Dokumen Teknikal LSHD-F101 - Paparan LED Digit Tunggal Merah 0.39 Inci - Ketinggian Digit 10.0mm - Voltan Hadapan 2.6V - Kuasa 70mW

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LSHD-F101 ialah modul paparan LED digit tunggal dengan tujuh segmen ditambah titik perpuluhan. Ia menggunakan lapisan epitaksial Aluminium Indium Gallium Fosfida (AlInGaP) termaju yang ditumbuhkan pada substrat Gallium Arsenida (GaAs) untuk menghasilkan pancaran cahaya merah yang berkecekapan tinggi. Aplikasi utama peranti ini adalah dalam peralatan elektronik yang memerlukan bacaan angka yang jelas, terang dan boleh dipercayai, seperti dalam panel instrumentasi, perkakas pengguna dan kawalan industri. Kelebihan terasnya termasuk penampilan aksara yang sangat baik disebabkan oleh segmen seragam yang berterusan, kecerahan dan kontras tinggi untuk keterlihatan yang unggul, serta kebolehpercayaan keadaan pepejal yang memastikan jangka hayat operasi yang panjang.

1.1 Ciri-ciri Utama

• Ketinggian Digit: 0.39 inci (10.0 mm).
• Segmen Seragam Berterusan untuk penampilan aksara yang licin.
• Keperluan Kuasa Rendah, meningkatkan kecekapan tenaga.
• Kecerahan Tinggi & Kontras Tinggi untuk kebolehbacaan yang sangat baik.
• Sudut Pandangan Luas, sesuai untuk pelbagai kedudukan pemasangan.
• Kebolehpercayaan Keadaan Pepejal tanpa bahagian bergerak.
• Dikategorikan untuk Keamatan Bercahaya, membolehkan padanan kecerahan dalam aplikasi berbilang digit.
• Pakej Bebas Plumbum mematuhi arahan RoHS (Sekatan Bahan Berbahaya).

2. Parameter Teknikal: Tafsiran Objektif Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi pada atau berhampiran had ini tidak disyorkan untuk prestasi yang boleh dipercayai.

• Pelesapan Kuasa per Segmen: 70 mW. Ini adalah kuasa maksimum yang boleh dilesapkan dengan selamat oleh segmen LED individu tanpa menyebabkan kerosakan terma.
• Arus Hadapan Puncak per Segmen: 90 mA. Penarafan ini terpakai di bawah keadaan berdenyut (1/10 kitaran tugas, lebar denyut 0.1ms) dan adalah lebih tinggi daripada penarafan arus berterusan.
• Arus Hadapan Berterusan per Segmen: 25 mA pada 25°C. Arus ini menyusut secara linear pada 0.28 mA/°C apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C. Penyingkiran haba yang betul atau pengurangan arus adalah perlu pada suhu yang lebih tinggi.
• Voltan Songsang per Segmen: 5 V. Melebihi voltan ini dalam pincang songsang boleh menyebabkan kegagalan serta-merta dan bencana.
• Julat Suhu Operasi dan Penyimpanan: -35°C hingga +105°C. Peranti ini dinilai untuk operasi dan penyimpanan dalam julat suhu perindustrian yang luas ini.
• Keadaan Pateri: Pakej boleh menahan pematerian pada 260°C untuk maksimum 5 saat, diukur 1/16 inci (lebih kurang 1.6 mm) di bawah satah dudukan.

2.2 Ciri-ciri Elektrik & Optik

Ini adalah parameter prestasi tipikal yang diukur di bawah keadaan ujian yang ditentukan (Ta=25°C).

• Keamatan Bercahaya Purata per Segmen (Iv): Julat dari 200-750 ucd pada arus pacuan 1mA hingga 3400-9750 ucd pada 10mA. Keamatan tinggi ini memastikan output paparan yang terang.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak (λp): 650 nm (tipikal). Ini menentukan panjang gelombang di mana output kuasa optik adalah maksimum.
• Panjang Gelombang Dominan (λd): 639 nm (tipikal). Ini adalah panjang gelombang tunggal yang dilihat oleh mata manusia, mentakrifkan warna sebagai merah.
• Separuh Lebar Garisan Spektrum (Δλ): 20 nm (tipikal). Ini menunjukkan ketulenan spektrum cahaya merah yang dipancarkan.
• Voltan Hadapan per Cip (Vf): 2.10V hingga 2.60V pada arus ujian 20mA. Reka bentuk litar mesti menampung julat ini untuk memastikan arus pacuan yang konsisten.
• Arus Songsang per Segmen (Ir): Maksimum 100 µA pada voltan songsang 5V. Parameter ini adalah untuk tujuan ujian sahaja; operasi pincang songsang berterusan adalah dilarang.
• Nisbah Padanan Keamatan Bercahaya: Maksimum 2:1 antara segmen apabila dipacu pada 1mA. Ini memastikan kecerahan seragam merentasi paparan.

3. Penjelasan Sistem Pengkategorian

Datasheet menunjukkan peranti ini \"Dikategorikan untuk Keamatan Bercahaya.\" Ini membayangkan proses pengkategorian di mana paparan disusun berdasarkan output cahaya yang diukur pada arus ujian piawai (cth., 1mA atau 10mA). Ini membolehkan pereka memilih bahagian dari kategori keamatan yang sama atau bersebelahan untuk memastikan keseragaman visual dalam paparan berbilang digit, menghalang sesetengah digit kelihatan lebih terang atau malap daripada yang lain. Walaupun butiran kod kategori khusus tidak disediakan dalam petikan ini, pengkategorian ini adalah langkah kawalan kualiti kritikal untuk konsistensi estetik dan fungsi dalam aplikasi akhir.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Datasheet merujuk kepada \"Lengkung Ciri-ciri Elektrik / Optik Tipikal\" yang penting untuk reka bentuk terperinci. Ini biasanya termasuk:

• Lengkung IV (Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan): Menunjukkan hubungan eksponen, penting untuk mereka bentuk pemacu arus malar.
• Keamatan Bercahaya vs. Arus Hadapan: Menunjukkan bagaimana output cahaya meningkat dengan arus, membantu dalam penentukuran kecerahan dan pengiraan kecekapan.
• Keamatan Bercahaya vs. Suhu Ambien: Menunjukkan penyusutan output cahaya apabila suhu meningkat, penting untuk pengurusan terma.
• Taburan Spektrum: Graf yang memplot keamatan relatif terhadap panjang gelombang, mengesahkan panjang gelombang dominan dan puncak serta lebar spektrum.

Pereka harus merujuk lengkung ini untuk mengoptimumkan keadaan pacuan, memahami kebergantungan suhu, dan meramalkan prestasi dalam persekitaran operasi sebenar.

5. Maklumat Mekanikal & Pakej

5.1 Dimensi Pakej

Paparan ini mempunyai muka kelabu muda dengan segmen putih. Nota dimensi utama termasuk:

• Semua dimensi adalah dalam milimeter dengan toleransi umum ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya.
• Toleransi anjing hujung pin adalah ±0.40 mm.
• Diameter lubang PCB yang disyorkan untuk pin adalah 1.0 mm.
• Spesifikasi kualiti menghadkan bahan asing, gelembung dalam segmen, lenturan pemantul, dan pencemaran dakwat permukaan untuk memastikan kejelasan optik dan integriti mekanikal.

5.2 Konfigurasi Pin dan Gambarajah Litar

Peranti ini mempunyai konfigurasi 10-pin dengan seni bina anod sepunya. Gambarajah litar dalaman menunjukkan dua pin anod sepunya (Pin 1 dan Pin 6) disambungkan secara dalaman, menyediakan redundansi dan potensi pengagihan arus yang lebih baik. Katod segmen (A-G dan DP) disambungkan ke pin individu. Konfigurasi ini adalah piawai untuk multipleks berbilang digit, walaupun ini adalah unit digit tunggal. Susunan pin adalah seperti berikut: 1-Anod Sej, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Anod Sej, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Garis Panduan Pateri & Pemasangan

6.1 Pateri Automatik

Keadaan yang disyorkan: 260°C selama 5 saat, diukur 1.6mm (1/16 inci) di bawah satah dudukan pakej. Suhu badan komponen tidak boleh melebihi penarafan maksimumnya semasa proses ini.

6.2 Pateri Manual

Keadaan yang disyorkan: 350°C ±30°C untuk maksimum 5 saat, dengan hujung besi pemateri diletakkan 1.6mm di bawah satah dudukan. Penjagaan mesti diambil untuk mengelakkan pendedahan haba yang berpanjangan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Tipikal

Paparan ini bertujuan untuk peralatan elektronik biasa termasuk peralatan pejabat, peranti komunikasi, dan perkakas rumah. Kecerahan dan kebolehbacaannya yang tinggi menjadikannya sesuai untuk meter panel, paparan jam, bacaan unit kawalan mudah, dan elektronik pengguna di mana penunjuk angka yang jelas diperlukan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Kaedah Pacuan:Pacuan arus malar sangat disyorkan berbanding voltan malar untuk memastikan keamatan bercahaya dan jangka hayat yang konsisten, kerana kecerahan LED adalah fungsi arus, bukan voltan.
• Had Arus:Litar pemacu mesti menghadkan arus ke setiap segmen dalam had penarafan maksimum mutlak (25mA berterusan, disusut dengan suhu). Melebihi ini menyebabkan degradasi pantas.
• Julat Voltan:Litar mesti direka untuk menampung julat voltan hadapan (Vf) penuh 2.10V hingga 2.60V untuk menyampaikan arus yang dimaksudkan kepada semua unit.
• Perlindungan Voltan Songsang:Litar pemacu harus menggabungkan perlindungan (cth., diod siri atau ciri litar bersepadu) untuk menghalang voltan songsang atau lonjakan voltan daripada dikenakan pada katod LED semasa permulaan kuasa, penutupan, atau dalam keadaan kerosakan.
• Pengurusan Terma:Arus operasi selamat mesti disusut berdasarkan suhu ambien maksimum persekitaran aplikasi, menggunakan faktor penyusutan 0.28 mA/°C melebihi 25°C.

8. Ujian Kebolehpercayaan

Peranti ini menjalani satu siri ujian kebolehpercayaan yang komprehensif berdasarkan piawaian tentera (MIL-STD), perindustrian Jepun (JIS), dan dalaman. Ujian ini mengesahkan keteguhan dan jangka hayatnya:

• Jangka Hayat Operasi (RTOL):1000 jam pada arus penarafan maksimum di bawah suhu bilik.
• Tekanan Persekitaran:Termasuk Penyimpanan Suhu/Lembapan Tinggi (500jam pada 65°C/90-95% RH), Penyimpanan Suhu Tinggi & Rendah (1000jam pada 105°C dan -35°C), Kitaran Suhu, dan ujian Kejutan Terma.
• Keteguhan Proses:Ujian Rintangan Pateri dan Kebolehpaterian memastikan pakej boleh menahan proses pemasangan piawai.

9. Amaran dan Batasan Penggunaan

Peranti ini tidak direka untuk aplikasi kritikal keselamatan di mana kegagalan boleh membahayakan nyawa atau kesihatan (cth., penerbangan, sokongan hayat perubatan, sistem keselamatan pengangkutan). Untuk aplikasi sedemikian, perundingan dengan pengilang untuk komponen yang layak khas adalah wajib. Pengilang tidak bertanggungjawab untuk kerosakan yang terhasil daripada operasi di luar penarafan maksimum mutlak atau bertentangan dengan arahan yang disediakan. Perhatian khusus diperlukan untuk mengelakkan pincang songsang, yang boleh mendorong penghijrahan logam dan membawa kepada peningkatan arus bocor atau kegagalan.

10. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

LSHD-F101 membezakan dirinya melalui penggunaan teknologi AlInGaP pada substrat GaAs. Berbanding teknologi lama seperti GaAsP atau GaP piawai, LED AlInGaP menawarkan kecekapan bercahaya yang jauh lebih tinggi, menghasilkan kecerahan yang lebih besar untuk arus pacuan yang sama. Ciri \"segmen seragam berterusan\" menunjukkan reka bentuk acuan dan penyebar berkualiti tinggi yang menghapuskan jurang atau titik panas yang kelihatan dalam segmen, membawa kepada penampilan aksara yang lebih profesional dan boleh dibaca. Sudut pandangan yang luas dan keamatan bercahaya yang dikategorikan adalah kelebihan lanjut untuk aplikasi yang memerlukan prestasi visual yang konsisten dari perspektif berbeza atau merentasi berbilang unit.

11. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Bolehkah saya memacu paparan ini dengan bekalan 5V dan perintang mudah?

J: Ya, tetapi pengiraan berhati-hati diperlukan. Menggunakan Hukum Ohm (R = (Vsupply - Vf_led) / I_led), dan mengandaikan Vf kes terburuk 2.6V pada 20mA, nilai perintang akan menjadi (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohm. Walau bagaimanapun, disebabkan variasi Vf, kecerahan mungkin berbeza antara segmen/paparan. Pemacu arus malar adalah lebih baik untuk konsistensi.

S: Apakah perbezaan antara Panjang Gelombang Puncak dan Panjang Gelombang Dominan?

J: Panjang Gelombang Puncak (650nm) ialah puncak fizikal spektrum cahaya yang dipancarkan. Panjang Gelombang Dominan (639nm) ialah panjang gelombang tunggal yang akan menghasilkan persepsi warna yang sama kepada mata manusia. Panjang gelombang dominan adalah lebih relevan untuk spesifikasi warna.

S: Mengapa terdapat dua pin Anod Sej?

J: Ini menyediakan simetri mekanikal, memudahkan susun atur PCB, dan boleh membantu mengagihkan arus dengan lebih sekata, berpotensi meningkatkan kebolehpercayaan dan keseragaman kecerahan.

12. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Mereka bentuk bacaan voltmeter digital mudah.

Seorang pereka memilih LSHD-F101 untuk paparan voltmeter 2-digit (memerlukan dua unit). Mereka mula-mula menyemak maklumat pengkategorian keamatan untuk mendapatkan dua paparan dari kategori yang sama untuk kecerahan seragam. Mikropengawal beroperasi pada 3.3V. Untuk memacu setiap segmen pada sasaran 10mA untuk kecerahan yang baik, mereka mereka bentuk pemampu sink arus malar menggunakan IC tatasusunan transistor. Litar pemacu termasuk diod perlindungan untuk menjepit sebarang lonjakan voltan induktif dari wayar panjang yang menyambung ke panel paparan. Susun atur PCB meletakkan paparan dengan jarak yang mencukupi untuk lubang pemasangan yang disyorkan 1.0mm dan termasuk satah bumi untuk pelesapan haba. Semasa ujian, mereka mengesahkan kecerahan segmen pada suhu ambien maksimum yang dijangkakan 50°C dan mengesahkan arus disusut dengan sewajarnya kepada lebih kurang 18mA per segmen (25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C)).

13. Pengenalan Prinsip Operasi

Pancaran cahaya dalam LSHD-F101 adalah berdasarkan elektroluminesens dalam simpang p-n semikonduktor yang diperbuat daripada bahan AlInGaP. Apabila voltan hadapan melebihi potensi terbina dalam simpang dikenakan, elektron dari rantau jenis-n dan lubang dari rantau jenis-p disuntik ke dalam rantau aktif. Di sini, mereka bergabung semula, membebaskan tenaga dalam bentuk foton. Komposisi khusus aloi AlInGaP menentukan tenaga jurang jalur, yang secara langsung sepadan dengan panjang gelombang (warna) cahaya yang dipancarkan—dalam kes ini, merah. Substrat GaAs adalah penyerap optik, jadi cip direka untuk pancaran sisi atas, yang kemudiannya disebarkan oleh pakej plastik acuan untuk membentuk segmen seragam.

14. Trend dan Konteks Teknologi

Teknologi AlInGaP mewakili penyelesaian matang dan berkecekapan tinggi untuk LED merah, oren dan kuning. Walaupun teknologi lebih baru seperti LED berasaskan Gallium Nitrida (GaN) mendominasi pasaran pencahayaan biru, hijau dan putih, AlInGaP kekal sebagai bahan pilihan untuk penunjuk dan paparan merah berprestasi tinggi disebabkan kecekapan dan ketulenan warnanya yang unggul dalam rantau spektrum itu. Trend dalam teknologi paparan termasuk peralihan ke arah pakej peranti pemasangan permukaan (SMD) untuk pemasangan automatik dan ketumpatan yang lebih tinggi. Walaupun LSHD-F101 adalah komponen lubang tembus, prinsip reka bentuknya iaitu kecerahan tinggi, kebolehpercayaan dan prestasi terkategori kekal asas. Pembangunan masa depan mungkin memberi tumpuan kepada peningkatan kecekapan lanjut, julat suhu yang lebih luas dan integrasi dengan elektronik pemacu.