Fiche technique de l'afficheur LED LTP-2157AKY - Hauteur de matrice 2,0 pouces (50,8 mm) - AlInGaP jaune ambré - Tension directe 2,6 V - Dissipation de puissance 35 mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTP-2157AKY est un module d'affichage LED à matrice de points 5 x 7 d'une hauteur de caractère de 2,0 pouces (50,8 mm). Cet appareil est conçu pour les applications nécessitant un affichage clair et lumineux d'informations alphanumériques ou symboliques. Sa technologie de cœur utilise le matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) pour produire une émission de lumière jaune ambré. La présentation visuelle comporte une face avant grise avec des points blancs, améliorant le contraste et la lisibilité. Le module est construit en configuration à cathode commune, nécessitant un circuit de commande multiplexé externe pour fonctionner.

Les principaux domaines d'application de cet afficheur incluent l'instrumentation industrielle, les interfaces d'électronique grand public, les terminaux de point de vente, les afficheurs d'équipements médicaux et tout système embarqué nécessitant une lecture compacte, fiable et lumineuse. Sa construction à l'état solide garantit une haute fiabilité et une longue durée de vie opérationnelle par rapport à d'autres technologies d'affichage comme les tubes fluorescents sous vide ou les types à incandescence.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages du LTP-2157AKY découlent de sa technologie LED AlInGaP et de sa conception réfléchie. Il offre une haute luminosité et un excellent contraste, essentiels pour la lisibilité dans diverses conditions d'éclairage ambiant, y compris les environnements intérieurs très éclairés. La faible consommation d'énergie le rend adapté aux applications alimentées par batterie ou soucieuses de l'énergie. L'excellente apparence des caractères est obtenue grâce à la disposition précise de la matrice de points 5x7, qui est la norme pour afficher clairement les caractères ASCII.

Le marché cible est large, englobant les OEM (Fabricants d'Équipements d'Origine) et les ingénieurs concepteurs travaillant sur des appareils nécessitant une solution d'affichage simple, économique et robuste. Ses spécifications en font un choix viable là où des afficheurs graphiques plus grands et plus complexes sont inutiles ou trop coûteux.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Une compréhension approfondie des paramètres électriques et optiques est essentielle pour une conception de circuit et une intégration correctes de l'afficheur LTP-2157AKY.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à l'appareil peuvent survenir. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner l'appareil en continu à ou près de ces limites.

• Dissipation de puissance moyenne par point :35 mW. C'est la puissance continue maximale qui peut être dissipée en toute sécurité par un segment LED (point) unique sans provoquer de dégradation thermique.
• Courant direct de crête par point :60 mA. C'est le courant instantané maximal autorisé pendant le fonctionnement en impulsions, généralement utilisé dans les schémas de commande multiplexés.
• Courant direct moyen par point :13 mA à 25°C. Cette valeur se dégrade linéairement à raison de 0,17 mA/°C au-dessus de 25°C. Par exemple, à 85°C, le courant moyen maximal autorisé serait d'environ : 13 mA - (0,17 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 13 mA - 10,2 mA = 2,8 mA. Cette dégradation est cruciale pour la gestion thermique.
• Tension inverse par point :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer la rupture de la jonction LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Cette large plage garantit le fonctionnement dans des environnements difficiles.
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm sous le plan d'assise. Il s'agit d'une ligne directrice standard pour le soudage à la vague ou par refusion pour éviter d'endommager le boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques mesurés à une température ambiante (Ta) de 25°C dans des conditions de test spécifiées.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :2100 μcd (Min), 3600 μcd (Typ). Condition de test : I_p=32mA, rapport cyclique 1/16. Cette haute luminosité est une caractéristique clé. La mesure utilise un filtre approximant la courbe de réponse photopique de l'œil CIE pour la précision.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :595 nm (Typ). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale, définissant la couleur jaune ambré.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (Typ). Cela indique la pureté spectrale ; une largeur plus étroite signifie une couleur plus monochromatique.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :592 nm (Typ). C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain, correspondant étroitement à la longueur d'onde de crête pour ce type de LED.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05V (Min), 2,6V (Typ). Condition de test : I_F=20mA. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de commande peut fournir cette tension.
• Courant inverse (I_R) :100 μA (Max). Condition de test : V_R=5V. C'est le courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (Max). Condition de test : I_F=2mA. Ce paramètre assure l'uniformité sur l'afficheur ; la luminosité du segment le plus faible sera au moins la moitié de celle du segment le plus lumineux.

3. Explication du système de classement

La fiche technique ne détaille pas explicitement un système de classement multi-niveaux pour la longueur d'onde ou le flux. Cependant, les paramètres spécifiés impliquent un processus de fabrication contrôlé. Les plages serrées pour la longueur d'onde dominante (592 nm Typ) et l'intensité lumineuse (2100-3600 μcd) suggèrent que les pièces sont sélectionnées pour répondre à ces spécifications minimales et typiques. Les concepteurs doivent considérer les valeurs minimales (I_Vmin 2100 μcd, V_Fmax 2,6V) pour la conception de circuit dans le pire des cas afin de garantir la visibilité de l'affichage et une régulation de courant correcte sur toutes les unités.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques. Bien que non fournies dans le texte, les courbes LED standard peuvent être déduites et sont essentielles pour la conception.

4.1 Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V)

La relation I-V est non linéaire. Le V_Ftypique de 2,6V à 20mA est le point de conception clé. La courbe montre un déclenchement net autour de la tension de bande interdite de la LED (~2V pour AlInGaP), après quoi le courant augmente de façon exponentielle avec la tension. Par conséquent, il est fortement recommandé d'alimenter les LED avec une source de courant constant plutôt qu'une source de tension constante pour éviter l'emballement thermique et assurer une luminosité constante.

4.2 Intensité lumineuse vs Courant direct

L'intensité lumineuse est approximativement proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement normale (par exemple, jusqu'au courant moyen nominal). Cependant, l'efficacité peut chuter à des courants très élevés en raison de l'échauffement. L'intensité spécifiée à 32mA en fonctionnement pulsé est optimisée pour les afficheurs multiplexés.

4.3 Dépendance à la température

Les caractéristiques des LED sont sensibles à la température. La tension directe (V_F) diminue généralement avec l'augmentation de la température de jonction (coefficient de température négatif). L'intensité lumineuse diminue également lorsque la température augmente. La spécification de dégradation du courant (0,17 mA/°C) est une protection de conception directe contre ces effets, empêchant la surchauffe et la dégradation prématurée de la luminosité.

4.4 Distribution spectrale

Le spectre d'émission est centré autour de 595 nm (jaune ambré) avec une demi-largeur typique de 15 nm. Il s'agit d'une bande relativement étroite, caractéristique des semi-conducteurs III-V à bande interdite directe comme l'AlInGaP, résultant en une bonne saturation des couleurs.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions physiques

Le dessin du boîtier indique la taille physique globale du module d'affichage. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Ces informations sont vitales pour la conception de l'empreinte PCB (Carte de Circuit Imprimé) et l'ajustement du boîtier.

5.2 Configuration des broches et circuit interne

Le LTP-2157AKY a une configuration à 14 broches. Le schéma de circuit interne montre un agencement à cathode commune pour la matrice 5x7. Les colonnes (lignes verticales) sont les cathodes, et les lignes (lignes horizontales) sont les anodes. Des notes spécifiques indiquent les connexions internes : la broche 4 et la broche 11 sont connectées (toutes deux sont la Cathode pour la Colonne 3), et la broche 5 et la broche 12 sont connectées (toutes deux sont l'Anode pour la Ligne 4). Cette connexion interne simplifie probablement la disposition des fils de liaison internes. Le brochage doit être suivi précisément pour un fonctionnement correct de l'affichage.

5.3 Identification de la polarité

L'appareil utilise une configuration à cathode commune. Les broches de cathode sont pour les colonnes (1-5), et les broches d'anode sont pour les lignes (1-7). L'application d'une polarisation directe nécessite de connecter la broche de ligne souhaitée à une tension positive (via une résistance de limitation de courant ou un pilote) et la broche de colonne souhaitée à la masse (ou à un puits de pilote côté bas).

6. Lignes directrices de soudure et d'assemblage

La valeur maximale absolue spécifie le profil de soudure : une température maximale de 260°C pendant une durée maximale de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise. Ceci est compatible avec les processus de soudure par refusion sans plomb standard (par exemple, suivant un profil standard IPC/JEDEC J-STD-020). Il faut veiller à éviter les contraintes mécaniques sur les broches pendant la manipulation. Pour le stockage, la plage spécifiée de -35°C à +85°C dans un environnement sec et antistatique est recommandée pour éviter l'absorption d'humidité (qui peut provoquer l'effet \"popcorn\" pendant la refusion) et les dommages par décharge électrostatique.

7. Emballage et informations de commande

La référence est LTP-2157AKY. Bien que les détails d'emballage spécifiques (rouleau, plateau, tube) ne soient pas listés dans le contenu fourni, ces afficheurs sont généralement fournis dans des tubes ou plateaux antistatiques pour protéger les broches et la face avant de l'afficheur. Les numéros \"Spec No.: DS-30-99-106\" et \"BNS-OD-FC001/A4\" sont des numéros de contrôle de document interne.

8. Recommandations d'application

8.1 Circuits d'application typiques

Le LTP-2157AKY nécessite un circuit de commande externe. Une conception courante utilise un microcontrôleur avec un logiciel de multiplexage. Les ports d'E/S du microcontrôleur, souvent insuffisants pour fournir/absorber directement le courant requis, sont connectés à des transistors de commande de ligne (par exemple, PNP ou MOSFET à canal P pour fournir du courant aux anodes) et à des transistors de commande de colonne ou des pilotes d'absorption dédiés (par exemple, NPN, MOSFET à canal N, ou circuits intégrés de commande LED comme l'ULN2003 pour absorber le courant des cathodes). La routine de multiplexage parcourt rapidement chaque ligne (1-7), activant les cathodes de colonne appropriées pour cette ligne pour former le caractère souhaité. Le rapport cyclique 1/16 mentionné dans la condition de test est un rapport de multiplexage typique (par exemple, 1 ligne active à la fois sur un nombre possible de 7+? trames ; le timing exact dépend de la conception du pilote).

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Essentielle pour chaque segment LED. Utilisez des résistances ou des pilotes à courant constant. Calculez la valeur de la résistance en fonction de la tension d'alimentation (V_CC), de la tension directe de la LED (V_F), et du courant direct souhaité (I_F). Pour un fonctionnement multiplexé, utilisez le courant de crête (I_p). Exemple : Pour V_CC=5V, V_F=2,6V, I_p=32mA, R = (5V - 2,6V) / 0,032A ≈ 75 Ohms.
• Fréquence de multiplexage :Doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible (typiquement >60 Hz de fréquence de trame). La persistance rétinienne fusionnera les lignes qui défilent rapidement en une image stable.
• Dissipation thermique :Respectez la courbe de dégradation du courant à haute température ambiante. Assurez une ventilation adéquate si utilisé dans des espaces clos.
• Angle de vision :Bien que non spécifié, les matrices LED standard ont un large angle de vision. La conception face grise/points blancs optimise le contraste pour une vision frontale.

9. Comparaison technique

Comparé à d'autres technologies d'affichage contemporaines disponibles à l'époque de sa sortie (2002), le LTP-2157AKY offrait des avantages distincts :

• vs. Afficheurs à incandescence ou fluorescents sous vide (VFD) :L'afficheur LED est beaucoup plus économe en énergie, génère moins de chaleur, offre un temps de réponse plus rapide et a une durée de vie nettement plus longue. Il est également plus robuste mécaniquement car il n'a pas de filaments fragiles ou d'enveloppes en verre.
• vs. Premiers LCD :L'afficheur LED est auto-éclairant, offrant une luminosité beaucoup plus élevée et une meilleure visibilité dans des conditions de faible luminosité ou de lumière directe du soleil sans rétroéclairage. Il a également une plage de température de fonctionnement plus large et aucun problème de réponse lente dans les environnements froids.
• vs. Autres couleurs de LED (par exemple, Rouge GaAsP) :La technologie AlInGaP utilisée dans cette LED jaune ambré offre une efficacité lumineuse plus élevée (plus de lumière par unité de puissance électrique) et une meilleure stabilité à long terme que les anciennes LED rouges GaAsP.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Puis-je alimenter cet afficheur avec une alimentation constante de 5V sur les anodes ?

R1 : Non. Les LED sont des dispositifs à commande de courant. L'application d'une tension constante sans résistance de limitation de courant en série provoquera un courant excessif, risquant de détruire la LED. Utilisez toujours un mécanisme de limitation de courant.

Q2 : Pourquoi y a-t-il deux broches pour la Colonne 3 et la Ligne 4 ?

R2 : Les broches 4 et 11 sont toutes deux connectées à la Cathode de la Colonne 3 en interne, et les broches 5 et 12 sont toutes deux connectées à l'Anode de la Ligne 4. Cela est probablement fait pour l'efficacité de la disposition des fils de liaison internes ou pour fournir des points de connexion alternatifs sur le PCB pour faciliter le routage. Électriquement, ils sont le même nœud.

Q3 : Que signifie \"1/16 Duty\" dans la condition de test d'intensité lumineuse ?

R3 : Cela signifie que la LED était pulsée avec un rapport cyclique de 1/16 (6,25%). Le courant de crête (I_p=32mA) est plus élevé que le courant continu moyen le serait pour la même perception de luminosité dans un système multiplexé. Le courant moyen est I_p* rapport cyclique = 32mA * 0,0625 = 2mA. Ce fonctionnement en impulsions est standard pour tester les afficheurs multiplexés.

Q4 : Comment afficher un caractère comme la lettre \"A\" ?

R4 : Vous avez besoin d'une table de caractères ou d'une table de correspondance qui définit quels points (intersections ligne, colonne) illuminer pour chaque caractère. Pour une matrice 5x7, c'est typiquement un tableau de 5 octets par caractère, où chaque bit dans un octet représente un élément de ligne dans une colonne. Votre logiciel de microcontrôleur utilise cette table pendant le balayage de multiplexage.

11. Étude de cas de conception pratique

Imaginez concevoir un thermomètre numérique simple avec une lecture à 3 chiffres en utilisant trois afficheurs LTP-2157AKY. Le système nécessiterait un capteur de température, un microcontrôleur (par exemple, un MCU 8 bits) et un circuit de commande. Le microcontrôleur lit le capteur, convertit la valeur en BCD ou en une table de caractères personnalisée, et pilote les afficheurs. En raison du nombre de broches (3 afficheurs * 14 broches = 42 broches si pilotés directement), un schéma de multiplexage est obligatoire. La conception impliquerait : 1) Connecter toutes les broches de ligne correspondantes (anodes) des trois afficheurs ensemble (créant 7 lignes d'anode communes). 2) Connecter les broches de colonne (cathodes) de chaque afficheur séparément (créant 3 afficheurs * 5 colonnes = 15 lignes de cathode). 3) Utiliser le microcontrôleur avec 7+15=22 lignes d'E/S (ou moins avec des registres à décalage externes ou des expanseurs de port) pour balayer les lignes communes et activer les colonnes appropriées pour chaque chiffre séquentiellement à haute fréquence. Des résistances de limitation de courant seraient placées soit sur les lignes d'anode communes, soit sur les lignes de cathode individuelles.

12. Principe de fonctionnement

Le LTP-2157AKY est basé sur le principe d'électroluminescence d'une jonction P-N semi-conductrice. Lorsqu'elle est polarisée en direct, les électrons de la couche AlInGaP de type N se recombinent avec les trous de la couche de type P dans la région active. Cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de 595 nm (jaune ambré) est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur AlInGaP, qui est conçue pendant le processus de croissance cristalline. Le substrat GaAs non transparent aide à réfléchir la lumière vers le haut, améliorant l'efficacité globale d'extraction de la lumière depuis la surface supérieure de la puce.

13. Tendances technologiques

Depuis la publication de cette fiche technique (2002), la technologie d'affichage LED a considérablement progressé. Bien que le format de matrice de points 5x7 reste un cheval de bataille pour les afficheurs simples, la technologie sous-jacente a évolué. Les LED AlInGaP ont connu des améliorations en efficacité et durée de vie. De plus, de nouvelles options d'affichage sont devenues courantes : 1)Matrices à plus haute densité :Les matrices graphiques 8x8, 16x16 et plus grandes sont maintenant courantes et peu coûteuses. 2)LED CMS (Composants Montés en Surface) :Les conceptions modernes utilisent souvent des LED CMS individuelles placées sur un PCB pour former une matrice, offrant plus de flexibilité de conception. 3)Afficheurs OLED (LED Organiques) :Ils offrent un contraste élevé, de larges angles de vision et des facteurs de forme flexibles, bien qu'ils puissent avoir des contraintes de durée de vie et environnementales différentes. 4)Afficheurs à contrôleur intégré :Les modules modernes incluent souvent un contrôleur intégré (comme le HD44780 pour les LCD à caractères ou des pilotes de matrice LED dédiés) qui simplifie les exigences d'interface à seulement quelques lignes de données et de contrôle. Cependant, les principes fondamentaux de conception pour piloter un réseau LED multiplexé, comme détaillé pour le LTP-2157AKY, restent directement applicables à de nombreux projets modernes de matrices LED discrètes.