Fiche technique LTS-5701AJF - Afficheur 7 segments LED jaune-orange 0,56 pouces - Hauteur de chiffre 14,22mm - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-5701AJF est un module d'affichage numérique sept segments haute performance à un chiffre. Sa fonction principale est de fournir une représentation claire et lumineuse des chiffres et de caractères alphanumériques limités dans les appareils électroniques. La technologie de base repose sur le matériau semi-conducteur Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), spécifiquement conçu pour émettre de la lumière dans le spectre jaune-orange. Ce système de matériaux est reconnu pour son haut rendement et son excellente luminosité par rapport aux technologies plus anciennes comme le Phosphure de Gallium (GaP) standard. L'appareil présente une face avant grise avec des marquages de segments blancs, ce qui améliore significativement le contraste et la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage. Il est conçu en configuration à anode commune, simplifiant la conception des circuits dans de nombreuses applications basées sur microcontrôleur où le sourcing de courant est plus direct.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

L'afficheur offre plusieurs avantages distincts qui le rendent adapté à un large éventail d'applications :

• Taille de caractère optimale :Avec une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm), il offre une excellente visibilité à distance tout en conservant un encombrement compact.
• Performance optique supérieure :L'utilisation de puces AlInGaP procure une luminosité et un contraste élevés. Les segments continus et uniformes assurent un aspect de caractère cohérent et agréable sans points sombres ou irrégularités.
• Grand angle de vision :La conception permet une visibilité claire depuis un large éventail d'angles, ce qui est crucial pour les panneaux de mesure, l'instrumentation et l'électronique grand public.
• Fonctionnement à faible puissance :Il nécessite un courant direct relativement faible pour atteindre une bonne intensité lumineuse, le rendant économe en énergie et adapté aux appareils alimentés par batterie.
• Fiabilité accrue :En tant que dispositif à semi-conducteur, il offre une haute fiabilité, une longue durée de vie opérationnelle et une résistance aux chocs et vibrations par rapport aux afficheurs mécaniques ou fluorescents à vide.
• Assurance qualité :Les dispositifs sont catégorisés (classés) selon l'intensité lumineuse, garantissant une uniformité de luminosité entre les lots de production pour un aspect de panneau uniforme.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces valeurs est crucial pour une conception de circuit correcte et pour garantir la fiabilité à long terme.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à l'appareil peuvent survenir. Un fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti et doit être évité pour une conception fiable.

• Puissance dissipée par segment (70 mW) :C'est la quantité maximale de puissance qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par un seul segment LED en fonctionnement continu. Dépasser cette limite risque de surchauffer la jonction semi-conductrice, entraînant une dégradation accélérée ou une défaillance catastrophique.
• Courant direct de crête par segment (60 mA, cycle de service 1/10, impulsion de 0,1 ms) :Cette valeur permet de brèves impulsions de courant plus élevé pour atteindre des pics momentanés de luminosité, par exemple dans les afficheurs multiplexés ou pour la mise en évidence. Les limitations strictes du cycle de service et de la largeur d'impulsion sont critiques ; le courant moyen doit toujours respecter la valeur en continu.
• Courant direct continu par segment (25 mA) :Le courant maximum recommandé pour le fonctionnement en régime permanent, non pulsé, d'un seul segment. Un facteur de déclassement linéaire de 0,33 mA/°C est spécifié au-dessus de 25°C de température ambiante (Ta). Cela signifie que si la température ambiante monte à 50°C, le courant continu maximum autorisé serait : 25 mA - ((50°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 25 mA - 8,25 mA =16,75 mA.
• Tension inverse par segment (5 V) :La tension maximale qui peut être appliquée dans le sens inverse à travers un segment LED. Dépasser cette valeur peut provoquer un claquage et endommager la jonction PN. Une conception de circuit appropriée doit inclure une protection si des transitoires de tension inverse sont possibles.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage (-35°C à +85°C) :Définit les limites environnementales pour un fonctionnement fiable et un stockage hors service.
• Température de soudure (260°C pendant 3 secondes) :Fournit des directives pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion, spécifiant la température maximale à un point spécifique pendant un temps limité pour éviter d'endommager le boîtier plastique et les connexions internes par fil.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques (à Ta=25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test spécifiées. Ils sont utilisés pour les calculs de conception et les attentes de performance.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320-900 μcd à I_F=1mA. C'est la mesure de la luminosité perçue par l'œil humain. La large plage (Min : 320, Typ : 900) indique un processus de classement. Les concepteurs doivent utiliser la valeur minimale pour les calculs de luminosité dans le pire des cas afin de garantir la visibilité dans toutes les conditions.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :611 nm (typique) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la sortie spectrale est la plus forte. Elle se situe dans la région jaune-orange du spectre visible.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :605 nm (typique) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond le mieux à la couleur de la lumière émise. Elle est légèrement inférieure à la longueur d'onde de crête, ce qui est courant pour les LED avec des spectres plus larges.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :17 nm (typique) à I_F=20mA. Ce paramètre indique la pureté de la couleur. Une valeur de 17 nm est modérément large, résultant en une couleur jaune-orange saturée mais pas monochromatique.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05V (Min), 2,6V (Typ) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. Elle est cruciale pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utiliser la valeur typique ou maximale garantit que le courant ne dépasse pas le niveau souhaité.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (Max) à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans sa limite maximale.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (Max). Ceci spécifie la variation de luminosité maximale autorisée entre différents segments d'un même chiffre ou entre différents chiffres dans un afficheur multi-chiffres. Un rapport de 2:1 signifie que le segment le plus lumineux ne doit pas être plus de deux fois plus lumineux que le plus faible, assurant un aspect uniforme.

3. Explication du système de classement (binning)

La fiche technique indique que les dispositifs sont "Catégorisés pour l'Intensité Lumineuse". Cela fait référence à un processus de classement ou de tri post-fabrication.

• Classement par intensité lumineuse :En raison des variations naturelles dans la croissance épitaxiale du semi-conducteur et le processus de fabrication des puces, la lumière émise par les LED peut varier. Après production, les dispositifs sont testés et triés dans différentes catégories (bins) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard (par exemple, 1mA). La plage spécifiée de 320 à 900 μcd englobe probablement plusieurs catégories. Les fabricants peuvent proposer des codes de catégorie spécifiques pour les applications nécessitant un appariement précis de la luminosité.
• Tri par tension directe :Bien que non explicitement mentionné comme paramètre trié, la plage donnée pour V_F(2,05V à 2,6V) est typique. Pour les conceptions à très grand volume ou sensibles, les pièces peuvent également être triées par tension directe pour garantir une consommation d'énergie et des caractéristiques thermiques cohérentes sur un afficheur.

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, vitales pour comprendre la performance du dispositif dans des conditions non standard :

• Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V) :Montre la relation exponentielle. La courbe se déplace avec la température ; V_Fdiminue lorsque la température de jonction augmente pour un courant donné.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct :Montre généralement une relation quasi-linéaire à faible courant, avec une possible saturation ou baisse d'efficacité à très fort courant. Ce graphique est utilisé pour sélectionner le courant de fonctionnement pour un niveau de luminosité souhaité.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante :Démontre comment la lumière émise diminue lorsque la température ambiante (et donc de jonction) augmente. Ceci est critique pour les conceptions fonctionnant dans des environnements à température élevée.
• 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, définissant les caractéristiques exactes de la couleur.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier et brochage

Le dispositif est logé dans un boîtier standard d'afficheur sept segments à un chiffre à 10 broches. La fiche technique fournit un dessin dimensionnel détaillé (non reproduit ici) avec toutes les mesures critiques en millimètres. Les caractéristiques clés incluent la hauteur, la largeur et la profondeur globales, la taille de la fenêtre du chiffre, l'espacement des broches (pas) et le plan d'appui. Les tolérances sont typiquement de ±0,25 mm sauf indication contraire. La connexion des broches est clairement définie :

1. Broche 1 : Cathode E
2. Broche 2 : Cathode D
3. Broche 3 : Anode commune
4. Broche 4 : Cathode C
5. Broche 5 : Cathode D.P. (Point décimal)
6. Broche 6 : Cathode B
7. Broche 7 : Cathode A
8. Broche 8 : Anode commune
9. Broche 9 : Cathode F
10. Broche 10 : Cathode G

Le schéma de circuit interne montre que toutes les LED de segment (A-G et DP) ont leurs anodes connectées ensemble en interne aux deux broches d'anode commune (3 et 8), qui sont également connectées en interne. Cette conception à anode commune signifie que pour allumer un segment, sa broche de cathode correspondante doit être mise à un niveau bas (connectée à la masse ou à une tension inférieure) tandis que les broches d'anode sont maintenues à une tension positive via une résistance de limitation de courant.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Les valeurs maximales absolues spécifient une condition de soudure : 260°C pendant 3 secondes, mesuré 1/16 de pouce (environ 1,59 mm) sous le plan d'appui. C'est une référence standard pour la soudure à la vague. Pour la soudure par refusion, un profil standard sans plomb avec une température de pic ne dépassant pas 260°C est approprié. Il est crucial d'éviter une contrainte thermique excessive, qui peut fissurer le boîtier époxy, endommager la fixation interne de la puce ou rompre les fines connexions par fil reliant la puce aux broches. Un préchauffage est recommandé pour minimiser le choc thermique. Après soudure, le dispositif doit être laissé refroidir progressivement. Pour le stockage, la plage spécifiée de -35°C à +85°C dans un environnement sec et non condensant doit être maintenue pour préserver la soudabilité et éviter l'absorption d'humidité (qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion).

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Le LTS-5701AJF est idéal pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et fiables :

• Équipement de test et mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations, affichages de capteurs.
• Contrôles industriels :Panneaux de mesure pour la température, la pression, le débit, les tours/minute et l'affichage de variables de processus.
• Électronique grand public :Horloges, minuteries, affichages d'appareils électroménagers, indicateurs de niveau d'équipement audio.
• Automobile (après-vente) :Jauges et affichages pour systèmes auxiliaires (pas pour l'instrumentation principale en raison des exigences de certification de température et de fiabilité).
• Dispositifs médicaux :Affichages de paramètres simples sur des équipements de surveillance non critiques (sous réserve des approbations réglementaires appropriées).

7.2 Considérations de conception et mise en œuvre du circuit

• Limitation de courant :Une résistance doit être connectée en série avec l'anode(s) commune ou chaque cathode pour limiter le courant direct à une valeur sûre (par exemple, 10-20 mA). La valeur de la résistance est calculée en utilisant la tension d'alimentation (V_CC), la tension directe de la LED (V_F), et le courant souhaité (I_F) : R = (V_CC- V_F) / I_F. Utilisez la valeur maximale de V_Fde la fiche technique pour une conception conservatrice qui garantit que le courant ne dépasse jamais la cible.
• Multiplexage :Pour les afficheurs multi-chiffres, une technique de multiplexage est presque toujours utilisée pour minimiser le nombre de broches sur le microcontrôleur de pilotage. Cela implique d'allumer un chiffre à la fois en séquence rapide. La persistance rétinienne fait apparaître l'afficheur continuellement allumé. Lors du multiplexage, le courant de crête par segment peut être plus élevé (dans la limite de la valeur pulsée de 60mA) pour compenser le cycle de service réduit et maintenir la luminosité moyenne. La conception doit garantir que le courant moyen et la puissance dissipée par segment restent dans les limites continues.
• Pilotage par microcontrôleur :Les afficheurs à anode commune sont facilement pilotés par les broches de port de microcontrôleur configurées en sorties à drain ouvert ou collecteur ouvert, évacuant le courant vers la masse. Alternativement, des circuits intégrés de pilotage LED dédiés ou des réseaux de transistors (par exemple, ULN2003) peuvent être utilisés pour une capacité de courant plus élevée ou une logique plus simple.
• Angle de vision et montage :Prenez en compte l'angle de vision prévu de l'utilisateur lors de la conception de la découpe du panneau et de la profondeur de montage pour tirer parti du grand angle de vision de l'afficheur.

8. Comparaison et différenciation technique

Le principal facteur de différenciation du LTS-5701AJF est son utilisation du matériau AlInGaP pour l'émission jaune-orange. Comparé aux anciennes LED jaunes GaP, l'AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé, résultant en des afficheurs plus lumineux à courant égal ou une luminosité équivalente à puissance inférieure. Comparé aux LED rouges GaAsP ou AllnGaP, il fournit une couleur distincte qui peut être plus facile à lire dans certaines conditions de lumière ambiante et peut être préféré pour des exigences spécifiques de codage couleur esthétique ou fonctionnel. La taille de chiffre de 0,56 pouce le place dans une catégorie courante pour les tableaux de bord, offrant un bon équilibre entre taille et lisibilité.

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

Q1 : Quelle valeur de résistance dois-je utiliser avec une alimentation 5V pour piloter un segment à 15mA ?

R1 : En utilisant la V_Fmax de 2,6V pour une conception sûre : R = (5V - 2,6V) / 0,015A = 2,4V / 0,015A = 160 Ω. La valeur standard la plus proche de 150 Ω ou 180 Ω conviendrait. Vérifiez toujours la luminosité et le courant réels dans le circuit.

Q2 : Puis-je connecter les deux broches d'anode commune ensemble ?

R2 : Oui, les broches 3 et 8 sont connectées en interne. Les connecter ensemble sur le PCB est une pratique standard et aide à distribuer le courant, améliorant potentiellement l'uniformité de la luminosité.

Q3 : Comment afficher le chiffre "7" ?

R3 : Pour afficher "7", vous devez allumer les segments A, B et C. Par conséquent, avec une configuration à anode commune, appliquez une tension positive (via une résistance de limitation de courant) à l'anode(s) commune, et connectez les broches de cathode pour A (broche 7), B (broche 6) et C (broche 4) à la masse (niveau logique bas).

Q4 : Pourquoi le courant continu maximum se déclassifie-t-il au-dessus de 25°C ?

R4 : La limite de dissipation de puissance est fixe. Lorsque la température ambiante augmente, la différence de température entre la jonction LED et l'air ambiant (le gradient thermique) diminue, rendant plus difficile la dissipation de la chaleur. Pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite de sécurité, la puissance admissible (et donc le courant pour une V_Fdonnée) doit être réduite.

10. Exemple de conception pratique

Scénario : Conception d'un affichage voltmètre 4 chiffres.

Un microcontrôleur avec un nombre limité de broches d'E/S est utilisé. Les quatre afficheurs LTS-5701AJF sont connectés en configuration multiplexée. Les cathodes de segment (A-G, DP) des quatre chiffres sont connectées en parallèle. La broche d'anode commune de chaque chiffre est contrôlée par un transistor NPN séparé piloté par une broche de microcontrôleur. Le microcontrôleur utilise une interruption de temporisateur pour parcourir les chiffres toutes les 2 à 5 millisecondes. Il calcule les données de segment pour le chiffre actif et les envoie vers un port connecté aux cathodes communes via des résistances de limitation de courant. Pour maintenir une bonne luminosité avec un cycle de service de 1/4, le courant de crête par segment pendant son temps actif pourrait être réglé à 25-30 mA (bien en dessous de la valeur pulsée de 60mA), résultant en un courant moyen d'environ 6-7,5 mA par segment, ce qui est sûr et procure une luminosité suffisante. La conception doit inclure le calcul de déclassement si l'appareil est destiné à fonctionner dans un environnement chaud.

11. Introduction au principe technologique

Le LTS-5701AJF est basé sur un composé semi-conducteur III-V, le Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (Al_xIn_yGa_1-x-yP). Les proportions spécifiques de ces éléments déterminent l'énergie de la bande interdite du matériau, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Dans ce cas, la composition est conçue pour une bande interdite correspondant à des photons jaune-orange (~605-611 nm). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction PN, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Ils se recombinent de manière radiative, libérant de l'énergie sous forme de lumière. L'utilisation d'un substrat GaAs non transparent aide à absorber la lumière parasite, améliorant le contraste. La face grise et les segments blancs sont en époxy moulé avec des pigments diffusants, ce qui aide à répartir la lumière uniformément sur chaque segment et améliore le contraste avec le fond non éclairé.

12. Tendances technologiques

Bien que les afficheurs sept segments discrets restent pertinents pour de nombreuses applications, la tendance générale dans la technologie d'affichage va vers l'intégration et la flexibilité. Cela inclut :

Intégration :Les modules multi-chiffres avec circuits intégrés de pilotage intégrés (par exemple, avec interface SPI/I2C) deviennent plus courants, simplifiant l'interfaçage avec les microcontrôleurs.

Matériaux :Bien que l'AlInGaP soit efficace pour le rouge-orange-jaune, des matériaux plus récents comme l'InGaN (pour le bleu/vert/blanc) offrent des rendements encore plus élevés. Les afficheurs hybrides ou les matrices LED adressables en couleur complète gagnent en popularité pour l'affichage d'informations plus complexes.

Facteurs de forme :Il y a une constante recherche de boîtiers plus fins, d'une luminosité plus élevée pour la lisibilité en plein soleil et d'une consommation d'énergie plus faible pour les appareils portables. Cependant, la simplicité fondamentale, la robustesse et le rapport coût-efficacité des LED sept segments standard comme le LTS-5701AJF assurent leur utilisation continue dans une vaste gamme d'applications où une sortie numérique simple est requise.