Fiche technique de l'afficheur LED LTD-322JR - Hauteur de chiffre 0,3 pouce - Tension directe 2,6V - Couleur rouge super - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTD-322JR est un module d'afficheur LED à sept segments et un chiffre conçu pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et lumineux. Sa fonction principale est de représenter visuellement des caractères numériques (0-9) et certains symboles alphanumériques limités par l'illumination sélective de ses segments LED individuels. L'appareil est construit en utilisant du matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium), cultivé sur un substrat non transparent de GaAs (Arséniure de Gallium). Cette technologie de matériau est spécifiquement choisie pour son efficacité à produire une lumière rouge de haute luminosité. L'afficheur présente un fond noir, ce qui améliore significativement le contraste en absorbant la lumière ambiante, et des segments blancs qui s'illuminent en une couleur rouge super vibrante lorsqu'ils sont alimentés. La hauteur physique du chiffre est de 0,3 pouce (7,62 mm), le rendant adapté aux panneaux de taille moyenne où la lisibilité à une distance modérée est importante.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages clés de cet afficheur découlent de sa technologie LED AlInGaP et de sa conception. Il offre une intensité lumineuse élevée, une excellente apparence des caractères avec des segments continus et uniformes, et un large angle de vision, garantissant la lisibilité depuis diverses positions. Il fonctionne avec de faibles besoins en énergie, contribuant à l'efficacité énergétique de l'application finale. La construction à l'état solide offre une fiabilité inhérente et une longue durée de vie opérationnelle sans pièces mobiles. Cette combinaison de caractéristiques rend le LTD-322JR idéal pour les marchés cibles incluant l'instrumentation industrielle (par exemple, les compteurs de panneau, les contrôleurs de processus), les appareils électroménagers (par exemple, les fours à micro-ondes, les minuteries de lave-linge), les équipements de test et de mesure, et tout système embarqué nécessitant une interface d'affichage numérique durable, lumineuse et claire.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des spécifications de l'appareil telles que définies dans la fiche technique.

2.1 Limites absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à l'appareil peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par un seul segment illuminé en fonctionnement continu en courant continu.
• 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 permet de brèves périodes de suralimentation pour atteindre une luminosité instantanée plus élevée, comme dans les afficheurs multiplexés.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. C'est le courant maximum recommandé pour le fonctionnement en régime permanent (DC) d'un seul segment à température ambiante. Cette valeur se dégrade linéairement de 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante (Ta) augmente au-dessus de 25°C, ce qui signifie que le courant continu autorisé diminue pour éviter la surchauffe.
• Tension inverse par segment :5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut provoquer la rupture de la jonction PN de la LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. L'appareil est conçu pour fonctionner et être stocké dans cette plage de température ambiante.
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. C'est un paramètre critique pour les processus de soudage à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques aux puces LED ou au boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :200 μcd (min), 600 μcd (typ) à un courant direct (I_F) de 1 mA. Cela quantifie la luminosité perçue de la lumière émise. La large plage indique un système de classement pour l'intensité.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :639 nm (typ) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance spectrale de sortie est maximale, la plaçant dans la région "rouge super" ou "rouge-orange" du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :20 nm (typ). Cela mesure la largeur de bande de la lumière émise, indiquant une couleur rouge monochromatique relativement pure.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :631 nm (typ). C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain, étroitement liée au point de couleur.
• Tension directe par segment (V_F) :2,0 V (min), 2,6 V (typ) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes d'un segment LED lorsqu'il conduit le courant spécifié. Elle est cruciale pour la conception du circuit de limitation de courant.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (max) à une tension inverse (V_R) de 5V. C'est le faible courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (max). Cela spécifie le rapport maximum autorisé entre le segment le plus lumineux et le plus faible au sein d'un même chiffre, garantissant une apparence uniforme.

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que l'appareil est "catégorisé pour l'intensité lumineuse." Cela implique un processus de classement ou de tri après fabrication.

3.1 Classement par intensité lumineuse

En raison des variations inhérentes au processus de fabrication des semi-conducteurs, les puces LED individuelles présentent de légères différences d'efficacité d'émission lumineuse. Pour garantir une uniformité pour l'utilisateur final, les LED sont testées et triées dans différentes classes d'intensité en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard (par exemple, 1 mA). La plage spécifiée de 200 à 600 μcd suggère l'existence de plusieurs classes. Les concepteurs peuvent sélectionner les classes appropriées aux exigences d'uniformité de luminosité de leur application. Le rapport d'appariement d'intensité de 2:1 pour les segments au sein d'un même appareil est une tolérance plus stricte appliquée après le classement.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que l'extrait de fiche technique fourni mentionne "Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques," les graphiques spécifiques ne sont pas inclus dans le texte. Sur la base du comportement standard des LED, ces courbes illustreraient typiquement les relations suivantes, qui sont critiques pour la conception de circuits :

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

Ce graphique montre la relation exponentielle entre le courant traversant une LED et la tension à ses bornes. La tension de "coude", autour de la valeur typique de 2,6V, est le point où le courant commence à augmenter significativement. Les pilotes doivent réguler le courant, et non la tension, pour un fonctionnement stable.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

Cette courbe démontre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant direct. Elle est généralement linéaire sur une large plage mais saturera à des courants très élevés en raison des effets thermiques et de la baisse d'efficacité.

4.3 Intensité lumineuse vs. Température ambiante

La sortie lumineuse des LED diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe est essentielle pour les applications fonctionnant sur une large plage de température afin de comprendre les besoins de compensation de luminosité.

4.4 Distribution spectrale

Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~639 nm et la largeur spectrale de ~20 nm, confirmant la pureté de la couleur.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

L'appareil a un boîtier standard à 10 broches en ligne unique (SIL). Toutes les dimensions sont fournies en millimètres avec une tolérance générale de ±0,25 mm sauf indication contraire. Les dimensions clés incluent la hauteur totale, la largeur, la profondeur, la taille de la fenêtre du chiffre et l'espacement entre les broches (pas), qui est critique pour la disposition du PCB.

5.2 Connexion des broches et identification de la polarité

Le LTD-322JR est un afficheurà cathode commune duplex. Cela signifie qu'il contient deux chiffres indépendants (Chiffre 1 et Chiffre 2) dans un seul boîtier, chacun avec sa propre broche de cathode commune. Le brochage est le suivant :

• Broche 1 : Anode G (Segment G)
• Broche 2 : Non connectée
• Broche 3 : Anode A (Segment A)
• Broche 4 : Anode F (Segment F)
• Broche 5 : Cathode Commune (Chiffre 2)
• Broche 6 : Anode D (Segment D)
• Broche 7 : Anode E (Segment E)
• Broche 8 : Anode C (Segment C)
• Broche 9 : Anode B (Segment B)
• Broche 10 : Cathode Commune (Chiffre 1)

La configuration "cathode commune" signifie que toutes les cathodes (bornes négatives) des LED pour un chiffre donné sont connectées ensemble en interne. Pour illuminer un segment, sa broche d'anode correspondante doit être mise à l'état haut (ou connectée à une source de courant via une résistance), tandis que la cathode commune pour ce chiffre doit être connectée à la masse (bas). Cette configuration est très courante et simplifie le multiplexage.

5.3 Schéma de circuit interne

Le schéma interne représente visuellement les connexions électriques décrites ci-dessus. Il montre deux ensembles de sept LED (segments A-G), chaque ensemble partageant une connexion de cathode commune pour le Chiffre 1 et le Chiffre 2, respectivement. L'anode de chaque segment correspondant (par exemple, Segment A du Chiffre 1 et Segment A du Chiffre 2) est sur des broches séparées, permettant un contrôle indépendant.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

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

6.1 Paramètres de soudage par refusion

La limite absolue spécifie une température de pointe de 260°C pendant une durée maximale de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise (généralement la surface du PCB). Cela correspond aux profils de refusion standard sans plomb (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020). Les taux de préchauffage, de maintien, de refusion et de refroidissement doivent être contrôlés selon les spécifications d'assemblage du PCB. Le choc thermique doit être évité.

6.2 Manipulation et stockage

Les appareils doivent être stockés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine avec un dessiccant dans un environnement contrôlé (dans la plage de stockage de -35°C à +85°C). Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées lors de la manipulation pour protéger les jonctions LED sensibles.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

La méthode de pilotage la plus courante est lemultiplexage. Puisque l'afficheur a deux chiffres avec des cathodes communes séparées, un microcontrôleur peut alterner rapidement entre l'illumination du Chiffre 1 et du Chiffre 2. Pour chaque cycle de chiffre, il met la cathode commune appropriée à l'état bas et applique le motif correct de signaux hauts aux broches d'anode des segments (via des résistances de limitation de courant). La persistance rétinienne de l'œil humain fusionne ces impulsions rapides en un nombre stable à deux chiffres. Cette méthode réduit considérablement le nombre de broches d'E/S de microcontrôleur requis par rapport au pilotage statique (DC).

7.2 Considérations de conception

• Résistances de limitation de courant :Essentielles pour chaque ligne d'anode. La valeur de la résistance (R) est calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alim- V_F) / I_F. En utilisant la V_Ftypique de 2,6V à 20mA et une alimentation de 5V, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Une valeur légèrement plus élevée (par exemple, 150 Ω) est souvent utilisée pour augmenter la longévité et tenir compte des variations de V_alim variations.
• Fréquence de multiplexage :Doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible, typiquement au-dessus de 60-100 Hz. Le cycle de service pour chaque chiffre dans un multiplexage à 2 chiffres est de 1/2, donc le courant de crête peut être supérieur à la valeur nominale en DC pour maintenir la luminosité moyenne (comme autorisé par la valeur nominale de crête de 90mA).
• Angle de vision :Le large angle de vision est bénéfique mais il faut considérer la direction de vision principale lors de la conception du boîtier mécanique.
• Amélioration du contraste :Le fond noir fournit un contraste inhérent. Assurez-vous que la fenêtre d'affichage ou la surcouche n'introduit pas de réflexions ou d'éblouissements qui pourraient réduire la lisibilité.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux anciennes technologies LED comme les LED rouges standard GaAsP (Phosphure d'Arséniure de Gallium), la technologie AlInGaP utilisée dans le LTD-322JR offre une efficacité lumineuse significativement plus élevée, résultant en une plus grande luminosité pour le même courant de pilotage. Elle offre également une meilleure pureté de couleur et une meilleure stabilité en fonction de la température et de la durée de vie. Comparé aux alternatives contemporaines, ses principaux points de différenciation sont la hauteur de chiffre spécifique de 0,3 pouce dans une configuration duplex à cathode commune, le point de couleur rouge super (~639 nm), et la catégorisation pour l'intensité lumineuse qui aide à obtenir des affichages uniformes lors de l'utilisation de plusieurs unités.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

9.1 Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3V ?

Oui, mais un calcul minutieux est nécessaire. Avec une V_Fde 2,6V, la marge de tension (3,3V - 2,6V = 0,7V) est faible. En utilisant la formule R = 0,7V / I_F, pour un courant de 10mA, vous auriez besoin d'une résistance de 70 Ω. À 20mA, la résistance requise de 35 Ω laisse presque aucune marge pour les variations de V_alimou V_F, risquant d'assombrir l'afficheur. Il est plus fiable d'utiliser une alimentation 5V pour les segments LED, contrôlée via des transistors ou un circuit intégré de pilotage depuis le microcontrôleur 3,3V.

9.2 Quelle est la différence entre la longueur d'onde "pic" et "dominante" ?

Longueur d'onde de crête (λ_p) :La longueur d'onde unique où la puissance optique de sortie est physiquement la plus élevée.Longueur d'onde dominante (λ_d) :La longueur d'onde de la lumière monochromatique qui semblerait avoir la même couleur que la sortie de la LED pour un observateur humain standard. Elle est calculée à partir du spectre complet de la LED et des fonctions de correspondance des couleurs CIE. Pour une LED à spectre étroit comme celle-ci, elles sont souvent proches en valeur.

9.3 Comment obtenir une luminosité uniforme lors du multiplexage ?

Assurez-vous que la routine de multiplexage a un temps d'allumage égal pour chaque chiffre. Puisque la luminosité est proportionnelle au courant moyen, vous pouvez ajuster le courant des segments (via les valeurs de résistance ou les réglages du pilote) pour compenser le cycle de service. Pour un multiplexage à 2 chiffres avec un cycle de service de 1/2, vous pourriez piloter chaque segment à 40mA de crête (dans la limite nominale de 90mA) pour obtenir une moyenne de 20mA, correspondant à la condition de test DC pour la luminosité.

10. Étude de cas d'intégration

Scénario :Conception d'un affichage de température simple à deux chiffres pour un contrôleur de four industriel. Le microcontrôleur a un nombre limité de broches d'E/S.
Mise en œuvre :Le LTD-322JR est idéal. Sa conception duplex à cathode commune ne nécessite que 8 broches d'E/S pour le contrôle (7 anodes de segments + 1 broche pour basculer les deux cathodes communes, en utilisant un transistor si nécessaire). La haute luminosité et le large angle de vision garantissent que la température est lisible sur un plancher d'usine. La technologie AlInGaP assure des performances stables aux températures ambiantes élevées près du four. Le concepteur sélectionne des LED de la même classe d'intensité lumineuse pour garantir que les deux chiffres apparaissent également brillants. Les résistances de limitation de courant sont calculées pour une alimentation de 5V et un courant de crête multiplexé de 30mA par segment, fournissant un affichage lumineux et sans scintillement.

11. Introduction au principe technologique

L'AlInGaP est un semi-conducteur composé III-V. Lorsqu'il est polarisé en direct, des électrons et des trous sont injectés dans la région active où ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). L'énergie de bande interdite spécifique de l'alliage AlInGaP détermine la longueur d'onde de la lumière émise, qui dans ce cas est dans la région rouge (~639 nm). L'utilisation d'un substrat GaAs non transparent aide à contenir la lumière dans la structure, en dirigeant davantage vers le haut à travers le dessus de la puce pour une efficacité d'extraction plus élevée par rapport aux anciennes conceptions à substrat transparent. Le boîtier en époxy noir absorbe la lumière parasite, améliorant le contraste.

12. Tendances technologiques

Bien que l'AlInGaP reste une technologie dominante pour les LED rouges, oranges et jaunes à haute efficacité, la recherche en cours se concentre sur l'amélioration de l'efficacité à des courants de pilotage plus élevés (réduisant la "baisse d'efficacité") et l'amélioration de la fiabilité. Pour les afficheurs, la tendance est vers des densités de pixels plus élevées (chiffres plus petits/LED discrètes) et l'intégration de l'électronique de pilotage directement dans le boîtier ("afficheurs intelligents"). Cependant, pour les afficheurs numériques segmentés standard comme le LTD-322JR, la technologie est mature, avec un accent sur la réduction des coûts, un classement plus serré pour l'uniformité et une meilleure gestion thermique pour les applications à haute fiabilité.