Fiche technique de l'afficheur LED LTS-313AJD - Hauteur de chiffre 0,3 pouce - Couleur Rouge Hyper - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un module d'affichage alphanumérique compact, à un chiffre et sept segments. Le dispositif est conçu pour des applications nécessitant une indication numérique claire et lumineuse avec une consommation d'énergie minimale. Sa philosophie de conception centrale repose sur l'offre d'une excellente lisibilité et fiabilité dans un format réduit.

L'afficheur utilise des matériaux semi-conducteurs avancés pour obtenir sa sortie caractéristique. Il est catégorisé pour une intensité lumineuse constante, garantissant l'uniformité en production de série et des performances prévisibles dans les applications utilisateur final.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cet afficheur incluent sa très faible exigence en courant, ce qui le rend adapté aux circuits alimentés par batterie ou sensibles à l'énergie. La luminosité et le contraste élevés, combinés à un large angle de vision, assurent une lisibilité sous diverses conditions d'éclairage et depuis différentes perspectives. La construction à l'état solide offre une fiabilité inhérente et une longue durée de vie opérationnelle par rapport aux afficheurs mécaniques ou à filament.

Sa hauteur de chiffre de 0,3 pouce le positionne idéalement pour les instruments portables, l'électronique grand public, les panneaux de mesure, les interfaces de contrôle industriel et tout système embarqué où l'espace est limité mais où une rétroaction numérique claire est essentielle. La conception de segments continus et uniformes contribue à une excellente apparence des caractères, améliorant l'expérience utilisateur.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des paramètres électriques, optiques et physiques définis dans la fiche technique.

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les éléments émetteurs de lumière sont basés sur la technologie semi-conductrice Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), spécifiquement dans une formulation de couleur Rouge Hyper. Ce système de matériaux est connu pour son efficacité élevée et sa bonne stabilité thermique dans la région des longueurs d'onde rouge-orange.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :Varie de 200 à 600 microcandelas (μcd) à un courant de test standard de 1 mA. Ce paramètre définit la luminosité perçue. La catégorisation mentionnée implique que les dispositifs sont triés ou classés en fonction de l'intensité mesurée pour se situer dans cette plage garantie.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :Typiquement 650 nanomètres (nm). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Typiquement 639 nm. C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain et c'est la métrique clé pour définir la couleur (Rouge Hyper).
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Approximativement 20 nm. Cela indique la pureté spectrale ou l'étalement des longueurs d'onde émises autour du pic. Une valeur de 20 nm est caractéristique des LED AlInGaP.
• Rapport d'appariement de l'intensité lumineuse :Spécifié comme un maximum de 2:1. C'est un paramètre critique pour les afficheurs multi-chiffres ou les applications utilisant plusieurs segments, garantissant que la variation de luminosité entre le segment le plus lumineux et le plus faible ne dépasse pas ce ratio, offrant ainsi une apparence uniforme.

2.2 Paramètres électriques

Les caractéristiques électriques définissent les limites de fonctionnement et les conditions typiques du dispositif.

• Tension directe par segment (V_F) :Typiquement 2,1 V, avec un maximum de 2,6 V, mesurée à un courant direct (I_F) de 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes d'un segment allumé. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit d'attaque peut fournir une tension suffisante.
• Courant direct continu par segment (I_F) :La valeur absolue maximale est de 25 mA à 25 °C. Un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C s'applique au-dessus de 25 °C, ce qui signifie que le courant continu autorisé diminue à mesure que la température ambiante augmente pour éviter la surchauffe.
• Courant direct de crête :Un courant pulsé allant jusqu'à 90 mA est autorisé dans des conditions spécifiques (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cela permet des schémas de multiplexage ou de courtes impulsions de luminosité plus élevée.
• Tension inverse (V_R) :Maximum 5 V. Dépasser cette valeur peut endommager la jonction LED. Les conceptions de circuit doivent intégrer une protection si une tension inverse est possible.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 100 μA à la tension inverse complète de 5 V, indiquant le courant de fuite à l'état éteint.
• Dissipation de puissance par segment :Maximum 70 mW. Cette limite thermique, combinée au déclassement du courant, est cruciale pour les calculs de fiabilité.

2.3 Caractéristiques thermiques et environnementales

• Plage de température de fonctionnement :-35 °C à +85 °C. Le dispositif est conçu pour des environnements de qualité industrielle.
• Plage de température de stockage :-35 °C à +85 °C.
• Température de soudure :Un maximum de 260 °C pendant un maximum de 3 secondes, mesuré à 1,6 mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise. Il s'agit d'une directive standard pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques au boîtier ou à la puce.

3. Explication du système de tri

La fiche technique indique explicitement que le dispositif est \"catégorisé pour l'intensité lumineuse.\" Cela fait référence à une pratique courante dans la fabrication de LED connue sous le nom de \"binning\" (tri).

En raison de variations mineures inhérentes à la croissance épitaxiale et au processus de fabrication des semi-conducteurs, les LED d'un même lot de production peuvent présenter de légères différences dans des paramètres clés comme l'intensité lumineuse et la tension directe. Pour garantir la cohérence aux clients, les fabricants testent chaque LED et les trient en différents groupes de performance ou \"bacs\". Un produit catégorisé pour l'intensité lumineuse signifie que les unités sont garanties de respecter la plage d'intensité spécifiée (200-600 μcd dans ce cas), et souvent, des bacs plus serrés dans cette plage peuvent être demandés pour des applications nécessitant une haute uniformité. Bien que non détaillés dans cette fiche technique concise, d'autres paramètres de tri courants peuvent inclure la longueur d'onde dominante (pour la cohérence des couleurs) et la tension directe.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu standard et leur signification en fonction des paramètres listés.

4.1 Courant vs Tension (Courbe I-V)

Une courbe I-V typique montrerait la relation exponentielle entre le courant direct et la tension directe. La courbe passerait par le point typique V_Fde 2,1 V à 20 mA. Cette courbe est essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant, que l'on utilise une simple résistance ou un pilote à courant constant.

4.2 Intensité lumineuse vs Courant direct (I_Vvs I_F)

Ce graphique montrerait comment la luminosité augmente avec le courant. Elle est typiquement linéaire sur une plage mais saturera à des courants plus élevés en raison de l'affaiblissement thermique et d'efficacité. La courbe montrerait l'intensité à la condition de test de 1 mA et illustrerait les performances jusqu'au courant continu maximal.

4.3 Dépendance à la température

Les courbes caractéristiques notées à des températures autres que 25 °C illustreraient les dépendances clés :

• Tension directe vs Température :Pour les LED AlInGaP, V_Fdiminue typiquement avec l'augmentation de la température (coefficient de température négatif). Ceci est important pour la gestion thermique et la conception de l'attaque à courant constant.
• Intensité lumineuse vs Température :L'intensité de sortie diminue généralement à mesure que la température de jonction augmente. Le déclassement du courant continu est directement lié à la gestion de cet effet thermique pour maintenir la luminosité et la longévité.

4.4 Distribution spectrale

Un tracé spectral visualiserait la distribution de puissance de la lumière émise sur les longueurs d'onde, centrée autour de 650 nm (pic) avec une demi-largeur de 20 nm, confirmant le point de couleur Rouge Hyper.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le dispositif a un fond gris avec des segments blancs, ce qui améliore le contraste en réduisant la réflexion de la lumière ambiante. Les dimensions du boîtier sont fournies en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm. L'empreinte exacte et l'espacement des broches sont critiques pour la conception du PCB. Le schéma de circuit interne confirme une configuration à cathode commune pour tous les segments et les points décimaux. Cela signifie que toutes les cathodes (bornes négatives) des segments LED sont connectées en interne à des broches communes (1 et 6), tandis que chaque anode de segment (borne positive) a sa propre broche dédiée. Cette configuration est courante et simplifie le multiplexage dans les applications pilotées par microcontrôleur.

6. Connexion des broches et interface de circuit

Le dispositif à 10 broches a le brochage suivant :

1. Cathode Commune
2. Anode F (Segment supérieur)
3. Anode G (Segment central)
4. Anode E (Segment inférieur gauche)
5. Anode D (Segment inférieur)
6. Cathode Commune (connectée en interne à la broche 1)
7. Anode RDP (Point décimal droit)
8. Anode C (Segment inférieur droit)
9. Anode B (Segment supérieur droit)
10. Anode A (Segment supérieur)

Note : La fiche technique mentionne également \"Point décimal droit et gauche\", indiquant que le dispositif inclut à la fois les points décimaux droit et gauche, bien que seule l'anode du point décimal droit (RDP) soit listée dans le tableau de connexion des broches. Le point décimal gauche est probablement connecté en interne à une autre anode de segment ou n'est pas accessible séparément dans cette version. La connexion de cathode commune sur les broches 1 et 6 permet une flexibilité dans le routage PCB et la dissipation thermique.

7. Directives de soudure et d'assemblage

La directive clé fournie est la limite de température de soudure : 260 °C maximum pendant 3 secondes à 1,6 mm sous le plan d'assise. Ceci est conforme aux directives IPC standard pour les composants traversants. Pour la soudure à la vague, cela signifie contrôler le préchauffage et le temps de contact. Pour la soudure manuelle, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé pour éviter une application prolongée de chaleur. Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées pendant la manipulation, car les LED sont sensibles à l'électricité statique. Le stockage doit se faire dans la plage de température spécifiée dans un environnement à faible humidité.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

• Multimètres portables et équipements de test :La faible consommation de courant est idéale pour l'autonomie de la batterie.
• Appareils grand public :Minuteries, affichages de température sur fours ou radiateurs.
• Panneaux de contrôle industriel :Indicateurs d'état, afficheurs de compteurs.
• Afficheurs pour l'automobile (après-vente) :Pour jauges auxiliaires (tension, température).
• Kits éducatifs et prototypage :En raison de sa simplicité et de son interface commune.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance en série ou un pilote à courant constant pour chaque anode de segment. La valeur de la résistance peut être calculée comme R = (Tension d'alimentation - V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5 V et visant 10 mA avec une V_Ftypique de 2,1 V : R = (5 - 2,1) / 0,01 = 290 Ω. Une résistance standard de 270 Ω ou 330 Ω conviendrait.
• Multiplexage :Pour les afficheurs multi-chiffres, une configuration à cathode commune est facilement multiplexée. En activant séquentiellement la cathode commune de chaque chiffre et en présentant les données de segment pour ce chiffre, de nombreux chiffres peuvent être contrôlés avec moins de broches d'E/S. La valeur nominale de courant de crête permet des courants pulsés plus élevés pendant le cycle de multiplexage pour obtenir une luminosité moyenne.
• Interface microcontrôleur :Nécessite typiquement 8 lignes d'E/S (7 segments + 1 décimal) par chiffre si non multiplexé, plus un transistor ou un circuit intégré pilote pour absorber le courant de cathode commune, qui est la somme des courants de tous les segments allumés dans ce chiffre.
• Angle de vision :Le large angle de vision permet des positions de montage flexibles, mais pour une lisibilité optimale, considérez la ligne de visée principale de l'utilisateur.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux technologies plus anciennes comme les afficheurs à incandescence ou à fluorescence sous vide (VFD), cet afficheur LED offre une consommation d'énergie significativement plus faible, une durée de vie plus longue et une meilleure résistance aux chocs/vibrations. Au sein de la famille des afficheurs LED, l'utilisation d'AlInGaP pour le Rouge Hyper offre des avantages par rapport aux anciennes LED rouges GaAsP, fournissant généralement une efficacité plus élevée (plus de lumière par mA), une meilleure stabilité thermique et une couleur rouge plus saturée. La taille de 0,3 pouce est plus petite que les afficheurs courants de 0,5 ou 0,56 pouce, offrant une densité plus élevée ou des conceptions plus compactes. La faible exigence en courant (efficace même à 1 mA) est un différenciateur clé pour les conceptions à puissance limitée par rapport aux afficheurs nécessitant 5-20 mA par segment pour une luminosité standard.

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

10.1 Quel est le but des deux broches de cathode commune (1 et 6) ?

Elles sont connectées en interne. Fournir deux broches permet une meilleure distribution du courant, réduit la densité de courant par broche, aide à la flexibilité du routage PCB (routage de chaque côté) et peut améliorer la dissipation thermique de la puce.

10.2 Puis-je piloter cet afficheur directement depuis une broche de microcontrôleur ?

Vous pouvez connecter les anodes de segment aux broches de sortie du microcontrôleur, mais vousdevezinclure une résistance de limitation de courant en série avec chaque broche. La broche du microcontrôleur seule ne peut pas limiter le courant en toute sécurité. De plus, le courant de cathode commune (jusqu'à 25 mA x nombre de segments allumés) dépassera probablement la capacité d'absorption d'une seule broche de microcontrôleur, nécessitant un transistor externe ou un circuit intégré pilote (comme un ULN2003) pour commuter la cathode.

10.3 Que signifie \"Rouge Hyper\" par rapport au Rouge standard ?

\"Rouge Hyper\" est un terme marketing souvent utilisé pour les LED AlInGaP avec une longueur d'onde dominante autour de 630-640 nm. Elle apparaît comme un rouge plus profond, plus teinté d'orange par rapport au \"Rouge Profond\" de longueur d'onde légèrement plus longue (660-670 nm) ou au \"Rouge\" standard plus court et plus orange (620-625 nm). Elle offre un bon équilibre entre luminosité visuelle et distinction des couleurs.

10.4 Comment obtenir une luminosité uniforme sur tous les chiffres dans une conception multi-chiffres ?

Utilisez la technique de multiplexage et assurez-vous que les résistances de limitation de courant sont identiques pour tous les segments correspondants entre les chiffres. La spécification du rapport d'appariement d'intensité (max 2:1) sur la fiche technique aide, mais pour de meilleurs résultats, utilisez des LED du même bac de production ou mettez en œuvre un étalonnage logiciel de la luminosité si votre pilote permet une modulation de largeur d'impulsion (PWM).

11. Exemple de conception et de cas d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage simple de voltmètre à 3 chiffres.

1. Topologie du circuit :Utilisez trois afficheurs LTS-313AJD dans une configuration multiplexée. Les anodes de segment (A-G, DP) des trois afficheurs sont connectées en parallèle. Les broches de cathode commune de chaque afficheur sont connectées au collecteur d'un transistor NPN séparé (par exemple, 2N3904), avec l'émetteur à la masse. La base du transistor est pilotée par une broche de microcontrôleur via une résistance de base.
2. Rôle du microcontrôleur :Un CAN lit la tension. Le micrologiciel convertit la valeur en trois chiffres. Il entre ensuite dans une boucle rapide : il éteint tous les transistors de cathode, envoie le motif de segment pour le Chiffre 1 aux lignes d'anode parallèles (via des résistances en série), active le transistor de cathode pour le Chiffre 1, attend un court instant (par exemple, 2 ms), puis répète pour le Chiffre 2 et le Chiffre 3. Le cycle se répète suffisamment vite (par exemple, >60 Hz) pour apparaître comme un affichage stable et sans scintillement.
3. Calculs :Si chaque segment est piloté à 5 mA pendant son temps actif, et que trois segments sont allumés par chiffre (par exemple, affichant \"1\"), le courant de crête par segment est de 5 mA. Le courant moyen par segment est de 5 mA / 3 (pour un multiplexage à 3 chiffres) ≈ 1,67 mA, ce qui est bien dans les limites et économise l'énergie. Le transistor de cathode doit absorber 3 segments * 5 mA = 15 mA, ce qui est facilement gérable.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Un afficheur LED à sept segments est un réseau de diodes électroluminescentes disposées en forme de huit. Chaque diode (segment) est un dispositif semi-conducteur à jonction p-n. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de la jonction (environ 2,1 V pour ce type AlInGaP) est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est conçue dans le composé AlInGaP. En appliquant sélectivement du courant à différentes combinaisons des sept segments (A à G), les chiffres 0-9 et certaines lettres peuvent être formés. La configuration à cathode commune connecte en interne tous les côtés négatifs de ces diodes, simplifiant le contrôle externe.

13. Tendances technologiques et contexte

Les afficheurs LED à sept segments discrets comme celui-ci représentent une technologie mature et fiable. Les tendances actuelles en matière de technologie d'affichage évoluent vers une intégration plus élevée, comme des modules multi-chiffres avec contrôleurs intégrés (par exemple, pilotes TM1637 ou MAX7219) qui communiquent via I2C ou SPI, réduisant considérablement la charge d'E/S et logicielle du microcontrôleur. Il y a également un virage vers les afficheurs LED organiques (OLED) et flexibles pour des graphiques plus complexes. Cependant, pour une indication numérique simple, lumineuse, à faible coût et à faible consommation dans des environnements difficiles (large plage de température, luminosité élevée requise), les segments LED discrets restent une solution dominante et optimale. Le développement continu des matériaux LED, comme l'AlInGaP et l'InGaN (pour le bleu/vert) plus efficaces, continue d'améliorer l'efficacité, la luminosité et les options de couleur pour ces afficheurs.