Fiche technique de l'afficheur LED LTC-46454JF - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Couleur jaune-orange - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-46454JF est un module d'affichage alphanumérique quadruple à sept segments conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement des données numériques, couramment utilisées dans l'instrumentation, les panneaux de contrôle industriel, l'électronique grand public et les équipements de test. L'avantage fondamental de ce dispositif réside dans l'utilisation de la technologie semi-conductrice avancée AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) pour les puces LED, offrant des performances supérieures aux technologies plus anciennes comme les LED GaAsP standard.

Le marché cible inclut les concepteurs et ingénieurs développant des produits où l'efficacité énergétique, la lisibilité et la fiabilité sont critiques. Cela inclut les dispositifs portatifs à piles, les compteurs de panneaux, les affichages d'équipements médicaux et tout système nécessitant une sortie visuelle constante et à faible maintenance. La faible exigence en courant du dispositif le rend particulièrement adapté aux applications sensibles à l'énergie.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont définies dans des conditions de test standard à une température ambiante (Ta) de 25°C. Le paramètre clé, l'Intensité Lumineuse Moyenne (Iv), a une valeur typique de 650 µcd lorsqu'elle est pilotée par un courant direct (IF) de 1mA par segment. Cette mesure est prise à l'aide d'un capteur et d'un filtre qui approximent la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant que la valeur correspond à la perception visuelle humaine. La large plage, d'un minimum de 200 µcd à la valeur typique de 650 µcd, indique un processus potentiel de classement (binning) pour la luminosité.

Les caractéristiques de couleur sont définies par la longueur d'onde. La Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λp) est typiquement de 611 nm, tandis que la Longueur d'Onde Dominante (λd) est typiquement de 605 nm, toutes deux mesurées à IF=20mA. La différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante est normale pour les LED et est liée à la forme du spectre d'émission. La Demi-Largeur Spectrale (Δλ) est de 17 nm, ce qui décrit la largeur du spectre de lumière émise à la moitié de son intensité maximale. Une demi-largeur plus étroite indique une couleur plus pure et saturée. La combinaison de ces paramètres définit la teinte jaune-orange distinctive de l'afficheur.

2.2 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques définissent les limites et conditions de fonctionnement de l'afficheur. Les Valeurs Absolues Maximales fixent les limites pour un fonctionnement sûr. Le Courant Direct Continu par segment est de 25 mA à 25°C, avec un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C. Cela signifie que le courant continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante dépasse 25°C pour éviter la surchauffe et les dommages. Pour un fonctionnement pulsé, un Courant Direct de Crête de 90 mA est autorisé dans des conditions spécifiques : un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. La Tension Inverse Maximale par segment est de 5V ; la dépasser peut endommager la jonction LED.

Le paramètre de fonctionnement clé est la Tension Directe (VF), qui est typiquement de 2,6V avec un maximum de 2,6V à un courant de test de 20mA par segment. Le minimum est indiqué à 2,05V. Cette plage de Vf est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant. Le Courant Inverse (IR) est spécifié à un maximum de 100 µA lorsqu'une tension inverse (VR) de 5V est appliquée, indiquant le courant de fuite à l'état éteint.

2.3 Spécifications thermiques et environnementales

Le dispositif est conçu pour une Plage de Température de Fonctionnement de -35°C à +85°C. Cette large plage garantit le fonctionnement dans diverses conditions environnementales, des chambres froides industrielles aux boîtiers chauds. La Plage de Température de Stockage est identique (-35°C à +85°C). Une spécification d'assemblage critique est la Température Maximale de Soudure : 260°C pour une durée maximale de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. Cette directive est essentielle pour les processus de soudure à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques aux puces LED ou au boîtier en époxy.

3. Explication du système de classement (Binning)

Bien que la fiche technique ne détaille pas explicitement un code de classement formel, les plages spécifiées pour les paramètres clés impliquent qu'une sélection ou un classement a lieu. L'Intensité Lumineuse a un minimum de 200 µcd et une valeur typique de 650 µcd, suggérant que les dispositifs peuvent être triés en fonction de la luminosité de sortie. Le Taux d'Homogénéité de Luminosité est spécifié à un maximum de 2:1. Ce taux définit la variation maximale autorisée de luminosité entre différents segments d'un même chiffre ou entre chiffres, garantissant une uniformité visuelle. Les dispositifs sont testés pour répondre à ce critère.

De même, la Tension Directe (VF) a une plage (2,05V à 2,6V à 20mA). Les produits peuvent être regroupés en fonction de la Vf pour garantir des exigences de tension d'alimentation cohérentes dans un lot. Les spécifications de longueur d'onde dominante et de crête indiquent également un contrôle serré de la couleur, ce qui est une forme de classement chromatique.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux "Courbes Caractéristiques Électriques / Optiques Typiques" sur la dernière page. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, les courbes standard pour de tels dispositifs incluent généralement :

• Intensité Lumineuse Relative en fonction du Courant Direct (Courbe I-V) :Ce graphique montrerait comment la sortie lumineuse augmente avec le courant de pilotage. Elle est généralement non linéaire, l'efficacité diminuant souvent à des courants très élevés en raison des effets thermiques.
• Tension Directe en fonction du Courant Direct :Ceci montre la caractéristique diode de la LED. La tension augmente de manière logarithmique avec le courant.
• Intensité Lumineuse Relative en fonction de la Température Ambiante :Cette courbe est essentielle pour comprendre le déclassement thermique. La sortie lumineuse des LED AlInGaP diminue généralement lorsque la température de jonction augmente.
• Distribution Spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant la courbe en forme de cloche centrée autour de 611 nm avec une demi-largeur de 17 nm.

Ces courbes permettent aux concepteurs de prédire les performances dans des conditions non standard, comme un pilotage à un courant entre 1mA et 20mA, ou un fonctionnement à des températures autres que 25°C.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le dispositif est un afficheur standard de 0,4 pouce (10,0 mm) de hauteur de chiffre. Les dimensions du boîtier sont fournies dans un dessin (référencé mais non détaillé dans le texte), toutes les dimensions étant en millimètres avec des tolérances standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. La conception physique présente un fond gris avec des segments blancs, ce qui améliore le contraste lorsque les LED sont éteintes et diffuse uniformément la lumière émise lorsqu'elles sont allumées, contribuant à l'"excellente apparence des caractères" et au "haut contraste" mentionnés dans les caractéristiques.

Le schéma de connexion des broches et le schéma de circuit interne sont cruciaux pour la conception du PCB. Le dispositif a une configuration à 13 broches. Il utilise une architecture à Anode Commune multiplexée. Les broches 6, 8, 9 et 12 sont les anodes communes pour les chiffres 4, 3, 2 et 1, respectivement. La broche 13 est l'anode commune pour les indicateurs de Deux-Points Supérieur (UC) et Inférieur (LC). Les cathodes de segment individuelles (A, B, C, D, E, F, G, DP) sont ramenées à des broches séparées. Cette configuration permet un pilotage multiplexé, où les chiffres sont illuminés un à la fois en succession rapide, réduisant le nombre total de broches de pilotage requises.

6. Directives de soudure et d'assemblage

La directive principale fournie est la limite de température de soudure : un maximum de 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. Il s'agit d'une spécification standard pour les composants traversants utilisant la soudure à la vague. Les concepteurs doivent s'assurer que leur profil de soudure ne dépasse pas ce choc thermique. Pour la soudure manuelle, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé, et le temps de contact avec la broche doit être minimisé.

Les précautions générales de manipulation pour les LED s'appliquent : éviter les contraintes mécaniques sur la lentille en époxy, se protéger contre les décharges électrostatiques (ESD) pendant la manipulation et stocker dans des environnements anti-statiques et contrôlés en humidité appropriés si non utilisé immédiatement.

7. Informations sur l'emballage et la commande

La référence est LTC-46454JF. Le suffixe "JF" indique probablement un type de boîtier spécifique, une configuration de broches ou une variante de couleur (Jaune-Orange). Le dispositif est décrit comme un afficheur "AlInGaP Jaune Orange Anode Commune Multiplexée" avec un point décimal "Droite". L'emballage standard pour ces afficheurs est généralement en tubes ou plateaux anti-statiques pour protéger les broches et la lentille pendant l'expédition et la manipulation. Les quantités spécifiques en bobine ou tube ne sont pas listées dans l'extrait fourni.

8. Suggestions d'application

8.1 Circuits d'application typiques

La conception à anode commune multiplexée est idéale pour les applications pilotées par microcontrôleur. Un circuit typique implique l'utilisation des ports E/S d'un microcontrôleur ou d'un circuit intégré pilote LED dédié. Les broches d'anode commune seraient connectées à des transistors PNP ou des MOSFET à canal P (ou directement aux broches du microcontrôleur si la capacité de fourniture de courant est suffisante), qui sont commutés pour alimenter chaque chiffre séquentiellement. Les broches de cathode de segment sont connectées à des résistances de limitation de courant puis à des transistors NPN, des MOSFET à canal N ou aux sorties puits d'un circuit intégré pilote/microcontrôleur. La valeur de la résistance de limitation de courant est calculée à l'aide de la formule : R = (Vcc - Vf_led) / I_desired. Avec un Vcc de 5V, une Vf typique de 2,6V et un courant de segment souhaité de 10mA, la résistance serait d'environ (5 - 2,6) / 0,01 = 240 ohms.

8.2 Considérations de conception

• Fréquence de Multiplexage :La fréquence de rafraîchissement doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible, typiquement supérieure à 60-100 Hz par chiffre. Avec 4 chiffres, la fréquence de balayage doit être 4 fois supérieure.
• Courant de Crête :Dans une conception multiplexée, le courant instantané par segment est plus élevé que le courant moyen. Si le courant moyen par segment est ciblé à 5mA avec un cycle de service de 1/4 (4 chiffres), le courant instantané pendant son temps ON devrait être de 20mA. Cela doit être vérifié par rapport aux valeurs maximales.
• Dissipation Thermique :À des courants plus élevés ou dans des températures ambiantes élevées, assurez-vous que la dissipation de puissance par segment (max 70mW) n'est pas dépassée, en tenant compte du facteur de déclassement.
• Angle de Vision :Le large angle de vision est bénéfique pour les panneaux pouvant être vus depuis des positions hors axe.

9. Comparaison technique

Comparé aux anciens afficheurs LED rouges GaAsP, la technologie AlInGaP du LTC-46454JF offre une efficacité lumineuse nettement supérieure. Cela signifie qu'elle peut atteindre la même luminosité ou plus à un courant de pilotage plus faible, permettant directement la caractéristique "faible exigence en puissance". Elle offre également généralement une meilleure stabilité thermique et une durée de vie opérationnelle plus longue. Comparé aux LED rouges haute luminosité contemporaines, la couleur jaune-orange (605-611nm) offre une excellente visibilité et est souvent perçue subjectivement comme très lumineuse. Comparé aux afficheurs fluorescents sous vide (VFD) ou aux afficheurs à cristaux liquides (LCD), cet afficheur LED offre une robustesse supérieure, une plage de température plus large, un temps de réponse plus rapide et ne nécessite pas de rétroéclairage ou d'alimentation haute tension, mais au coût d'une consommation électrique plus élevée pour les afficheurs multi-chiffres que les LCD.

10. Questions Fréquemment Posées (Basées sur les paramètres)

Q : Puis-je piloter cet afficheur avec une alimentation de microcontrôleur 3,3V ?

R : Oui. La tension directe typique est de 2,6V, laissant 0,7V à chuter aux bornes de la résistance de limitation de courant à 3,3V. C'est suffisant pour le fonctionnement, bien que la marge de tension disponible pour régler le courant précisément soit réduite par rapport à un système 5V.

Q : Quel est le courant minimum nécessaire pour voir une lueur visible ?

R : La fiche technique spécifie des conditions de test jusqu'à 1mA, où l'intensité lumineuse typique est de 650 µcd. Elle sera probablement visible à des courants encore plus bas, bien que la luminosité soit très faible. Les "caractéristiques à faible courant" sont une caractéristique clé.

Q : Comment contrôler le point décimal et les deux-points ?

R : Le point décimal (DP) a sa propre broche de cathode (Broche 3). Les deux-points supérieur et inférieur (UC, LC) partagent une anode commune (Broche 13) et ont leurs cathodes connectées à la cathode du segment B (Broche 7). Pour allumer un deux-points, vous devez activer l'anode commune du chiffre Broche 13 et mettre la cathode du segment B (Broche 7) à un niveau bas.

Q : Pourquoi la tension inverse nominale est-elle seulement de 5V ?

R : Les LED ne sont pas conçues pour bloquer la tension inverse. La jonction PN peut être facilement endommagée par de faibles polarisations inverses. La valeur nominale de 5V est une limite de sécurité ; la conception du circuit doit garantir qu'aucune tension inverse n'est jamais appliquée, souvent en utilisant des diodes de protection en parallèle avec la LED dans les applications de signal bidirectionnel.

11. Cas d'utilisation pratique

Cas : Conception d'une lecture de voltmètre 4 chiffres.Un concepteur crée une alimentation de laboratoire nécessitant une lecture de tension claire. Il sélectionne le LTC-46454JF pour sa luminosité et sa lisibilité. Le système utilise un microcontrôleur avec un CAN pour mesurer la tension de sortie. Le firmware du microcontrôleur implémente une routine de multiplexage, parcourant les quatre chiffres. Les motifs de segment pour les nombres 0-9 sont stockés dans une table de consultation. Le concepteur calcule les résistances de limitation de courant pour un courant de segment moyen de 8mA, en tenant compte du multiplexage à cycle de service 1/4 (donc le courant instantané est d'environ 32mA, ce qui est dans les limites de la valeur nominale pulsée, mais il peut le réduire pour rester dans les valeurs nominales continues). Il utilise une ligne d'alimentation 5V pour l'afficheur. Le fond gris de l'afficheur s'harmonise bien avec le panneau avant de l'instrument, et les chiffres jaune-orange sont facilement visibles dans diverses conditions d'éclairage d'un laboratoire.

12. Introduction au principe technologique

La technologie de base est le système de matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) cultivé sur un substrat GaAs (Arséniure de Gallium) non transparent. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction PN de ce semi-conducteur, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de cette lumière - dans ce cas, jaune-orange autour de 611 nm - est déterminée par l'énergie de la bande interdite de l'alliage AlInGaP, qui est conçue pendant le processus de croissance cristalline. Le substrat GaAs non transparent absorbe toute lumière émise vers le bas, améliorant le contraste en réduisant la réflexion interne et la diffusion qui pourraient causer un effet "halo" autour des segments. La disposition à sept segments est un motif standardisé où différentes combinaisons des segments (étiquetés A à G) sont illuminées pour former les chiffres 0-9 et certaines lettres.

13. Tendances technologiques

Bien que les afficheurs LED sept segments discrets comme le LTC-46454JF restent pertinents pour des applications spécifiques nécessitant une haute luminosité, une simplicité et une robustesse, la tendance générale de la technologie d'affichage s'est déplacée vers des solutions intégrées. Les afficheurs LED à matrice de points et les OLED offrent une plus grande flexibilité pour afficher des caractères alphanumériques et des graphiques. Pour les lectures numériques simples, les LCD dominent dans les applications à très faible consommation. Cependant, les avantages inhérents des LED - haute luminosité, auto-émission, large plage de température et longue durée de vie - assurent leur utilisation continue dans l'équipement industriel, automobile et extérieur où ces facteurs sont primordiaux. Les progrès dans les matériaux LED, comme l'AlInGaP plus efficace et l'essor des LED bleues/vertes/blanches à base de GaN, ont élargi les options de couleur et l'efficacité pour les nouveaux produits d'affichage.