Fiche technique de l'afficheur LED LTC-2621JG - Hauteur de chiffre 0,28 pouce - Couleur verte - Tension directe 2,6V - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-2621JG est un module d'affichage numérique compact et performant à trois chiffres, conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement trois chiffres de données numériques en utilisant la technologie LED à l'état solide. La technologie de base employée est celle des couches épitaxiales AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) déposées sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs), spécifiquement conçues pour produire une émission de lumière verte à haut rendement. Ce système de matériaux est choisi pour sa luminosité et sa pureté de couleur supérieures par rapport aux technologies plus anciennes comme le GaP standard, ce qui se traduit par une excellente luminosité et un bel aspect des caractères, même à des courants de pilotage plus faibles. Le dispositif est catégorisé comme un afficheur à anode commune multiplexée, ce qui signifie que toutes les anodes de chaque chiffre sont connectées ensemble en interne, permettant un contrôle efficace de plusieurs chiffres avec un nombre réduit de broches d'E/S de microcontrôleur grâce au multiplexage temporel.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

Cet afficheur offre plusieurs avantages distincts qui le rendent adapté à un large éventail d'applications industrielles, grand public et d'instrumentation.

• Performance optique :Il présente une hauteur de chiffre de 0,28 pouce (7,0 mm) avec des segments continus et uniformes, éliminant les espaces pour un aspect net et professionnel. La combinaison d'une luminosité élevée et d'un contraste élevé assure une excellente lisibilité dans diverses conditions d'éclairage ambiant. Un large angle de vision permet de lire l'afficheur clairement depuis des positions hors axe.
• Efficacité électrique :Le dispositif a de faibles besoins en puissance, contribuant à une conception de système économe en énergie. L'utilisation de la technologie AlInGaP fournit une intensité lumineuse élevée avec un courant direct relativement faible.
• Fiabilité et constance :En tant que dispositif à l'état solide, il offre une grande fiabilité sans pièces mobiles et une résistance aux chocs et aux vibrations. Les unités sont classées selon leur intensité lumineuse, garantissant des niveaux de luminosité cohérents entre différents afficheurs, ce qui est crucial pour les produits multi-unités.
• Conformité environnementale :Le boîtier est sans plomb, conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), le rendant adapté aux produits vendus sur les marchés soumis à des réglementations environnementales strictes.

1.2 Description physique

L'afficheur a une face avant grise, ce qui aide à absorber la lumière ambiante et à améliorer le contraste. Les segments eux-mêmes émettent une lumière blanche lorsqu'ils sont alimentés, qui traverse la face grise pour créer les caractères visibles. Cette combinaison est choisie pour une lisibilité optimale. Le dispositif est un afficheur à trois chiffres, ce qui signifie qu'il peut afficher des nombres de 000 à 999.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces limites et caractéristiques est essentiel pour une conception de circuit fiable.

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 au-delà de ces limites n'est pas garanti et doit être évité.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par un seul segment LED. Le dépassement peut entraîner une surchauffe et réduire la durée de vie ou provoquer une défaillance.
• Courant direct de crête par segment :60 mA (à 1 kHz, rapport cyclique de 25%). C'est le courant instantané maximal qu'un segment peut supporter en conditions pulsées. Pour un fonctionnement continu en courant continu, la valeur nominale du courant direct continu est le facteur limitant.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. Ce courant doit être déclassé linéairement de 0,28 mA/°C lorsque la température ambiante (Ta) dépasse 25°C. Par exemple, à 85°C, le courant continu maximal autorisé serait : 25 mA - [0,28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16,8 mA =8,2 mA.
• Tension inverse par segment :5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut provoquer un claquage et endommager la jonction LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour fonctionner et être stocké dans cette large plage de température, le rendant adapté aux environnements difficiles.
• Condition de soudure :260°C pendant 3 secondes, avec la pointe du fer à au moins 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) en dessous du plan d'assise du composant. Il s'agit d'une recommandation standard de profil de refusion sans plomb pour éviter les dommages thermiques pendant l'assemblage.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques (Ta=25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test spécifiées. Les concepteurs doivent utiliser ces valeurs pour les calculs de circuit.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320 μcd (Min), 692 μcd (Typ) à I_F= 1 mA. C'est une mesure de la puissance lumineuse. La large plage indique qu'un système de classement (binning) est utilisé ; les concepteurs doivent tenir compte de la valeur minimale pour garantir une luminosité suffisante dans toutes les unités.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :571 nm (Typ) à I_F= 20 mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la LED émet le plus de puissance optique, dans la région verte du spectre.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (Typ). Cela indique la pureté spectrale ; une largeur plus étroite signifie une couleur verte plus pure et saturée.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :572 nm (Typ). C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain, correspondant étroitement à la longueur d'onde de crête de cette LED verte.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05 V (Min), 2,6 V (Typ) à I_F= 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit. La valeur de la résistance de limitation de courant doit être calculée en utilisant la V_Fmaximale pour garantir le courant minimum requis.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (Max) à V_R= 5 V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans les limites de sa valeur maximale.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse :2:1 (Max). Cela spécifie que la différence de luminosité entre deux segments quelconques dans la "zone de lumière similaire" (généralement au sein d'un chiffre ou entre les chiffres) ne dépassera pas un facteur deux. Cela assure une uniformité visuelle.

3. Explication du système de classement (binning)

La fiche technique indique explicitement que le dispositif est "classé selon l'intensité lumineuse". Cela fait référence à un processus de classement post-production.

• Classement par intensité lumineuse :Après fabrication, les LED sont testées et triées (classées) en fonction de leur puissance lumineuse mesurée à un courant de test standard (1 mA dans ce cas). Le LTC-2621JG a un minimum spécifié de 320 μcd et un typique de 692 μcd. Les unités sont regroupées en classes avec des plages d'intensité plus serrées (par exemple, 320-400 μcd, 400-500 μcd, etc.). Cela permet aux clients de sélectionner une classe pour une luminosité cohérente sur plusieurs afficheurs dans un produit. La fiche technique fournit la plage globale ; les codes de classe spécifiques sont généralement disponibles auprès du fabricant pour la commande.
• Tension directe :Bien que non explicitement mentionné comme classé, la plage fournie (2,05V à 2,6V) indique une variation naturelle. Pour les conceptions où la consommation d'énergie ou la conception du circuit de pilotage est critique, il peut être nécessaire de consulter le fabricant pour des classes de tension.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des "Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques". Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu standard et leur importance.

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (Courbe I_V/ I_F) :Ce graphique montrerait comment la puissance lumineuse augmente avec le courant de pilotage. Elle est généralement non linéaire, avec un rendement (puissance lumineuse par mA) qui diminue souvent à des courants très élevés. Cette courbe aide les concepteurs à choisir un courant de fonctionnement qui équilibre luminosité et efficacité.
• Tension directe en fonction du courant direct (Courbe V_F/ I_F) :Cela montre la caractéristique exponentielle I-V de la diode LED. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :Cette courbe illustre comment la puissance lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente. Elle est vitale pour les applications fonctionnant à des températures ambiantes élevées ou à des courants de pilotage élevés, car elle peut nécessiter un déclassement ou un dissipateur thermique.
• Distribution spectrale :Un graphique montrant la puissance optique relative en fonction des longueurs d'onde, centré autour de 571-572 nm avec une demi-largeur d'environ 15 nm, confirmant l'émission de couleur verte.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions et dessin du boîtier

Le dispositif utilise un format standard de boîtier double en ligne (DIP) adapté au montage traversant sur PCB. Les notes dimensionnelles clés sont : toutes les dimensions sont en millimètres, et la tolérance générale est de ±0,25 mm (environ ±0,01 pouce) sauf indication contraire pour une caractéristique spécifique. Les concepteurs doivent se référer au dessin mécanique détaillé (non entièrement détaillé dans le texte fourni) pour l'espacement exact des trous, le diamètre des broches, la largeur du boîtier, la hauteur et l'espacement des chiffres afin de créer des empreintes PCB précises et d'assurer un bon ajustement dans le boîtier.

5.2 Connexion des broches et circuit interne

L'afficheur a 16 positions de broches, bien que toutes ne soient pas peuplées de broches physiques (les broches 10, 11 et 14 sont indiquées comme "SANS BROCHE"). La broche 9 est "SANS CONNEXION". Le schéma de circuit interne montre une configuration à anode commune multiplexée.

• Anodes communes :Les broches 2, 5, 8 et 13 sont des broches d'anode commune. La broche 2 contrôle le Chiffre 1, la broche 5 contrôle le Chiffre 2 et la broche 8 contrôle le Chiffre 3. La broche 13 est une anode commune pour les trois LED indicateurs de deux-points (L1, L2, L3).
• Cathodes de segment :Les autres broches sont des cathodes pour des segments spécifiques (A, B, C, D, E, F, G, DP) et les indicateurs. Par exemple, pour allumer le segment 'A' du Chiffre 1, le circuit doit connecter la cathode du segment A (broche 15) à la masse tout en appliquant une tension positive à l'anode du Chiffre 1 (broche 2).
• Point décimal à droite :La description note "Point décimal à droite", et la broche 3 est la cathode pour D.P. (point décimal), indiquant que le point décimal est situé à droite des trois chiffres.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le respect des conditions de soudure spécifiées est essentiel pour une fiabilité à long terme.

• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, la recommandation est d'appliquer un fer à souder à 260°C pendant un maximum de 3 secondes par broche. La pointe du fer doit être positionnée à au moins 1,6 mm en dessous du plan d'assise du corps de l'afficheur pour empêcher une chaleur excessive de remonter le long des broches et d'endommager la résine époxy interne ou les fils de liaison.
• Soudure à la vague ou par refusion :Pour les processus automatisés, un profil de température standard sans plomb avec un pic à 260°C est adapté. La plage de température de stockage et de fonctionnement du dispositif (-35°C à +85°C) indique qu'il peut supporter les cycles thermiques typiques de refusion SMT, bien que le boîtier traversant suggère que la soudure à la vague est la méthode principale prévue.
• Conditions de stockage :Les dispositifs doivent être stockés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine dans un environnement situé dans la plage de température de stockage (-35°C à +85°C) et à faible humidité pour éviter l'oxydation des broches.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Le LTC-2621JG est idéal pour tout système embarqué nécessitant un affichage numérique clair, fiable et à faible consommation.

• Équipement de test et de mesure :Multimètres, fréquencemètres, alimentations, affichages de capteurs.
• Contrôles industriels :Compteurs de tableau pour la température, la pression, les tours/minute, affichages de comptage sur les machines.
• Appareils grand public :Fours à micro-ondes, horloges numériques, syntoniseurs d'équipement audio, balances de salle de bain.
• Équipement automobile (après-vente) :Jauges et affichages pour systèmes auxiliaires (tension, température).

7.2 Considérations de conception et circuit de pilotage

La conception avec cet afficheur nécessite une attention particulière à la méthode de pilotage.

• Pilote de multiplexage :Un microcontrôleur doit activer séquentiellement l'anode commune de chaque chiffre (broches 2, 5, 8) à une fréquence de rafraîchissement élevée (typiquement >100 Hz) tout en envoyant le motif de cathodes de segment correspondant à ce chiffre. Cette persistance rétinienne crée l'illusion que tous les chiffres sont allumés simultanément. L'anode des deux-points (broche 13) peut être pilotée séparément ou incluse dans la séquence de multiplexage.
• Limitation de courant :Chaque ligne de cathode de segment doit avoir une résistance de limitation de courant en série. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utilisez la V_Fmaximale (2,6V) de la fiche technique pour garantir que le I_Fminimum souhaité est toujours atteint. Par exemple, avec une alimentation de 5V et un I_Fcible de 10 mA : R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ω. Une résistance standard de 220 Ω ou 270 Ω serait appropriée.
• Dissipation de puissance :Assurez-vous que la puissance par segment (V_F* I_F) ne dépasse pas 70 mW, et déclassez le courant continu à haute température ambiante comme décrit dans la section 2.1.
• Angle de vision :Le large angle de vision permet une flexibilité dans la position de montage par rapport à l'utilisateur.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé à d'autres technologies d'affichage et aux anciens types de LED, le LTC-2621JG offre des avantages spécifiques.

• Contre les LED vertes GaP standard :La technologie AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, ce qui se traduit par des afficheurs plus lumineux à courant égal ou une luminosité équivalente à puissance inférieure. La couleur est également un vert plus vif et pur.
• Contre les afficheurs LCD :Les LED sont émissives, c'est-à-dire qu'elles produisent leur propre lumière, offrant une luminosité et une lisibilité supérieures dans des conditions de faible luminosité ou de lumière directe du soleil sans rétroéclairage. Elles ont également un temps de réponse beaucoup plus rapide et une plage de température de fonctionnement plus large. Le compromis est généralement une consommation d'énergie plus élevée lors de l'affichage de nombreux segments.
• Contre les afficheurs à chiffres plus grands ou plus petits :La hauteur de 0,28 pouce offre un bon équilibre entre visibilité et consommation d'espace sur la carte, se situant entre les indicateurs plus petits et les compteurs de tableau plus grands.
• Contre les afficheurs non classés :Le classement selon l'intensité lumineuse est un facteur différenciant clé pour les applications nécessitant une cohérence visuelle entre plusieurs unités, comme dans une gamme de produits ou un tableau de commande avec plusieurs affichages identiques.

9. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Quel est le but des broches "SANS BROCHE" et "SANS CONNEXION" ?

R1 : "SANS BROCHE" signifie que la broche physique est omise du boîtier, laissant un espace dans la rangée de broches. "SANS CONNEXION" (broche 9) signifie qu'une broche physique existe mais n'est connectée électriquement à rien à l'intérieur de l'afficheur. Elles sont souvent incluses pour standardiser l'empreinte du boîtier avec d'autres afficheurs de la même famille qui pourraient utiliser ces broches.

Q2 : Comment calculer la résistance de limitation de courant appropriée ?

R2 : Utilisez la formule R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utilisez toujours la valeurmaximale V_Fde la fiche technique (2,6V) dans votre calcul pour garantir que le courant minimum souhaité circule dans toutes les conditions. Choisissez une valeur de résistance standard égale ou légèrement inférieure à votre valeur calculée.

Q3 : Puis-je piloter cet afficheur avec un courant continu constant sans multiplexage ?

R3 : Techniquement oui, mais c'est très inefficace. Vous devriez connecter les trois anodes de chiffres ensemble et fournir du courant à chaque cathode de segment en continu. Cela consommerait 3 fois plus de courant (pour trois chiffres identiques) par rapport à une conception multiplexée et dépasserait probablement les valeurs nominales de courant continu maximal si tous les segments étaient allumés. Le multiplexage est la méthode prévue et optimale.

Q4 : Que signifie concrètement "rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse 2:1" ?

R4 : Cela signifie qu'à l'intérieur d'une "zone de lumière similaire" définie (probablement au sein d'un même afficheur), le segment le moins lumineux ne sera pas moins de la moitié moins brillant que le segment le plus lumineux. Cela garantit que le chiffre "8" (tous segments allumés) paraît uniforme, sans que certains segments soient nettement plus sombres que d'autres.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage de voltmètre numérique

Un concepteur crée un voltmètre DC 0-30V. L'ADC du microcontrôleur lit la tension, la convertit en une valeur entre 0,00 et 30,00, et doit l'afficher sur trois chiffres et un point décimal (affichant les dixièmes de volt, par ex. "12,3").

1. Interface matérielle :Le concepteur utilise 4 broches de microcontrôleur configurées comme sorties numériques pour contrôler les trois anodes de chiffres (broches 2,5,8) et l'anode des deux-points/point décimal (broche 13). 8 autres broches sont configurées comme sorties numériques (ou utilisent un registre à décalage) pour contrôler les cathodes de segments (A-G, DP).
2. Routine logicielle :Le micrologiciel exécute une interruption de timer à 500 Hz. Dans chaque cycle d'interruption :
   
   - Éteindre toutes les broches d'anode.
   
   - Envoyer le motif de segment pour le Chiffre 1 (la centaine) vers les broches de cathode.
   
   - Allumer la broche d'anode pour le Chiffre 1 (broche 2).
   
   - Attendre un court délai.
   
   - Répéter pour le Chiffre 2 (la dizaine, broche 5) et le Chiffre 3 (l'unité, broche 8), en incluant la cathode du point décimal (broche 3) lorsque le Chiffre 2 est actif.
3. Calcul du courant :Visant un courant de segment de 5 mA pour une bonne luminosité et une faible consommation, avec une alimentation de 5V : R = (5V - 2,6V) / 0,005A = 480 Ω. Une résistance de 470 Ω est placée en série avec chacune des 8 lignes de cathode de segment.
4. Résultat :L'afficheur montre une lecture de tension stable, lumineuse, à 3 chiffres avec un point décimal, consommant un minimum d'E/S de microcontrôleur et d'énergie.

11. Introduction au principe technique

Le principe de fonctionnement de base repose sur l'électroluminescence dans une jonction PN semi-conductrice. Dans le système de matériau AlInGaP, lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel de diffusion de la jonction (environ 2V) est appliquée, les électrons de la région de type N et les trous de la région de type P sont injectés à travers la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent dans la région active (les puits quantiques de la couche épitaxiale AlInGaP), ils libèrent de l'énergie sous forme de photons (particules de lumière). La composition spécifique des atomes d'Aluminium, d'Indium, de Gallium et de Phosphore détermine l'énergie de la bande interdite du semi-conducteur, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Pour le LTC-2621JG, cette composition est ajustée pour produire des photons d'une longueur d'onde d'environ 572 nm, que l'œil humain perçoit comme de la lumière verte. La face avant grise agit comme un filtre améliorant le contraste, absorbant la lumière ambiante pour rendre les segments verts émis plus lumineux et plus nets.

12. Tendances et contexte technologiques

Les afficheurs comme le LTC-2621JG représentent un segment mature et hautement optimisé de l'optoélectronique. La tendance pour ces afficheurs de type indicateur a été vers une efficacité accrue (plus de lumière par watt), une meilleure constance grâce à un classement avancé, et la conformité aux réglementations environnementales (sans plomb, sans halogène). Bien que des technologies plus récentes comme les OLED offrent de la flexibilité et un contraste élevé, les afficheurs LED segmentés traditionnels conservent une position forte dans les applications nécessitant une luminosité élevée, une fiabilité extrême, un fonctionnement à large plage de température et un faible coût par chiffre. Le passage de l'ancien GaP:N à l'AlInGaP a été une étape significative dans les performances des LED vertes et jaunes. Les développements futurs pourraient se concentrer sur des gains d'efficacité supplémentaires et l'intégration, comme des afficheurs avec pilotes intégrés ou interfaces série (comme I2C ou SPI), réduisant la charge de traitement du microcontrôleur nécessaire au multiplexage. Cependant, l'afficheur traversant de base à anode commune multiplexée reste un composant fondamental et largement utilisé en raison de sa simplicité, sa robustesse et sa capacité d'interface directe avec les microcontrôleurs à usage général.