Технический даташит на 0.56-дюймовую (14.22 мм) цифру индикатора на сверхкрасных светодиодах AlInGaP - общий анод, прямое напряжение 2.6В

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокопроизводительного светодиодного индикатора с высотой цифры 0.56 дюйма (14.22 мм). Устройство разработано для применений, требующих четкой, яркой цифровой или буквенно-цифровой индикации с отличной видимостью и надежностью. Его основная конструкция направлена на обеспечение превосходных оптических характеристик благодаря использованию передовых полупроводниковых материалов.

Индикатор выполнен по твердотельной технологии, что гарантирует длительный срок службы и устойчивость к вибрациям и ударам, делая его подходящим для промышленных применений, приборов и потребительской электроники, где критически важна надежная визуальная индикация.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данной индикаторной цифры проистекают из её материальной технологии и оптической конструкции. Ключевым отличием является использование полупроводникового материала алюминий-индий-галлий-фосфид (AlInGaP) на непрозрачной подложке из арсенида галлия (GaAs). Эта материальная система известна своей высокой эффективностью в красной и янтарной части видимого спектра, что напрямую способствует высокой яркости и отличной чистоте цвета устройства.

Сочетание светло-серого поля и белого цвета сегментов специально подобрано для максимального контраста. Это улучшает читаемость при различных условиях окружающего освещения — от затемненных помещений до ярко освещенных комнат. Широкий угол обзора гарантирует, что отображаемая информация остается разборчивой даже при взгляде под углом, что крайне важно для панельных приборов, измерительного оборудования и информационных табло.

Еще одним значительным преимуществом является низкое энергопотребление, что позволяет интегрировать устройство в системы с батарейным питанием или энергоэффективные системы без ущерба для яркости дисплея. Устройство классифицировано по световому потоку, обеспечивая постоянство и предсказуемость уровней яркости между производственными партиями, что крайне важно для многоразрядных индикаторов, где обязательна равномерность свечения.

Целевой рынок охватывает широкий спектр секторов, включая промышленную автоматизацию (для считывания показаний систем управления), контрольно-измерительное оборудование (мультиметры, осциллографы), медицинские приборы, автомобильные приборные панели (для вспомогательных дисплеев) и бытовую технику. Его надежность и производительность делают его предпочтительным выбором для разработчиков, которым требуется прочное и четкое решение для цифровой индикации.

2. Подробный анализ технических параметров

Для правильного проектирования схемы и достижения желаемых характеристик в конечном применении необходимо тщательное понимание электрических и оптических параметров.

2.1 Фотометрические и оптические характеристики

Оптические характеристики определены при стандартных условиях испытаний при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.Средняя сила света (Iv)составляет минимум 320 мккд, типичное значение — 700 мккд, максимальное значение не указано, при прямом токе (IF) 1 мА. Этот параметр, измеренный с использованием фильтра, аппроксимирующего кривую спектральной чувствительности глаза CIE, указывает на воспринимаемую яркость. Широкий диапазон значений предполагает необходимость тщательной сортировки для применений, требующих согласования по интенсивности.

Доминирующая длина волны (λd)составляет 639 нм, что классифицирует излучение как сверхкрасный цвет.Пиковая длина волны излучения (λp)обычно составляет 650 нм. Небольшая разница между доминирующей и пиковой длиной волны указывает на спектрально чистое излучение.Полуширина спектральной линии (Δλ)составляет 20 нм, что описывает узость спектра излучаемого света; меньшее значение указывает на более монохроматический источник света.Коэффициент согласования силы света (Iv-m)

указан как максимальный 2:1 при токе сегмента 10 мА. Этот коэффициент определяет допустимое изменение яркости между разными сегментами одной цифры или между цифрами, обеспечивая визуальную однородность отображаемого числа.2.2 Электрические и тепловые характеристикиКлючевым электрическим параметром является

Прямое напряжение на сегмент (VF)

, которое имеет типичное значение 2.6 В при токе накачки (IF) 20 мА. Минимальное значение указано как 2.1 В. Это напряжение критически важно для проектирования схемы ограничения тока.Обратный ток на сегмент (IR)составляет максимум 100 мкА при обратном напряжении (VR) 5 В, что указывает на характеристику утечки диода в закрытом состоянии.Тепловые и предельные эксплуатационные характеристики определены в разделеАбсолютные максимальные допустимые режимы

.Непрерывный прямой ток на сегментсоставляет 25 мА при 25°C с коэффициентом снижения 0.28 мА/°C. Это означает, что допустимый непрерывный ток линейно уменьшается при повышении температуры окружающей среды выше 25°C. Превышение этих режимов может привести к необратимому повреждению.Пиковый прямой ток на сегментсоставляет 90 мА, но только при определенных импульсных условиях: скважность 1/10 и длительность импульса 0.1 мс. Это позволяет кратковременно превышать номинальный ток для мультиплексирования или достижения более высокой пиковой яркости.

Рассеиваемая мощность на сегментограничена 70 мВт. Устройство может работать и храниться в широком температурном диапазоне от -35°C до +105°C. Температура пайки не должна превышать 260°C более 3 секунд на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки во время сборки.3. Механическая информация и данные по корпусуФизическая конструкция устройства определяет его габариты, требования к монтажу и общую интеграцию в изделие.3.1 Габаритные размеры и распиновка

Устройство соответствует стандартному корпусу двухразрядного светодиодного индикатора. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0.25 мм, если иное не указано на чертеже размеров. Этот чертеж необходим разработчикам разводки печатной платы для создания правильного посадочного места, обеспечивающего надлежащее механическое совмещение и формирование паяных соединений.

Схема подключения выводов критически важна для правильного сопряжения. Устройство имеет

конфигурацию с общим анодом

. Имеется два отдельных вывода общего анода: вывод 12 для цифры 1 и вывод 9 для цифры 2. Это позволяет независимо управлять двумя цифрами или мультиплексировать их. Катоды сегментов (от A до G и десятичная точка) соединены параллельно для обеих цифр. Например, вывод 11 (Катод A) управляет сегментом 'A' как цифры 1, так и цифры 2. Выводы 6 и 8 обозначены как "Не подключено" (N/C). Подробная внутренняя схема обычно показывает эту структуру с общим анодом и параллельными катодами для двух цифр.

4. Анализ характеристических кривыхХотя даташит предоставляет табличные данные, типичные характеристические кривые дают более глубокое понимание поведения устройства в нестандартных условиях.Кривая зависимости прямого напряжения (VF) от прямого тока (IF) является фундаментальной. Она показывает нелинейную зависимость, где VF увеличивается с ростом IF. Разработчики используют её для выбора подходящего значения токоограничивающего резистора при заданном напряжении питания для достижения целевого тока накачки (например, 10 мА или 20 мА).

Кривая зависимости силы света (Iv) от прямого тока (IF) демонстрирует, как яркость масштабируется с током. Обычно она линейна при низких токах, но может насыщаться при высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Эта кривая помогает разработчикам сбалансировать яркость, потребляемую мощность и срок службы устройства.

Кривая зависимости силы света от температуры окружающей среды крайне важна для понимания теплового снижения номиналов. При повышении температуры эффективность светодиодного кристалла снижается, что приводит к падению интенсивности излучения при том же токе накачки. Это необходимо учитывать в применениях, подверженных высоким рабочим температурам, чтобы обеспечить достаточную яркость дисплея.

5. Рекомендации по пайке и сборке

Правильное обращение во время процесса сборки жизненно важно для предотвращения повреждений и обеспечения долгосрочной надежности.

Абсолютный максимальный режим для пайки четко указан: устройство может выдерживать максимальную температуру 260°C в течение максимум 3 секунд, измеренную в точке на 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки корпуса. Эта рекомендация предназначена для процессов волновой пайки или оплавления. Превышение этих временно-температурных ограничений может привести к разрушению внутренних проводных соединений, растрескиванию корпуса или деградации светодиодного кристалла.

Рекомендуется следовать стандартным рекомендациям JEDEC или IPC по чувствительности к влаге и процедурам прогрева, если устройства хранились в неконтролируемых условиях перед использованием, хотя конкретный уровень в этом даташите не указан. При обращении с полупроводниковыми компонентами всегда рекомендуется соблюдать меры предосторожности от электростатического разряда (ESD).

6. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

Интеграция данного индикатора требует тщательной электрической и оптической проработки.

6.1 Проектирование схемы управления

Для индикатора с общим анодом аноды обычно подключаются к положительному напряжению питания через токоограничивающие резисторы или коммутируются транзисторами. Катоды сегментов подключаются к драйверу (например, специализированному драйверу индикатора или выводам GPIO микроконтроллера), который замыкает ток на землю для включения сегмента. Значение токоограничивающего резистора (R) рассчитывается по закону Ома: R = (Vcc - VF - Vdriver_sat) / IF, где Vcc — напряжение питания, VF — прямое напряжение светодиодного сегмента (для надежности используйте типичное или максимальное значение), Vdriver_sat — напряжение насыщения транзистора или микросхемы драйвера, а IF — желаемый прямой ток.

Для мультиплексирования двух цифр общие аноды (выводы 9 и 12) поочередно включаются на высокой частоте (обычно >100 Гц). Когда анод цифры 1 активен, драйверы катодов формируют паттерн для цифры 1. Затем активируется анод цифры 2 с соответствующим паттерном. Это значительно сокращает количество необходимых выводов драйвера, но требует тщательной синхронизации, чтобы избежать мерцания и эффекта "призраков".

6.2 Оптическая интеграция

Светло-серое поле обеспечивает нейтральный, неотражающий фон, который повышает контраст. При проектировании корпуса изделия рассмотрите возможность использования окна или фильтра. Нейтральный фильтр можно использовать для уменьшения яркости в очень темных условиях, а тонированный фильтр (например, красный) может дополнительно повысить контрастность в ярких условиях. Широкий угол обзора следует учитывать при позиционировании индикатора относительно предполагаемой линии взгляда пользователя.

7. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевым отличием данного устройства является использование

технологии AlInGaP (алюминий-индий-галлий-фосфид)

. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартные красные светодиоды на основе GaAsP (арсенид-фосфид галлия), AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу. Это означает, что он производит больше света (люмен) на ту же электрическую мощность (ватт), что приводит к более высокой яркости и/или меньшему энергопотреблению.

Кроме того, светодиоды AlInGaP обычно обладают превосходной температурной стабильностью и более длительным сроком службы благодаря лучшим материальным свойствам. Излучение "сверхкрасного" цвета (доминирующая длина волны 639 нм) также представляет собой отчетливый, насыщенный красный цвет по сравнению с часто оранжеватым оттенком красного у старых технологий. По сравнению с современными аналогами, конкретное сочетание высоты цифры 0.56 дюйма, конфигурации с общим анодом и гарантированной классификации по силе света являются определяющими характеристиками для разработчиков, выбирающих индикатор.8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)В: Что означает "классифицирован по силе света"?

О: Это означает, что светодиоды тестируются и сортируются (биннируются) на основе измеренной светоотдачи при стандартном испытательном токе. Это обеспечивает постоянство, когда несколько цифр используются рядом, предотвращая ситуацию, когда одна цифра выглядит заметно ярче или тусклее соседних.

В: Могу ли я управлять этим индикатором напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?

О: Нет, напрямую нельзя. Типичное прямое напряжение составляет 2.6 В, а вывод GPIO микроконтроллера не может безопасно выдавать или принимать достаточный ток (обычно максимум 20-40 мА на вывод, с общим ограничением для чипа). Вы должны использовать внешние токоограничивающие резисторы и, вероятно, транзисторные драйверы или специализированную микросхему драйвера индикатора для обеспечения правильного тока и напряжения.

В: Почему для двух цифр есть два отдельных вывода общего анода?

О: Это позволяет осуществлять мультиплексирование. Включая анод для цифры 1 и устанавливая её сегменты, затем выключая его и включая анод для цифры 2 с её сегментами и быстро повторяя этот цикл, вы можете управлять двумя цифрами, используя всего 7 выводов сегментов + 2 вывода цифр = 9 выводов, вместо 7 x 2 = 14 выводов, если бы каждый сегмент был подключен независимо.

В: Каково назначение выводов "Не подключено" (N/C)?

О: Это физически присутствующие выводы на корпусе, которые не имеют электрического соединения со внутренней светодиодной схемой. Они часто включаются для механической стабильности корпуса во время процесса формования или для поддержания стандартного шага выводов и посадочного места. Их нельзя подключать в схеме.

9. Введение в принцип работы

Светодиод (LED) — это полупроводниковый p-n переходный диод. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение диода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в область перехода. Когда эти носители заряда (электроны и дырки) рекомбинируют, они высвобождают энергию. В стандартном кремниевом диоде эта энергия высвобождается в основном в виде тепла. В таком материале, как AlInGaP, ширина запрещенной зоны такова, что значительная часть этой энергии рекомбинации высвобождается в виде фотонов (света). Конкретная длина волны (цвет) излучаемого света определяется энергией запрещенной зоны полупроводникового материала. Запрещенная зона AlInGaP спроектирована для генерации света в красной и янтарной области спектра с высокой эффективностью. Непрозрачная подложка GaAs помогает отражать больше генерируемого света через верхнюю часть устройства, повышая общую эффективность извлечения света.

10. Тенденции развития

Область технологий отображения постоянно развивается. Хотя дискретные светодиодные цифры, подобные этой, остаются жизненно важными для конкретных применений благодаря своей простоте, яркости и надежности, можно отметить несколько тенденций. Наблюдается общее движение в сторону более высокой интеграции, например, многозначные модули со встроенными контроллерами (интерфейс I2C или SPI), которые упрощают задачу основного микроконтроллера. Продолжается стремление к повышению эффективности, потенциально переход от AlInGaP к еще более совершенным материальным системам для красного/оранжевого излучения. Кроме того, спрос на более широкий цветовой охват и конкретные координаты цветности в профессиональных применениях может стимулировать более точную сортировку и более жесткие спецификации на доминирующую длину волны и чистоту цвета. Однако фундаментальные преимущества дискретной светодиодной цифры — прочность, высокая яркость, низкая стоимость для простой цифровой индикации и отличный угол обзора — обеспечивают её постоянную актуальность во многих промышленных и коммерческих продуктах.

An LED (Light Emitting Diode) is a semiconductor p-n junction diode. When a forward voltage exceeding the diode's threshold is applied, electrons from the n-type region and holes from the p-type region are injected into the junction region. When these charge carriers (electrons and holes) recombine, they release energy. In a standard silicon diode, this energy is released primarily as heat. In a material like AlInGaP, the energy bandgap is such that a significant portion of this recombination energy is released as photons (light). The specific wavelength (color) of the emitted light is determined by the bandgap energy of the semiconductor material. AlInGaP's bandgap is engineered to produce light in the red to amber region of the spectrum with high efficiency. The non-transparent GaAs substrate helps reflect more of the generated light out through the top of the device, improving overall light extraction efficiency.

. Development Trends

The field of display technology is continuously evolving. While discrete LED digits like this one remain vital for specific applications due to their simplicity, brightness, and reliability, several trends are notable. There is a general movement towards higher integration, such as multi-digit modules with built-in controllers (I2C or SPI interface) that simplify the host microcontroller's task. The pursuit of higher efficiency continues, potentially moving from AlInGaP to even more advanced material systems for red/orange emission. Furthermore, the demand for wider color gamuts and specific chromaticity coordinates in professional applications may drive more precise binning and tighter specifications on dominant wavelength and color purity. However, the fundamental advantages of the discrete LED digit\u2014ruggedness, high brightness, low cost for simple numeric display, and excellent viewing angle\u2014ensure its continued relevance in many industrial and commercial products.