LED RGB CMS avec circuit intégré embarqué - 5,0x5,0x1,6 mm - 4,2-5,5 V - 358 mW - Lentille diffusante blanche - Fiche technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant LED pour montage en surface (CMS) qui intègre des puces semi-conductrices rouge, verte et bleue (RGB) ainsi qu'un circuit intégré (CI) pilote dédié dans un seul boîtier compact. Cette solution intégrée est conçue pour simplifier les applications à courant constant pour les concepteurs, éliminant le besoin de résistances de limitation de courant externes ou de circuits pilotes complexes pour chaque canal de couleur. Le dispositif est logé dans un boîtier à lentille diffusante blanche, ce qui aide à mélanger la lumière des différentes puces de couleur pour créer une sortie de couleur plus uniforme et diffuse, adaptée aux applications d'éclairage indicateur et décoratif.

1.1 Avantages principaux et marché cible

L'avantage principal de ce composant est son haut niveau d'intégration. En embarquant un CI pilote PWM (Modulation de Largeur d'Impulsion) à courant constant 8 bits, il offre un contrôle numérique précis de la luminosité de chaque couleur RGB avec 256 pas distincts, permettant la création de plus de 16,7 millions de combinaisons de couleurs. Le protocole de transmission de données en cascade à un seul fil permet de chaîner plusieurs unités et de les contrôler à partir d'une seule broche de microcontrôleur, réduisant considérablement la complexité du câblage et les besoins en E/S du contrôleur dans les applications multi-LED.

Cela rend le composant particulièrement adapté aux applications à espace restreint et sensibles au coût nécessitant des effets d'éclairage multicolores ou en couleur intégrale. Ses marchés cibles incluent, sans s'y limiter, les indicateurs d'état dans l'électronique grand public et les équipements réseau, le rétroéclairage des panneaux avant, les bandes d'éclairage décoratif, les modules couleur intégrale et les éléments d'affichages vidéo LED intérieurs ou de signalétique. Le boîtier est compatible avec les équipements d'assemblage automatique pick-and-place et les processus standards de soudage par refusion infrarouge (IR), facilitant la fabrication en grande série.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (P_D)) : 358 mW. C'est la puissance totale maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite risque de surchauffer le CI interne et les puces LED.
• Plage de tension d'alimentation (V_DD)) : +4,2 V à +5,5 V. Le CI embarqué est conçu pour une alimentation logique nominale de 5 V. L'application d'une tension en dehors de cette plage peut endommager le circuit de contrôle.
• Courant direct total (I_F)) : 65 mA. C'est la somme maximale des courants traversant les canaux Rouge, Vert et Bleu combinés.
• Température de fonctionnement (T_a)) : -40 °C à +85 °C. Le dispositif est garanti de fonctionner dans cette plage de température ambiante.
• Température de stockage : -40 °C à +100 °C. Le dispositif peut être stocké sans alimentation appliquée dans cette plage plus large.

2.2 Caractéristiques optiques

Mesurées à une température ambiante (T_a) de 25 °C et une tension d'alimentation (V_DD) de 5 V avec tous les canaux de couleur réglés sur la luminosité maximale (données = 8'b11111111).

• Intensité lumineuse (I_V):
  • ) Rouge (AlInGaP) : 600 - 1200 mcd (Typique)
  • Vert (InGaN) : 1100 - 2200 mcd (Typique)
  • Bleu (InGaN) : 270 - 540 mcd (Typique)
  La puce verte présente typiquement la sortie la plus élevée, suivie du rouge, puis du bleu. Ce déséquilibre est courant dans les LED RGB et doit être pris en compte dans les algorithmes de mélange des couleurs pour obtenir un point blanc ou une teinte spécifique souhaitée.
• Angle de vision (2θ_1/2)) : 120 degrés. Cet angle de vision large, défini comme l'angle où l'intensité tombe à la moitié de sa valeur sur l'axe, est caractéristique de la lentille diffusante blanche, fournissant un motif d'émission de lumière large et doux adapté à l'éclairage de zone.
• Longueur d'onde dominante (λ_d):
  • ) Rouge : 615 - 630 nm
  • Vert : 515 - 530 nm
  • Bleu : 455 - 470 nm
  Ces plages définissent la couleur primaire de la lumière émise par chaque puce. Le bin spécifique dans ces plages pour une unité donnée détermine ses coordonnées de couleur précises.

2.3 Caractéristiques électriques

Spécifiées sur toute la plage de température de fonctionnement (-40 °C à +85 °C) et la plage de tension d'alimentation (4,2 V à 5,5 V).

• Courant de sortie du CI par canal (I_F)) : 20 mA (Typique). Le CI pilote embarqué régule le courant fourni à chaque puce LED Rouge, Verte et Bleue individuelle à cette valeur constante, garantissant une luminosité stable et une cohérence des couleurs quelles que soient les variations de tension directe.
• Niveaux logiques d'entrée:
  • Tension d'entrée de niveau haut (V_IH) : 2,7 V min à V_DD. Compatible avec les sorties de microcontrôleur 3,3 V et 5 V.
  • Tension d'entrée de niveau bas (V_IL) : 0 V à 1,0 V max.
• Courant de repos du CI (I_DD)) : 1,5 mA (Typique). C'est le courant consommé par le CI pilote embarqué lui-même lorsque toutes les sorties LED sont éteintes (tous les bits de données sont '0').

3. Explication du système de binning

3.1 Binning des coordonnées chromatiques CIE

Le document fournit un tableau de bins de couleur basé sur les coordonnées chromatiques CIE 1931 (x, y). La lumière émise par chaque LED est testée et catégorisée dans des bins spécifiques (par exemple, A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3). Chaque bin est défini par une zone quadrilatérale sur le diagramme chromatique, spécifiée par quatre points de coordonnées (x, y). La tolérance pour le placement dans un bin est de +/- 0,01 sur les deux coordonnées x et y. Ce binning assure la cohérence des couleurs entre différents lots de production. Les concepteurs peuvent spécifier un code de bin lors de la commande pour obtenir un appariement des couleurs plus serré dans leur application, ce qui est crucial pour les affichages ou les installations multi-LED où l'uniformité des couleurs est primordiale.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Intensité relative vs. Longueur d'onde (Distribution spectrale)

Le graphique fourni (Fig. 1) montre la distribution spectrale de puissance relative pour les puces Rouge, Verte et Bleue. Chaque courbe affiche un pic distinct correspondant à sa plage de longueur d'onde dominante. La courbe Rouge est centrée autour de ~625 nm, la Verte autour de ~525 nm et la Bleue autour de ~465 nm. La largeur de ces pics (Largeur à mi-hauteur) influence la pureté des couleurs ; des pics plus étroits produisent généralement des couleurs plus saturées. Le chevauchement entre les spectres Vert et Rouge est minimal, ce qui est bénéfique pour obtenir une large gamme de couleurs.

4.2 Courbe de déclassement du courant direct vs. Température ambiante

Le graphique (Fig. 2) illustre la relation entre le courant direct total maximal autorisé (I_F) et la température ambiante de fonctionnement (T_A). Lorsque la température augmente, le courant maximal autorisé diminue linéairement. Ce déclassement est nécessaire pour empêcher la température de jonction des puces LED et du CI pilote de dépasser les limites de sécurité, ce qui accélérerait la dégradation et réduirait la durée de vie. À la température de fonctionnement maximale de 85 °C, le courant total autorisé est nettement inférieur à la valeur maximale absolue de 65 mA spécifiée à 25 °C. Cette courbe doit être consultée pour une conception thermique fiable.

4.3 Distribution spatiale (Diagramme d'intensité lumineuse)

Le diagramme polaire (Fig. 3) cartographie l'intensité lumineuse relative normalisée en fonction de l'angle de vision. Le tracé confirme l'angle de vision de 120 degrés, montrant une distribution lisse, approximativement lambertienne, typique d'une lentille diffusante. L'intensité est maximale à 0 degré (sur l'axe) et diminue symétriquement jusqu'à 50 % de son pic à +/-60 degrés par rapport à l'axe.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions et configuration du boîtier

Le composant est logé dans un boîtier pour montage en surface avec des dimensions globales d'environ 5,0 mm de longueur, 5,0 mm de largeur et 1,6 mm de hauteur (tolérance ±0,2 mm). Le boîtier comporte une lentille plastique blanche et diffuse. La configuration des broches se compose de quatre pastilles :

1. VSS : Masse (référence 0 V).
2. DIN : Entrée du signal de données de contrôle. Reçoit le flux de données série pour cette LED spécifique.
3. DOUT : Sortie du signal de données de contrôle. Transmet le flux de données reçu à la broche DIN de la LED suivante dans une chaîne en guirlande.
4. VDD : Entrée d'alimentation CC (+4,2 V à +5,5 V).

5.2 Schéma de pastilles de fixation recommandé sur PCB

Un diagramme de motif de pastilles est fourni pour guider la conception du circuit imprimé (PCB). Le respect de ces dimensions et espacements de pastilles recommandés assure une formation correcte des joints de soudure pendant la refusion, une connexion électrique fiable et une résistance mécanique adéquate. La conception inclut typiquement des connexions de décharge thermique et des ouvertures de masque de soudure appropriées.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion IR

Un profil de refusion infrarouge (IR) suggéré est fourni, conforme à la norme J-STD-020B pour les processus de soudage sans plomb. Le graphique de profil montre les paramètres clés : préchauffage, maintien, température de pic de refusion et taux de refroidissement. La température de pic ne doit généralement pas dépasser de manière significative la température de stockage maximale du composant (100 °C) pendant plus d'un temps spécifié pour éviter d'endommager le boîtier plastique ou de créer des contraintes internes. Suivre ce profil est crucial pour obtenir des joints de soudure fiables sans soumettre la LED et le CI embarqué à un choc thermique.

6.2 Nettoyage

Si un nettoyage post-soudure est requis, le composant peut être immergé dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute. L'utilisation de nettoyants chimiques non spécifiés ou agressifs est interdite car ils pourraient endommager la lentille plastique ou le matériau du boîtier.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Spécifications de la bande et de la bobine

Les composants sont fournis emballés dans une bande porteuse gaufrée avec une bande de protection, enroulée sur des bobines d'un diamètre de 7 pouces (178 mm). La largeur de la bande est de 12 mm. La quantité d'emballage standard est de 1000 pièces par bobine, avec une quantité de commande minimale de 500 pièces pour les bobines partielles. Des dimensions détaillées pour les alvéoles de la bande et la bobine sont fournies pour assurer la compatibilité avec les chargeurs des équipements d'assemblage automatique.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage d'état et indicateur : Indicateurs d'état multicolores dans les équipements de télécom, réseau et industriel.
• Éclairage décoratif et architectural : Bandes LED, éclairage d'ambiance et accents changeant de couleur dans les produits grand public.
• Rétroéclairage : Rétroéclairage de panneau avant ou de logo avec effets de couleur dynamiques.
• Affichages couleur intégrale : En tant que pixels individuels dans les affichages LED couleur intégrale intérieurs basse résolution, les tableaux de messages ou les panneaux de lumière douce.

8.2 Considérations de conception

• Alimentation : Assurez une alimentation 5 V propre et régulée avec une capacité de courant adéquate pour le nombre de LED utilisées. Considérez le courant d'appel lorsque de nombreuses LED s'allument simultanément.
• Intégrité du signal de données : Pour les longues chaînes en guirlande ou les débits de données élevés, envisagez une mise en tampon du signal ou un changement de niveau si le microcontrôleur fonctionne à 3,3 V, car le V_IH minimum est de 2,7 V.
• Gestion thermique : Respectez la courbe de déclassement du courant (Fig. 2). Prévoyez une surface de cuivre adéquate sur le PCB sous et autour des pastilles de la LED pour servir de dissipateur thermique, en particulier dans les applications à haute luminosité ou à température ambiante élevée.
• Mélange des couleurs : Le logiciel ou le firmware doit tenir compte des différentes intensités lumineuses des canaux R, V et B (selon les valeurs typiques de la section 2.2) pour obtenir un mélange de couleurs précis et un point blanc neutre.

9. Comparaison et différenciation technique

Le principal facteur de différenciation de ce composant par rapport à une LED RGB discrète standard est le pilote à courant constant intégré avec contrôle PWM numérique. Une LED RGB discrète nécessite trois résistances de limitation de courant séparées (ou un puits de courant constant plus complexe) et trois canaux PWM de microcontrôleur pour le contrôle. Cette solution intégrée consolide le circuit pilote, réduit le nombre de composants sur le PCB, simplifie le firmware (en utilisant un protocole série au lieu de plusieurs temporisateurs PWM) et permet un chaînage en guirlande facile pour des installations évolutives. Le compromis est un coût unitaire légèrement plus élevé et un réglage de courant fixe (typiquement 20 mA).

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

10.1 Combien de ces LED puis-je chaîner en guirlande ?

Théoriquement, un très grand nombre, car chaque LED régénère et retransmet le signal de données. La limite pratique est déterminée par la fréquence de rafraîchissement souhaitée et l'intégrité du signal de données. Le temps total de transmission des données pour N LED est N * 24 bits * (1,2 µs ± 300 ns) plus une impulsion de réinitialisation. Pour un rafraîchissement à 30 ips, cela limite la chaîne à plusieurs centaines de LED. La dégradation du signal sur les longues chaînes peut nécessiter un renforcement périodique du signal.

10.2 Puis-je piloter cette LED avec un microcontrôleur 3,3 V ?

Oui, la spécification de tension d'entrée haute (V_IH) de 2,7 V minimum est compatible avec une sortie logique haute de 3,3 V (~3,3 V). Assurez-vous que la broche GPIO du microcontrôleur peut fournir/absorber un courant suffisant pour l'entrée DIN. L'alimentation (V_DD) doit toujours être comprise entre 4,2 V et 5,5 V.

10.3 Pourquoi le courant total maximum est-il de 65 mA si chaque canal est à 20 mA ?

Les 20 mA par canal sont un courant de fonctionnement typique défini par le pilote interne. La valeur maximale absolue de 65 mA est une limite de contrainte pour l'ensemble du boîtier, compte tenu de la chaleur combinée générée par les trois LED et le CI pilote fonctionnant simultanément à luminosité maximale. La courbe de déclassement (Fig. 2) montre qu'à des températures élevées, le courant de fonctionnement sûr est bien inférieur à 65 mA.

11. Exemple de cas d'utilisation pratique

Scénario : Conception d'un anneau lumineux décoratif changeant de couleur à 16 LED.Les LED seraient disposées en cercle et chaînées en guirlande. Une seule alimentation 5 V, 1 A serait suffisante (16 LED * ~1,5 mA de courant de repos du CI + 16 LED * 3 canaux * 20 mA max * rapport cyclique). Un microcontrôleur (par exemple, un Arduino ou ESP32) n'aurait besoin que d'une seule broche GPIO connectée au DIN de la première LED. Le firmware créerait un flux de données contenant des valeurs de couleur 24 bits (8 bits chacun pour R, V, B) pour les 16 LED, suivi d'une impulsion de réinitialisation. Ce flux est envoyé en continu pour créer des animations. La lentille diffusante blanche assure que les points LED individuels se fondent en un anneau de lumière uniforme.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur un principe de communication série numérique. Le CI embarqué contient des registres à décalage et des verrous pour chaque canal de couleur. Un flux de données série est cadré dans le CI via la broche DIN. Chaque bit de données est représenté par la synchronisation d'une impulsion haute dans une période fixe de 1,2 µs. Un bit '0' est une courte impulsion haute (~300 ns), et un bit '1' est une longue impulsion haute (~900 ns). Les 24 premiers bits reçus correspondent aux valeurs de luminosité 8 bits pour le Vert, le Rouge et le Bleu (typiquement dans cet ordre, GRB). Après avoir reçu ses 24 bits, le CI retransmet tous les bits suivants depuis sa broche DOUT, permettant aux données de se cascader. Un signal bas sur DIN durant plus de 250 µs (RÉINITIALISATION) amène tous les CI de la chaîne à verrouiller leurs données reçues dans les pilotes de sortie, mettant à jour la luminosité des LED simultanément.

13. Tendances technologiques

L'intégration de CI pilote directement dans les boîtiers LED représente une tendance significative dans la conception des composants LED, évoluant vers des solutions de "LED intelligente". Cette tendance réduit la complexité du système, améliore la fiabilité en minimisant les connexions externes et permet un contrôle plus sophistiqué (comme l'adressabilité individuelle). Les développements futurs pourraient inclure une intégration plus élevée (incorporant des microcontrôleurs ou des contrôleurs sans fil), une meilleure cohérence des couleurs grâce à l'étalonnage sur puce, une résolution PWM plus élevée (10 bits, 12 bits, 16 bits) pour un contrôle des couleurs plus fin et des protocoles de communication améliorés avec des débits de données plus élevés et une correction d'erreur pour des installations à grande échelle plus robustes.