Техническая спецификация LSHD-F101 - Однозначный красный светодиодный индикатор 0.39 дюйма (10.0 мм) - Прямое напряжение 2.6В - Мощность 70мВт

1. Обзор продукта

LSHD-F101 представляет собой однозначный светодиодный индикаторный модуль с семью сегментами и десятичной точкой. В нем используются передовые эпитаксиальные слои из фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), выращенные на подложке из арсенида галлия (GaAs), для получения высокоэффективного красного свечения. Основное применение данного устройства - электронное оборудование, где требуется четкое, яркое и надежное цифровое отображение, например, на приборных панелях, бытовой технике и промышленных системах управления. Его ключевые преимущества включают отличный внешний вид символов благодаря непрерывным однородным сегментам, высокую яркость и контрастность для превосходной видимости, а также надежность твердотельной конструкции, обеспечивающую длительный срок службы.

1.1 Ключевые особенности

• Высота цифры: 0.39 дюйма (10.0 мм).
• Непрерывные однородные сегменты для плавного внешнего вида символов.
• Низкое энергопотребление, повышающее энергоэффективность.
• Высокая яркость и высокая контрастность для отличной читаемости.
• Широкий угол обзора, подходит для различных позиций монтажа.
• Надежность твердотельной конструкции без движущихся частей.
• Сортировка по световому потоку для согласования яркости в многозначных приложениях.
• Бесcвинцовый корпус, соответствующий директиве RoHS (об ограничении использования опасных веществ).

2. Технические параметры: Подробное объективное описание

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

These ratings define the stress limits beyond which permanent damage to the device may occur. Operation at or near these limits is not recommended for reliable performance.

• Рассеиваемая мощность на сегмент: 70 мВт. Это максимальная мощность, которую может безопасно рассеивать отдельный светодиодный сегмент без термического повреждения.
• Пиковый прямой ток на сегмент: 90 мА. Данная характеристика применима в импульсном режиме (скважность 1/10, длительность импульса 0.1 мс) и выше, чем номинальный постоянный ток.
• Постоянный прямой ток на сегмент: 25 мА при 25°C. Этот ток линейно снижается на 0.28 мА/°C при увеличении температуры окружающей среды выше 25°C. При более высоких температурах необходим надлежащий теплоотвод или снижение тока.
• Обратное напряжение на сегмент: 5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать мгновенный и катастрофический отказ.
• Диапазон рабочих температур и температур хранения: от -35°C до +105°C. Устройство рассчитано на работу и хранение в этом широком промышленном температурном диапазоне.
• Условия пайки: Корпус выдерживает пайку при 260°C в течение максимум 5 секунд, измерение производится на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.6 мм) ниже плоскости установки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные в указанных тестовых условиях (Ta=25°C).

• Средняя сила света на сегмент (Iv): Диапазон от 200-750 мкд при токе 1мА до 3400-9750 мкд при 10мА. Такая высокая интенсивность обеспечивает яркий вывод на дисплее.
• Пиковая длина волны излучения (λp): 650 нм (тип.). Определяет длину волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна.
• Доминирующая длина волны (λd): 639 нм (тип.). Это единственная длина волны, воспринимаемая человеческим глазом, определяющая цвет как красный.
• Полуширина спектральной линии (Δλ): 20 нм (тип.). Указывает на спектральную чистоту излучаемого красного света.
• Прямое напряжение на кристалл (Vf): от 2.10В до 2.60В при тестовом токе 20мА. Конструкция схемы должна учитывать этот диапазон для обеспечения стабильного тока управления.
• Обратный ток на сегмент (Ir): Максимум 100 мкА при обратном напряжении 5В. Этот параметр предназначен только для целей тестирования; непрерывная работа в режиме обратного смещения запрещена.
• Коэффициент согласования силы света: Максимум 2:1 между сегментами при токе 1мА. Это обеспечивает равномерную яркость по всему дисплею.

3. Объяснение системы сортировки

В спецификации указано, что устройство \"сортируется по силе света\". Это подразумевает процесс сортировки, при котором индикаторы группируются на основе измеренной светоотдачи при стандартном тестовом токе (например, 1мА или 10мА). Это позволяет разработчикам выбирать компоненты из одного и того же или соседних диапазонов интенсивности, чтобы обеспечить визуальную однородность в многозначных дисплеях, предотвращая ситуацию, когда одни цифры выглядят ярче или тусклее других. Хотя в данном отрывке не приведены конкретные детали кодов сортировки, эта категоризация является критически важным шагом контроля качества для эстетической и функциональной согласованности в конечном приложении.

4. Анализ кривых производительности

В спецификации упоминаются \"Типичные кривые электрических / оптических характеристик\", которые необходимы для детального проектирования. Обычно они включают:

• Вольт-амперная характеристика (Прямой ток vs. Прямое напряжение): Показывает экспоненциальную зависимость, что крайне важно для проектирования драйверов постоянного тока.
• Сила света vs. Прямой ток: Демонстрирует, как светоотдача увеличивается с током, помогая в калибровке яркости и расчетах эффективности.
• Сила света vs. Температура окружающей среды: Показывает снижение светоотдачи при повышении температуры, что важно для управления тепловым режимом.
• Спектральное распределение: График зависимости относительной интенсивности от длины волны, подтверждающий доминирующую и пиковую длины волн и спектральную ширину.

Разработчикам следует обращаться к этим кривым для оптимизации условий управления, понимания температурных зависимостей и прогнозирования производительности в реальных рабочих условиях.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса

Индикатор имеет светло-серый лицевой экран с белыми сегментами. Ключевые размерные примечания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25 мм, если не указано иное.
• Допуск смещения кончика вывода составляет ±0.40 мм.
• Рекомендуемый диаметр отверстия в печатной плате для выводов - 1.0 мм.
• Технические условия качества ограничивают наличие посторонних материалов, пузырьков в сегменте, изгиба отражателя и загрязнения поверхности чернилами для обеспечения оптической четкости и механической целостности.

5.2 Распиновка и принципиальная схема

Устройство имеет 10-выводную конфигурацию с общей анодной архитектурой. Внутренняя принципиальная схема показывает два общих анодных вывода (Вывод 1 и Вывод 6), соединенных внутри, что обеспечивает резервирование и потенциально лучшее распределение тока. Катоды сегментов (A-G и DP) подключены к отдельным выводам. Эта конфигурация стандартна для мультиплексирования нескольких цифр, хотя данное устройство является однозначным. Распиновка следующая: 1-Общий анод, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Общий анод, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Автоматическая пайка

Рекомендуемые условия: 260°C в течение 5 секунд, измерение производится на расстоянии 1.6 мм (1/16 дюйма) ниже плоскости установки корпуса. Температура корпуса компонента не должна превышать его максимальное номинальное значение в течение этого процесса.

6.2 Ручная пайка

Рекомендуемые условия: 350°C ±30°C в течение максимум 5 секунд, при этом жало паяльника должно располагаться на расстоянии 1.6 мм ниже плоскости установки. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать длительного теплового воздействия.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

Данный индикатор предназначен для обычного электронного оборудования, включая офисную технику, устройства связи и бытовые приборы. Его высокая яркость и читаемость делают его подходящим для панельных измерительных приборов, дисплеев часов, простых считывающих устройств блоков управления и потребительской электроники, где требуется четкий цифровой индикатор.

7.2 Критические аспекты проектирования

• Способ управления:Настоятельно рекомендуется использование драйвера постоянного тока вместо постоянного напряжения для обеспечения стабильной силы света и долговечности, поскольку яркость светодиода является функцией тока, а не напряжения.
• Ограничение тока:Схема драйвера должна ограничивать ток каждого сегмента в пределах абсолютного максимального номинала (25 мА постоянный, с понижением при температуре). Превышение этого значения вызывает быстрое ухудшение характеристик.
• Диапазон напряжения:Схема должна быть спроектирована с учетом полного диапазона прямого напряжения (Vf) от 2.10В до 2.60В для подачи требуемого тока на все устройства.
• Защита от обратного напряжения:Схема управления должна включать защиту (например, последовательные диоды или функции интегральной схемы) для предотвращения подачи обратного напряжения или скачков напряжения на катоды светодиодов во время включения, выключения питания или в аварийных ситуациях.
• Тепловой менеджмент:Безопасный рабочий ток должен быть снижен на основе максимальной температуры окружающей среды в приложении, используя коэффициент снижения 0.28 мА/°C выше 25°C.

8. Испытания на надежность

Устройство проходит комплекс испытаний на надежность на основе военных (MIL-STD), японских промышленных (JIS) и внутренних стандартов. Эти испытания подтверждают его надежность и долговечность:

• Срок службы при работе (RTOL):1000 часов при максимальном номинальном токе в условиях комнатной температуры.
• Воздействие окружающей среды:Включает хранение при высокой температуре/влажности (500 часов при 65°C/90-95% относительной влажности), хранение при высокой и низкой температуре (1000 часов при 105°C и -35°C), температурные циклы и испытания на тепловой удар.
• Надежность процессов:Испытания на стойкость к пайке и паяемость гарантируют, что корпус выдерживает стандартные процессы сборки.

9. Предостережения и ограничения по использованию

Устройство не предназначено для критически важных для безопасности применений, где отказ может поставить под угрозу жизнь или здоровье (например, авиация, медицинские системы жизнеобеспечения, системы безопасности транспорта). Для таких применений обязательна консультация с производителем по поводу специально квалифицированных компонентов. Производитель не несет ответственности за ущерб, возникший в результате эксплуатации за пределами абсолютных максимальных номиналов или вопреки предоставленным инструкциям. Особое внимание требуется для избежания обратного смещения, которое может вызвать миграцию металла и привести к увеличению тока утечки или отказу.

10. Техническое сравнение и дифференциация

LSHD-F101 отличается использованием технологии AlInGaP на подложке GaAs. По сравнению со старыми технологиями, такими как стандартный GaAsP или GaP, светодиоды AlInGaP предлагают значительно более высокую световую эффективность, что приводит к большей яркости при том же токе управления. Особенность \"непрерывных однородных сегментов\" указывает на высококачественную конструкцию литьевой формы и рассеивателя, которая устраняет видимые зазоры или горячие точки внутри сегмента, обеспечивая более профессиональный и разборчивый внешний вид символов. Широкий угол обзора и сортировка по силе света являются дополнительными преимуществами для применений, требующих стабильных визуальных характеристик с разных точек зрения или в нескольких устройствах.

11. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем от источника питания 5В с помощью простого резистора?

А: Да, но необходим тщательный расчет. Используя закон Ома (R = (Vпитания - Vf_светодиода) / I_светодиода) и предполагая наихудший случай Vf = 2.6В при 20мА, значение резистора составит (5В - 2.6В) / 0.02А = 120 Ом. Однако из-за вариаций Vf яркость может различаться между сегментами/дисплеями. Для согласованности предпочтительнее драйвер постоянного тока.

В: В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

А: Пиковая длина волны (650 нм) - это физический пик спектра излучаемого света. Доминирующая длина волны (639 нм) - это единственная длина волны, которая создает такое же цветовое восприятие для человеческого глаза. Доминирующая длина волны более актуальна для спецификации цвета.

В: Почему есть два общих анодных вывода?

А: Это обеспечивает механическую симметрию, упрощает разводку печатной платы и может помочь более равномерно распределить ток, потенциально улучшая надежность и равномерность яркости.

12. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование простого цифрового индикатора вольтметра.

Разработчик выбирает LSHD-F101 для 2-значного дисплея вольтметра (требуется два устройства). Сначала он проверяет информацию о сортировке по интенсивности, чтобы получить два дисплея из одной группы для равномерной яркости. Микроконтроллер работает от 3.3В. Для управления каждым сегментом с целевым током 10 мА для хорошей яркости он проектирует драйвер стока постоянного тока с использованием микросхемы массива транзисторов. Схема драйвера включает защитные диоды для ограничения любых индуктивных скачков напряжения от длинных проводов, соединяющих дисплейную панель. Разводка печатной платы размещает дисплеи с достаточным интервалом для рекомендуемых монтажных отверстий диаметром 1.0 мм и включает земляную полигон для рассеивания тепла. Во время тестирования проверяется яркость сегментов при максимальной ожидаемой температуре окружающей среды 50°C и подтверждается, что ток соответствующим образом снижен примерно до 18 мА на сегмент (25 мА - (0.28 мА/°C * (50-25)°C)).

13. Введение в принцип работы

Излучение света в LSHD-F101 основано на электролюминесценции в полупроводниковом p-n переходе, изготовленном из материалов AlInGaP. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее встроенный потенциал перехода, электроны из n-области и дырки из p-области инжектируются в активную область. Здесь они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав сплава AlInGaP определяет энергию запрещенной зоны, которая напрямую соответствует длине волны (цвету) излучаемого света - в данном случае, красному. Подложка GaAs оптически поглощающая, поэтому кристалл спроектирован для излучения с верхней стороны, которое затем рассеивается литым пластиковым корпусом для формирования однородных сегментов.

14. Технологические тренды и контекст

Технология AlInGaP представляет собой зрелое и высокоэффективное решение для красных, оранжевых и желтых светодиодов. В то время как новые технологии, такие как светодиоды на основе нитрида галлия (GaN), доминируют на рынках синего, зеленого и белого освещения, AlInGaP остается материалом выбора для высокопроизводительных красных индикаторов и дисплеев благодаря своей превосходной эффективности и чистоте цвета в этой спектральной области. Тренды в технологии дисплеев включают переход к корпусам для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки и более высокой плотности. Хотя LSHD-F101 является компонентом для сквозного монтажа, его принципы проектирования - высокая яркость, надежность и сортировка по характеристикам - остаются фундаментальными. Будущие разработки могут быть сосредоточены на дальнейшем повышении эффективности, расширении температурных диапазонов и интеграции с электроникой драйверов.