Fiche technique de l'afficheur LED LTC-5723JD - Hauteur de chiffre 0,56 pouce - Rouge AlInGaP - Cathode commune multiplexée - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-5723JD est un module d'affichage sept segments quadruple chiffre haute performance, conçu pour les applications nécessitant une visualisation numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement des données numériques sur quatre chiffres distincts, chacun composé de sept segments adressables individuellement plus un point décimal. La technologie de base de cet afficheur repose sur l'utilisation de puces de diodes électroluminescentes en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), réputées pour leur haute efficacité et leur excellent rendement lumineux dans le spectre rouge. Ces puces sont fabriquées sur un substrat non transparent en Arseniure de Gallium (GaAs), contribuant au contraste et aux performances globales du dispositif. L'afficheur présente une face avant grise avec des marquages de segments blancs, améliorant la lisibilité en offrant un fond à fort contraste pour les segments rouges éclairés. Cette combinaison est particulièrement efficace dans diverses conditions d'éclairage, garantissant que les informations affichées sont facilement discernables.

Le dispositif est conçu pour un fonctionnement multiplexé, utilisant une configuration à cathode commune pour chaque chiffre. Cette conception réduit considérablement le nombre de broches d'entrée/sortie requises depuis un microcontrôleur ou un circuit de pilotage, en faisant une solution économe en espace et rentable pour les afficheurs multi-chiffres. En activant séquentiellement chaque chiffre à haute fréquence, les quatre chiffres semblent être continuellement allumés à l'œil humain, une technique standard dans les afficheurs LED multiplexés. Le LTC-5723JD est catégorisé selon l'intensité lumineuse, ce qui signifie que les unités sont triées et vendues selon des plages de luminosité spécifiques, permettant aux concepteurs de sélectionner des pièces répondant aux exigences précises de l'application en termes d'uniformité ou de seuils de luminosité minimale.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

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

• Performances optiques :Il offre une luminosité et un contraste élevés, garantissant une excellente apparence des caractères et une bonne lisibilité même dans des environnements très éclairés. Le large angle de vision permet de lire l'afficheur clairement depuis diverses positions, pas seulement de face.
• Efficacité électrique :Le dispositif a une faible consommation d'énergie par segment, contribuant à une consommation électrique globale plus faible du système. L'utilisation de la technologie AlInGaP haute efficacité est centrale pour atteindre cette performance.
• Conception et fiabilité :Il présente des segments continus et uniformes, offrant une esthétique propre et professionnelle sans rupture visible dans les barres lumineuses. En tant que dispositif à semi-conducteur, il offre une fiabilité et une longévité supérieures par rapport aux afficheurs mécaniques ou à vide, sans pièces mobiles ou filaments susceptibles de s'user.
• Caractéristiques physiques :Avec une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,2 mm), il fournit un affichage numérique grand et facilement lisible, adapté aux panneaux de mesure, équipements de test et autres dispositifs où les données doivent être surveillées à distance.

2. Spécifications techniques et interprétation objective

Cette section fournit une analyse objective détaillée des paramètres électriques, optiques et physiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces spécifications est crucial pour une conception de circuit appropriée et pour garantir un fonctionnement fiable dans les limites du dispositif.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité en utilisation normale.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la quantité maximale de puissance qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par un seul segment LED dans n'importe quelle condition.
• Courant direct de crête par segment :90 mA. Ce courant n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. Il est utilisé pour atteindre une luminosité instantanée très élevée, par exemple dans les schémas multiplexés.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. Cette valeur diminue linéairement au-dessus de 25°C à un taux de 0,28 mA/°C. Pour un fonctionnement fiable à long terme, le courant continu doit être déclassé à mesure que la température ambiante augmente pour éviter la surchauffe.
• Tension inverse par segment :5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour des plages de température industrielles.
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm sous le plan d'assise. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques aux puces LED ou au boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont généralement mesurés à une température ambiante (Ta) de 25°C et définissent les performances de fonctionnement normal du dispositif.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :340 μcd (Min), 700 μcd (Typ) à un courant direct (I_F) de 1 mA. C'est une mesure de la luminosité perçue d'un segment. La large plage indique que le dispositif est disponible dans différents lots de luminosité.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :650 nm (Typ) à I_F=20 mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est la plus grande, la plaçant dans la partie rouge vif du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :20 nm (Typ) à I_F=20 mA. Ceci indique la pureté spectrale ; une valeur plus petite signifie une sortie plus monochromatique (couleur pure).
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :639 nm (Typ) à I_F=20 mA. C'est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière.
• Tension directe (V_F) :2,1V (Typ), 2,6V (Max) à I_F=20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse (I_R) :100 μA (Max) à une tension inverse (V_R) de 5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans sa limite maximale.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (Max) à I_F=1 mA. Ceci spécifie la variation de luminosité maximale autorisée entre différents segments d'un même dispositif, garantissant une uniformité visuelle.

Note sur la mesure :L'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'une combinaison capteur/filtre qui approxime la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant que les valeurs correspondent à la perception humaine de la luminosité.

3. Explication du système de tri

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

• Tri par intensité lumineuse :En raison des variations inhérentes au processus de fabrication des semi-conducteurs, les LED d'un même lot de production peuvent avoir des luminosités de sortie légèrement différentes. Les fabricants testent et trient ces LED en groupes en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard (par exemple, 1 mA). Le LTC-5723JD est disponible avec une intensité minimale de 340 μcd et une intensité typique de 700 μcd. Des codes de commande ou suffixes spécifiques correspondent probablement à différents lots de luminosité (par exemple, un lot standard et un lot haute luminosité). Les concepteurs peuvent spécifier le lot requis pour garantir l'uniformité entre plusieurs afficheurs dans un produit ou pour répondre à une exigence de luminosité minimale.
• Tri par longueur d'onde/couleur :Bien que non explicitement détaillé dans l'extrait fourni, les LED AlInGaP peuvent également être triées par longueur d'onde dominante ou de crête pour garantir une teinte de rouge cohérente sur tous les segments et dispositifs. Les valeurs typiques serrées pour λ_p(650 nm) et λ_d(639 nm) suggèrent une bonne cohérence de couleur inhérente.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux \"Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques\". Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, les courbes standard pour de tels dispositifs incluent généralement :

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I_F-V_F) :Cette courbe non linéaire montre la tension requise pour obtenir un courant direct donné. Elle est essentielle pour concevoir le circuit de pilotage, en particulier pour les pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe I_V-I_F) :Cette courbe montre comment la luminosité augmente avec le courant. Elle est généralement linéaire sur une plage mais saturera à des courants très élevés. Elle aide à déterminer le courant de fonctionnement nécessaire pour atteindre un niveau de luminosité souhaité.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante (Courbe I_V-T_a) :Ceci montre comment la luminosité diminue lorsque la température ambiante (ou de jonction) augmente. Ce déclassement est critique pour les applications fonctionnant dans des environnements à haute température.
• Intensité relative vs Longueur d'onde (Spectre) :Un tracé montrant la distribution de la puissance lumineuse sur différentes longueurs d'onde, centré autour de la longueur d'onde d'émission de crête. Il définit les caractéristiques de couleur de la LED.

5. Informations mécaniques et d'emballage

5.1 Dimensions du boîtier

Le dessin mécanique fournit les dimensions critiques pour la conception de l'empreinte PCB et des découpes de panneau. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Les caractéristiques clés incluent la longueur, la largeur et la hauteur globales du boîtier, l'espacement entre les chiffres, la taille et la position des broches de montage, et l'emplacement du point décimal par rapport aux chiffres. Les concepteurs doivent respecter ces dimensions pour garantir un ajustement physique et un alignement corrects sur l'assemblage final du produit.

5.2 Brochage et schéma de circuit interne

Le dispositif a une configuration à 12 broches. Le schéma de circuit interne révèle une architecture multiplexée à cathode commune.

• Brochage :
  
  1 : Anode E
  
  2 : Anode D
  
  3 : Anode DP (Point décimal)
  
  4 : Anode C
  
  5 : Anode G
  
  6 : Cathode commune (Chiffre 4)
  
  7 : Anode B
  
  8 : Cathode commune (Chiffre 3)
  
  9 : Cathode commune (Chiffre 2)
  
  10 : Anode F
  
  11 : Anode A
  
  12 : Cathode commune (Chiffre 1)
• Architecture du circuit :Toutes les anodes de segments similaires (par exemple, tous les segments \"A\" des chiffres 1 à 4) sont connectées en interne à une seule broche. Chaque chiffre a sa propre broche de cathode commune dédiée. Pour allumer un segment spécifique sur un chiffre spécifique, la broche d'anode correspondante doit être mise à l'état haut (ou connectée à une source de courant), et la broche de cathode du chiffre correspondant doit être mise à l'état bas (connectée à la masse). Cette structure minimise le nombre de lignes de pilotage requises de 32 (4 chiffres * 8 segments) à seulement 12 (7 anodes de segments + 1 anode DP + 4 cathodes de chiffres).

6. Directives de soudure et d'assemblage

Le respect du profil de soudure spécifié est obligatoire pour éviter les dommages.

• Paramètres de soudure par refusion :La température maximale autorisée au niveau du joint de soudure/broche est de 260°C, et cette température ne doit pas être maintenue pendant plus de 3 secondes. Le profil doit être conçu pour rester dans cette fenêtre. Un préchauffage est nécessaire pour minimiser le choc thermique.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé. Le temps de contact par broche doit être minimisé, idéalement à moins de 3 secondes, en utilisant une panne à faible masse thermique.
• Nettoyage :N'utiliser que des agents de nettoyage compatibles avec la face avant en plastique et les matériaux époxy de l'afficheur. Les solvants agressifs doivent être évités.
• Conditions de stockage :Le dispositif doit être stocké dans son sac d'origine barrière à l'humidité dans un environnement situé dans la plage de température de stockage (-35°C à +85°C) et à faible humidité. Si le sac a été ouvert, les dispositifs doivent être utilisés dans un délai spécifié ou être séchés avant soudure s'ils ont absorbé de l'humidité.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Équipements de test et de mesure :Multimètres numériques, oscilloscopes, alimentations et fréquencemètres.
• Contrôles et instrumentation industriels :Panneaux de mesure pour la surveillance de température, pression, débit et niveau ; minuteries de processus ; afficheurs de compteurs.
• Électronique grand public et commerciale :Systèmes de point de vente, balances, réveils radio et afficheurs d'appareils électroménagers.
• Automobile (après-vente) :Jauges et outils de diagnostic (lorsque les spécifications environnementales sont respectées).

7.2 Considérations de conception et circuits de pilotage

• Pilote de multiplexage :Un microcontrôleur ou un circuit intégré de pilotage d'afficheur dédié (par exemple, MAX7219, TM1637) est presque toujours requis. Le micrologiciel ou le matériel doit parcourir rapidement les quatre chiffres (typiquement >100 Hz) pour éviter le scintillement visible.
• Limitation de courant :Chaque ligne d'anode ou de cathode doit avoir des résistances de limitation de courant appropriées ou être pilotée par une source de courant constant. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V et un I_Fcible de 10 mA avec un V_Ftypique de 2,1V, R = (5 - 2,1) / 0,01 = 290 Ω. Une résistance de 270 Ω ou 330 Ω serait appropriée.
• Dissipation de puissance :Calculez la puissance totale pour le pire des cas (tous les segments d'un chiffre allumés). Avec 8 segments à 10 mA chacun et V_F=2,1V, la puissance par chiffre est de 8 * 0,01 * 2,1 = 0,168W. Assurez-vous que le circuit de pilotage peut gérer cela.
• Angle de vision et montage :Positionnez l'afficheur derrière le découpage du panneau afin que le cadre n'obstrue pas le large angle de vision. Assurez un support arrière uniforme pour éviter les contraintes sur les broches.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé à d'autres technologies d'affichage et types de LED :

• vs. LCD :Les LED sont émettrices (produisent leur propre lumière), offrant une luminosité supérieure, des angles de vision plus larges et de meilleures performances dans les environnements à basse température. Elles ne nécessitent pas de rétroéclairage. Cependant, elles consomment généralement plus d'énergie que les LCD réfléchissants et ont une couleur fixe.
• vs. Autres couleurs de LED (GaAsP, GaP) :La technologie AlInGaP, telle qu'utilisée dans le LTC-5723JD, offre une efficacité lumineuse nettement supérieure et une meilleure stabilité thermique que les anciens matériaux de LED rouge comme le GaAsP, résultant en des afficheurs plus lumineux avec une couleur plus cohérente en fonction de la température.
• vs. Afficheurs à un chiffre ou plus petits :L'intégration de quatre chiffres dans un seul boîtier économise de l'espace sur le PCB, réduit le temps d'assemblage et améliore la précision d'alignement par rapport à l'utilisation de quatre afficheurs à un chiffre séparés.
• vs. Afficheurs à anode commune :Le choix entre cathode commune et anode commune est souvent dicté par le circuit intégré de pilotage ou le circuit microcontrôleur. La cathode commune est fréquemment utilisée avec des microcontrôleurs qui fournissent bien le courant mais en absorbent moins, car ils peuvent fournir du courant aux anodes et utiliser des transistors NPN ou des MOSFET à canal N pour absorber les courants de cathode plus élevés.

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

• Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3V ?
  
  R : Oui, mais vous devez vérifier la tension directe. À un courant de pilotage plus faible (par exemple, 5 mA), V_Fpeut être d'environ 2,0V, laissant 1,3V pour la résistance de limitation de courant, ce qui est suffisant. Vous devrez peut-être réduire le courant cible pour maintenir la luminosité ou utiliser un circuit intégré de pilotage pouvant augmenter la tension vers les segments.
• Q : Pourquoi le courant de crête (90 mA) est-il si supérieur au courant continu (25 mA) ?
  
  R : Les LED peuvent supporter des impulsions très courtes et à courant élevé sans surchauffer car la masse thermique de la puce empêche une élévation rapide de la température. Ceci est exploité dans le multiplexage, où chaque chiffre n'est allumé que 25% du temps (cycle de service 1/4). Un courant de crête de 40-50 mA à 25% de cycle de service peut rendre l'afficheur beaucoup plus lumineux qu'un fonctionnement à 25 mA en continu.
• Q : Que signifie \"rapport d'appariement d'intensité lumineuse 2:1\" en pratique ?
  
  R : Cela signifie qu'au sein d'un même dispositif, le segment le moins lumineux ne sera pas moins de la moitié moins brillant que le segment le plus lumineux dans les mêmes conditions de test. Ceci garantit une uniformité visuelle sur l'afficheur. Pour les applications critiques, spécifier un lot plus serré (par exemple, 1,5:1) peut être nécessaire.
• Q : Comment calculer la fréquence de rafraîchissement pour le multiplexage ?
  
  R : Le cycle complet d'allumage des quatre chiffres doit se terminer à une vitesse suffisamment élevée pour éviter le scintillement, typiquement >60-100 Hz. Par conséquent, la période pour chaque chiffre est de 1/(Fréquence de rafraîchissement * Nombre de chiffres). Pour un rafraîchissement de 100 Hz et 4 chiffres, chaque chiffre est allumé pendant 1/400s = 2,5 ms. Le timer du microcontrôleur doit commuter les chiffres toutes les 2,5 ms.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un voltmètre simple 4 chiffres.

Un concepteur crée un voltmètre DC 0-30V. La tension analogique est lue par l'ADC d'un microcontrôleur. Le microcontrôleur doit piloter l'afficheur LTC-5723JD.

1. Conception matérielle :Les broches d'E/S du microcontrôleur sont connectées aux 8 lignes d'anode (A-G, DP) via des résistances de limitation de courant de 330Ω. Quatre autres broches d'E/S sont connectées aux bases de quatre transistors NPN (par exemple, 2N3904). Les collecteurs de ces transistors sont connectés aux quatre broches de cathode (Chiffres 1-4), et les émetteurs sont connectés à la masse. Une résistance de base (par exemple, 4,7kΩ) est utilisée pour chaque transistor.
2. Logique du micrologiciel :Le micrologiciel convertit la lecture de l'ADC en quatre chiffres séparés. Il entre dans une routine d'interruption de timer fonctionnant à 400 Hz. Dans chaque interruption, il éteint tous les transistors de chiffres. Il définit ensuite les lignes d'anode (via un port ou un registre à décalage) au motif de segment pour le chiffre suivant dans la séquence. Enfin, il active le transistor pour ce chiffre spécifique. Ce cycle se répète continuellement.
3. Contrôle de la luminosité :La luminosité de l'affichage peut être ajustée de deux manières : 1) En changeant la valeur des résistances de limitation de courant (résistance plus faible = courant plus élevé = plus lumineux), en restant dans les limites maximales. 2) En utilisant la Modulation de Largeur d'Impulsion (PWM) sur les lignes d'activation des chiffres dans la routine de multiplexage, changeant effectivement le cycle de service pour tous les chiffres simultanément.

11. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement fondamental est basé sur l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de seuil de la diode (environ 2,1V pour ce matériau AlInGaP) est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active où ils se recombinent. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme l'AlInGaP, cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage Al_xIn_yGa_1-x-yP détermine l'énergie de la bande interdite et donc la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise, qui se situe dans le spectre rouge pour ce dispositif. Le substrat GaAs non transparent absorbe toute lumière émise vers le bas, améliorant le contraste en empêchant les réflexions internes qui pourraient éclairer des segments non activés.

12. Tendances technologiques

Bien que la technologie AlInGaP représentée dans cette fiche technique soit mature et très fiable, le domaine plus large de la technologie d'affichage continue d'évoluer. Les tendances incluent le développement de matériaux encore plus efficaces, tels que ceux basés sur le Nitrure de Gallium (GaN) pour le bleu et le vert, qui sont maintenant dominants. Pour les afficheurs numériques multi-chiffres, il existe une tendance vers des modules entièrement intégrés avec contrôleurs intégrés, interfaces I2C ou SPI, et parfois même des polices et caractères spéciaux embarqués, simplifiant la conception. De plus, les afficheurs OLED à matrice de points et micro-LED offrent une plus grande flexibilité pour afficher des informations alphanumériques et graphiques dans des facteurs de forme similaires. Cependant, pour les applications nécessitant des visualisations numériques simples, lumineuses, robustes et rentables, les afficheurs LED sept segments dédiés comme le LTC-5723JD restent une solution très viable et populaire en raison de leurs performances éprouvées, de leur simplicité et de leur excellente lisibilité.