Fiche technique de l'afficheur LED LTD-5221AJF - Hauteur de chiffre 0,56 pouce - AlInGaP jaune-orange - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTD-5221AJF est un module d'affichage alphanumérique sept segments haute performance conçu pour les applications nécessitant des affichages numériques nets, brillants et à faible consommation d'énergie. Sa fonction principale est de fournir un affichage hautement lisible pour les instruments numériques, l'électronique grand public et les panneaux de contrôle industriel.

L'avantage fondamental de ce dispositif réside dans l'utilisation du matériau semi-conducteur Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) pour les puces LED. Ce système de matériaux est réputé pour son haut rendement lumineux et son excellente pureté chromatique dans le spectre du rouge au jaune-orange. L'afficheur présente un fond gris clair et des segments blancs, ce qui contribue à un rapport de contraste élevé, rendant les caractères facilement lisibles même dans diverses conditions d'éclairage ambiant.

Cet afficheur est catégorisé comme un dispositif à faible courant, spécifiquement testé et sélectionné pour des performances optimales à de faibles courants de commande. Il est conçu pour offrir un excellent aspect des caractères, une luminosité élevée et un large angle de vision, garantissant la visibilité sous de multiples perspectives. La construction à l'état solide offre une fiabilité inhérente et une longue durée de vie opérationnelle, le rendant adapté aux applications où la durabilité est critique.

1.1 Caractéristiques principales et applications cibles

Les caractéristiques clés qui définissent ce produit incluent une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm), offrant un bon équilibre entre taille et lisibilité. Les segments sont continus et uniformes, procurant une esthétique propre et professionnelle. Sa faible exigence en puissance est un avantage significatif pour les dispositifs alimentés par batterie ou sensibles à l'énergie.

Le dispositif est catégorisé pour l'intensité lumineuse, ce qui signifie que les unités sont triées ou classées en fonction de leur flux lumineux, permettant une cohérence de luminosité entre plusieurs afficheurs dans un même produit. Ceci est crucial pour des applications comme les panneaux de mesure multi-chiffres ou les tableaux d'affichage.

Les marchés et applications cibles typiques incluent les équipements de test portables, les dispositifs médicaux, les tableaux de bord automobiles (pour les affichages auxiliaires), les commandes d'appareils électroménagers, les terminaux de point de vente et les afficheurs industriels de minuterie/compteur. Sa fiabilité et ses performances en font un choix privilégié pour l'électronique grand public et professionnelle.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les caractéristiques électriques et optiques du LTD-5221AJF sont spécifiées dans des conditions de test standard à une température ambiante (TA) de 25°C. Une compréhension détaillée de ces paramètres est essentielle pour une conception de circuit appropriée 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 au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées au fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en toute sécurité par un seul segment LED sans provoquer de surchauffe.
• Courant direct de crête par segment :90 mA. Ceci est autorisé uniquement en conditions pulsées (largeur d'impulsion 0,1 ms, rapport cyclique 1/10), comme dans les schémas de commande multiplexés, pour atteindre une luminosité instantanée plus élevée.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. Ce courant se dégrade linéairement à un taux de 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante dépasse 25°C. Cette dégradation est cruciale pour la gestion thermique.
• Tension inverse par segment :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. Cette large plage garantit le fonctionnement dans des environnements difficiles.
• Température de soudure :Le dispositif peut supporter une température de soudure de pointe de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres décrivent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

• Intensité lumineuse moyenne (Iv) :Varie de 320 μcd (min) à 700 μcd (typique) à un courant direct (IF) de 1 mA. Ce courant de commande exceptionnellement faible met en évidence son efficacité. L'intensité est mesurée à l'aide d'un filtre qui imite la réponse photopique de l'œil humain (courbe CIE).
• Tension directe par segment (VF) :Typiquement 2,6 V, avec un maximum de 2,6 V à IF=20 mA. Le minimum est de 2,05 V. Ce paramètre est vital pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λp) :611 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle l'intensité de la lumière émise est la plus élevée, définissant la couleur jaune-orange.
• Longueur d'onde dominante (λd) :605 nm. C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain, étroitement liée au point de couleur.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :17 nm. Ceci indique la pureté de la couleur ; une largeur plus étroite signifie une couleur plus saturée et pure.
• Courant inverse par segment (IR) :Maximum 100 μA à une tension inverse (VR) de 5V.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (Iv-m) :2:1 maximum. Ceci spécifie le rapport maximum autorisé entre les segments les plus brillants et les plus faibles au sein d'un même chiffre lorsqu'ils sont commandés dans les mêmes conditions (IF=1mA), assurant l'uniformité.

3. Système de tri et de catégorisation

La fiche technique indique explicitement que le dispositif est "catégorisé pour l'intensité lumineuse." Cela implique un processus de tri.

3.1 Tri par intensité lumineuse

Bien que des codes de tri spécifiques ne soient pas fournis dans ce document, la pratique consiste à tester chaque afficheur ou lot de LED et à les trier en groupes (bacs) en fonction de leur flux lumineux mesuré à un courant de test standard (par exemple, 1mA ou 20mA). Cela permet aux fabricants d'acheter des afficheurs avec une luminosité minimale garantie ou dans une plage de luminosité spécifique, assurant une cohérence visuelle sur tous les chiffres dans une application d'affichage multi-chiffres. Les concepteurs doivent consulter la documentation de tri spécifique du fabricant pour les codes et spécifications disponibles lorsque la cohérence est une exigence de conception critique.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des "courbes typiques de caractéristiques électriques/optiques", qui sont des outils essentiels pour comprendre le comportement du dispositif au-delà des données ponctuelles des tableaux.

4.1 Interprétation des courbes typiques

Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas rendus dans le texte fourni, les courbes standard pour de tels dispositifs incluraient typiquement :

• Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V) :Cette courbe non linéaire montre la relation entre la tension aux bornes de la LED et le courant qui la traverse. Elle est cruciale pour sélectionner la résistance de limitation de courant appropriée ou pour concevoir des pilotes à courant constant. Le "coude" de cette courbe se situe autour de la valeur typique de VF.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct (Courbe I-L) :Ce graphique montre comment le flux lumineux augmente avec le courant de commande. Il est généralement linéaire sur une plage mais peut saturer à des courants très élevés. La courbe confirme la haute efficacité à faible courant (comme en témoigne le point de test à 1mA pour Iv).
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante :Cette courbe démontre la dégradation thermique du flux lumineux. Lorsque la température augmente, l'efficacité de la LED diminue, entraînant une intensité lumineuse plus faible pour le même courant de commande. Ceci renforce l'importance de la dégradation du courant spécifiée dans les valeurs maximales absolues.
• Courbe de distribution spectrale :Ce tracé montrerait l'intensité relative de la lumière émise à différentes longueurs d'onde, centrée autour du pic de 611 nm, avec la largeur définie par le paramètre de demi-largeur de 17 nm.

Les concepteurs doivent utiliser ces courbes pour prédire les performances dans des conditions non standard, telles que différents courants de commande ou températures de fonctionnement.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier et tolérances

Le contour physique et les dimensions critiques du dispositif sont fournis dans un dessin (référencé mais non montré). Toutes les dimensions sont en millimètres, avec une tolérance standard de ±0,25 mm (0,01 pouce) sauf indication contraire dans une note de caractéristique spécifique. Cette information est critique pour la conception du PCB, assurant que l'empreinte et les découpes sont correctement conçues, et pour l'intégration mécanique dans le boîtier final du produit.

5.2 Connexion des broches et circuit interne

Le LTD-5221AJF est un afficheur à deux chiffres, à anode commune. Le schéma de circuit interne et la table de connexion des broches sont essentiels pour un câblage correct.

• Configuration :Anode commune. Cela signifie que les anodes de toutes les LED pour chaque chiffre sont connectées ensemble en interne. Pour allumer un segment, sa broche de cathode correspondante doit être mise à l'état bas (connectée à la masse ou à un puits de courant) tandis que l'anode commune pour ce chiffre est mise à l'état haut (connectée à VCC via une résistance de limitation de courant).
• Brochage :Le dispositif à 18 broches a une affectation spécifique pour les cathodes des segments A-G et du point décimal (D.P.) pour le Chiffre 1 et le Chiffre 2, ainsi que les deux broches d'anode commune (une par chiffre). La broche 1 est marquée comme "Non Connectée" (N.C.).
• Point décimal :La fiche technique spécifie "Point décimal à droite", indiquant la position du point décimal par rapport aux chiffres.

Cette configuration à anode commune est souvent préférée dans les systèmes basés sur microcontrôleur où les broches d'E/S sont plus aptes à absorber du courant (mise à l'état bas) qu'à en fournir (mise à l'état haut).

6. Directives de soudure et d'assemblage

Les valeurs maximales absolues fournissent le paramètre de soudure clé : le dispositif peut supporter une température de pointe de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. Ceci correspond aux profils typiques de soudure par refusion sans plomb.

6.1 Pratiques recommandées

• Soudure par refusion :Utiliser un profil de refusion sans plomb standard avec une température de pointe ne dépassant pas 260°C. Le temps au-dessus du liquidus (par exemple, 217°C) doit être contrôlé pour minimiser la contrainte thermique sur le boîtier plastique et les liaisons internes par fil.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, utiliser un fer à souder à température contrôlée. Appliquer la chaleur sur la pastille du PCB, et non directement sur la broche de l'afficheur, et limiter le temps de contact pour éviter la surchauffe.
• Nettoyage :Utiliser des solvants de nettoyage compatibles avec le matériau plastique de l'afficheur pour éviter la décoloration ou la dégradation.
• Stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-35°C à +85°C) pour éviter l'absorption d'humidité (qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion) et les dommages par décharge électrostatique.

7. Considérations de conception d'application

7.1 Conception du circuit de commande

Concevoir correctement le circuit de commande est primordial pour les performances et la longévité.

• Limitation de courant :TOUJOURS utiliser une résistance de limitation de courant en série avec chaque anode commune (pour commande statique) ou utiliser un pilote à courant constant. La valeur de la résistance peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF. Par exemple, avec un Vcc de 5V, un VF de 2,6V et un IF souhaité de 10 mA : R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω.
• Fonctionnement à faible courant :Le dispositif est caractérisé jusqu'à 1mA par segment. Pour les applications à ultra-faible puissance, une commande à 1-2 mA peut fournir une visibilité suffisante tout en minimisant la consommation d'énergie.
• Multiplexage :Pour les afficheurs multi-chiffres, le multiplexage est standard. Cela implique d'activer séquentiellement l'anode commune d'un chiffre à la fois tout en présentant les données de segment pour ce chiffre. Le courant de crête nominal (90 mA à 1/10 de rapport cyclique) permet des courants pulsés plus élevés pour compenser le rapport cyclique réduit, maintenant la luminosité perçue. Le courant moyen par segment doit toujours respecter le courant continu nominal.
• Interface microcontrôleur :Pour les afficheurs à anode commune, les broches du microcontrôleur connectées aux cathodes des segments doivent être configurées en sorties. Pour allumer un segment, mettre la broche correspondante à l'état BAS. Pour l'éteindre, la mettre à l'état HAUT (ou en haute impédance si possible). Les broches d'anode commune sont généralement commandées par des transistors externes (par exemple, BJT PNP ou MOSFET à canal P) capables de fournir le courant total du chiffre.

7.2 Gestion thermique

Bien que les LED soient efficaces, elles génèrent toujours de la chaleur. Le facteur de dégradation de 0,33 mA/°C pour le courant continu doit être pris en compte dans la conception. Si l'afficheur doit fonctionner dans un environnement à température ambiante élevée (par exemple, à l'intérieur d'un boîtier scellé ou près d'autres sources de chaleur), le courant continu maximum autorisé doit être réduit en conséquence. Assurer une ventilation ou un dissipateur thermique adéquat si la commande est à ou près du courant nominal maximum.

8. Comparaison et différenciation technique

La différenciation principale du LTD-5221AJF réside dans sa technologie de matériau et son optimisation pour faible courant.

• vs. LED traditionnelles GaAsP ou GaP :La technologie AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé et une meilleure stabilité thermique, résultant en des afficheurs plus brillants avec une couleur plus cohérente sur la température et la durée de vie.
• vs. LED de luminosité standard :Ce dispositif est spécifiquement "testé et sélectionné" pour les performances à faible courant. De nombreux afficheurs sept segments standard sont caractérisés à 20mA ; celui-ci garantit des performances à 1mA, le rendant supérieur pour les applications critiques pour la batterie.
• vs. Afficheurs LED bleu/vert/blanc :La couleur jaune-orange (605-611 nm) offre une excellente visibilité et est souvent considérée comme moins fatigante pour les yeux dans des conditions de faible éclairage par rapport aux couleurs de longueur d'onde plus courte. Elle a également généralement une efficacité lumineuse plus élevée que les premières LED bleues ou blanches.

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

Q : Puis-je commander cet afficheur directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V sans résistance de limitation de courant ?

R : Non. Vous devez TOUJOURS utiliser un mécanisme de limitation de courant (résistance ou pilote à courant constant). Même si Vcc (3,3V) est proche de VF (2,05-2,6V), l'absence de résistance permettrait un courant excessif, risquant d'endommager à la fois la LED et la broche du microcontrôleur.

Q : Quelle est la différence entre "Longueur d'onde d'émission de crête" et "Longueur d'onde dominante" ?

R : La longueur d'onde de crête (λp=611nm) est le pic physique du spectre de la lumière émise. La longueur d'onde dominante (λd=605nm) est la longueur d'onde d'une lumière monochromatique pure qui semblerait avoir la même couleur que la LED pour un observateur humain. Elles sont souvent proches mais pas identiques.

Q : Le rapport d'appariement est de 2:1. Cela signifie-t-il qu'un segment pourrait être deux fois plus brillant qu'un autre ?

R : Oui, la spécification permet cette variation maximum dans des conditions de test identiques. Pour la plupart des applications, cette variation n'est pas perceptiblement gênante. Si une uniformité extrême est requise, consulter le fabricant pour des options de tri plus strictes ou envisager d'utiliser des afficheurs du même lot de production.

Q : Puis-je utiliser cet afficheur dans une application extérieure ?

R : La plage de température de fonctionnement (-35°C à +85°C) supporte de nombreux environnements extérieurs. Cependant, une exposition directe au soleil et aux intempéries nécessite un revêtement de protection sur le PCB et une fenêtre protectrice sur l'afficheur pour éviter la dégradation UV du plastique et l'infiltration d'humidité. Le contraste élevé du fond gris clair/blanc aide à la lisibilité en plein soleil.

10. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

10.1 Étude de cas : Affichage de multimètre portable

Dans un multimètre numérique portatif, l'efficacité énergétique est critique. Le LTD-5221AJF peut être commandé à 1-2 mA par segment dans une configuration multiplexée. Un microcontrôleur avec des segments de pilote LED intégrés peut contrôler 2-4 chiffres efficacement. Le large angle de vision permet à l'utilisateur de lire les mesures sous différents angles, et le contraste élevé assure la lisibilité dans des environnements de laboratoire sombres et plus lumineux. La faible tension directe aide également à maximiser l'autonomie de la batterie lors de l'utilisation d'une alimentation de 3V ou 4,5V.

10.2 Étude de cas : Minuterie/Compteur industriel

Pour une minuterie industrielle montée sur panneau, la fiabilité et la visibilité sont essentielles. La fiabilité à l'état solide de l'afficheur LED surpasse les technologies plus anciennes comme les afficheurs fluorescents à vide (VFD) en termes de résistance aux chocs/vibrations et de durée de vie. La stabilité du matériau AlInGaP garantit que la couleur et la luminosité de l'affichage ne changent pas significativement au fil des années de fonctionnement continu. La configuration à anode commune simplifie l'interface avec les modules de sortie numérique des automates industriels (PLC) qui ont souvent des schémas de mise à la masse commune.

11. Introduction au principe technologique

Le LTD-5221AJF est basé sur la technologie semi-conductrice Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) cultivée sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs) non transparent. Ce système de matériaux permet l'ingénierie précise de la bande interdite du semi-conducteur en ajustant les ratios d'Al, In, Ga et P. Une bande interdite plus large correspond à une émission de lumière de longueur d'onde plus courte (énergie plus élevée). La composition utilisée ici crée une bande interdite qui résulte en l'émission de photons dans la région jaune-orange (environ 611 nm) lorsque les électrons se recombinent avec les trous à travers la jonction PN sous polarisation directe.

Le "substrat GaAs non transparent" est significatif. Les premières LED rouges utilisaient un substrat GaP transparent, mais les couches AlInGaP sont mieux adaptées en termes de réseau cristallin au GaAs. Le substrat lui-même absorbe une partie de la lumière générée, mais les conceptions de puces modernes utilisent des techniques comme les réflecteurs de Bragg distribués (DBR) ou le collage de tranches sur des substrats transparents (comme le GaP) dans les dispositifs haut de gamme pour améliorer l'efficacité d'extraction de la lumière. Le fait que cette fiche technique mentionne un substrat non transparent indique une conception de puce standard et rentable.

12. Tendances et contexte technologiques

Bien que cette fiche technique spécifique date de 2000, la technologie AlInGaP sous-jacente reste très pertinente pour les LED rouges, oranges et jaunes en raison de son efficacité et de sa stabilité des couleurs. Cependant, le paysage plus large des afficheurs a évolué.

• Tendance vers l'intégration :Les applications modernes utilisent souvent des afficheurs matriciels OLED ou LCD pour une plus grande flexibilité dans l'affichage de texte et de graphiques. Cependant, les LED sept segments restent imbattables pour les affichages numériques simples, haute luminosité et à faible coût où la personnalisation n'est pas nécessaire.
• Améliorations de l'efficacité :La recherche continue sur les matériaux AlInGaP et la conception des puces (comme les conceptions "thin-film flip-chip") continue de pousser l'efficacité lumineuse (lumens par watt) plus haut, permettant des afficheurs encore plus brillants à des courants plus faibles ou avec une génération de chaleur réduite.
• Mélange de couleurs :Pour les applications en couleur complète, les LED rouges AlInGaP sont combinées avec des LED bleues et vertes au Nitrure d'Indium et de Gallium (InGaN). La variante jaune-orange comme le LTD-5221AJF trouve sa niche dans les applications monochromes où sa couleur spécifique et sa haute efficacité sont recherchées.
• Intégration du pilote :Une tendance moderne est l'intégration de l'afficheur LED avec le circuit intégré de commande dans un seul boîtier ou module, simplifiant la conception et réduisant le nombre de composants, bien qu'avec un coût unitaire potentiellement plus élevé.

En résumé, le LTD-5221AJF représente une solution mature et optimisée pour un besoin d'application spécifique et durable : l'affichage numérique fiable, brillant et à faible puissance.