Fiche technique de l'affichage à LED LTS-5701AKF - Hauteur de chiffre de 0,56 pouce - Couleur jaune-orange - Tension directe de 2,6 V - Dissipation de puissance de 70 mW - Document technique en anglais

1. Présentation du produit

Le LTS-5701AKF est un afficheur alphanumérique à sept segments et un chiffre, conçu pour les applications nécessitant une indication numérique ou alphanumérique limitée, claire et lumineuse. Sa fonction principale est de fournir une sortie visuelle en allumant sélectivement ses segments (de A à G et un point décimal) pour former des caractères. Le dispositif est construit en utilisant la technologie des semi-conducteurs au Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), qui est déposée sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs). Ce système de matériaux est spécifiquement choisi pour son efficacité à produire une lumière jaune-orange de haute luminosité. L'afficheur comporte un cache gris, qui améliore le contraste en réduisant la réflexion de la lumière ambiante, et des contours de segments blancs pour une définition claire des caractères lorsqu'ils sont éteints. Il est classé comme type à anode commune, ce qui signifie que les anodes de tous les segments LED sont connectées en interne, simplifiant l'alimentation en courant dans les circuits typiques pilotés par microcontrôleur.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cet afficheur découlent de sa construction et de sa conception en AlInGaP. Il offre une haute intensité lumineuse et un excellent contraste, garantissant une lisibilité même dans des environnements très éclairés. Le large angle de vision est une caractéristique cruciale pour les applications où l'affichage peut être visualisé depuis différentes positions. Sa fiabilité à l'état solide, sans pièces mobiles et avec une construction semi-conductrice robuste, conduit à une longue durée de vie opérationnelle et à une résistance aux chocs et aux vibrations. La faible consommation d'énergie le rend adapté aux appareils alimentés par batterie ou soucieux de l'énergie. Cette combinaison de caractéristiques cible des marchés incluant l'instrumentation industrielle (par exemple, les compteurs de panneaux, les minuteries, les compteurs), les appareils électroménagers (par exemple, les fours à micro-ondes, les machines à café), les tableaux de bord automobiles (pour les affichages auxiliaires), les équipements de test et de mesure, et tout système embarqué nécessitant une lecture numérique simple et fiable.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique, en expliquant leur importance pour les ingénieurs concepteurs.

2.1 Caractéristiques maximales absolues

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

• Dissipation de puissance par segment (70 mW) : Il s'agit de la quantité maximale d'énergie électrique pouvant être convertie en chaleur (et en lumière) par un seul segment sans risque d'endommagement. Dépasser cette limite, généralement en appliquant un courant ou une tension directe trop élevé(e), peut entraîner une surchauffe, un vieillissement accéléré (dépréciation des lumens) ou une défaillance catastrophique.
• Courant direct de crête par segment (60 mA à un cycle de service de 1/10, impulsion de 0,1 ms) : Cette spécification permet de brèves impulsions de courant supérieures au courant continu nominal. Elle est utile pour les schémas de multiplexage ou pour obtenir une luminosité momentanément plus élevée. Le cycle de service et la largeur d'impulsion spécifiés sont critiques ; fonctionner en dehors de ces conditions d'impulsion à 60 mA n'est pas sûr.
• Courant direct continu par segment (25 mA) : Le courant continu maximal pouvant être appliqué indéfiniment à un segment dans des conditions de température ambiante spécifiées. La fiche technique indique un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C au-dessus de 25°C. Par exemple, à une température ambiante (Ta) de 85°C, le courant continu maximal autorisé serait : 25 mA - [(85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C] = 25 mA - 19,8 mA = 5.2 mA. Ce déclassement est essentiel pour la gestion thermique.
• Reverse Voltage per Segment (5 V): La tension maximale pouvant être appliquée en sens inverse (cathode positive par rapport à l'anode) sans provoquer de claquage. Le dépassement de cette valeur peut endommager la jonction PN de la LED.
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Définit les limites environnementales pour un fonctionnement fiable et un stockage hors service.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test spécifiques (Ta=25°C sauf indication contraire).

• Intensité lumineuse moyenne (I_V): Min : 800 µcd, Typ : 1667 µcd à I_F=1mA. Il s'agit d'une mesure de la luminosité perçue du segment allumé. La large plage indique un système de classement (voir Section 3). Les concepteurs doivent utiliser la valeur minimale pour les calculs de luminosité dans le pire des cas.
• Tension directe par segment (V_F): Typ : 2.05V, Max : 2.6V à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit le courant spécifié. Elle est cruciale pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant requise : R = (V_{d'alimentation} - V_F) / I_FEn utilisant la tension V maximale._F garantit une marge de tension suffisante.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ._p): 661 nm. Il s'agit de la longueur d'onde à laquelle le rendement spectral de la LED est maximal. Pour les LED jaune-orange AlInGaP, celle-ci se situe généralement dans la partie ambre/rouge-orange du spectre.
• Longueur d'onde dominante (λ._d): 605 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond à la couleur de la lumière de la LED. C'est un paramètre plus pertinent pour la spécification de la couleur que la longueur d'onde de crête.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) : 17 nm. Cela indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise. Une valeur plus petite signifie une sortie plus monochromatique (couleur pure).
• Courant inverse par segment (I_R): Max : 100 µA sous V_R=5V. Il s'agit du faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans les limites de ses spécifications maximales.
• Ratio d'Appariement de l'Intensité Lumineuse : 2:1 (max). Ceci spécifie le rapport maximal autorisé entre le segment le plus lumineux et le moins lumineux au sein d'un seul chiffre ou entre les chiffres d'un système multi-digit. Un rapport de 2:1 signifie que le segment le plus lumineux ne peut pas être plus de deux fois plus lumineux que le moins lumineux, garantissant ainsi une apparence uniforme.

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que le dispositif est "Catégorisé pour l'intensité lumineuse". Cela implique un processus de classement ou de tri après fabrication. En raison des variations inhérentes à la croissance épitaxiale du semi-conducteur et à la fabrication des puces, les LED présentent des variations dans leurs paramètres clés. Pour garantir une cohérence pour l'utilisateur final, les fabricants testent et trient (classent) les LED en groupes aux caractéristiques étroitement similaires.

Classement par intensité lumineuse : La plage étendue indiquée pour l'Intensité Lumineuse Moyenne (800 à 1667 µcd) suggère que les dispositifs sont triés en différentes classes d'intensité. Un bon de commande pour le LTS-5701AKF peut spécifier un code de classe d'intensité particulier (par exemple, un niveau d'intensité minimum) pour garantir un certain niveau de luminosité pour l'application. Les concepteurs doivent consulter la documentation détaillée du fabricant sur le classement pour connaître les codes disponibles.

Classement par Longueur d'Onde/Couleur : Bien que non explicitement détaillées avec des plages min/typ/max pour la longueur d'onde dominante au-delà de la valeur typique de 605 nm, les dispositifs AlInGaP sont également couramment classés par couleur (longueur d'onde dominante ou coordonnées chromatiques) pour assurer une teinte uniforme sur tous les segments et chiffres d'un affichage. Des variations en dehors d'une classe spécifiée seraient visuellement perceptibles comme des nuances différentes de jaune-orange.

4. Analyse de la Courbe de Performance

La fiche technique fait référence aux "Typical Electrical / Optical Characteristic Curves". Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu standard et leur importance.

Courant direct en fonction de la tension directe (I_F-V_F Courbe) : Cette courbe non linéaire montre comment V_F augmente avec I_F. Elle illustre la relation exponentielle typique d'une diode. Le "coude" de cette courbe se situe autour du V typique_F (2.05V-2.6V). Ce graphique est essentiel pour comprendre la résistance dynamique de la LED et pour concevoir des circuits d'attaque efficaces, notamment lors de l'utilisation de PWM pour le gradation.

Intensité lumineuse en fonction du courant direct (I_V-I_F Courbe) : Cette courbe montre que le flux lumineux est approximativement proportionnel au courant direct dans la plage de fonctionnement normale. Cependant, l'efficacité (lumens par watt) atteint souvent son maximum à un courant inférieur au courant nominal maximal. L'alimentation de la LED à des courants très élevés entraîne une saturation thermique et une réduction de l'efficacité.

Intensité lumineuse en fonction de la température ambiante (I_V-T_a Courbe) : Pour les LED AlInGaP, l'intensité lumineuse diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe quantifie cette dégradation, ce qui est crucial pour les applications fonctionnant à des températures ambiantes élevées. Elle est directement liée au facteur de déclassement en courant spécifié dans les caractéristiques maximales absolues.

Intensité relative en fonction de la longueur d'onde (Courbe de distribution spectrale) : Cette courbe en forme de cloche représenterait l'intensité de la lumière émise sur l'ensemble du spectre, centrée autour de la longueur d'onde de crête (661 nm) avec une largeur définie par la demi-largeur (17 nm). Elle confirme les caractéristiques de couleur de la LED.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier et dessin

Le dispositif utilise un boîtier LED standard à sept segments, un chiffre et 10 broches. Les principales notes dimensionnelles de la fiche technique incluent : toutes les dimensions sont en millimètres, avec des tolérances générales de ±0,25 mm sauf indication contraire. Une tolérance spécifique est donnée pour le décalage de l'extrémité des broches : +/- 0,4 mm, ce qui est important pour la conception de l'empreinte PCB afin d'assurer un alignement et une soudabilité corrects. Les dimensions exactes de la hauteur, de la largeur, de la hauteur du chiffre (14,22 mm), de la taille des segments et de l'espacement des broches sont définies dans le dessin du boîtier (référencé mais non détaillé dans le texte). Les ingénieurs doivent obtenir le dessin mécanique complet pour une implantation PCB précise.

5.2 Connexion des broches et identification de la polarité

Le brochage est clairement défini :

• Broches 3 et 8 : Anode commune (CA). Elles sont connectées en interne et doivent être reliées à la tension d'alimentation positive.
• Broches 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10 : Cathodes pour les segments E, D, C, DP (Decimal Point), B, A, F, G respectivement. Ces broches sont connectées à la masse (ou à un puits de courant) via une résistance de limitation de courant pour illuminer le segment correspondant.

La description "Rt. Hand Decimal" dans la référence de la pièce indique que la virgule décimale est située sur le côté droit du chiffre. La polarité est clairement indiquée par la désignation Common Anode. L'application d'une polarité inverse (connecter CA à la masse et une cathode à V+) n'illuminera pas le segment et, si la tension inverse dépasse 5V, peut endommager le dispositif.

5.3 Schéma de circuit interne

The referenced diagram would show the internal electrical connections: eight individual LED chips (seven segments plus decimal point), each with its anode connected to the common anode pins (3 & 8) and its cathode connected to its respective dedicated pin. This confirms the common anode topology.

6. Directives de soudure et d'assemblage

La fiche technique fournit une condition de soudage spécifique : "1/16 inch Below Seating Plane for 3 Seconds at 260°C." Il s'agit d'une spécification de soudage à la vague. Cela signifie que les broches peuvent être immergées dans une vague de soudure jusqu'à une profondeur d'environ 1,6 mm (1/16") sous le boîtier plastique de l'afficheur pendant un maximum de 3 secondes, avec le bain de soudure à 260°C. Cela empêche une chaleur excessive de remonter le long des broches et d'endommager les puces LED internes ou le boîtier plastique.

Considérations importantes :

• Brasage par refusion : Si l'on utilise le brasage par refusion (courant pour les CMS, mais il s'agit ici d'un composant traversant), le profil thermique doit être soigneusement contrôlé. La température maximale admissible de l'unité pendant l'assemblage ne doit pas être dépassée. La température de corps maximale doit généralement être maintenue en dessous de la température de stockage maximale (85°C) ou conformément à un profil de refusion plus spécifique si fourni par le fabricant.
• Nettoyage : Après soudure, n'utiliser que des agents de nettoyage compatibles avec le matériau plastique de l'afficheur pour éviter les fissures ou l'opacification.
• Manipulation : Éviter toute contrainte mécanique sur les broches. Prendre les précautions ESD (décharge électrostatique) appropriées lors de la manipulation et de l'assemblage.
• Stockage : Conserver dans la plage de température spécifiée (-35°C à +85°C) dans un environnement à faible humidité et antistatique.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

The most common drive method is multiplexing, especially for multi-digit displays. Since it's a common anode display, the anodes (pins 3 & 8) would be connected to a microcontroller's I/O pins configured as outputs set HIGH (or to a transistor used as a high-side switch). The cathodes for all segments (A-G, DP) would be connected to current sink drivers, which could be discrete transistors, dedicated LED driver ICs (like 74HC595 shift registers with constant current, or MAX7219), or microcontroller pins with sufficient sink capability. A current-limiting resistor is required in series with each cathode path (or a single resistor per common anode if current is regulated per digit). The resistor value is calculated as: R = (V_{d'alimentation} - V_F - V_CE(sat) ou V_chute) / I_F. Utiliser le V maximum_F pour une conception sûre.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant : Utilisez toujours une résistance de limitation de courant ou un pilote à courant constant. Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension.
• Fréquence de multiplexage : For multiplexed displays, use a refresh rate high enough to avoid visible flicker (typically >60 Hz per digit). The duty cycle determines the average current. For N digits, the peak current per segment can be up to N times the desired average current, but must not exceed the peak current rating (60mA under specified conditions).
• Angle de vision : Positionnez l'écran en tenant compte de son large angle de vision pour assurer la visibilité pour l'utilisateur final.
• Amélioration du contraste : Le fond gris aide, mais pour des conditions de lumière ambiante élevée, envisagez d'ajouter un filtre de contraste ou un pare-soleil.
• Gestion thermique : Respectez les règles actuelles de déclassement à haute température ambiante. Assurez une ventilation adéquate si plusieurs afficheurs sont utilisés dans un espace confiné.

8. Comparaison technique et différenciation

Comparé aux autres technologies d'afficheurs sept segments :

• vs. LEDs standard GaAsP ou GaP (Rouge, Vert) : L'AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure (plus de lumière émise par mA) et une meilleure stabilité thermique, ce qui permet d'obtenir des affichages plus lumineux aux performances plus constantes.
• vs. LCDs : Les LED sont émissives (elles produisent leur propre lumière), ce qui les rend clairement visibles dans l'obscurité sans rétroéclairage, tandis que les LCD réfléchissants nécessitent une lumière ambiante. Les LED ont également un temps de réponse beaucoup plus rapide et une plage de températures de fonctionnement plus large. Cependant, les LCD consomment généralement beaucoup moins d'énergie pour les affichages statiques.
• Comparaison avec les VFD (Vacuum Fluorescent Displays) : Les VFD peuvent offrir une luminosité élevée et de grands angles de vision, mais nécessitent des tensions d'alimentation relativement élevées et sont plus fragiles. Les LED sont plus robustes, nécessitent des tensions plus basses et ont une durée de vie plus longue.
• Au sein des affichages AlInGaP : Le LTS-5701AKF se distingue par sa hauteur de chiffre spécifique de 0,56", sa couleur jaune-orange, sa configuration à anode commune, son point décimal à droite et son intensité lumineuse catégorisée (binned), garantissant un niveau de qualité et de cohérence pour les applications professionnelles.

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

Q1 : Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 5V sans résistance de limitation de courant si j'utilise la limite de courant de la broche d'E/S ?
A: Non. Se fier uniquement à la limite de courant interne de la broche du microcontrôleur n'est ni sûr ni fiable pour la LED. La limite de la broche est destinée à la protection, pas à définir un point de fonctionnement précis. La tension directe de la LED est d'environ 2,1-2,6 V. La connecter directement à une broche de 5 V tenterait de forcer un courant très élevé, risquant d'endommager à la fois la broche du microcontrôleur et la LED. Une résistance externe de limitation de courant est obligatoire.

Q2: Pourquoi y a-t-il deux broches d'anode commune (3 et 8) ?
A: Il s'agit d'une pratique de conception courante pour améliorer la répartition du courant et la fiabilité. Le courant total de tous les segments allumés circule vers l'anode commune. Avoir deux broches en parallèle réduit la charge de courant et la contrainte thermique sur chaque broche individuelle et sur les fils de liaison internes, améliorant ainsi la longévité et permettant une luminosité globale plus élevée.

Q3 : L'intensité lumineuse est donnée à 1mA, mais la tension directe est donnée à 20mA. Laquelle dois-je utiliser pour la conception ?
A: Utilisez les deux, mais pour des calculs différents. Utilisez le V_F @ 20mA (ou votre courant de fonctionnement choisi) pour calculer la valeur de la résistance série. Utilisez le I_V vs. I_F relation (à partir de la courbe caractéristique) pour estimer la luminosité à votre courant de fonctionnement choisi. Le point de test I à 1mA_V est un point de test standardisé pour la comparaison et le tri.

Q4: Que signifie "Boîtier sans plomb (conforme à la directive RoHS)" ?
A: Cela signifie que les matériaux utilisés dans la construction du dispositif, y compris le placage de soudure sur les broches, sont conformes à la directive Restriction of Hazardous Substances (RoHS). Plus précisément, cela indique l'absence de plomb (Pb), de mercure, de cadmium, de chrome hexavalent et de certains retardateurs de flamme (PBB, PBDE) au-delà des niveaux autorisés. Ceci est important pour la conformité environnementale dans la plupart des marchés mondiaux.

10. Exemples Pratiques de Conception et d'Utilisation

Exemple 1 : Affichage simple de voltmètre à 4 chiffres. Quatre afficheurs LTS-5701AKF pourraient être utilisés pour afficher une tension de 0,000 à 19,99 V. Un microcontrôleur avec un CAN mesurerait la tension. L'affichage serait multiplexé : le microcontrôleur calculerait quels segments allumer pour chaque chiffre et parcourrait rapidement les quatre anodes communes tout en pilotant les lignes de cathode partagées pour les segments du chiffre actif. Il faut veiller à limiter le courant de crête par segment en fonction du cycle de service du multiplexage (par exemple, un cycle de 1/4 signifie que le courant de crête peut être 4 fois le courant moyen de luminosité souhaité).

Exemple 2 : Minuterie/Compteur Industriel. Dans un environnement industriel, un dispositif peut compter les articles sur une ligne de production. La haute luminosité et le large angle de vision du LTS-5701AKF le rendent adapté pour que les opérateurs voient le compte à distance. Sa construction robuste à l'état solide résiste aux vibrations. La conception doit garantir que l'affichage est lisible dans les conditions d'éclairage de l'usine, nécessitant peut-être un pare-soleil.

11. Introduction au Principe Technologique

Le LTS-5701AKF est basé sur le Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (Al_xIn_yGa_1-x-yLa technologie des semi-conducteurs AlInGaP. Il s'agit d'un semi-conducteur composé III-V où les proportions relatives d'Aluminium (Al), d'Indium (In) et de Gallium (Ga) déterminent l'énergie de la bande interdite du matériau. Cette énergie de bande interdite dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise lorsque les électrons se recombinent avec les trous à travers la jonction. L'AlInGaP est particulièrement efficace pour produire de la lumière dans les régions jaune, orange, ambre et rouge du spectre. Les couches épitaxiales sont déposées sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs). Lorsqu'une tension directe supérieure au potentiel interne de la jonction est appliquée, des électrons sont injectés dans la région P et des trous dans la région N. Leur recombination dans la région active libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). Le revêtement frontal gris absorbe la lumière ambiante pour améliorer le contraste, tandis que les contours blancs des segments fournissent une référence pour les segments non éclairés.

12. Tendances et Développements Technologiques

Bien que les afficheurs LED à sept segments traditionnels comme le LTS-5701AKF restent très pertinents pour des applications spécifiques en raison de leur simplicité, fiabilité et rentabilité, des tendances plus larges dans la technologie d'affichage sont évidentes. On observe un glissement général vers une plus grande intégration et une adressabilité accrue. Cela inclut la prolifération des afficheurs LED à matrice de points et des OLED qui offrent des capacités alphanumériques et graphiques complètes. Les solutions de pilotage intégrées (comme les circuits pilotes LED contrôlés par I2C ou SPI) deviennent la norme, simplifiant l'interfaçage avec les microcontrôleurs. En termes de matériaux, bien que l'AlInGaP soit mature et efficace pour sa gamme de couleurs, la recherche se poursuit pour améliorer l'efficacité (lumens par watt), la restitution des couleurs et la stabilité en fonction de la température et de la durée de vie. Pour les applications de niche nécessitant une extrême simplicité, une robustesse et une sortie numérique spécifique, les afficheurs à sept segments discrets continueront d'être une solution viable et souvent optimale. La tendance pour ces composants est d'aller vers une consommation d'énergie encore plus faible, une efficacité de luminosité plus élevée et des facteurs de forme potentiellement plus petits tout en maintenant la lisibilité.