Fiche technique LSHD-F101 - Afficheur LED rouge un chiffre 0,39 pouces - Hauteur de chiffre 10,0mm - Tension directe 2,6V - Puissance 70mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LSHD-F101 est un module d'afficheur LED un chiffre, à sept segments plus point décimal. Il utilise des couches épitaxiales avancées en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) déposées sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs) pour produire une émission de lumière rouge à haut rendement. L'application principale de ce dispositif concerne les équipements électroniques nécessitant des affichages numériques clairs, lumineux et fiables, tels que les tableaux de bord d'instrumentation, les appareils électroménagers et les commandes industrielles. Ses principaux avantages incluent une excellente apparence des caractères grâce à des segments continus et uniformes, une luminosité et un contraste élevés pour une visibilité supérieure, ainsi qu'une fiabilité à l'état solide garantissant une longue durée de vie opérationnelle.

1.1 Caractéristiques principales

• Hauteur du chiffre : 0,39 pouces (10,0 mm).
• Segments continus et uniformes pour une apparence de caractère lisse.
• Faible consommation d'énergie, améliorant l'efficacité énergétique.
• Haute luminosité et haut contraste pour une excellente lisibilité.
• Large angle de vision, adapté à diverses positions de montage.
• Fiabilité à l'état solide sans pièces mobiles.
• Catégorisé selon l'intensité lumineuse, permettant un appariement de la luminosité dans les applications multi-chiffres.
• Boîtier sans plomb conforme à la directive RoHS (Restriction des substances dangereuses).

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Un fonctionnement à ou près de ces limites n'est pas recommandé pour des performances fiables.

• Dissipation de puissance par segment : 70 mW. C'est la puissance maximale pouvant être dissipée en toute sécurité par un segment LED individuel sans causer de dommage thermique.
• Courant direct de crête par segment : 90 mA. Cette valeur s'applique en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1ms) et est supérieure au courant continu nominal.
• Courant direct continu par segment : 25 mA à 25°C. Ce courant est déclassé linéairement à 0,28 mA/°C lorsque la température ambiante dépasse 25°C. Une dissipation thermique adéquate ou une réduction du courant est nécessaire à des températures plus élevées.
• Tension inverse par segment : 5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer une défaillance immédiate et catastrophique.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage : -35°C à +105°C. Le dispositif est conçu pour fonctionner et être stocké dans cette large plage de température industrielle.
• Conditions de soudure : Le boîtier peut résister à une soudure à 260°C pendant un maximum de 5 secondes, mesurée à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) sous le plan d'assise.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test spécifiées (Ta=25°C).

• Intensité lumineuse moyenne par segment (Iv) : Varie de 200 à 750 ucd à 1mA de courant de commande, et de 3400 à 9750 ucd à 10mA. Cette intensité élevée garantit une sortie d'affichage lumineuse.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λp) : 650 nm (typique). Cela spécifie la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λd) : 639 nm (typique). C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain, définissant la couleur rouge.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) : 20 nm (typique). Cela indique la pureté spectrale de la lumière rouge émise.
• Tension directe par puce (Vf) : 2,10V à 2,60V à un courant de test de 20mA. La conception du circuit doit tenir compte de cette plage pour garantir un courant de commande constant.
• Courant inverse par segment (Ir) : Maximum 100 µA à une tension inverse de 5V. Ce paramètre est uniquement à des fins de test ; un fonctionnement en polarisation inverse continue est interdit.
• Rapport d'appariement de l'intensité lumineuse : Maximum 2:1 entre les segments lorsqu'ils sont commandés à 1mA. Cela garantit une luminosité uniforme sur l'affichage.

3. Explication du système de classement (binning)

La fiche technique indique que le dispositif est "Catégorisé selon l'intensité lumineuse." Cela implique un processus de classement où les afficheurs sont triés en fonction de leur flux lumineux mesuré à un courant de test standard (par exemple, 1mA ou 10mA). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des pièces issues des mêmes classes d'intensité ou de classes adjacentes pour garantir une uniformité visuelle dans les afficheurs multi-chiffres, évitant que certains chiffres n'apparaissent plus brillants ou plus sombres que d'autres. Bien que les détails spécifiques des codes de classe ne soient pas fournis dans cet extrait, cette catégorisation est une étape critique de contrôle qualité pour la cohérence esthétique et fonctionnelle dans l'application finale.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux "Courbes typiques des caractéristiques électriques / optiques" qui sont essentielles pour une conception détaillée. Elles incluent typiquement :

• Courbe IV (Courant direct vs. Tension directe) : Montre la relation exponentielle, cruciale pour concevoir des pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct : Démontre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant, aidant au calibrage de la luminosité et aux calculs d'efficacité.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante : Montre le déclassement de la sortie lumineuse lorsque la température augmente, important pour la gestion thermique.
• Distribution spectrale : Un graphique traçant l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, confirmant les longueurs d'onde dominante et de crête ainsi que la largeur spectrale.

Les concepteurs doivent consulter ces courbes pour optimiser les conditions de commande, comprendre les dépendances à la température et prédire les performances dans l'environnement de fonctionnement réel.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

L'afficheur a une face gris clair avec des segments blancs. Les notes dimensionnelles clés incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,25mm sauf indication contraire.
• La tolérance de décalage de l'extrémité des broches est de ±0,40 mm.
• Le diamètre de trou de CI recommandé pour les broches est de 1,0 mm.
• Les spécifications de qualité limitent la présence de corps étrangers, de bulles dans le segment, de déformation du réflecteur et de contamination de l'encre de surface pour garantir la clarté optique et l'intégrité mécanique.

5.2 Configuration des broches et schéma de circuit

Le dispositif a une configuration à 10 broches avec une architecture à anode commune. Le schéma de circuit interne montre deux broches d'anode commune (Broche 1 et Broche 6) connectées ensemble en interne, offrant une redondance et une distribution de courant potentiellement meilleure. Les cathodes de segment (A-G et DP) sont connectées à des broches individuelles. Cette configuration est standard pour le multiplexage de plusieurs chiffres, bien qu'il s'agisse d'une unité à un chiffre. Le brochage est le suivant : 1-Anode Com, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Anode Com, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

6.1 Soudure automatisée

Condition recommandée : 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise du boîtier. La température du corps du composant ne doit pas dépasser sa valeur maximale nominale pendant ce processus.

6.2 Soudure manuelle

Condition recommandée : 350°C ±30°C pendant un maximum de 5 secondes, avec la pointe du fer positionnée à 1,6mm sous le plan d'assise. Il faut veiller à éviter une exposition prolongée à la chaleur.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Cet afficheur est destiné aux équipements électroniques ordinaires, y compris les équipements de bureau, les dispositifs de communication et les appareils ménagers. Sa haute luminosité et sa lisibilité le rendent adapté aux voltmètres/ampèremètres de panneau, aux affichages d'horloge, aux indicateurs d'unités de commande simples et à l'électronique grand public où un indicateur numérique clair est nécessaire.

7.2 Considérations de conception critiques

• Méthode de commande :La commande en courant constant est fortement recommandée par rapport à la commande en tension constante pour garantir une intensité lumineuse et une longévité constantes, car la luminosité d'une LED est fonction du courant, et non de la tension.
• Limitation de courant :Le circuit de commande doit limiter le courant de chaque segment à l'intérieur de la valeur maximale absolue (25mA continu, déclassé avec la température). Le dépassement de cette valeur entraîne une dégradation rapide.
• Plage de tension :Le circuit doit être conçu pour s'adapter à la plage complète de tension directe (Vf) de 2,10V à 2,60V afin de délivrer le courant prévu à toutes les unités.
• Protection contre la tension inverse :Le circuit de commande doit intégrer une protection (par exemple, des diodes en série ou des fonctionnalités de circuit intégré) pour empêcher l'application d'une tension inverse ou de pics de tension sur les cathodes des LED lors de la mise sous tension, de l'arrêt ou dans des conditions de défaut.
• Gestion thermique :Le courant de fonctionnement sûr doit être déclassé en fonction de la température ambiante maximale de l'environnement d'application, en utilisant le facteur de déclassement de 0,28 mA/°C au-dessus de 25°C.

8. Tests de fiabilité

Le dispositif subit une série complète de tests de fiabilité basés sur les normes militaires (MIL-STD), industrielles japonaises (JIS) et internes. Ces tests valident sa robustesse et sa longévité :

• Durée de vie en fonctionnement (RTOL) :1000 heures au courant nominal maximum à température ambiante.
• Stress environnemental :Inclut le stockage à haute température/humidité (500h à 65°C/90-95% HR), le stockage à haute et basse température (1000h à 105°C et -35°C), les cycles de température et les tests de choc thermique.
• Robustesse des procédés :Les tests de résistance à la soudure et de soudabilité garantissent que le boîtier peut résister aux processus d'assemblage standard.

9. Précautions et limitations d'utilisation

Le dispositif n'est pas conçu pour des applications critiques pour la sécurité où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (par exemple, l'aviation, les dispositifs médicaux de maintien des fonctions vitales, les systèmes de sécurité des transports). Pour de telles applications, une consultation avec le fabricant pour des composants spécialement qualifiés est obligatoire. Le fabricant n'assume aucune responsabilité pour les dommages résultant d'un fonctionnement en dehors des valeurs maximales absolues ou contraire aux instructions fournies. Une attention particulière est requise pour éviter la polarisation inverse, qui peut induire une migration métallique et conduire à une augmentation du courant de fuite ou à une défaillance.

10. Comparaison et différenciation technique

Le LSHD-F101 se différencie par l'utilisation de la technologie AlInGaP sur un substrat GaAs. Comparé aux technologies plus anciennes comme le GaAsP ou le GaP standard, les LED AlInGaP offrent une efficacité lumineuse nettement supérieure, résultant en une plus grande luminosité pour le même courant de commande. La caractéristique "segments continus et uniformes" indique une conception de moule et de diffuseur de haute qualité qui élimine les espaces visibles ou les points chauds à l'intérieur d'un segment, conduisant à une apparence de caractère plus professionnelle et lisible. Le large angle de vision et l'intensité lumineuse catégorisée sont des avantages supplémentaires pour les applications nécessitant des performances visuelles cohérentes sous différents angles de vue ou à travers plusieurs unités.

11. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q : Puis-je commander cet afficheur avec une alimentation 5V et une simple résistance ?

A : Oui, mais un calcul minutieux est nécessaire. En utilisant la loi d'Ohm (R = (Valim - Vf_led) / I_led), et en supposant un Vf au pire cas de 2,6V à 20mA, la valeur de la résistance serait (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohms. Cependant, en raison de la variation de Vf, la luminosité peut varier entre les segments/afficheurs. Un pilote à courant constant est préférable pour la cohérence.

Q : Quelle est la différence entre la Longueur d'onde de crête et la Longueur d'onde dominante ?

A : La Longueur d'onde de crête (650nm) est le pic physique du spectre de lumière émis. La Longueur d'onde dominante (639nm) est la longueur d'onde unique qui produirait la même perception de couleur pour l'œil humain. La longueur d'onde dominante est plus pertinente pour la spécification de la couleur.

Q : Pourquoi y a-t-il deux broches d'Anode Commune ?

A : Cela fournit une symétrie mécanique, simplifie la conception du circuit imprimé et peut aider à distribuer le courant plus uniformément, améliorant potentiellement la fiabilité et l'uniformité de la luminosité.

12. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage numérique simple pour un voltmètre.

Un concepteur sélectionne le LSHD-F101 pour un affichage de voltmètre à 2 chiffres (nécessitant deux unités). Il vérifie d'abord les informations de classement d'intensité pour se procurer deux afficheurs de la même classe pour une luminosité uniforme. Le microcontrôleur fonctionne à 3,3V. Pour commander chaque segment à une cible de 10mA pour une bonne luminosité, il conçoit un pilote puits à courant constant utilisant un circuit intégré de réseau de transistors. Le circuit de commande inclut des diodes de protection pour limiter les pics de tension inductifs provenant des longs fils connectés au panneau d'affichage. La conception du circuit imprimé place les afficheurs avec un espacement adéquat pour les trous de montage recommandés de 1,0mm et inclut un plan de masse pour la dissipation thermique. Pendant les tests, il vérifie la luminosité des segments à la température ambiante maximale attendue de 50°C et confirme que le courant est correctement déclassé à environ 18mA par segment (25mA - (0,28mA/°C * (50-25)°C)).

13. Introduction au principe de fonctionnement

L'émission de lumière dans le LSHD-F101 est basée sur l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice fabriquée à partir de matériaux AlInGaP. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Là, ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique de l'alliage AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite, qui correspond directement à la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, le rouge. Le substrat GaAs est optiquement absorbant, donc la puce est conçue pour une émission par le dessus, qui est ensuite diffusée par le boîtier plastique moulé pour former les segments uniformes.

14. Tendances technologiques et contexte

La technologie AlInGaP représente une solution mature et hautement efficace pour les LED rouges, oranges et jaunes. Alors que les technologies plus récentes comme les LED à base de Nitrure de Gallium (GaN) dominent les marchés de l'éclairage bleu, vert et blanc, l'AlInGaP reste le matériau de choix pour les indicateurs et afficheurs rouges hautes performances en raison de son efficacité et de sa pureté de couleur supérieures dans cette région spectrale. Les tendances dans la technologie d'affichage incluent le passage aux boîtiers CMS (Composants Montés en Surface) pour un assemblage automatisé et une densité plus élevée. Bien que le LSHD-F101 soit un composant traversant, ses principes de conception de haute luminosité, de fiabilité et de performance catégorisée restent fondamentaux. Les développements futurs pourraient se concentrer sur des gains d'efficacité supplémentaires, des plages de température plus larges et une intégration avec l'électronique de commande.