Fiche technique LTP-2257KA - Afficheur LED Matriciel 5x7 - Hauteur 1,97 Pouces - AlInGaP Rouge-Orange - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTP-2257KA est un module d'affichage alphanumérique à un chiffre conçu pour les applications nécessitant une sortie de caractères claire et fiable. Sa fonction principale est de représenter visuellement des données, généralement des caractères codés en ASCII ou EBCDIC, via une grille de diodes électroluminescentes (LED) adressables individuellement. Le dispositif est conçu pour être intégré dans des systèmes où une faible consommation d'énergie, une fiabilité à l'état solide et de grands angles de vision sont des facteurs de performance critiques.

Le marché principal de ce composant comprend les pupitres de commande industriels, l'instrumentation, les terminaux de point de vente, les afficheurs d'information de base et les systèmes embarqués où une lecture de caractères simple et robuste est nécessaire. Sa conception empilable permet la création d'afficheurs multi-caractères horizontalement, offrant une flexibilité pour afficher des mots ou des nombres.

L'avantage technologique principal réside dans l'utilisation du matériau semi-conducteur Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) pour les puces LED. Ce système de matériau est connu pour produire une émission lumineuse à haut rendement dans le spectre rouge à orange ambré, offrant une bonne visibilité. L'afficheur présente une face noire, qui procure un contraste élevé avec les points blancs éclairés, améliorant significativement la lisibilité dans diverses conditions d'éclairage ambiant.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

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

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

La performance optique est centrale pour la fonction de l'afficheur. Les paramètres clés sont mesurés dans des conditions de test standardisées (Ta=25°C) pour garantir la cohérence.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :S'étend d'un minimum de 2100 µcd à un maximum de 5000 µcd, avec une valeur typique sous-entendue. Cette intensité est mesurée par point dans une condition d'attaque pulsée de I_p=32mA avec un rapport cyclique de 1/16. Le rapport cyclique 1/16 est typique pour les attaques matricielles multiplexées, où chaque ligne n'est active qu'une fraction du temps. Le capteur utilisé approxime la fonction de luminosité photopique CIE, garantissant que la mesure correspond à la sensibilité de l'œil humain.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :Typiquement 621 nanomètres (nm). Cela indique la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est la plus grande. Elle se situe dans la région rouge-orange du spectre visible.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :615 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond à la couleur de la sortie de la LED. Elle est légèrement inférieure à la longueur d'onde de crête, ce qui est courant en raison de la forme du spectre d'émission.
• Demi-largeur de la raie spectrale (Δλ) :Approximativement 18 nm. Ce paramètre définit la largeur de bande de la lumière émise, spécifiquement la largeur de la courbe spectrale à la moitié de sa puissance maximale. Une valeur de 18 nm indique une source monochromatique relativement à bande étroite, caractéristique des LED AlInGaP et résultant en une couleur saturée.
• Rapport d'appariement de l'intensité lumineuse (I_V-m) :Maximum 2:1. C'est un paramètre critique pour l'uniformité de l'affichage. Il spécifie que l'intensité lumineuse de n'importe quel point individuel ne sera pas plus du double de celle de n'importe quel autre point au sein du même module d'affichage. Cela garantit une luminosité uniforme sur tous les segments d'un caractère.

2.2 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques définissent l'interface et les exigences d'alimentation du dispositif.

• Tension directe (V_F) :S'étend de 2,05V (min) à 2,6V (max) par point à un courant de test (I_F) de 20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit d'attaque peut fournir cette tension. La valeur typique n'est pas indiquée mais se situe dans cette plage.
• Courant inverse (I_R) :Maximum de 100 µA à une tension inverse (V_R) de 15V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse. Il est généralement négligeable en fonctionnement mais doit être pris en compte dans la conception de la protection du circuit.
• Courant direct moyen par point :Le courant moyen nominal est de 13 mA. Cependant, un facteur de déclassement de 0,17 mA/°C s'applique linéairement au-dessus de 25°C. Cela signifie que le courant moyen maximal autorisé doit être réduit à mesure que la température ambiante augmente pour éviter la surchauffe et une défaillance prématurée. Par exemple, à 85°C, le courant moyen maximal serait : 13 mA - [0,17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10,2 = 2,8 mA.

2.3 Valeurs maximales absolues

Ce sont les limites de contrainte qui ne doivent en aucun cas être dépassées, même momentanément. Fonctionner au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents.

• Dissipation de puissance moyenne par point :36 mW maximum. C'est le produit du courant direct moyen et de la tension directe.
• Courant direct de crête par point :100 mA maximum. C'est le courant instantané le plus élevé autorisé, typiquement pertinent pendant de très courtes impulsions dans les schémas multiplexés.
• Tension inverse par point :5 V maximum. Dépasser cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• 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 de 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm (1/16 de pouce) en dessous du plan d'assise. Ceci est crucial pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

3. Système de classement et catégorisation

La fiche technique indique explicitement que le dispositif est "Catégorisé pour l'Intensité Lumineuse". Cela indique que les unités sont triées, ou "classées", en fonction de leur intensité lumineuse mesurée. La plage d'intensité lumineuse (2100-5000 µcd) représente probablement l'étendue sur plusieurs classes. Les fabricants regroupent généralement les LED dans des plages d'intensité plus serrées (par exemple, 2100-3000 µcd, 3000-4000 µcd, 4000-5000 µcd). Cela permet aux clients de sélectionner une classe pour leurs besoins spécifiques d'uniformité de luminosité. Pour un afficheur multi-unités, l'utilisation de LED de la même classe d'intensité est essentielle pour obtenir un aspect uniforme. La fiche technique ne spécifie pas de classement pour la tension directe ou la longueur d'onde, bien que les plages min/max fournies pour V_Fet λ_pdéfinissent l'étendue totale.

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 et leur signification standard.

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (Courbe I-V) :Ce graphique montrerait comment la sortie lumineuse augmente avec le courant d'attaque. Elle est typiquement non linéaire, avec une efficacité qui diminue à des courants très élevés en raison des effets thermiques. Le point de test d'impulsion à 32mA se situe probablement sur la partie efficace et linéaire de cette courbe.
• Tension directe en fonction du courant direct :Cette courbe montre la caractéristique I-V de la diode. La tension augmente de manière logarithmique avec le courant. La V_Fspécifiée à 20mA est un point unique sur cette courbe.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :C'est une courbe critique pour comprendre la performance thermique. La sortie lumineuse des LED diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Le déclassement spécifié pour le courant direct est directement lié à la gestion de cet effet thermique pour maintenir les performances et la fiabilité.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant un pic autour de 621nm et une largeur d'environ 18nm à la moitié de l'intensité de crête (FWHM).

5. Informations mécaniques et de boîtier

Le dispositif est un composant traversant avec un facteur de forme de type DIP (Dual In-line Package) standard adapté au montage sur CI.

• Hauteur de la matrice :La caractéristique physique déterminante est une hauteur de caractère de 1,97 pouce (50,15 mm). Il s'agit d'un afficheur grand format conçu pour être vu à distance.
• Dimensions du boîtier :La fiche technique inclut un dessin coté détaillé. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Ce dessin est essentiel pour la conception de l'empreinte sur CI et pour assurer un bon ajustement dans un boîtier.
• Connexion des broches :Le dispositif possède 12 broches sur une seule rangée.
  • Broches 1-7 : Correspondent aux Cathodes des Lignes 1 à 7. Dans une configuration matricielle commune, ce seraient les lignes de balayage.
  • Broches 8-12 : Correspondent aux Anodes des Colonnes 5 à 1 (notez l'ordre inverse : Broche 8 est Colonne 5, Broche 12 est Colonne 1). Ce seraient les lignes de données.
• Schéma de circuit interne :Le schéma fourni montre une configuration matricielle 5x7 standard. Chaque LED (point) est située à l'intersection d'une colonne d'anode et d'une ligne de cathode. Pour allumer un point spécifique, sa ligne d'anode correspondante doit être mise à l'état haut (tension positive) tandis que sa ligne de cathode est mise à la masse (terre). Cet arrangement matriciel minimise le nombre de broches de pilotage requises (12 au lieu de 35 pour des points adressés individuellement).
• Identification de la polarité :Le tableau de brochage identifie clairement les connexions anode et cathode. Le boîtier a probablement une encoche ou un marquage à une extrémité pour indiquer l'orientation de la broche 1.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La spécification d'assemblage clé fournie concerne le processus de soudure.

• Paramètres de soudure par refusion/à la vague :La valeur maximale absolue spécifie que le dispositif peut supporter une température de soudure de 260°C pendant un maximum de 3 secondes. Cette mesure est prise à 1,6 mm en dessous du plan d'assise (c'est-à-dire au niveau de la CI), et non au niveau du corps du composant. C'est une spécification standard pour les composants à broches et est compatible avec les profils typiques de soudure à la vague. Pour la soudure par refusion avec de la soudure sans plomb (qui a des points de fusion plus élevés), le profil doit être soigneusement contrôlé pour s'assurer que la température du corps du composant ne dépasse pas la température de stockage maximale de 85°C pendant une période prolongée, même si les broches voient brièvement 260°C.
• 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 inférieur à 3 secondes, pour empêcher la chaleur de remonter le long des broches et d'endommager les fils de liaison internes ou l'époxy.
• Nettoyage :Aucune instruction de nettoyage spécifique n'est donnée. De l'alcool isopropylique standard ou des défluxants approuvés peuvent être utilisés, mais les solvants agressifs doivent être évités car ils pourraient endommager la face plastique ou les marquages.
• Conditions de stockage :Le dispositif doit être stocké dans sa plage de température spécifiée de -35°C à +85°C dans un environnement sec et non condensant. Il est conseillé de conserver les composants dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine jusqu'à leur utilisation pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer un "effet pop-corn" pendant la soudure.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Pupitres de commande industriels :Affichage de consignes, de valeurs de processus (température, pression, vitesse), de codes d'erreur ou d'état de machine.
• Équipements de test et de mesure :Affichage de lectures numériques de multimètres, alimentations ou générateurs de signaux.
• Électronique grand public (ancienne) :Horloges, minuteries, calculatrices basiques ou afficheurs d'appareils électroménagers.
• Prototypage de systèmes embarqués :Une sortie simple et directe pour les microcontrôleurs (par exemple, Arduino, PIC) pour afficher des informations de débogage ou des invites utilisateur.
• Afficheurs multi-caractères empilés :En plaçant plusieurs modules LTP-2257KA côte à côte, des mots, des nombres ou des messages défilants simples peuvent être créés pour des panneaux d'information de base ou de la signalétique.

7.2 Considérations de conception

• Circuit d'attaque :Un circuit intégré pilote LED dédié ou des broches GPIO de microcontrôleur avec des résistances de limitation de courant sont nécessaires. En raison de la configuration matricielle, un schéma de multiplexage (balayage) est nécessaire. Le pilote doit fournir du courant aux colonnes d'anodes et absorber le courant des lignes de cathodes. Le courant de crête par point (100mA) et le déclassement du courant moyen doivent être respectés dans les calculs de temporisation du multiplexage.
• Limitation de courant :Des résistances externes sont obligatoires pour chaque colonne d'anode ou ligne de cathode (selon la topologie d'attaque) pour définir le courant de fonctionnement. La valeur est calculée en fonction de la tension d'alimentation (V_CC), de la tension directe de la LED (V_F) et du courant souhaité (I_F). Par exemple, avec une alimentation de 5V, une V_Fde 2,3V et un I_Fcible de 20mA : R = (5V - 2,3V) / 0,02A = 135 Ohms. Une résistance standard de 150 Ohms serait appropriée.
• Gestion thermique :Bien que le dispositif soit de faible puissance, la courbe de déclassement pour le courant direct doit être suivie dans des environnements à température ambiante élevée. Assurez un flux d'air adéquat si l'afficheur est enfermé. La dissipation de puissance moyenne par point (36mW max) se traduit par une dissipation totale maximale pour un caractère entièrement allumé, ce qui doit être pris en compte pour la conception thermique de la CI.
• Angle de vision :La caractéristique de "grand angle de vision" est bénéfique, mais pour une lisibilité optimale, l'afficheur doit être monté face au spectateur principal. La conception face noire/points blancs offre un bon contraste sous la plupart des angles.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux autres technologies d'affichage disponibles à l'époque de sa sortie (2000), le LTP-2257KA offrait des avantages spécifiques :

• Contre les afficheurs à incandescence ou fluorescents à vide (VFD) :Les LED sont à l'état solide, offrant une fiabilité bien supérieure, une résistance aux chocs/vibrations, une durée de vie plus longue (typiquement des dizaines de milliers d'heures) et une tension/puissance de fonctionnement plus faible. Elles ne nécessitent pas non plus de filaments chauffés ou de hautes tensions.
• Contre les premiers LCD :Les LED sont émissives, c'est-à-dire qu'elles produisent leur propre lumière, les rendant clairement visibles dans des conditions de faible luminosité ou d'obscurité sans rétroéclairage. Elles ont une plage de température de fonctionnement beaucoup plus large et un temps de réponse plus rapide. Cependant, elles consomment plus d'énergie que les LCD réfléchissants et ne sont pas adaptées aux graphiques complexes.
• Contre d'autres technologies LED :L'utilisation du matériau AlInGaP, comparé aux anciens GaAsP ou GaP, offrait un rendement plus élevé et une meilleure pureté de couleur (rouge-orange plus saturé) pour un courant d'attaque donné. Le format spécifique 5x7 avec une grande hauteur de 1,97 pouce ciblait les applications nécessitant des caractères facilement lisibles à distance.

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

Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un courant continu constant sur tous les points simultanément ?

R : Techniquement oui, mais c'est très inefficace et dépasserait les valeurs nominales de puissance moyenne si les 35 points étaient allumés. La méthode standard et prévue est le multiplexage, où les points sont allumés une ligne (ou colonne) à la fois à haute fréquence, créant l'illusion d'un affichage stable tout en réduisant considérablement le courant moyen.

Q : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?

R : La longueur d'onde de crête est l'endroit où la LED émet le plus de puissance optique. La longueur d'onde dominante est la longueur d'onde unique que l'œil humain perçoit comme correspondant à la couleur de la LED. Elles sont souvent proches mais pas identiques en raison de l'asymétrie du spectre d'émission de la LED. La longueur d'onde dominante est plus pertinente pour la perception des couleurs.

Q : La tension directe est de 2,05-2,6V. Puis-je l'alimenter avec une alimentation logique 3,3V ?

R : Oui, absolument. Une alimentation de 3,3V est suffisante pour polariser directement la LED. Vous devrez recalculer la valeur de la résistance de limitation de courant en fonction de la tension d'alimentation plus basse (par exemple, R = (3,3V - 2,3V) / 0,02A = 50 Ohms).

Q : Que signifie "Rapport cyclique 1/16" dans la condition de test d'intensité lumineuse ?

R : Cela signifie que la LED a été pulsée avec un courant de 32mA, mais l'impulsion n'était active que pendant 1/16e de la période totale. L'intensité mesurée est la moyenne sur toute la période. Cela simule les conditions d'un schéma d'attaque multiplexé 1:16 (par exemple, 7 lignes + 9 vides = 16 créneaux temporels).

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Construction d'un afficheur voltmètre simple à 4 chiffres.Un ingénieur doit afficher une tension de 0,000 à 9,999 volts sur un panneau. Il décide d'utiliser quatre modules LTP-2257KA empilés horizontalement.

1. Conception du circuit :Un microcontrôleur avec un CAN lit la tension. Le micrologiciel convertit la lecture en quatre chiffres décimaux. Les ports d'E/S du microcontrôleur, combinés à des transistors discrets ou un circuit intégré pilote de multiplexage dédié (comme le MAX7219), sont configurés pour balayer les quatre afficheurs. Les lignes de cathode de chaque afficheur sont connectées en parallèle, tandis que les colonnes d'anode de chaque chiffre sont contrôlées séparément. Cela crée une matrice de 4 chiffres par 7 lignes.
2. Réglage du courant :En utilisant une alimentation de 5V et visant un affichage lumineux, ils choisissent un courant moyen de 15mA par point. Compte tenu du multiplexage sur 4 chiffres et 7 lignes (effectivement un rapport cyclique de 1/28 pour chaque point lorsque tous sont allumés), le courant d'impulsion de crête pendant son créneau actif serait plus élevé (par exemple, 15mA * 28 = 420mA), mais cela doit être vérifié par rapport à la valeur nominale de courant de crête de 100mA. Par conséquent, ils devraient ajuster la temporisation ou utiliser un courant moyen plus faible pour maintenir la crête dans les spécifications.
3. Considération thermique :Le panneau est destiné à un environnement de laboratoire (25°C). Le déclassement du courant moyen n'est pas un problème ici. Cependant, ils s'assurent que la CI possède un plan de masse pour aider à dissiper la chaleur du circuit de pilotage.
4. Résultat :Le produit final affiche une lecture claire, lumineuse, à 4 chiffres avec un bon angle de vision, répondant à l'exigence d'un instrument de paillasse.

11. Principe de fonctionnement

Le LTP-2257KA fonctionne sur le principe fondamental d'une diode électroluminescente (LED) disposée en matrice passive. Chacun des 35 points qui forment la grille 5x7 est une puce LED AlInGaP individuelle. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant le potentiel de jonction de la diode (environ 2V) est appliquée à une paire anode (colonne) et cathode (ligne) spécifique, le courant circule à travers la LED à cette intersection. Ce courant provoque la recombinaison d'électrons et de trous dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons - lumière - avec une longueur d'onde caractéristique du matériau AlInGaP (rouge-orange).

L'organisation matricielle est une méthode d'interconnexion astucieuse. Au lieu d'avoir 35 fils séparés, les anodes de toutes les LED d'une colonne verticale sont connectées ensemble, et les cathodes de toutes les LED d'une ligne horizontale sont connectées ensemble. Pour allumer un seul point, sa colonne spécifique est mise à l'état positif et sa ligne spécifique est mise à la masse. Pour afficher un motif (comme un caractère), un algorithme de balayage parcourt rapidement les lignes (ou colonnes), activant les pilotes de colonne appropriés pour chaque ligne à tour de rôle. À une fréquence suffisamment élevée (typiquement >100Hz), la persistance rétinienne fait apparaître le caractère entier comme étant éclairé de manière stable.

12. Tendances et contexte technologiques

Le LTP-2257KA représente une technologie d'affichage mature et bien établie. À l'époque de sa sortie, les afficheurs LED matriciels étaient une solution grand public pour la sortie alphanumérique. Le passage à l'AlInGaP par rapport aux anciens matériaux comme le GaAsP était une tendance significative, offrant un rendement et une couleur améliorés.

Les tendances ultérieures ont évolué vers :

Boîtiers CMS (Composants Montés en Surface) :Les équivalents modernes sont presque exclusivement de type CMS, permettant un assemblage plus petit et automatisé.

Densité plus élevée et afficheurs à matrice complète :Le format de base 5x7 a été largement supplanté par des modules matriciels plus grands (par exemple, 8x8, 16x16) et des panneaux graphiques complets pouvant afficher des formes arbitraires et du texte dans plusieurs polices.

Contrôleurs intégrés :Les modules LED matriciels modernes incluent souvent le pilote, la mémoire et l'interface de communication (comme I2C ou SPI) sur une seule carte, simplifiant grandement le processus d'intégration pour les ingénieurs.

Technologies alternatives :Pour de nombreuses applications nécessitant une sortie de caractères simple, les LCD basse consommation (avec ou sans rétroéclairage) et les afficheurs OLED sont devenus plus courants, en particulier lorsque la consommation d'énergie, la finesse ou la capacité graphique sont des priorités.

Malgré ces tendances, les afficheurs LED matriciels traversants comme le LTP-2257KA restent pertinents dans les contextes éducatifs, pour les projets d'amateurs, dans la maintenance d'équipements anciens et dans des applications industrielles spécifiques où leur simplicité, robustesse, haute luminosité et large plage de température sont des avantages décisifs.