Fiche technique LED SMD 5050 RGBW - 5.0x5.0x1.6mm - Rouge 2.6V/Vert 3.8V/Bleu 3.8V/Blanc 3.6V - 0.2W par puce - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un module LED compact, à montage en surface et basse consommation au format 5050. Le dispositif intègre quatre puces semi-conductrices individuelles dans un boîtier unique en résine blanche : Rouge (R), Vert (G), Bleu (B) et Blanc (W). Cette configuration multi-puces permet de générer un large spectre de couleurs, incluant une lumière blanche pure issue de la puce blanche dédiée et des couleurs mélangées à partir de la combinaison RVB. Le boîtier est conçu avec un cadre de connexion à 8 broches, offrant un accès électrique individuel à chaque puce pour un contrôle indépendant.

Les principaux avantages de cette LED incluent son efficacité lumineuse élevée, sa faible consommation d'énergie et un large angle de vision de 120 degrés. Son format compact SMD la rend adaptée aux processus d'assemblage automatisés comme le soudage par refusion IR. Le produit est conforme aux principales normes environnementales et de sécurité, notamment RoHS, REACH de l'UE, et les exigences sans halogène (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Les applications cibles sont variées, tirant parti de sa capacité de mélange de couleurs et de ses propriétés d'éclairage général. Les utilisations principales incluent l'éclairage décoratif et de divertissement, les indicateurs d'état, le rétroéclairage ou l'éclairage de commutateurs et panneaux, ainsi que d'autres applications nécessitant des sources lumineuses compactes et multicolores.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Toutes les valeurs sont spécifiées à une température de point de soudure (T_Soudure) de 25°C. Dépasser ces limites peut causer des dommages permanents.

• Tension inverse (V_R):5V maximum pour toutes les puces (R, G, B, W). L'application d'une tension inverse plus élevée peut provoquer une rupture de jonction.
• Intensité directe continue (I_F):Les puces Rouge et Blanche sont spécifiées pour 200mA. Les puces Verte et Bleue sont spécifiées pour 180mA. Ce sont les limites de courant continu.
• Intensité directe de crête (I_FP):Pour un fonctionnement en impulsions avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 10ms. Rouge/Blanc : 400mA. Vert/Bleu : 360mA.
• Dissipation de puissance (P_d):La perte de puissance maximale admissible par puce. R : 520mW, G/B : 684mW, W : 720mW. Ce paramètre est crucial pour la gestion thermique.
• Plages de température :Fonctionnement : -40°C à +85°C. Stockage : -40°C à +100°C. Température maximale de jonction (T_j) : 110°C.
• Résistance thermique (R_{th J-S}):Jonction vers point de soudure. R : 60°C/W, G : 110°C/W, B : 75°C/W, W : 75°C/W. Des valeurs plus basses indiquent un meilleur transfert de chaleur de la puce vers la carte.
• Température de soudure :Refusion IR : Pic de 260°C maximum pendant 10 secondes. Soudure manuelle : 350°C maximum pendant 3 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les performances typiques sont mesurées à T_Soudure=25°C et I_F=100mA, sauf indication contraire.

• Intensité lumineuse (I_v):Mesurée en millicandelas (mcd). Valeurs typiques : R : 5000 mcd, G : 11000 mcd, B : 3000 mcd, W : 10000 mcd. Les valeurs minimales sont également spécifiées. La tolérance est de ±11%.
• Tension directe (V_F):La chute de tension aux bornes de la LED à 100mA. Typique/Max : R : 2.10V/2.60V, G : 3.00V/3.80V, B : 3.10V/3.80V, W : 2.90V/3.60V. Tolérance de ±0.1V. Ce paramètre est crucial pour la conception du pilote.
• Angle de vision (2θ_1/2):120 degrés. C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité de crête (sur l'axe).
• Longueur d'onde dominante (λ_p):La longueur d'onde de crête de la lumière émise. R : 619-629nm, G : 520-535nm, B : 460-475nm. Tolérance de ±1nm. La couleur de la LED blanche est décrite comme "Jaunâtre".
• Courant inverse (I_R):Courant de fuite maximal de 10µA à V_R= -5V pour toutes les puces.

3. Explication du système de classement (Binning)

Pour garantir la cohérence des couleurs et de la luminosité, les LED sont triées en classes (bins) en fonction de leurs performances mesurées.

3.1 Classement par intensité lumineuse

Les LED sont regroupées selon leur intensité lumineuse mesurée à I_F=100mA. Chaque classe a un code (ex. : CB, DA, EA) définissant une plage d'intensité min/max en mcd.

• Rouge (R) :Classes CB (3550-4500 mcd), DA (4500-5600 mcd), DB (5600-7100 mcd).
• Vert (G) :Classes EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd).
• Bleu (B) :Classes BA (1800-2240 mcd), BB (2240-2800 mcd), CA (2800-3550 mcd), CB (3550-4500 mcd).
• Blanc (W) :Classes DB (5600-7100 mcd), EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd), FB (14000-18000 mcd).

3.2 Classement par longueur d'onde dominante

Les LED sont également classées par la longueur d'onde de crête de leur lumière émise pour contrôler la teinte de couleur.

• Rouge (R) :Classes RB (619-624 nm), RC (624-629 nm).
• Vert (G) :Classes G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm).
• Bleu (B) :Classes B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm).

3.3 Classement par coordonnées chromatiques (LED blanche)

Pour la LED blanche, la couleur est définie avec précision à l'aide des coordonnées chromatiques (x, y) sur le diagramme CIE 1931. La fiche technique fournit un tableau détaillé des codes de classe (ex. : A11, A12, A21) avec leurs zones quadrilatères correspondantes définies par quatre ensembles de coordonnées (x,y). La tolérance pour ces coordonnées est de ±0.01. Ce système garantit un contrôle strict du point de blanc (ex. : blanc froid, blanc neutre, blanc chaud) de la lumière émise.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut des courbes caractéristiques typiques, essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions de fonctionnement.

4.1 Distribution spectrale

Une courbe de distribution spectrale typique est présentée, traçant l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde. Cette courbe représente visuellement la composition de la lumière émise. Pour les puces RVB, elle montre des pics étroits à leurs longueurs d'onde dominantes. Pour la LED blanche (typiquement une puce bleue avec un revêtement de phosphore), la courbe montre un large pic provenant de la lumière convertie par le phosphore, combiné à un plus petit pic bleu de la LED de pompage. La courbe de réponse standard de l'œil humain (V(λ)) est également référencée pour les calculs photométriques.

4.2 Courbe Intensité directe vs. Tension directe (Courbe I-V)

Des courbes séparées pour les puces R, G, B et W montrent la relation entre l'intensité directe (I_F) et la tension directe (V_F) à 25°C. Ces courbes sont de nature exponentielle. Elles sont cruciales pour concevoir des circuits limiteurs de courant ou des pilotes à courant constant. Les courbes confirment qu'à un courant de fonctionnement typique de 100mA, la V_Fcorrespond aux valeurs typiques indiquées dans le tableau électrique.

4.3 Longueur d'onde vs. Intensité directe

Ces courbes illustrent comment la longueur d'onde dominante (couleur) de chaque puce se déplace avec l'augmentation de l'intensité directe. Généralement, la longueur d'onde peut légèrement augmenter avec le courant en raison de l'échauffement de la jonction et d'autres effets. C'est une considération importante pour les applications nécessitant une stabilité de couleur précise sur une plage de niveaux de luminosité.

4.4 Intensité relative vs. Intensité directe

Ces graphiques montrent comment la sortie lumineuse (intensité lumineuse relative pour G/W, intensité radiométrique relative pour R/B) augmente avec l'intensité directe. La relation est généralement linéaire à faible courant mais peut saturer à des courants plus élevés en raison de l'affaiblissement thermique et d'efficacité. Ces données sont utilisées pour déterminer le courant d'alimentation optimal pour un niveau de luminosité souhaité.

4.5 Courbe de déclassement thermique : Intensité directe maximale vs. Température

Cette courbe de déclassement est l'une des plus importantes pour la fiabilité. Elle montre comment l'intensité directe continue maximale admissible doit être réduite à mesure que la température ambiante (ou du point de soudure) augmente. Par exemple, à 85°C, le courant admissible sera nettement inférieur à la valeur nominale à 25°C. Fonctionner au-dessus de cette courbe risque de dépasser la température maximale de jonction, entraînant une dépréciation accélérée du flux lumineux et une réduction significative de la durée de vie.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La LED est sensible aux décharges électrostatiques (ESD) et doit être manipulée avec les précautions appropriées. Les méthodes de soudure recommandées sont :

• Soudure par refusion IR :C'est la méthode préférée pour l'assemblage SMD. La température de pic maximale ne doit pas dépasser 260°C, et le temps au-dessus de 260°C doit être limité à 10 secondes. Un profil de refusion standard sans plomb est adapté.
• Soudure manuelle :Si nécessaire, la soudure manuelle peut être effectuée avec une température de pointe de fer ne dépassant pas 350°C. Le temps de contact par broche doit être limité à 3 secondes pour éviter les dommages thermiques au boîtier et aux fils de connexion.

Il faut veiller à éviter les contraintes mécaniques sur le boîtier pendant et après la soudure. La plage de température de stockage est de -40°C à +100°C.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Schémas d'application typiques

Chaque puce (R, G, B, W) nécessite son propre circuit limiteur de courant en raison de leurs différentes caractéristiques de tension directe. Un pilote à courant constant est fortement recommandé plutôt qu'une simple résistance série pour une meilleure cohérence de luminosité et de stabilité des couleurs, surtout lors d'un fonctionnement à partir d'une source de tension variable comme une batterie. Pour le mélange de couleurs RVB, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) est la méthode standard pour le contrôle d'intensité, car elle maintient une tension et un courant directs constants, préservant ainsi la chromaticité de chaque couleur primaire.

6.2 Gestion thermique

Un dissipateur thermique efficace est crucial pour les performances et la longévité. Les valeurs de résistance thermique (R_{th J-S}) indiquent la facilité avec laquelle la chaleur s'écoule de la puce vers le PCB. Les concepteurs doivent s'assurer que le PCB dispose d'une surface de cuivre adéquate (plots thermiques ou vias vers les couches internes) pour dissiper la chaleur totale générée (somme de I_F* V_Fpour toutes les puces actives). Fonctionner près ou aux valeurs maximales de courant sans refroidissement approprié entraînera des températures de jonction élevées, provoquant une baisse de la sortie lumineuse (dépréciation du flux) et raccourcissant significativement la durée de vie opérationnelle de la LED.

6.3 Conception optique

Le large angle de vision de 120 degrés rend cette LED adaptée aux applications nécessitant un éclairage large et diffus. Pour une lumière plus dirigée, des optiques secondaires (lentilles) peuvent être nécessaires. Lors de la conception pour le mélange de couleurs, la proximité physique des quatre puces dans le boîtier 5050 assure un bon mélange spatial des couleurs à distance, mais pour une vision très rapprochée, des points colorés individuels pourraient être discernables.

7. Comparaison et différenciation technique

Cette LED 5050 RGBW se différencie en intégrant quatre émetteurs distincts dans un encombrement très compact et standard de l'industrie de 5.0mm x 5.0mm. Par rapport à l'utilisation de quatre LED 5050 monochromes séparées, ce module intégré économise de l'espace sur le PCB et simplifie l'assemblage par placement automatique. L'inclusion d'une puce blanche dédiée, en plus des puces RVB, fournit une source de lumière blanche de haute qualité sans nécessiter de mélange de couleurs, ce qui peut parfois entraîner une efficacité moindre ou des problèmes de rendu des couleurs. La configuration individuelle à 8 broches offre une flexibilité maximale de contrôle, permettant à chaque couleur d'être pilotée indépendamment ou dans n'importe quelle combinaison.

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

Q : Puis-je alimenter les quatre puces (RGBW) en parallèle à partir d'une seule source de tension constante avec une résistance série ?

R : Non recommandé. Les tensions directes (V_F) diffèrent significativement (ex. : Rouge ~2.1V, Bleu ~3.1V). Les connecter en parallèle provoquerait un déséquilibre sévère du courant, la puce rouge attirant la majeure partie du courant, dépassant potentiellement sa valeur nominale, tandis que les autres restent faibles ou éteintes. Chaque canal de couleur nécessite un contrôle de courant séparé.

Q : Quelle est la différence entre l'intensité lumineuse (mcd) et la puissance (mW) dans les spécifications ?

R : L'intensité lumineuse (mesurée en candela ou millicandela) est la luminosité perçue de la lumière par l'œil humain, pondérée par la courbe de sensibilité de l'œil. La dissipation de puissance (en milliwatts) est la puissance électrique convertie en chaleur (I_F*V_F) au niveau de la jonction de la LED. Une partie de la puissance d'entrée est convertie en lumière (puissance rayonnante), mais la fiche technique spécifie la chaleur maximale qui doit être gérée.

Q : Comment interpréter les classes de coordonnées chromatiques pour la LED blanche ?

R : Chaque classe (ex. : A11) définit une petite zone quadrilatère sur le diagramme de couleur CIE. Les quatre paires de coordonnées (x,y) sont les coins de cette zone. Les LED dont la couleur mesurée se situe dans ce quadrilatère se voient attribuer ce code de classe. Cela garantit que toutes les LED d'un lot ont un point de blanc presque identique.

Q : Pourquoi l'intensité directe de crête (I_FP) est-elle supérieure à l'intensité continue (I_F) ?

R : La jonction semi-conductrice peut supporter des impulsions de courant plus élevées pendant de très courtes durées (10ms dans ce cas) car la chaleur générée n'a pas le temps d'élever la température de jonction à un niveau critique. Ceci est utile pour le gradateur PWM ou pour créer de brefs éclairs lumineux.

9. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'une lampe d'ambiance à changement de couleur.

Un concepteur sélectionne cette LED pour une lampe de bureau alimentée par USB. Il utilise un microcontrôleur avec quatre canaux PWM pour contrôler indépendamment les courants R, G, B et W. La LED blanche fournit un mode de lecture pur. Les LED RVB sont mélangées pour créer des millions de couleurs pour l'éclairage d'ambiance. La conception utilise un circuit intégré pilote LED à courant constant capable de fournir jusqu'à 200mA par canal. Le PCB inclut un large plan de masse connecté au plot thermique de la LED via plusieurs vias pour servir de dissipateur thermique. Le micrologiciel implémente des algorithmes de fondu de couleur et inclut une logique de gestion thermique qui réduit le courant d'alimentation maximal si le capteur de température du microcontrôleur (placé près de la LED sur le PCB) indique une température supérieure à 70°C, garantissant ainsi que la LED fonctionne dans sa courbe de déclassement thermique sûre.

10. Introduction au principe de fonctionnement

L'émission de lumière est basée sur l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs. Lorsqu'une tension directe est appliquée aux bornes de la jonction p-n de la LED, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La couleur (longueur d'onde) de la lumière est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. La puce Rouge utilise de l'AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium). Les puces Verte et Bleue utilisent de l'InGaN (Nitrures d'Indium Gallium) avec différents rapports indium/gallium pour ajuster la bande interdite. La LED blanche utilise typiquement une puce Bleue InGaN recouverte d'un phosphore jaune (ou multicolore). La lumière bleue de la puce excite le phosphore, qui émet ensuite un large spectre de longueurs d'onde plus longues (jaune, rouge), se combinant avec la lumière bleue restante pour produire de la lumière blanche. La description "Jaunâtre" suggère une température de couleur corrélée (CCT) du côté chaud du spectre blanc.

11. Tendances technologiques et contexte

Les modules multi-puces intégrés comme ce 5050 RGBW représentent une tendance vers une densité fonctionnelle plus élevée et une conception de système simplifiée dans l'éclairage LED. Le passage à des angles de vision plus larges (comme 120 degrés) répond aux applications nécessitant un éclairage uniforme et sans éblouissement plutôt que des projecteurs focalisés. L'industrie poursuit continuellement l'amélioration de l'efficacité lumineuse (plus de lumière par watt électrique) et du rendu des couleurs, en particulier pour le composant blanc. De plus, des tolérances de classement plus strictes, comme en témoignent les tableaux détaillés de coordonnées chromatiques, reflètent la demande du marché pour une cohérence de couleur supérieure dans les applications LED monochromes et blanches, ce qui est crucial dans les luminaires et affichages multi-LED.