Fiche technique de l'afficheur LED LTD-5721AKF - Hauteur de chiffre 0,56 pouce - AlInGaP jaune-orange - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTD-5721AKF est un module d'afficheur numérique LED haute performance à deux chiffres, conçu pour des applications nécessitant des affichages numériques clairs, lumineux et fiables. Sa fonction principale est de fournir des données numériques visuelles dans un boîtier compact et efficace. L'avantage fondamental de ce dispositif réside dans l'utilisation de la technologie semi-conductrice avancée AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) pour les puces LED, réputée pour produire une émission lumineuse à haut rendement dans le spectre jaune-orange. Cette technologie, combinée à une construction spécifique de puce sur un substrat GaAs non transparent, contribue aux caractéristiques de performance clés de l'afficheur.

Le dispositif est de type anode commune, une configuration standard pour simplifier le circuit de commande dans les afficheurs multi-segments. Il comporte un point décimal à droite pour chaque chiffre, offrant une flexibilité pour afficher des nombres fractionnaires. La conception physique intègre un fond gris avec des segments blancs, une combinaison conçue pour maximiser le contraste et améliorer la lisibilité des caractères sous diverses conditions d'éclairage. La hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm) le rend adapté aux applications où l'information doit être lisible à une distance modérée sans nécessiter des composants excessivement grands.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner l'afficheur en continu à ou près de ces limites, car cela réduirait probablement sa durée de vie opérationnelle.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en chaleur par un segment LED individuel sans causer de dommage.
• Courant direct de crête par segment :60 mA. Ce courant s'applique dans des conditions pulsées (fréquence 1 kHz, rapport cyclique de 10%), permettant une luminosité instantanée plus élevée dans les schémas de commande multiplexés.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. C'est le courant continu maximum recommandé pour le fonctionnement continu d'un seul segment. Un facteur de déclassement de 0,28 mA/°C est spécifié, ce qui signifie que le courant continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante (Ta) dépasse 25°C 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 PN de la LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +105°C. Le dispositif est conçu pour une résilience de qualité industrielle.
• Conditions de soudure :Soudure à la vague à 260°C pendant 3 secondes maximum, à condition que la température du corps de l'unité ne dépasse pas la température maximale spécifiée. Ceci est crucial pour l'assemblage afin de prévenir les dommages thermiques au boîtier plastique et aux liaisons internes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta = 25°C) et définissent la performance typique du dispositif.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :43,75 mcd (Min), 70 mcd (Typ) à I_F= 20 mA. C'est une mesure de la puissance lumineuse telle que perçue par l'œil humain. La condition de test a été révisée de 1 mA à 20 mA, indiquant le courant de fonctionnement standard pour la spécification de luminosité.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :611 nm (Typ). C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance de la lumière émise est à son maximum.
• Demi-largeur de la raie spectrale (Δλ) :17 nm (Typ). Ce paramètre indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise, mesurée comme la largeur à mi-hauteur (FWHM) du pic d'émission.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :605 nm (Typ). C'est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière, calculée à partir du spectre d'émission et des fonctions de correspondance des couleurs CIE.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05 V (Min), 2,6 V (Typ) à I_F= 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes d'un segment LED en fonctionnement. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de commande peut fournir cette tension.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (Max) à V_R= 5 V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la tension inverse spécifiée est appliquée.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse :2:1 (Max) pour une zone lumineuse similaire. Ceci spécifie le rapport maximal autorisé entre les segments les plus brillants et les plus faibles au sein d'un même dispositif lorsqu'ils sont commandés dans des conditions identiques, assurant ainsi une uniformité visuelle.

Note de mesure :Les valeurs d'intensité lumineuse sont mesurées à l'aide d'une combinaison capteur/filtre conçue pour se rapprocher de la fonction de luminosité photopique CIE, qui modélise la sensibilité spectrale de l'œil humain standard dans des conditions d'éclairage normales (photopiques).

3. Explication du système de classement (Binning)

La fiche technique indique explicitement que l'appareil est "Catégorisé pour l'intensité lumineuse." Cela indique la présence d'un processus de classement ou de tri après fabrication. En raison des variations inhérentes aux processus de croissance épitaxiale des semi-conducteurs et de fabrication des puces, les paramètres des LED comme l'intensité lumineuse et la tension directe peuvent varier d'un lot à l'autre et même au sein d'un même lot.

Le processus de classement consiste à tester chaque unité et à les trier en différents groupes (bacs) en fonction de paramètres mesurés spécifiques. Pour le LTD-5721AKF, le critère principal de classement estl'Intensité Lumineuse Moyenne. Les unités sont regroupées en fonction de leur flux lumineux mesuré au courant de test standard (20mA). Cela garantit que les clients reçoivent des afficheurs avec des niveaux de luminosité cohérents. Bien que non explicitement détaillé dans cette fiche technique concise, il est courant que ces afficheurs soient également classés pour la tension directe (V_F) afin d'assurer une cohérence électrique, et potentiellement pour la longueur d'onde dominante (λ_d) pour maintenir une cohérence de couleur, bien que la faible largeur à mi-hauteur suggère une bonne pureté de couleur intrinsèque.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux "Courbes typiques des caractéristiques électriques/optiques" à la page 5. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu standard et leur signification à partir des paramètres listés.

Les courbes typiques pour un tel dispositif incluraient :

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V) :Ce graphique montre la relation non linéaire entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. Il est essentiel pour concevoir le circuit de limitation de courant. La courbe montrera une tension de seuil (autour de 2V) après laquelle le courant augmente rapidement avec une faible augmentation de tension.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe I-L) :Ce tracé démontre comment le flux lumineux augmente avec le courant de commande. Il est généralement linéaire sur une plage mais va saturer à des courants très élevés en raison des effets d'affaiblissement thermique et d'efficacité. La courbe valide le point de test à 20mA pour la spécification d'intensité.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :Cette courbe montre le déclassement du flux lumineux lorsque la température de jonction de la LED augmente. Les LED AlInGaP sont connues pour avoir une efficacité dépendante de la température, la sortie diminuant généralement lorsque la température augmente. Ceci informe la conception pour la gestion thermique.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~611 nm et la demi-largeur de ~17 nm, confirmant l'émission monochromatique jaune-orange.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est fourni dans un boîtier d'afficheur LED standard. Le dessin dimensionnel fournit les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB (Carte de Circuit Imprimé) et l'intégration mécanique. Les notes clés du dessin incluent :

• Toutes les dimensions linéaires sont spécifiées en millimètres (mm).
• La tolérance par défaut pour les dimensions est de ±0,25 mm sauf indication contraire spécifique.
• Une tolérance spécifique pour le décalage de l'extrémité des broches est donnée à ±0,4 mm, ce qui est important pour garantir l'alignement correct des broches avec les trous du PCB lors de l'insertion automatisée.

5.2 Connexion des broches et circuit interne

Le dispositif possède 18 broches dans une configuration de boîtier double en ligne (DIP). Le schéma de circuit interne et la table de connexion des broches sont cruciaux pour une interface électrique correcte.

• Type de circuit :Anode commune. Cela signifie que les bornes anodes de tous les segments LED pour chaque chiffre sont connectées ensemble en interne. Pour allumer un segment, sa broche cathode correspondante doit être mise à la masse (connectée à la terre ou à un puits de courant) tandis que l'anode commune de ce chiffre est mise au potentiel haut (connectée à l'alimentation positive via une résistance de limitation de courant).
• Brochage (Pinout) :Le tableau détaillé associe chaque numéro de broche à sa fonction : cathode pour des segments spécifiques (A-G, DP) du chiffre 1 ou du chiffre 2, ou l'anode commune pour chaque chiffre. Par exemple, la broche 1 est la cathode du segment 'E' du Chiffre 1, et la broche 14 est l'anode commune du Chiffre 1. Cette cartographie précise est essentielle pour créer la séquence de commande correcte dans le logiciel du microcontrôleur ou du circuit intégré de commande.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée pendant l'assemblage est cruciale pour la fiabilité. La fiche technique fournit des paramètres de soudure spécifiques.

• Soudure à la vague :La condition recommandée est de 260°C pendant un maximum de 3 secondes. La note "1/16 de pouce sous le plan d'assise" fait probablement référence à la profondeur à laquelle les broches doivent être immergées dans la vague de soudure.
• Condition critique :La mise en garde la plus importante est que "la température de l'unité (pendant l'assemblage) [ne doit] pas dépasser la température maximale spécifiée." Cela signifie que la température du corps du boîtier de l'afficheur LED elle-même ne doit jamais dépasser la température de stockage maximale de 105°C pendant tout le processus de soudure, y compris les phases de préchauffage et de post-chauffage. Le non-respect de cette règle peut provoquer un délaminage interne, une fissuration du verre de protection ou une dégradation des puces LED.
• Manipulation générale :Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées, car les puces LED sont sensibles à l'électricité statique.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Le LTD-5721AKF est adapté à un large éventail d'applications industrielles, commerciales et d'instrumentation nécessitant un affichage numérique compact, lumineux et fiable. Exemples :

• Équipements de test et de mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations, affichages de capteurs.
• Contrôles industriels :Compteurs de tableau pour la température, la pression, la vitesse ou les compteurs sur les machines.
• Appareils grand public :Appareils de cuisine avancés, syntoniseurs d'équipement audio, anciens modèles d'horloges ou de minuteries numériques.
• Marché de l'automobile (après-vente) :Jauges et modules d'affichage (bien que les spécifications environnementales doivent être vérifiées pour les exigences automobiles spécifiques).

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Une résistance de limitation de courant en série doit être utilisée pour chaque connexion d'anode commune (ou par segment dans des conceptions de commande à courant constant plus avancées) pour fixer le courant de fonctionnement à 20 mA ou moins, conformément aux directives de déclassement. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F- V_{saturation_driver}) / I_F.
• Multiplexage :Pour un afficheur à deux chiffres, le multiplexage est la technique de commande standard. Les chiffres sont allumés un à la fois en succession rapide (par exemple, à une fréquence >100 Hz). Cela nécessite de contrôler séquentiellement les broches d'anode commune (chiffres) et les broches de cathode (segments). Cette méthode réduit le nombre de broches de commande nécessaires et la consommation d'énergie globale.
• Angle de vision :La fiche technique revendique un "large angle de vision", ce qui est typique pour les afficheurs LED avec un verre de protection diffusant. Ceci doit être pris en compte pour le placement mécanique de l'afficheur dans le produit final.
• Gestion thermique :Bien que le dispositif puisse fonctionner jusqu'à 105°C, l'efficacité lumineuse diminue avec la température. Pour une luminosité et une longévité optimales, il est conseillé de prévoir une ventilation adéquate ou un dissipateur thermique dans la conception, surtout si l'on fonctionne près du courant maximum ou dans des températures ambiantes élevées.

8. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux facteurs de différenciation du LTD-5721AKF par rapport aux autres afficheurs numériques LED, en particulier les technologies plus anciennes, incluent :

• Technologie AlInGaP vs GaAsP ou GaP traditionnels :Les LED AlInGaP offrent une efficacité lumineuse et une luminosité significativement plus élevées pour les couleurs rouge, orange et jaune par rapport aux matériaux semi-conducteurs plus anciens. Cela se traduit par une meilleure visibilité et/ou une consommation d'énergie plus faible pour une luminosité perçue équivalente.
• Fond gris/Segments blancs :La combinaison de couleurs spécifique du fond et des segments est conçue pour un contraste élevé. Un fond gris absorbe plus de lumière ambiante qu'un fond noir, réduisant les reflets, tandis que les zones de segments blancs aident à diffuser uniformément la lumière jaune-orange émise, améliorant l'apparence des caractères.
• Boîtier sans plomb (Conformité RoHS) :Le dispositif est construit pour répondre à la directive sur la restriction des substances dangereuses (RoHS), le rendant adapté aux produits vendus sur les marchés avec des réglementations environnementales strictes. C'est un différentiateur de conformité critique.
• Fiabilité à l'état solide :Comme toutes les LED, il offre des avantages par rapport aux afficheurs mécaniques (comme les afficheurs à disques basculants) ou aux afficheurs fluorescents sous vide (VFD) en termes de résistance aux chocs/vibrations, de capacité de mise en marche instantanée et de longue durée de vie opérationnelle.

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

Q1 : Quel est l'objectif du "Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse" de 2:1 ?

R1 : Ce ratio assure une cohérence visuelle. Il garantit qu'au sein d'une même unité d'affichage, aucun segment ne sera plus de deux fois plus lumineux qu'un autre segment lorsqu'ils sont commandés dans des conditions électriques identiques. Cela évite l'apparence inégale ou "tachée" des chiffres.

Q2 : Puis-je commander cet afficheur avec une alimentation 5V ?

R2 : Oui, une alimentation 5V est très courante. Cependant, vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série avec chaque anode commune. En utilisant la V_Ftypique de 2,6V et un I_Fcible de 20 mA, la valeur de la résistance serait d'environ (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ohms. Une résistance standard de 120Ω ou 150Ω serait appropriée, en ajustant selon la V_Fréelle et la luminosité souhaitée.

Q3 : Que signifie "Anode commune" pour ma conception de circuit ?

R3 : Dans une configuration à anode commune, vous fournissez une tension positive à la broche commune du chiffre que vous souhaitez activer. Vous faites ensuite circuler le courant vers la masse via les broches cathodes des segments que vous souhaitez allumer sur ce chiffre. Votre circuit de commande (microcontrôleur ou CI de commande) doit être configuré pour fournir du courant pour les anodes et absorber du courant pour les cathodes.

Q4 : Pourquoi la Longueur d'onde de crête (611nm) est-elle différente de la Longueur d'onde dominante (605nm) ?

R4 : C'est normal pour les LED. La longueur d'onde de crête est le point littéralement le plus haut sur la courbe du spectre d'émission. La longueur d'onde dominante est calculée à partir de l'ensemble du spectre et de la réponse colorimétrique de l'œil humain ; c'est la longueur d'onde unique de lumière pure qui semblerait avoir la même couleur. La différence tient compte de la forme et de l'asymétrie du spectre d'émission réel de la LED.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage numérique simple pour un voltmètre.

Un concepteur crée un voltmètre DC 0-20V. Le convertisseur analogique-numérique (CAN) délivre une valeur en code décimal binaire (BCD). Ces données BCD doivent être converties au format 7 segments et affichées sur deux chiffres (par exemple, 19,99V).

Mise en œuvre :

1. Un microcontrôleur avec suffisamment de broches d'E/S (ou un circuit intégré décodeur/driver BCD vers 7 segments dédié) est utilisé.

2. Les broches d'E/S du microcontrôleur sont connectées aux cathodes des segments (A-G, DP) du LTD-5721AKF.

3. Deux broches supplémentaires du microcontrôleur sont connectées aux deux anodes communes (Chiffre 1 & Chiffre 2).

4. Dans le logiciel, une routine de multiplexage est écrite. Elle calcule d'abord quels segments allumer pour le Chiffre 1 (dizaines), active (met à l'état haut) la broche d'anode du Chiffre 1, et met les broches de cathode des segments correspondants à l'état bas. Après un court délai (par exemple, 5ms), elle désactive le Chiffre 1, calcule les segments pour le Chiffre 2 (unités), active l'anode du Chiffre 2, et met ses broches de segment à l'état bas. Ce cycle se répète rapidement.

5. Des résistances de limitation de courant (par exemple, 150Ω) sont placées sur les lignes d'anode commune entre les broches du microcontrôleur et l'afficheur. La valeur est choisie en fonction de la tension d'alimentation (par exemple, 5V) et du courant de segment souhaité (~20mA).

6. La conception fond gris/segments blancs garantit que la tension affichée est facilement lisible sous les conditions d'éclairage vif d'un établi d'atelier.

11. Introduction au principe technologique

Le composant émetteur de lumière central est une puce LED AlInGaP. L'AlInGaP est un semi-conducteur composé III-V. En contrôlant précisément les rapports d'Aluminium (Al), d'Indium (In), de Gallium (Ga) et de Phosphore (P) pendant le processus de croissance cristalline (typiquement via Dépôt Chimique en Phase Vapeur à base de Métaux-Organiques - MOCVD), les ingénieurs peuvent ajuster la largeur de bande interdite du matériau. L'énergie de la bande interdite détermine directement la longueur d'onde (couleur) des photons émis lorsque les électrons se recombinent avec les trous à travers la jonction.

Dans le LTD-5721AKF, la composition est ajustée pour une émission dans la région jaune-orange (~605-611 nm). Les puces sont fabriquées sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs) non transparent. Le "fond gris" de l'afficheur fait partie du moulage du boîtier plastique, qui inclut un diffuseur pour répartir uniformément la lumière de la petite puce sur la plus grande surface du segment. Le circuit interne utilise des fils de liaison (wire bonding) pour connecter les anodes et cathodes des multiples puces LED (une par segment par chiffre) aux broches appropriées du boîtier, formant la matrice à anode commune décrite dans le brochage.

12. Tendances technologiques

Bien que les afficheurs numériques LED discrets comme le LTD-5721AKF restent pertinents pour des applications spécifiques, les tendances plus larges de la technologie d'affichage ont évolué. Pour les nouvelles conceptions, les concepteurs considèrent souvent :

• Afficheurs LED à matrice de points intégrés :Ils offrent des capacités alphanumériques et symboliques au-delà des simples chiffres, offrant une plus grande flexibilité dans une empreinte similaire.
• Afficheurs OLED (LED organiques) :Offrent un contraste supérieur, des angles de vision plus larges et des facteurs de forme plus fins, bien qu'avec historiquement des profils de durée de vie et de coût différents pour un usage industriel.
• Modules TFT-LCD :Fournissent des capacités graphiques complètes, la couleur et la possibilité d'afficher des informations complexes, bien qu'ils nécessitent une électronique de commande plus complexe et un rétroéclairage.
• Tendances au sein des afficheurs LED :L'amélioration continue de l'efficacité (lumens par watt) pour toutes les couleurs de LED, le développement de boîtiers encore plus robustes et résistants à la température, et l'intégration de l'électronique de commande directement dans le module d'affichage pour simplifier la conception du système.

La valeur durable des dispositifs comme le LTD-5721AKF réside dans leur simplicité, leur robustesse, leur haute luminosité, leur faible coût pour les applications purement numériques, et leur facilité d'interface avec les microcontrôleurs, assurant leur place dans l'écosystème électronique pour les fonctions d'affichage dédiées.