LTS-4301KD LED顯示器規格書 - 0.4英吋數位高度 - 超紅光 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTS-4301KD是一款高效能單數位數值顯示模組，專為需要清晰、明亮且可靠數值讀數的應用而設計。其核心功能是視覺化呈現單個十進位數字（0-9）及一個小數點，採用先進半導體技術以實現最佳效能。

核心定位：本裝置定位為工業控制面板、儀器儀表、測試設備及消費性家電等高亮度優質解決方案，在各種照明條件下均能提供卓越的可讀性。其目標應用為要求長期可靠性與一致光學效能的場合。

主要優勢：此顯示器的主要優勢源自其發光晶片採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料。相較於傳統的GaAsP等技術，此技術在發光效率、色彩純度及高溫效能方面表現更為優異。本裝置經過發光強度分級，確保生產批次間的一致性。

2. 深入技術參數分析

本節針對規格書中列出的關鍵技術參數，提供詳細且客觀的解讀。

2.1 光度與光學特性

光學效能是裝置功能的核心。關鍵參數是在特定測試條件下（通常為環境溫度Ta=25°C）量測。

• 平均發光強度（I_V）：此為人眼感知的光輸出功率量度。規格書規定在順向電流（I_F）為1mA時，最小值為200 μcd，典型值為650 μcd，最大值亦有規範。在10mA的較高驅動電流下，典型強度顯著提升至9750 μcd。電流與亮度之間的非線性關係是LED的典型特性，詳見特性曲線。
• 峰值發射波長（λ_p）：此參數定義了LED發射最大光功率的特定波長。對於LTS-4301KD，此波長為650奈米（nm），落在可見光譜的深紅色區域，歸類為超紅光。
• 主波長（λ_d）：此值為639 nm，是人眼感知的波長，由於發射光譜的形狀，可能與峰值波長略有不同。它確認了紅色的色座標點。
• 譜線半高寬（Δλ）：此20 nm的數值表示發射光的光譜純度或頻寬。半高寬越窄，表示顏色越接近單色、越純淨。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：規格書規定，在相同驅動條件下（I_F=1mA），同一裝置內各段的最大比值為2:1。這確保了數字所有段之間的視覺均勻性，防止某些段看起來比其他段更亮。

2.2 電氣特性

了解電氣行為對於正確的電路設計和確保裝置壽命至關重要。

• 每段順向電壓（V_F）：在指定電流驅動下，發光段兩端的電壓降。在I_F=20mA時，典型值為2.6V，最小值為2.1V。此參數對於設計限流電路至關重要。
• 每段反向電流（I_R）：當施加5V反向電壓（V_R）時，最大反向電流為100 μA。這表示LED處於反向偏壓時的漏電流水平，此值應極小。
• 每段連續順向電流：可連續施加於單一段而不致損壞的最大直流電流為25 mA。
• 每段峰值順向電流：對於脈衝操作（1kHz，10%工作週期），允許較高的峰值電流90 mA。這允許使用多工方案或短暫過驅動以增加亮度。

2.3 絕對最大額定值與熱考量

這些額定值定義了可能導致永久損壞的操作極限。它們並非正常操作條件。

• 每段功耗：單一段可消耗的最大功率為70 mW。超過此限制有過熱和性能劣化的風險。
• 順向電流降額：規格書規定從25°C起，降額係數為0.28 mA/°C。這意味著溫度每高於25°C一度，最大允許連續順向電流必須減少0.28 mA，以保持在安全的熱限值內。這是高溫環境下的關鍵參數。
• 操作與儲存溫度範圍：本裝置額定操作溫度範圍為-35°C至+105°C，並可在相同範圍內儲存。此寬廣範圍使其適用於惡劣環境。
• 每段反向電壓：施加超過5V的反向偏壓可能導致崩潰並損壞LED。

3. 分級系統說明

規格書明確指出本裝置已根據發光強度分級。這是一個品質控制和分類過程。

製造後，個別顯示器會根據其量測到的發光強度（通常在標準測試電流如1mA或10mA下）進行測試並分類到不同的級別或組別中。同一級別內的裝置將具有非常相似的亮度水平。這確保了當產品中使用多個顯示器時（例如多位數面板），所有數字的外觀將保持一致，避免數字之間出現明顯的亮度差異。雖然規格書未列出特定的級別代碼或強度範圍，但此做法保證了規定的最小值和典型值能以高度一致性達成。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• 順向電流（I_F）對順向電壓（V_F）曲線：這顯示了二極體的典型指數關係。膝點電壓約在典型V_F值2.6V附近。設計人員利用此點來設定適當的驅動電壓。
• 相對發光強度對順向電流（I_F）：此曲線展示了光輸出如何隨電流增加。在一定範圍內通常是線性的，但在極高電流下會飽和。數據點（1mA時200 μcd，10mA時9750 μcd）顯示出高效能、超線性的響應。
• 相對發光強度對環境溫度：此曲線顯示光輸出隨著接面溫度升高而下降。降額係數（0.28 mA/°C）與此特性的斜率直接相關。AlInGaP技術通常比舊材料具有更好的高溫性能，但光輸出仍會隨熱量增加而減少。
• 光譜分佈曲線：相對強度對波長的圖，顯示峰值在650 nm（λ_p），且半高寬為20 nm（Δλ）。

5. 機械與封裝資訊

LTS-4301KD採用標準單數位LED封裝，帶有通孔接腳，用於安裝在印刷電路板（PCB）上。

• 數字高度：0.4英吋（10.16公釐），定義了顯示數字的物理尺寸。
• 封裝外觀：本裝置具有灰色面板（顯示器的背景）和白色段。當紅色段點亮時，這種顏色組合能提供高對比度。
• 接腳配置：本裝置採用雙列直插封裝，共有10個接腳。內部電路圖和接腳連接表顯示它屬於共陰極類型。這意味著所有個別LED段（A-G和DP）的陰極（負極端）在內部連接至兩個公共接腳（接腳3和接腳8）。每個段的陽極（正極端）則有自己專用的接腳。此配置很常見，可簡化多位數顯示器的多工驅動。
• 尺寸與公差：所有尺寸均以公釐為單位提供。一般公差為±0.25mm，接腳尖端偏移的特定公差為±0.4mm，以考慮引腳成型過程中的變異。

6. 焊接與組裝指南

規格書提供了特定的焊接條件，以防止組裝過程中的熱損壞。

• 波峰焊或手工焊接：建議的條件是在260°C下焊接最多3秒，且烙鐵頭必須至少位於封裝本體安裝平面下方1/16英吋（約1.6公釐）處。這可防止過多熱量沿著引腳傳導，損壞內部半導體晶片和焊線。
• 一般熱注意事項：整個組裝過程中，裝置的溫度不得超過絕對最大額定值章節中指定的最高額定溫度。應避免長時間暴露於高溫環境，即使溫度低於焊接溫度。
• 儲存條件：裝置應儲存在其原始的防潮袋中，環境應在指定的儲存溫度範圍內（-35°C至+105°C）且濕度低，以防止引腳氧化。

7. 應用建議

典型應用場景：

• 工業儀器儀表：面板儀表、製程控制器、計時器顯示。
• 測試與量測設備：數位萬用電錶、頻率計數器、電源供應器。
• 消費性家電：微波爐、洗衣機、音響設備顯示器。
• 汽車改裝市場：儀表與讀數顯示（適用於符合環境規格的場合）。

設計考量：

• 電流限制：務必為每個段使用串聯限流電阻或恆流驅動電路。電阻值可使用歐姆定律計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於5V電源、典型V_F值2.6V及期望的I_F值10mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 歐姆。
• 多工驅動：對於多位數顯示器，共陰極配置非常適合多工驅動。透過依序啟用一位數的公共陰極，同時驅動所需段的陽極，可以用較少的I/O接腳控制多位數。峰值電流額定值（90mA @ 10%工作週期）允許此操作。
• 視角：規格書宣稱具有寬廣視角，這對於可能需要從側面觀看顯示器的應用非常有益。
• 熱管理：在高環境溫度應用中或高電流驅動時，需考慮電流降額係數。確保PCB上有足夠的間距以利散熱。

8. 技術比較與差異化

LTS-4301KD的主要區別在於其LED晶片採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）技術，相較於使用GaAsP或標準紅色GaP的舊型顯示器。

• 相較於傳統紅色GaAsP/GaP LED：AlInGaP提供顯著更高的發光效率，意味著在相同驅動電流下能產生更亮的輸出。它還提供更好的色彩飽和度（650nm處為更深、更純的紅色，而標準紅色約為630nm），以及在溫度和時間方面更優異的性能穩定性。
• 相較於其他顏色/尺寸：在製造商的產品線中，此0.4英吋超紅光裝置會與其他數字高度（例如0.3英吋）進行比較。

  LED規格術語詳解

  LED技術術語完整解釋

  一、光電性能核心指標

  術語	單位/表示	通俗解釋	為什麼重要
  光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出的光通量，越高越節能。	直接決定燈具的能效等級與電費成本。
  光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出的總光量，俗稱"亮度"。	決定燈具夠不夠亮。
  發光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。	影響光照範圍與均勻度。
  色溫（CCT）	K（開爾文），如2700K/6500K	光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氛圍與適用場景。
  顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
  色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，如"5-step"	顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。	保證同一批燈具顏色無差異。
  主波長（Dominant Wavelength）	nm（奈米），如620nm（紅）	彩色LED顏色對應的波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
  光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。	影響顯色性與顏色品質。

  二、電氣參數

  術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
  順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
  順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光的電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
  最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
  反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
  熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
  靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

  三、熱管理與可靠性

  術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
  結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED晶片內部的實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
  光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED的"使用壽命"。
  流明維持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段時間後剩餘亮度的百分比。	表徵長期使用後的亮度保持能力。
  色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓	使用過程中顏色的變化程度。	影響照明場景的顏色一致性。
  熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致的封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

  四、封裝與材料

  術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
  封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
  晶片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	晶片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
  螢光粉塗層	YAG、矽酸鹽、氮化物	覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
  透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面的光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度與配光曲線。

  五、質量控制與分檔

  術語	分檔內容	通俗解釋	目的
  光通量分檔	代碼如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
  電壓分檔	代碼如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
  色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
  色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的色溫需求。

  六、測試與認證

  術語	標準/測試	通俗解釋	意義
  LM-80	流明維持測試	在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
  TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。	提供科學的壽命預測。
  IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認的測試依據。
  RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。	進入國際市場的准入條件。
  ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品的能效與性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。