Fiche technique de l'afficheur LED 7 segments bleu LTC-5689TBZ - Hauteur de chiffre 0,56 pouce - Tension directe 3,6V - Puces InGaN bleues - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-5689TBZ est un module d'affichage alphanumérique sept segments triple chiffre haute performance. Il est conçu pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs, lumineux et parfaitement visibles. L'élément central de cet afficheur est une puce LED bleue InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium) épitaxiée sur un substrat de saphir, ce qui assure une émission de lumière stable et efficace. Une caractéristique intégrée clé est une diode Zener pour chaque segment, offrant une protection contre les surtensions inverses, un facteur essentiel pour améliorer la fiabilité à long terme de l'afficheur dans des environnements électriquement perturbés.

L'afficheur présente un fond noir avec des segments blancs, créant un contraste élevé qui améliore significativement la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage. Il est catégorisé comme un afficheur à anode commune, une configuration standard pour les circuits de commande multiplexés couramment utilisés dans les systèmes à microcontrôleur. L'appareil est conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), garantissant une fabrication avec des matériaux sans plomb.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les avantages principaux du LTC-5689TBZ découlent de sa conception optoélectronique et de sa construction robuste. L'utilisation de la technologie InGaN offre une luminosité élevée et une couleur bleue homogène avec une longueur d'onde dominante typiquement autour de 470-475 nm. Les segments continus et uniformes assurent un aspect de caractère professionnel et homogène, ce qui est crucial pour les interfaces utilisateur dans l'électronique grand public, les panneaux de contrôle industriel, l'instrumentation et les équipements de test.

Sa faible consommation d'énergie le rend adapté aux appareils alimentés par batterie ou soucieux de l'efficacité énergétique. Le large angle de vision garantit que l'affichage reste lisible même vu de côté, élargissant son utilité dans les applications montées sur panneau. La fiabilité à l'état solide des LED, combinée à la protection supplémentaire par diode Zener, fait de cet afficheur un choix durable pour les applications exigeant une longue durée de vie opérationnelle et une grande stabilité.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Comprendre les caractéristiques maximales absolues est essentiel pour éviter la défaillance du composant lors de la conception et du fonctionnement du circuit. Ces caractéristiques définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en chaleur de manière sûre par un seul segment allumé en fonctionnement continu.
• Courant direct de crête par segment :100 mA. Ce courant n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. Il ne doit pas être utilisé pour calculer les conditions de fonctionnement normales.
• Courant direct continu par segment :20 mA à 25°C. C'est le courant maximum recommandé pour un fonctionnement standard. Un facteur de déclassement linéaire de 0,21 mA/°C s'applique lorsque la température ambiante (Ta) dépasse 25°C. Par exemple, à 50°C, le courant continu maximum serait d'environ 20 mA - (0,21 mA/°C * 25°C) = 14,75 mA.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le composant est conçu pour des plages de températures industrielles.
• Conditions de soudure :Le composant peut supporter des procédés de soudure à la vague ou par refusion où la température de soudure à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) sous le plan d'assise est de 260°C pendant un maximum de 3 secondes.

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

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test spécifiques et représentent les performances typiques du composant.

• Intensité lumineuse moyenne (Iv) :5400 - 9000 µcd (microcandelas) à un courant direct (IF) de 10 mA. Cette large plage indique que le composant est trié ou catégorisé selon l'intensité. Les concepteurs doivent tenir compte de cette variation lorsqu'ils visent une luminosité uniforme sur plusieurs unités ou afficheurs.
• Tension directe par segment (VF) :3,3V (Min), 3,6V (Typ) à IF=20 mA. Ce paramètre est crucial pour concevoir la valeur de la résistance de limitation de courant. En utilisant une alimentation standard de 5V, la valeur de la résistance serait R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohms. Une valeur légèrement supérieure (par exemple, 75-100 Ohms) est souvent utilisée pour la fiabilité et pour tenir compte de la variation de VF.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λp) :468 nm (Typ). C'est la longueur d'onde à laquelle l'intensité de la lumière émise est la plus élevée.
• Longueur d'onde dominante (λd) :470 - 475 nm (Typ). C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain et qui définit la couleur de la LED.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :25 nm (Typ). Cela indique la pureté spectrale ; une valeur plus petite signifie une lumière plus monochromatique.
• Courant inverse par segment (IR) :100 µA (Max) à une tension inverse (VR) de 5V.Note critique :Cette condition de test est uniquement pour l'assurance qualité (test IR). Le composant N'EST PAS conçu pour fonctionner en continu sous polarisation inverse. La diode Zener intégrée est destinée à la protection contre les transitoires, et non pour un fonctionnement en tension inverse en régime permanent.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse :2:1 (Max). Ceci spécifie le rapport maximum autorisé entre les segments les plus brillants et les plus faibles au sein d'un même chiffre ou sur des zones éclairées similaires, assurant ainsi une uniformité visuelle.

3. Système de tri et de catégorisation

La fiche technique indique explicitement que le composant est \"Catégorisé selon l'Intensité Lumineuse.\" C'est une pratique courante dans la fabrication de LED pour regrouper les produits en fonction de paramètres de performance mesurés.

• Tri par intensité lumineuse :La plage Iv de 5400-9000 µcd suggère plusieurs catégories d'intensité. Pour les applications nécessitant une luminosité uniforme (par exemple, des afficheurs multi-chiffres ou des panneaux avec plusieurs unités), il est conseillé de spécifier une catégorie plus serrée ou de s'approvisionner dans le même lot de production.
• Tri par longueur d'onde/couleur :Bien que non détaillé explicitement avec des codes, la plage typique λd de 470-475 nm implique un tri potentiel par couleur. Une longueur d'onde dominante cohérente est essentielle pour un aspect de couleur uniforme.
• Tri par tension directe :La plage VF (3,3V à 3,6V) peut également faire l'objet d'une catégorisation, ce qui peut affecter la conception de l'alimentation et la gestion thermique dans de grands réseaux.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux \"Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques.\" Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans l'extrait, les courbes LED standard peuvent être déduites et sont essentielles pour la conception.

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V) :Une LED présente une relation exponentielle I-V. La VF spécifiée à 20 mA donne un point sur cette courbe. La courbe montre la tension de seuil et comment le courant augmente rapidement avec la tension au-dessus de ce point, soulignant la nécessité de mécanismes de limitation de courant.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe L-I) :La sortie lumineuse est généralement proportionnelle au courant direct, mais elle peut saturer à des courants élevés en raison des effets thermiques. Fonctionner à ou en dessous du 20 mA recommandé assure la linéarité et la longévité.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :La sortie lumineuse de la LED diminue lorsque la température de jonction augmente. Le déclassement du courant continu (0,21 mA/°C) est directement lié à la gestion de cet effet thermique pour maintenir la luminosité et la fiabilité.
• Distribution spectrale :Le graphique montrerait l'intensité relative de la lumière émise sur les longueurs d'onde, centrée autour de 470-475 nm avec une demi-largeur typique de 25 nm.

5. Informations mécaniques, boîtier et brochage

5.1 Dimensions du boîtier

L'afficheur a une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,2 mm). Toutes les dimensions mécaniques sont fournies en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Une note spécifique mentionne une tolérance de décalage de la pointe des broches de +0,4 mm, ce qui est important pour la conception de l'empreinte PCB afin d'assurer un alignement correct et une soudabilité adéquate.

5.2 Schéma de circuit interne et connexion des broches

Le schéma de circuit interne révèle l'architecture : chaque segment (A-G, DP1-5) est une puce LED bleue InGaN individuelle en série avec une diode Zener. Toutes ces paires LED-Zener partagent une connexion d'anode commune par chiffre. Le brochage est le suivant :

• Broches 1-7 : Cathodes pour les segments A, B, C, D, E, F, G respectivement.
• Broche 8 : Cathode commune pour les trois points décimaux de droite (DP1, DP2, DP3).
• Broches 9, 10, 11 : Anodes communes pour le Chiffre 3, le Chiffre 2 et le Chiffre 1 respectivement. C'est le point d'alimentation pour chaque chiffre.
• Broche 12 : Anode commune pour les deux points décimaux de gauche (DP4, DP5).
• Broches 13, 14 : Cathodes pour DP5 et DP4 respectivement.

Cette configuration est idéale pour le multiplexage. En activant séquentiellement les anodes communes (broches 9,10,11,12) à l'état HAUT et en évacuant le courant par les broches de cathode de segment appropriées, les trois chiffres et les cinq points décimaux peuvent être contrôlés avec un nombre de broches relativement faible depuis un microcontrôleur.

6. Directives de soudure, assemblage et manipulation

Le respect des spécifications de soudure est critique. Le composant peut supporter une température de soudure maximale de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1,6 mm sous le corps du boîtier. Les profils de refusion standard sans plomb (IPC/JEDEC J-STD-020) sont généralement applicables. Il faut veiller à éviter les contraintes mécaniques sur les broches lors de l'insertion et à prévenir un chauffage excessif lors de la soudure manuelle. Pour le stockage, la plage recommandée est de -35°C à +85°C dans un environnement sec et non condensant.

7. Notes d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

La méthode de commande la plus courante est le multiplexage. Un microcontrôleur utilisera des broches de sortie pour contrôler des interrupteurs à transistors (par exemple, PNP ou MOSFET à canal P) sur les lignes d'anode commune et utilisera des ports d'E/S capables d'absorber du courant ou des circuits intégrés de commande (comme des registres à décalage 74HC595 avec des réseaux Darlington ULN2003) sur les lignes de cathode. Une résistance de limitation de courant est requise pour chaque ligne de cathode (ou intégrée au circuit de commande). La fréquence de multiplexage doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement (typiquement >60 Hz).

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser des résistances en série. Calculer en se basant sur le pire cas (minimum) de VF pour éviter le surcourant.
• Rapport cyclique du multiplexage :Puisque chaque chiffre n'est alimenté qu'une fraction du temps, le courant instantané par segment peut être plus élevé que la moyenne pour obtenir la luminosité souhaitée. Par exemple, dans un multiplexage à 3 chiffres, le rapport cyclique par chiffre est d'environ 1/3. Pour obtenir un courant moyen de 10 mA, le courant instantané pendant son temps actif pourrait être réglé à 30 mA, à condition qu'il ne dépasse pas le courant de crête nominal et que la dissipation de puissance moyenne reste dans les limites.
• Fonction de la diode Zener :La diode Zener intégrée limite toute surtension négative transitoire sur le segment, protégeant la puce LED délicate. Elle ne régule pas la tension pendant le fonctionnement direct normal.
• Angle de vision et montage :S'assurer que l'afficheur est monté droit sur le PCB et que la découpe du panneau est correctement alignée pour maximiser l'avantage du large angle de vision.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux afficheurs sept segments standard sans diodes de protection, le LTC-5689TBZ offre une résilience nettement améliorée contre les surcontraintes électriques provenant de la force contre-électromotrice, de la commutation inductive ou d'erreurs de câblage. Comparé aux afficheurs utilisant l'ancienne technologie GaP ou GaAsP, la puce bleue InGaN fournit une luminosité plus élevée et une couleur bleue plus vive et saturée. La hauteur de chiffre de 0,56 pouce le place dans une catégorie adaptée à une visualisation à moyenne distance, plus grande que les afficheurs CMS miniatures mais plus petite que les grands panneaux de mesure.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

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

R : Peut-être, mais avec prudence. La VF typique est de 3,6V, ce qui est supérieur à 3,3V. Vous pourriez obtenir un éclairage très faible ou nul. Un circuit élévateur ou un circuit intégré de commande alimenté par une tension plus élevée (comme 5V) serait nécessaire pour l'alimentation des LED, tandis que les signaux de contrôle peuvent rester aux niveaux logiques 3,3V.

Q : Pourquoi y a-t-il une spécification de courant inverse (IR) si je ne dois pas appliquer de tension inverse ?

R : Le test IR est un contrôle de qualité de fabrication pour s'assurer que la diode Zener et la jonction LED sont intactes. Ce n'est pas une directive opérationnelle. Une polarisation inverse continue peut dégrader le composant.

Q : Comment contrôler les points décimaux indépendamment ?

R : Les cinq points décimaux sont divisés en deux groupes : DP1/DP2/DP3 (cathode commune sur la broche 8) et DP4/DP5 (cathodes individuelles sur les broches 14 & 13, anode commune sur la broche 12). Ils doivent être commandés en conséquence dans la séquence de multiplexage.

10. Exemple d'application pratique

Cas : Conception d'un affichage simple de voltmètre à 3 chiffres.Un microcontrôleur avec un CAN mesure une tension. Le micrologiciel convertit la lecture en trois chiffres. En utilisant une routine de multiplexage, il active l'anode du Chiffre 1 (broche 11), puis met les broches de cathode (1-7, 8 pour DP) au motif de masse pour la valeur du premier chiffre, attend un court intervalle, puis désactive le Chiffre 1 et active le Chiffre 2 (broche 10), et ainsi de suite. Le point décimal (par exemple, DP2) est allumé en activant son groupe d'anode commune (broche 12 pour DP4/DP5, ou inclus dans le cycle du chiffre pour DP1/2/3) et en mettant sa cathode spécifique à l'état bas pendant la période active du bon chiffre. Des résistances de limitation de courant de 100 Ohms sur chaque ligne de cathode fourniraient un point de fonctionnement sûr à partir d'une alimentation 5V.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de conduction de la diode (environ 3,3-3,6V pour cette LED InGaN) est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique du matériau (InGaN) détermine l'énergie de la bande interdite, qui correspond à la longueur d'onde bleue de la lumière émise. La diode Zener intégrée conduit fortement lorsqu'une tension inverse dépasse sa tension de claquage, dérivant ainsi le courant inverse nocif loin de la jonction LED et la protégeant des dommages.

12. Tendances technologiques

Les LED à base d'InGaN représentent une technologie mature et très efficace pour l'émission bleue et verte. Les tendances dans la technologie d'affichage incluent une évolution vers une densité de pixels plus élevée (segments plus petits ou matrice de points), des circuits de commande et contrôleurs intégrés dans le boîtier de l'afficheur, et l'adoption de boîtiers CMS (Composant Monté en Surface) pour l'assemblage automatisé. Bien que les afficheurs sept segments discrets restent essentiels pour des applications spécifiques, leur rôle est de plus en plus complété par des modules OLED et LCD TFT qui offrent une plus grande flexibilité pour les graphiques et la sortie multicolore. L'intégration de composants de protection comme les diodes Zener, comme on le voit dans le LTC-5689TBZ, reflète une focalisation de l'industrie sur l'amélioration de la robustesse et de la fiabilité dans les applications sensibles au coût.