädigungsrisiko, beträgt 25 mA.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:Für gepulsten Betrieb (bei 1kHz, 10% Tastverhältnis) ist ein höherer Spitzenstrom von 90 mA zulässig. Dies ermöglicht Multiplexing-Verfahren oder kurzes Übersteuern für erhöhte Helligkeit.

2.3 Absolute Grenzwerte und thermische Betrachtungen

Diese Grenzwerte definieren die Betriebsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden auftreten können. Sie sind keine Bedingungen für den Normalbetrieb.

• Verlustleistung pro Segment:Die maximale Leistung, die von einem einzelnen Segment abgeführt werden kann, beträgt 70 mW. Das Überschreiten dieser Grenze birgt das Risiko von Überhitzung und Degradation.
• Durchlassstrom-Derating:Das Datenblatt spezifiziert einen Derating-Faktor von 0,28 mA/°C ab 25°C. Das bedeutet, dass für jedes Grad Celsius über 25°C der maximal zulässige kontinuierliche Durchlassstrom um 0,28 mA reduziert werden muss, um innerhalb sicherer thermischer Grenzen zu bleiben. Dies ist ein kritischer Parameter für Hochtemperaturumgebungen.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:Das Bauteil ist für den Betrieb von -35°C bis +105°C ausgelegt und kann im gleichen Bereich gelagert werden. Dieser weite Bereich macht es für raue Umgebungen geeignet.
• Sperrspannung pro Segment:Das Anlegen von mehr als 5V in Sperrrichtung kann zum Durchbruch und zur Beschädigung der LED führen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt stellt ausdrücklich klar, dass das Bauteil \"NACH LICHTSTÄRKE SORTIERT (GEBINNED)\" ist. Dies ist ein Qualitätskontroll- und Sortierprozess.

Nach der Fertigung werden einzelne Displays getestet und basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke (typischerweise bei einem Standardteststrom wie 1mA oder 10mA) in verschiedene \"Bins\" oder Gruppen sortiert. Bauteile innerhalb desselben Bins weisen sehr ähnliche Helligkeitsniveaus auf. Dies stellt sicher, dass bei der Verwendung mehrerer Displays in einem Produkt (z.B. einer Mehrfachziffernanzeige) alle Ziffern ein einheitliches Erscheinungsbild haben und auffällige Helligkeitsunterschiede von Ziffer zu Ziffer vermieden werden. Während das Datenblatt die spezifischen Bincodes oder Intensitätsbereiche nicht auflistet, garantiert diese Praxis, dass die spezifizierten Minimal- und Typwerte mit hoher Konsistenz erreicht werden.

4. Analyse der Leistungskennlinien

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\". Während die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht detailliert sind, würden Standardkennlinien für ein solches Bauteil typischerweise Folgendes umfassen:

• Durchlassstrom (I_F) vs. Durchlassspannung (V_F) Kennlinie:Diese zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die \"Kniespannung\" liegt bei etwa dem typischen V_F-Wert von 2,6V. Entwickler nutzen dies, um geeignete Treiberspannungen einzustellen.
• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I_F):Diese Kurve zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom ansteigt. Sie ist über einen Bereich hinweg im Allgemeinen linear, wird aber bei sehr hohen Strömen sättigen. Die Datenpunkte (200 μcd @1mA, 9750 μcd @10mA) deuten auf eine hocheffiziente, superlineare Antwort hin.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Diese Kurve zeigt die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur. Der Derating-Faktor (0,28 mA/°C) steht in direktem Zusammenhang mit der Steigung dieser Kennlinie. AlInGaP-Technologie hat im Allgemeinen ein besseres Hochtemperaturverhalten als ältere Materialien, aber die Lichtausgabe nimmt dennoch mit der Wärme ab.
• Spektrale Verteilungskurve:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die ein Maximum bei 650 nm (λ_p) und eine Breite von 20 nm (Δλ) bei halber Maximalintensität zeigt.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das LTS-4301KD verwendet ein Standard-Einzelziffern-LED-Gehäuse mit Durchsteckmontage-Pins für die Bestückung auf einer Leiterplatte (PCB).

• Ziffernhöhe:0,4 Zoll (10,16 mm), was die physikalische Größe der angezeigten Zahl definiert.
• Gehäuseerscheinungsbild:Das Bauteil verfügt über eine graue Front (der Hintergrund der Anzeige) mit weißen Segmenten. Diese Farbkombination bietet einen hohen Kontrast, wenn die roten Segmente beleuchtet sind.
• Pin-Konfiguration:Das Bauteil hat 10 Pins in einem Dual-Inline-Gehäuse (DIP). Der interne Schaltplan und die Pin-Verbindungstabelle zeigen, dass es sich um einenCommon CathodeTyp handelt. Das bedeutet, dass alle Kathoden (negative Anschlüsse) der einzelnen LED-Segmente (A-G und DP) intern mit zwei gemeinsamen Pins (Pin 3 und Pin 8) verbunden sind. Jedes Segment-Anode (positiver Anschluss) hat einen eigenen dedizierten Pin. Diese Konfiguration ist üblich und vereinfacht das Multiplexing bei Mehrfachziffernanzeigen.
• Abmessungen und Toleranzen:Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben. Allgemeine Toleranzen betragen ±0,25mm, mit einer spezifischen Pinspitzen-Verschiebungstoleranz von ±0,4mm, um Schwankungen während des Anschlussformprozesses zu berücksichtigen.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Das Datenblatt gibt spezifische Lötbedingungen an, um thermische Schäden während der Bestückung zu verhindern.

• Wellen- oder Handlötung:Die empfohlene Bedingung ist das Löten bei 260°C für maximal 3 Sekunden, wobei die Lötspitze mindestens 1/16 Zoll (ca. 1,6 mm) unterhalb der Auflageebene des Gehäusekörpers sein muss. Dies verhindert, dass übermäßige Hitze über die Anschlüsse zum internen Halbleiterchip und den Bonddrähten gelangt und diese beschädigt.
• Allgemeine thermische Vorsichtsmaßnahmen:Die Temperatur der Einheit während des gesamten Bestückungsprozesses darf den im Abschnitt Absolute Grenzwerte spezifizierten maximalen Temperaturgrenzwert nicht überschreiten. Längere Exposition gegenüber hohen Temperaturen, selbst unterhalb der Löttemperatur, sollte vermieden werden.
• Lagerbedingungen:Bauteile sollten in ihren original Feuchtigkeitssperrbeuteln in einer Umgebung innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs (-35°C bis +105°C) und bei niedriger Luftfeuchtigkeit gelagert werden, um eine Oxidation der Anschlüsse zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge

Typische Anwendungsszenarien:

• Industrielle Messtechnik:Pultinstrumente, Prozessregler, Timer-Anzeigen.
• Prüf- und Messgeräte:Digitale Multimeter, Frequenzzähler, Netzteile.
• Konsumgeräte:Mikrowellenherde, Waschmaschinen, Audio-Geräteanzeigen.
• Automobil-Zubehör:Instrumente und Anzeigen (sofern die Umgebungsspezifikationen geeignet sind).

Entwurfsüberlegungen:

• Strombegrenzung:VERWENDEN SIE IMMER einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand für jedes Segment oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung. Der Widerstandswert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Für eine 5V-Versorgung, typisches V_F von 2,6V und gewünschtem I_F von 10mA: R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ohm.
• Multiplexing:Für Mehrfachziffernanzeigen ist eine Common-Cathode-Konfiguration ideal für Multiplexing. Durch sequentielles Aktivieren der gemeinsamen Kathode einer Ziffer während des Ansteuerns der Anoden für die gewünschten Segmente können viele Ziffern mit weniger I/O-Pins gesteuert werden. Die Spitzenstrom-Bewertung (90mA @ 10% Tastverhältnis) ermöglicht dies.
• Betrachtungswinkel:Das Datenblatt gibt einen \"weiten Betrachtungswinkel\" an, was für Anwendungen vorteilhaft ist, bei denen die Anzeige von der Seite betrachtet werden kann.
• Thermisches Management:In Anwendungen mit hoher Umgebungstemperatur oder beim Betrieb mit hohen Strömen ist der Strom-Derating-Faktor zu berücksichtigen. Sorgen Sie für ausreichenden Abstand auf der Leiterplatte zur Wärmeableitung.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das primäre Unterscheidungsmerkmal des LTS-4301KD ist die Verwendung vonAlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)Technologie für die LED-Chips, verglichen mit älteren Anzeigen, die GaAsP oder Standard-Rot-GaP verwenden.

• vs. Traditionelle rote GaAsP/GaP LEDs:AlInGaP bietet eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bedeutet, dass bei gleichem Treiberstrom eine hellere Ausgabe erzielt wird. Es bietet auch eine bessere Farbsättigung (ein tieferes, reineres Rot bei 650nm vs. ~630nm für Standard-Rot) und eine überlegene Leistungsstabilität über Temperatur und Zeit.
• vs. Andere Farben/Größen:Innerhalb des Herstellerportfolios würde dieses 0,4\" Hyper-Rot-Bauteil mit anderen Ziffernhöhen verglichen werden (z.B. 0,3\"

  LED-Spezifikations-Terminologie

  Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe

  Photoelektrische Leistung

  Begriff	Einheit/Darstellung	Einfache Erklärung	Warum wichtig
  Lichtausbeute	lm/W (Lumen pro Watt)	Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter.	Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten.
  Lichtstrom	lm (Lumen)	Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt.	Bestimmt, ob das Licht hell genug ist.
  Betrachtungswinkel	° (Grad), z.B. 120°	Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite.	Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit.
  Farbtemperatur	K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K	Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl.	Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien.
  Farbwiedergabeindex	Einheitenlos, 0–100	Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut.	Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet.
  Farborttoleranz	MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt"	Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe.	Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs.
  Dominante Wellenlänge	nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot)	Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht.	Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs.
  Spektralverteilung	Wellenlänge vs. Intensitätskurve	Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen.	Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität.

  Elektrische Parameter

  Begriff	Symbol	Einfache Erklärung	Design-Überlegungen
  Flussspannung	Vf	Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle".	Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs.
  Flussstrom	If	Stromwert für normalen LED-Betrieb.	Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer.
  Max. Pulsstrom	Ifp	Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet.	Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden.
  Sperrspannung	Vr	Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen.	Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten.
  Wärmewiderstand	Rth (°C/W)	Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser.	Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung.
  ESD-Immunität	V (HBM), z.B. 1000V	Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig.	In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs.

  Wärmemanagement & Zuverlässigkeit

  Begriff	Schlüsselmetrik	Einfache Erklärung	Auswirkung
  Sperrschichttemperatur	Tj (°C)	Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip.	Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung.
  Lichtstromrückgang	L70 / L80 (Stunden)	Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt.	Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED.
  Lichtstromerhaltung	% (z.B. 70%)	Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit.	Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten.
  Farbverschiebung	Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse	Grad der Farbänderung während der Verwendung.	Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen.
  Thermisches Altern	Materialabbau	Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur.	Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen.

  Verpackung & Materialien

  Begriff	Gängige Typen	Einfache Erklärung	Merkmale & Anwendungen
  Gehäusetyp	EMC, PPA, Keramik	Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle.	EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer.
  Chip-Struktur	Front, Flip-Chip	Chip-Elektrodenanordnung.	Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung.
  Phosphorbeschichtung	YAG, Silikat, Nitrid	Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß.	Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI.
  Linse/Optik	Flach, Mikrolinse, TIR	Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert.	Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve.

  Qualitätskontrolle & Binning

  Begriff	Binning-Inhalt	Einfache Erklärung	Zweck
  Lichtstrom-Bin	Code z.B. 2G, 2H	Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte.	Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge.
  Spannungs-Bin	Code z.B. 6W, 6X	Nach Flussspannungsbereich gruppiert.	Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz.
  Farb-Bin	5-Schritt MacAdam-Ellipse	Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich.	Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte.
  CCT-Bin	2700K, 3000K usw.	Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich.	Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen.

  Prüfung & Zertifizierung

  Begriff	Standard/Test	Einfache Erklärung	Bedeutung
  LM-80	Lichtstromerhaltungstest	Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall.	Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet.
  TM-21	Lebensdauerschätzstandard	Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten.	Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage.
  IESNA	Beleuchtungstechnische Gesellschaft	Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab.	Industrieanerkannte Testbasis.
  RoHS / REACH	Umweltzertifizierung	Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind.	Marktzugangsvoraussetzung international.
  ENERGY STAR / DLC	Energieeffizienzzertifizierung	Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte.	Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit.