Fiche technique de l'afficheur LED 7 segments LTD-5260JD 0,52 pouce rouge hyper - Hauteur de chiffre 13,2mm - Tension directe 2,6V - Puissance 70mW - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTD-5260JD est un module d'afficheur LED 7 segments haute performance, avec une hauteur de chiffre de 0,52 pouce (13,2 mm). Il est conçu pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et lumineux. Le dispositif utilise la technologie avancée des semi-conducteurs à Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) pour ses puces électroluminescentes, qui sont fabriquées sur un substrat non transparent d'Arséniure de Gallium (GaAs). Cette construction contribue à ses caractéristiques visuelles clés : un cadran gris et des segments blancs lorsqu'ils sont éteints, ce qui améliore le contraste lorsque les segments rouges sont allumés.

L'afficheur présente une configuration à cathode commune, une conception standard pour simplifier le circuit de commande dans les applications multi-chiffres. Il inclut un point décimal (D.P.) à droite pour chaque chiffre, permettant l'affichage de nombres fractionnaires. Les principaux objectifs de conception de ce composant sont une excellente apparence des caractères, une haute luminosité, un rapport de contraste élevé et un large angle de vision, le tout avec des besoins en puissance relativement faibles, typiques de la technologie LED à l'état solide.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages principaux du LTD-5260JD découlent de sa technologie LED rouge hyper AlInGaP. Comparée aux technologies plus anciennes comme les LED rouges GaAsP standard, l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure. Cela se traduit par des niveaux de luminosité plus élevés pour un courant direct donné, ou une consommation d'énergie plus faible pour un niveau de luminosité requis. La désignation "rouge hyper" indique une couleur rouge profonde et saturée avec une longueur d'onde dominante typiquement autour de 639 nm, très visible pour l'œil humain.

Le dispositif est catégorisé selon l'intensité lumineuse, ce qui signifie que les unités sont triées en fonction de leur flux lumineux mesuré. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des afficheurs avec une luminosité uniforme sur plusieurs unités dans un produit, garantissant un aspect homogène. La fiabilité à l'état solide des LED signifie l'absence de filament à griller, une résistance aux vibrations et une durée de vie opérationnelle extrêmement longue, dépassant souvent 100 000 heures.

Le marché cible de cet afficheur comprend l'instrumentation industrielle, les équipements de test et de mesure, les systèmes de point de vente, les tableaux de bord automobiles (pour les affichages secondaires ou le marché de l'après-vente), les dispositifs médicaux et les appareils grand public où un affichage numérique clair et fiable est requis. Sa taille de chiffre de 0,52 pouce le rend adapté au montage sur panneau où l'espace est limité mais la lisibilité à une distance modérée est nécessaire.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

La fiche technique fournit des spécifications électriques, optiques et des valeurs maximales absolues complètes, essentielles pour une conception de circuit fiable et pour garantir la longévité de l'afficheur.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas des conditions de fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance par puce :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en continu par un segment LED individuel (puce) sans provoquer de surchauffe.
• Courant direct de crête par puce :90 mA. Ceci n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. C'est utile pour les schémas de multiplexage ou pour obtenir de brèves périodes de luminosité plus élevée.
• Courant direct continu par puce :25 mA à 25°C. Cette valeur se dégrade linéairement à 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante (Ta) augmente au-dessus de 25°C. Par exemple, à 85°C, le courant continu maximal serait d'environ : 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 25 mA - 19,8 mA = 5,2 mA. Cette dégradation est cruciale pour la gestion thermique.
• Tension inverse par puce :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut endommager la jonction PN de la LED.
• 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 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm sous le plan d'assise. Ceci définit les contraintes du profil de soudage par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C) et représentent les performances typiques du dispositif.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320 (Min), 700 (Typ), μcd (Microcandelas) à I_F=1mA. C'est la mesure principale de la luminosité. La large plage de min à typ indique le processus de tri ; les concepteurs doivent utiliser la valeur minimale pour les calculs de luminosité dans le pire des cas.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :650 nm (Typ) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la sortie spectrale est la plus forte.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :639 nm (Typ) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain, définissant la couleur. La valeur de 639 nm confirme la classification "rouge hyper".
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :20 nm (Typ). Ceci indique la pureté de la couleur ; une valeur plus petite signifie une lumière plus monochromatique.
• Tension directe par segment (V_F) :2,1 (Min), 2,6 (Typ) Volts à I_F=20mA. Ceci est critique pour la conception du circuit de limitation de courant. Le pilote doit fournir au moins 2,6V pour garantir l'allumage correct de la LED.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (Max) à 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). Ceci spécifie que la différence de luminosité entre deux segments quelconques d'un même chiffre ne dépassera pas un rapport de 2 pour 1, garantissant un aspect uniforme.

3. Explication du système de tri

La fiche technique indique explicitement que les dispositifs sont "catégorisés selon l'intensité lumineuse". Cela fait référence à un processus de tri post-fabrication. En raison des variations inhérentes à la croissance épitaxiale des semi-conducteurs et aux processus de fabrication des puces, les LED d'un même lot de production peuvent présenter des variations dans des paramètres clés comme la tension directe (V_F) et l'intensité lumineuse (I_V).

Pour le LTD-5260JD, le critère de tri principal est l'intensité lumineuse, comme indiqué. Les unités sont testées et triées dans différents lots d'intensité (par exemple, un lot pour 320-400 μcd, un autre pour 400-500 μcd, etc., dans la condition de test de 1mA). Cela permet aux fabricants et aux distributeurs de proposer des pièces avec des niveaux de luminosité minimale garantis. Les concepteurs qui s'approvisionnent en ces afficheurs doivent spécifier le lot d'intensité requis pour garantir l'uniformité sur toutes les unités de leur série de production, ce qui est vital pour les produits utilisant plusieurs afficheurs où l'uniformité visuelle est importante. La fiche technique fournit les valeurs minimale (320 μcd) et typique (700 μcd), définissant la plage possible.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, la fiche technique inclut une section pour les "Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques". Basé sur le comportement standard des LED, ces courbes incluraient typiquement :

• Courbe I-V (Courant-Tension) :Montre la relation entre la tension directe (V_F) et le courant direct (I_F). Elle est non linéaire, avec une augmentation rapide du courant une fois que la tension directe dépasse le seuil de la diode (environ 2V pour le rouge AlInGaP). Cette courbe est essentielle pour concevoir des pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct (I_Vvs. I_F) :Montre comment la luminosité augmente avec le courant. Elle est généralement linéaire à faible courant mais peut saturer à des courants plus élevés en raison des effets thermiques et de la baisse d'efficacité.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante (I_Vvs. T_A) :Illustre comment le flux lumineux diminue lorsque la température de jonction augmente. C'est une courbe de dégradation critique pour les applications fonctionnant dans des environnements à haute température.
• Distribution spectrale :Un tracé de la puissance rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~650 nm et la demi-largeur de ~20 nm, confirmant le tableau des caractéristiques optiques.
• Tension directe vs. Température ambiante (V_Fvs. T_A) :Montre le coefficient de température négatif de V_F; la tension directe diminue légèrement lorsque la température augmente.

Ces courbes permettent aux ingénieurs de prédire les performances dans des conditions non standard et d'optimiser leur conception pour l'efficacité et la fiabilité.

5. Informations mécaniques et d'emballage

La fiche technique fournit un dessin détaillé des dimensions du boîtier. Les caractéristiques mécaniques clés incluent :

• Dimensions globales :Le dessin spécifie la longueur, la largeur et la hauteur du boîtier plastique, ainsi que l'espacement et les dimensions des broches. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire.
• Conception du cadre de broches :Les 18 broches sont disposées sur un pas de 0,1 pouce (2,54 mm), ce qui correspond à une empreinte DIP (Dual In-line Package) standard, le rendant compatible avec les socles et les conceptions de PCB standard.
• Identification de la polarité :Le diagramme de connexion des broches sert de guide principal pour la polarité et le brochage. Les broches de cathode commune (13 et 14) sont clairement identifiées. Le boîtier physique inclut probablement une encoche, un point ou un coin biseauté pour indiquer l'orientation de la broche 1, qui doit être recoupée avec le diagramme des broches.
• Plan d'assise :La note sur la température de soudure fait référence à un point situé à 1,6 mm sous le plan d'assise, ce qui est important pour définir la masse thermique du boîtier pendant le soudage par refusion.

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Les valeurs maximales absolues fournissent la recommandation clé pour le soudage : le boîtier ne doit pas être exposé à des températures dépassant 260°C pendant plus de 3 secondes. Ceci correspond aux profils de soudage par refusion sans plomb standard (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020).

Processus recommandé :Un four à refusion infrarouge ou à convection standard avec un profil de température contrôlé doit être utilisé. Le profil doit avoir une zone de préchauffage pour augmenter progressivement la température, une zone de maintien pour activer la flux et égaliser les températures, une zone de refusion de pointe où la température au niveau des broches du boîtier atteint brièvement 240-250°C (en restant sous la limite de 260°C), et une zone de refroidissement contrôlé.

Soudage manuel :Si un soudage manuel est nécessaire, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé. La température de la pointe doit être réglée typiquement entre 300-350°C, mais le temps de contact avec chaque broche doit être très court (moins de 3 secondes) pour empêcher la chaleur de remonter la broche et d'endommager les liaisons internes ou la puce LED elle-même. L'utilisation d'une pince dissipatrice de chaleur sur la broche entre le joint et le corps du boîtier est conseillée.

Nettoyage :Après soudage, si un nettoyage est requis, utilisez des solvants compatibles avec le matériau du boîtier plastique. L'alcool isopropylique est généralement sûr.

Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée de -35°C à +85°C. Les dispositifs doivent être conservés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine jusqu'à leur utilisation pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Connexion des broches et circuit interne

Le tableau de connexion des broches est exhaustif. Le LTD-5260JD est un afficheur à deux chiffres avec une cathode commune pour chaque chiffre. Le schéma de circuit interne montrerait que toutes les anodes d'un segment spécifique (par exemple, le segment "A") d'un chiffre spécifique sont indépendantes, tandis que les cathodes de tous les segments d'un même chiffre sont connectées ensemble en interne.

Méthode de commande :Cette configuration est idéale pour le multiplexage. Pour afficher un nombre, le microcontrôleur doit :

1. Mettre les anodes des segments (broches 1-12, 15-18) à l'état haut (via des résistances de limitation de courant) pour les segments qui doivent être allumés.
2. Mettre la cathode commune du chiffre correspondant (broche 13 ou 14) à l'état bas pour compléter le circuit et illuminer le chiffre.
3. Après une courte période (par exemple, 5ms), éteindre ce chiffre en mettant sa cathode à l'état haut ou en la laissant flottante.
4. Répéter le processus pour le chiffre suivant avec son motif d'anode de segment correspondant et sa cathode.

En parcourant rapidement les chiffres (à une fréquence >100Hz), la persistance rétinienne crée l'illusion que les deux chiffres sont continuellement allumés. Cette méthode réduit considérablement le nombre de broches d'E/S du microcontrôleur et la consommation d'énergie par rapport à une commande statique (non multiplexée).

8. Suggestions d'application

8.1 Circuits d'application typiques

L'application la plus courante est un circuit de commande multiplexé. Les ports d'E/S d'un microcontrôleur, souvent renforcés par des pilotes externes à puits de courant (comme un réseau Darlington ULN2003A) pour gérer le courant de cathode, contrôlent l'afficheur. Chaque anode de segment se connecte au microcontrôleur (ou à un circuit intégré de verrouillage/décodeur comme un 74HC595) via une résistance de limitation de courant. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V, une V_Ftypique de 2,6V, et un I_Fsouhaité de 10 mA : R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω. Une résistance de 220 Ω ou 270 Ω serait un choix standard.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser des résistances en série pour chaque anode de segment. Ne jamais connecter une LED directement à une source de tension.
• Courant de crête en multiplexage :Lors du multiplexage, le courant instantané pendant le bref temps d'allumage peut être plus élevé que la valeur nominale en courant continu pour obtenir la même luminosité moyenne. Par exemple, avec un cycle de service de 1/4, vous pourriez utiliser une impulsion de 40 mA pour obtenir une moyenne de 10 mA. Cependant, cette impulsion ne doit pas dépasser la valeur maximale absolue de courant de crête de 90 mA et doit respecter les contraintes de cycle de service et de largeur d'impulsion.
• Angle de vision :Positionner l'afficheur de manière à ce que la direction de vision prévue soit dans le large angle de vision du dispositif, typiquement perpendiculaire au cadran pour un contraste maximum.
• Atténuation :La luminosité peut être contrôlée via une MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) sur les pilotes de cathode, en ajustant le cycle de service des impulsions de multiplexage.

9. Comparaison et différenciation techniques

Le principal facteur de différenciation du LTD-5260JD est son utilisation de la technologie AlInGaP pour l'émission rouge hyper. Comparé aux afficheurs utilisant l'ancienne technologie GaAsP ou le rouge AlInGaP standard :

• vs. Rouge GaAsP :L'AlInGaP offre une efficacité lumineuse substantiellement plus élevée (plus de lumière par mA), une meilleure stabilité thermique et une longueur d'onde plus longue (rouge plus profond) qui apparaît souvent plus lumineuse à l'œil et offre de meilleures performances à travers des filtres rouges.
• vs. Afficheurs LED rouges standard :La longueur d'onde dominante "rouge hyper" de 639 nm offre un contraste supérieur contre le fond gris/blanc, surtout dans des conditions de lumière ambiante, par rapport à un rouge standard d'environ 625 nm.
• vs. Alternatives contemporaines (par exemple, OLED) :Bien que les OLED offrent de la flexibilité et un contraste potentiellement plus élevé dans des environnements sombres, cet afficheur LED est supérieur dans des environnements à haute luminosité (lisibilité en plein soleil), offre une plage de température de fonctionnement plus large et présente une fiabilité et une stabilité à long terme éprouvées qui surpassent les OLED de première génération.

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

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

A : Oui, mais vous devez vérifier la tension directe. La V_Ftypique est de 2,6V. Avec une alimentation de 3,3V, la marge de tension pour la résistance de limitation de courant n'est que de 0,7V (3,3V - 2,6V). Pour obtenir un courant de 10 mA, vous auriez besoin d'une résistance de 70 Ω (R = 0,7V / 0,01A). C'est faisable, mais le courant sera plus sensible aux variations de V_Fet de la tension d'alimentation. Une alimentation de 5V est plus robuste pour piloter ces LED.

Q : Pourquoi l'intensité lumineuse est-elle donnée à 1mA mais la V_Fà 20mA ?

A : L'intensité à faible courant (1mA) est une condition de test standard pour comparer l'efficacité lumineuse. La tension directe est typiquement mesurée à un courant de fonctionnement standard (20mA), qui est un niveau de commande courant pour les LED indicatrices. Les concepteurs utilisent les données à 1mA pour les calculs basse consommation et la V_Fà 20mA pour la conception de circuits de commande standard.

Q : Que signifie "cathode commune" pour mon circuit ?

A : Cela signifie que toutes les cathodes (côtés négatifs) des LED d'un chiffre sont connectées ensemble à l'intérieur du boîtier. Pour allumer un segment, vous appliquez une tension positive (via une résistance) à sa broche d'anode et connectez la broche de cathode commune du chiffre à la masse. C'est l'inverse d'un afficheur "à anode commune", où vous mettez la broche de segment à la masse et appliquez la tension à l'anode commune.

Q : Comment calculer la dissipation de puissance pour la gestion thermique ?

A : Pour un segment, la puissance P = V_F* I_F. À 20mA et 2,6V, P = 52 mW par segment. Si les 7 segments d'un chiffre sont allumés (plus le point décimal, soit 8), la puissance totale pour ce chiffre serait de 8 * 52 mW = 416 mW. Cette puissance est dissipée sous forme de chaleur dans les puces LED. Vous devez vous assurer que la température moyenne de la puce ne dépasse pas ses limites en suivant la courbe de dégradation du courant et en fournissant une ventilation ou un dissipateur thermique adéquat si nécessaire, surtout à haute température ambiante.

11. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'un affichage voltmètre simple à deux chiffres pour une alimentation de laboratoire, affichant de 0,0V à 19,9V.

Mise en œuvre :

1. Microcontrôleur :Un microcontrôleur 8 bits bas coût avec au moins 10 broches d'E/S est choisi.
2. Circuit de commande :Deux broches de port d'E/S sont configurées pour puiser le courant pour les deux cathodes communes (broches 13 & 14). Ces broches se connectent directement au MCU si elles peuvent puiser 20-40mA, ou via un transistor/circuit intégré pilote. Huit autres broches d'E/S (ou un registre à décalage série/parallèle comme le 74HC595 pour économiser les broches) pilotent les anodes de segment (A-G et DP pour les deux chiffres, notant que certaines sont partagées) via des résistances de limitation de courant individuelles de 220Ω.
3. Logiciel :Le firmware lit la tension via un CAN, la convertit en DCB (Décimal Codé Binaire) et utilise une table de correspondance pour déterminer quels segments allumer pour chaque chiffre (0-9). Il implémente une routine de multiplexage qui met à jour l'affichage à une fréquence de 200Hz (chaque chiffre allumé pendant ~2,5ms).
4. Contrôle de la luminosité :Un ajustement PWM simple du cycle de service du multiplexage est implémenté, contrôlé par un potentiomètre lu par un autre canal CAN, permettant à l'utilisateur d'atténuer l'affichage dans des environnements sombres.

Ce cas met en évidence l'utilisation efficace des E/S, la limitation de courant appropriée et la technique de multiplexage permise par la conception à cathode commune et deux chiffres du LTD-5260JD.

12. Introduction au principe technologique

Le principe d'émission de lumière de base est l'électroluminescence dans une jonction PN semi-conductrice. Le LTD-5260JD utilise l'AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) comme couche active. Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons de la région de type N et les trous de la région de type P sont injectés dans la région active. Là, ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage Al_xIn_yGa_1-x-yP détermine l'énergie de la bande interdite, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Pour le rouge hyper à ~639 nm, la composition est soigneusement calibrée. Le substrat GaAs non transparent absorbe toute lumière émise vers le bas, améliorant le contraste en empêchant la lumière de se diffuser à l'arrière de la puce. Le cadran gris et les segments blancs font partie du moulage du boîtier plastique, qui agit comme un diffuseur et un filtre améliorant le contraste pour les petites puces LED lumineuses montées derrière lui.

13. Tendances de développement

Bien que les afficheurs LED 7 segments discrets comme le LTD-5260JD restent pertinents pour de nombreuses applications en raison de leur simplicité, robustesse et rentabilité, plusieurs tendances sont évidentes :

1. Intégration :Il y a une tendance vers les afficheurs avec pilotes intégrés (interface I2C ou SPI) et contrôleurs, réduisant le nombre de composants et la charge du microcontrôleur pour le concepteur système.
2. Miniaturisation et densité plus élevée :Les afficheurs avec des hauteurs de chiffre plus petites (par exemple, 0,3 pouce) et les modules multi-chiffres (4 chiffres, 8 chiffres) dans un seul boîtier sont courants.
3. Variété de couleurs :Bien que le rouge soit traditionnel, des afficheurs 7 segments vert vif, bleu, jaune et RVB pleine couleur sont disponibles pour des besoins esthétiques ou fonctionnels spécifiques.
4. Technologies alternatives :Dans les applications où une très faible consommation, la finesse ou la flexibilité est primordiale, les afficheurs à segments basés sur OLED sont une alternative, bien qu'ils puissent compromettre la luminosité maximale, la plage de température ou la fiabilité à long terme dans certaines conditions par rapport aux LED inorganiques.
5. Améliorations de l'efficacité :La recherche continue sur les matériaux semi-conducteurs, y compris les nouvelles LED à conversion de phosphore et la technologie micro-LED, promet des efficacités encore plus élevées et de nouveaux facteurs de forme, bien que celles-ci soient plus susceptibles d'influencer les technologies d'affichage de nouvelle génération plutôt que de remplacer les LED à segments traditionnelles à court terme pour leurs applications principales.

Le LTD-5260JD représente une solution mature et optimisée dans son créneau spécifique, équilibrant performance, fiabilité et coût.