Fiche technique de l'afficheur à matrice de points LED LTP-2157AKD - Hauteur 2,0 pouces - Matrice 5x7 - Hyper Rouge (650nm) - 40mW/point - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTP-2157AKD est un module d'affichage alphanumérique à l'état solide conçu pour les applications nécessitant une sortie visuelle claire, lumineuse et fiable. Sa fonction principale est d'afficher des caractères et symboles à l'aide d'une grille de diodes électroluminescentes (LED) adressables individuellement. Ses principaux domaines d'application incluent les panneaux de contrôle industriel, l'instrumentation, les terminaux de point de vente, les afficheurs d'équipements médicaux et divers appareils électroniques grand public où une lecture monochrome simple de caractères est suffisante.

Le principe de fonctionnement fondamental repose sur une configuration de matrice de points 5x7. Cela signifie que chaque caractère est formé en allumant un motif spécifique dans une grille de 5 colonnes et 7 rangées de pixels LED. En appliquant sélectivement une tension directe aux lignes d'anode (rangée) et de cathode (colonne) correspondant à chaque pixel souhaité, des points spécifiques sont activés pour créer des formes reconnaissables comme des lettres et des chiffres. Le dispositif utilise un schéma de pilotage multiplexé, où les rangées sont activées séquentiellement à haute fréquence, créant la perception d'un caractère stable et entièrement allumé tout en minimisant le nombre de broches de pilotage requises et la consommation d'énergie.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

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 3500 microcandelas (µcd) lorsqu'il est piloté avec un courant de crête (Ip) de 32mA à un cycle de service de 1/16. Cela indique une sortie de haute luminosité adaptée aux environnements bien éclairés. La valeur minimale spécifiée est de 1650 µcd, ce qui définit la limite inférieure de performance pour le produit.

Les caractéristiques de couleur sont déterminées par le matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium). La Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λp) est typiquement de 650 nanomètres (nm), ce qui la place dans la région hyper rouge du spectre visible. La Longueur d'Onde Dominante (λd) est spécifiée à 639 nm. La différence entre la longueur d'onde de crête et dominante, ainsi que la Demi-Largeur Spectrale (Δλ) de 20 nm, décrivent la pureté spectrale et la teinte spécifique de rouge émise. Un Ratio d'Homogénéité d'Intensité Lumineuse de 2:1 (max) est spécifié, ce qui signifie que la luminosité du segment le moins lumineux d'un caractère ne doit pas être inférieure à la moitié de la luminosité du segment le plus lumineux dans des conditions de pilotage identiques, garantissant ainsi une apparence uniforme.

2.2 Caractéristiques électriques et thermiques

Les Valeurs Maximales Absolues définissent les limites opérationnelles au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. La Dissipation de Puissance Moyenne par Point est évaluée à 40 milliwatts (mW). Le Courant Direct de Crête par Point peut atteindre 90mA pour un fonctionnement pulsé, tandis que le Courant Direct Moyen par Point a une valeur de base de 15mA à 25°C, avec une déclassement linéaire de 0,2 mA/°C à mesure que la température augmente. Ce déclassement est crucial pour la gestion thermique et la fiabilité à long terme. La Tension Inverse Maximale par Point est de 5V.

Dans des conditions de fonctionnement typiques (Courant Direct IF=20mA), la Tension Directe par Segment (VF) varie de 2,1V (min) à 2,6V (max). Ce paramètre est essentiel pour concevoir le circuit de limitation de courant dans le pilote. Le Courant Inverse (IR) est très faible, typiquement de 2,3 à 2,8 microampères (µA) à la tension inverse maximale de 5V, indiquant de bonnes caractéristiques de diode.

Le dispositif est conçu pour une Plage de Température de Fonctionnement de -35°C à +85°C, avec une Plage de Température de Stockage identique. Cette large plage le rend adapté aux environnements difficiles. La température maximale de soudage est spécifiée à 260°C pour une durée maximale de 3 secondes, mesurée à 1,6mm (1/16 de pouce) en dessous du plan d'assise, ce qui fournit des directives claires pour les processus d'assemblage de carte PCB.

3. Informations mécaniques et d'emballage

L'afficheur a une hauteur de matrice déclarée de 2,0 pouces (50,8 mm). Les dimensions du boîtier sont fournies dans un dessin détaillé avec toutes les mesures en millimètres. Les tolérances de fabrication sont généralement de ±0,25 mm (0,01 pouces) sauf indication contraire sur le dessin. Le boîtier physique présente une face grise avec des points de couleur blanche, ce qui améliore le contraste lorsque les LED sont éteintes et diffuse la lumière lorsqu'elles sont allumées.

Le schéma de connexion des broches est crucial pour une interface correcte. Le dispositif a une configuration à 14 broches. Le circuit interne est un arrangement standard à cathode commune pour les colonnes, avec les anodes pour les 7 rangées sorties sur des broches individuelles. Il est important de noter les connexions internes : la Broche 4 et la Broche 11 sont connectées en interne (toutes deux sont la Cathode pour la Colonne 3), et la Broche 5 et la Broche 12 sont connectées en interne (toutes deux sont l'Anode pour la Rangée 4). Ces connexions sont réalisées pour simplifier la liaison interne et n'affectent pas la logique de pilotage externe.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de caractéristiques électriques et optiques typiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, les courbes standard pour de tels dispositifs incluraient typiquement :

• Courant Direct vs. Tension Directe (Courbe I-V) :Ce graphique montre la relation exponentielle, cruciale pour déterminer la tension d'alimentation nécessaire pour un courant de pilotage donné.
• Intensité Lumineuse vs. Courant Direct :Cette courbe montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant, généralement dans une relation quasi-linéaire dans la plage de fonctionnement avant que l'efficacité ne chute à des courants très élevés.
• Intensité Lumineuse vs. Température Ambiante :Ceci démontre l'effet d'extinction thermique, où la sortie de la LED diminue à mesure que la température de jonction augmente. Comprendre ceci est essentiel pour les applications avec des températures ambiantes élevées ou une dissipation thermique médiocre.
• Distribution Spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant la concentration de la sortie lumineuse autour du pic de 650nm avec la demi-largeur définie de 20nm.

Ces courbes permettent aux concepteurs d'optimiser les performances et de comprendre les compromis entre luminosité, efficacité, courant de pilotage et gestion thermique.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

L'assemblage doit respecter le profil de soudage spécifié pour éviter les dommages. La température de soudage maximale autorisée est de 260°C, et le composant ne doit pas être exposé à cette température pendant plus de 3 secondes. Ceci est généralement réalisé en utilisant un processus de soudage par refusion contrôlé avec un profil qui augmente la température, maintient le pic et refroidit dans des limites spécifiées. Le soudage manuel avec un fer nécessite une extrême prudence pour localiser la chaleur et éviter de dépasser ces paramètres.

Pour le stockage, le dispositif doit être conservé dans la plage de température spécifiée de -35°C à +85°C dans un environnement à faible humidité. Il est recommandé d'utiliser les composants dans leur durée de conservation et de suivre les précautions standard ESD (Décharge Électrostatique) pendant la manipulation pour protéger les jonctions semi-conductrices sensibles.

6. Suggestions d'application et considérations de conception

6.1 Circuits d'application typiques

Le LTP-2157AKD nécessite un circuit de pilotage externe. Une conception courante utilise un microcontrôleur avec suffisamment de broches d'E/S ou un circuit intégré de pilotage d'afficheur LED dédié (comme le MAX7219 ou similaire). Le pilote doit implémenter le multiplexage : il active séquentiellement chacune des 7 lignes d'anode de rangée tout en fournissant les données de cathode de colonne pour cette rangée spécifique. La fréquence de rafraîchissement doit être suffisamment élevée (typiquement >100Hz) pour éviter le scintillement visible. Des résistances de limitation de courant sont obligatoires pour chaque ligne de colonne (ou intégrées dans le pilote) pour régler le courant direct à la valeur souhaitée (par exemple, 20mA pour une luminosité typique). Le calcul de la valeur de la résistance est R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If, où Vcc est la tension d'alimentation, Vf est la tension directe de la LED (~2,6V max), Vdriver_sat est la tension de saturation du pilote et If est le courant direct souhaité.

6.2 Considérations de conception

• Alimentation électrique :Assurez-vous que l'alimentation peut fournir le courant de crête requis. Avec 5 colonnes potentiellement allumées par rangée et un courant de crête allant jusqu'à 20mA par point, une seule rangée pourrait consommer 100mA. L'alimentation doit pouvoir gérer cette charge pulsée.
• Dissipation thermique :Bien que les points individuels dissipent au maximum 40mW, le fonctionnement continu de nombreux points peut générer une chaleur significative. Assurez une ventilation ou un dissipateur thermique adéquat si vous fonctionnez à des températures ambiantes élevées ou aux valeurs maximales.
• Angle de vision et contraste :La conception face grise/points blancs offre un bon contraste à l'état éteint. Considérez l'angle de vision prévu lors du montage de l'afficheur ; la luminosité des LED est souvent maximale sur l'axe.
• Logiciel :Le micrologiciel du microcontrôleur doit inclure une table de caractères (une table de correspondance définissant le motif 5x7 pour chaque caractère) et la routine de multiplexage.

7. Comparaison et différenciation technique

Le principal facteur de différenciation de cet afficheur est son utilisation de la technologie LED Hyper Rouge AlInGaP. Comparée aux anciennes LED rouges GaAsP (Phosphure d'Arséniure de Gallium), l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, résultant en une plus grande luminosité pour le même courant de pilotage, ou une luminosité équivalente à une puissance plus faible. Elle offre également une meilleure pureté de couleur et une meilleure stabilité en fonction de la température et du temps.

Comparé à un simple afficheur à 7 segments, une matrice de points 5x7 offre une bien plus grande flexibilité, capable d'afficher l'ensemble complet des caractères alphanumériques (A-Z, 0-9, symboles) et même des graphiques simples, alors qu'un afficheur à 7 segments est principalement limité aux chiffres et à quelques lettres. Le compromis est une complexité accrue à la fois au niveau matériel (plus de broches de pilotage) et logiciel (génération de caractères).

8. Questions fréquentes basées sur les paramètres techniques

Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un courant continu constant sans multiplexage ?

R : Techniquement, oui, mais c'est très inefficace et non recommandé. Piloter simultanément les 35 points à 20mA nécessiterait un courant de 700mA et générerait une chaleur importante. Le multiplexage est la méthode standard et prévue, réduisant la puissance et le nombre de broches.

Q : Quelle est la différence entre la Longueur d'Onde d'Émission de Crête (650nm) et la Longueur d'Onde Dominante (639nm) ?

R : La longueur d'onde de crête est le point d'intensité maximale dans la sortie spectrale. La longueur d'onde dominante est la longueur d'onde unique de la lumière monochromatique qui semblerait avoir la même couleur pour l'œil humain. La différence survient parce que la LED émet un spectre de lumière (large de 20nm), et non une longueur d'onde pure unique.

Q : Le brochage montre deux broches pour la Colonne 3 et deux broches pour la Rangée 4. Dois-je connecter les deux ?

R : Non, ces broches sont connectées en interne. Se connecter à l'une ou l'autre est suffisant. Cette connexion interne est un artefact de fabrication pour simplifier la liaison de la puce. Connecter les deux ne cause pas de dommage mais est inutile.

Q : Comment calculer la consommation électrique moyenne ?

R : Pour un afficheur multiplexé, le courant moyen est approximativement (Nombre de points allumés dans un caractère entièrement allumé / Nombre total de points) * Courant par point * Cycle de service. Par exemple, pour un caractère utilisant 24 points allumés à 20mA avec un cycle de service de 1/7 (7 rangées) : Courant Moyen ≈ (24/35) * 20mA * (1/7) ≈ 2mA par caractère. Multipliez par le nombre de caractères pour la charge totale.

9. Étude de cas d'application pratique

Scénario : Conception d'une lecture de température à un seul caractère pour un four industriel.

L'exigence est d'afficher une température de 0 à 199°C. Un microcontrôleur lit un capteur de température. Un afficheur LTP-2157AKD est utilisé. Le microcontrôleur a un nombre limité de broches, il utilise donc un registre à décalage série/parallèle (comme le 74HC595) pour piloter les 5 cathodes de colonne et utilise 7 de ses propres broches d'E/S pour piloter les anodes de rangée via des interrupteurs à transistor (pour gérer le courant de rangée plus élevé).

Le micrologiciel inclut une police 5x7 pour les chiffres 0-9 et le symbole degré. La routine de multiplexage s'exécute sur une interruption de temporisateur. L'afficheur montre des chiffres rouges stables et lumineux lisibles à plusieurs mètres de distance dans un environnement d'usine. La large plage de température de fonctionnement de l'afficheur (-35°C à +85°C) garantit la fiabilité même si le boîtier externe du contrôleur de four devient chaud. Le contraste élevé de la face grise empêche l'éblouissement sous un éclairage industriel intense.

10. Principe technologique et tendances

10.1 Principe technologique sous-jacent

La génération de lumière est basée sur l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la couche AlInGaP de type n se recombinent avec les trous de la couche de type p. Cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La largeur de bande interdite spécifique du matériau AlInGaP détermine la longueur d'onde (couleur) des photons émis, dans ce cas, la lumière rouge autour de 650nm. Le substrat GaAs non transparent absorbe toute lumière émise vers le bas, améliorant l'efficacité globale en réfléchissant plus de lumière hors du dessus du dispositif. La matrice 5x7 est créée en déposant et en structurant plusieurs minuscules puces LED ou une seule puce structurée sur un substrat commun, avec des lignes d'anode et de cathode interconnectées.

10.2 Tendances de l'industrie

Bien que les afficheurs à matrice de points 5x7 discrets comme le LTP-2157AKD restent pertinents pour des applications spécifiques et sensibles au coût, les tendances plus larges de l'industrie évoluent vers des solutions intégrées. Celles-ci incluent :

- Matrices CMS (Composants Montés en Surface) :Empreinte plus petite, assemblage automatisé plus facile.

- Afficheurs avec Contrôleur/Pilote Intégré :Modules avec contrôleurs intégrés qui communiquent via SPI ou I2C, réduisant considérablement la charge de ressources du microcontrôleur.

- Résolution et Couleur Supérieures :Mouvement vers des matrices à pas plus fin et des afficheurs RVB couleur pour des graphiques plus détaillés.

- Technologies Alternatives :Dans certaines applications, les afficheurs OLED (LED Organiques) offrent un contraste et des angles de vision supérieurs, bien qu'à un coût souvent plus élevé et avec des caractéristiques de durée de vie différentes.

Les avantages durables des matrices LED discrètes comme celle-ci sont leur robustesse extrême, leur longue durée de vie, leur haute luminosité, leur simplicité et leur faible coût pour les tâches d'affichage de caractères monochromes, garantissant leur utilisation continue dans les systèmes industriels et embarqués.