Fiche technique de l'afficheur LED LTC-2621JR - Hauteur de chiffre 0,28 pouce - Super Rouge - Tension directe 2,6V - Faible consommation

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-2621JR est un module d'afficheur compact à diodes électroluminescentes (LED) sept segments double chiffre. Sa fonction principale est de fournir une sortie numérique claire et lisible dans une large gamme d'appareils électroniques et d'instrumentation. La technologie de base repose sur le matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium), conçu pour produire une couleur super rouge avec un rendement lumineux élevé. Le dispositif se caractérise par son fonctionnement à faible courant, le rendant adapté aux applications alimentées par batterie ou soucieuses de l'énergie où la minimisation de la consommation est critique. L'afficheur présente un fond gris et des segments blancs, ce qui améliore le contraste et la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage.

1.1 Avantages principaux

• Faible exigence en puissance :Conçu pour fonctionner à des courants directs très faibles, avec des segments conçus pour être pilotés efficacement à des courants aussi bas que 1 mA. Cela réduit considérablement la consommation électrique globale du système.
• Haute luminosité et contraste :Utilise la technologie AlInGaP pour délivrer une intensité lumineuse élevée, garantissant une excellente visibilité. La conception fond gris/segments blancs améliore encore les rapports de contraste.
• Excellente apparence des caractères :Comporte des segments continus et uniformes (hauteur de chiffre 0,28 pouce/7,0 mm) pour des caractères numériques homogènes et d'aspect professionnel.
• Large angle de vision :Offre une visibilité claire depuis un large éventail d'angles, ce qui est essentiel pour les interfaces utilisateur.
• Fiabilité à l'état solide :En tant que dispositif à base de LED, il offre une longue durée de vie opérationnelle, une résistance aux chocs et une fiabilité supérieures aux technologies d'affichage mécaniques ou autres.
• Catégorisé par intensité lumineuse :Les dispositifs sont triés ou catégorisés en fonction de leur flux lumineux, permettant une meilleure homogénéité dans les applications nécessitant une luminosité uniforme sur plusieurs afficheurs.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces paramètres est crucial pour une conception de circuit appropriée et pour garantir des performances d'affichage optimales.

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement en dehors de ces limites n'est pas garanti et doit être évité.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW maximum. Cette limite est déterminée par la capacité de la puce LED à dissiper la chaleur. La dépasser peut entraîner un emballement thermique et une défaillance.
• Courant direct de crête par segment :100 mA maximum, mais uniquement en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cette valeur est destinée aux scénarios de multiplexage ou de surcharge brève, et non pour un fonctionnement continu en courant continu.
• Courant direct continu par segment :25 mA maximum à 25°C. Ce courant 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 autorisé serait d'environ : 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = ~5,2 mA. Cette dégradation est cruciale pour la gestion thermique.
• Tension inverse par segment :5 V maximum. Les LED ont une faible tension de claquage inverse. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut provoquer une défaillance immédiate et catastrophique de la jonction PN.
• 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, mesuré à 1,6 mm sous le plan d'assise. Il s'agit d'une ligne directrice standard de profil de soudage par refusion pour éviter d'endommager le boîtier plastique et les liaisons internes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques mesurés à Ta=25°C. Les concepteurs doivent utiliser ces valeurs pour les calculs de circuit.

• Intensité lumineuse moyenne (I_VV) :200 μcd (Min), 600 μcd (Typ) à I_FF = 1 mA. C'est le paramètre de luminosité clé au point de fonctionnement recommandé à faible courant. La large plage (200-600) indique que le dispositif est trié ; les concepteurs doivent en tenir compte ou spécifier un tri pour une luminosité uniforme.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_pP) :639 nm (Typ) à I_FF = 20 mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale. Elle définit la couleur "super rouge".
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :20 nm (Typ) à I_FF = 20 mA. Cela mesure la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise. Une valeur de 20 nm est typique pour les LED rouges AlInGaP et indique une couleur relativement pure.
• Longueur d'onde dominante (λ_dD) :631 nm (Typ) à I_FF = 20 mA. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond le mieux à la couleur de la LED. Elle est légèrement plus courte que la longueur d'onde de crête.
• Tension directe par segment (V_FF) :2,0 V (Min), 2,6 V (Typ) à I_FF = 20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit. Elle est cruciale pour calculer les valeurs des résistances en série. La valeur typique de 2,6V est plus élevée que celle des LED rouges GaAsP standard, ce qui est caractéristique de la technologie AlInGaP.
• Courant inverse par segment (I_RR) :100 μA (Max) à V_RR = 5 V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse à sa valeur maximale.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (I_{V-m) :}2:1 (Max). Cela spécifie le rapport maximal admissible entre le segment le plus lumineux et le moins lumineux au sein d'un même dispositif ou entre dispositifs. Un rapport de 2:1 signifie que le segment le moins lumineux ne peut pas être moins de la moitié aussi lumineux que le plus lumineux, garantissant ainsi l'uniformité.2:1 (Max). Cela spécifie le rapport maximal admissible entre le segment le plus lumineux et le moins lumineux au sein d'un même dispositif ou entre dispositifs. Un rapport de 2:1 signifie que le segment le moins lumineux ne peut pas être moins de la moitié aussi lumineux que le plus lumineux, garantissant ainsi l'uniformité.

3. Explication du système de tri

La fiche technique indique que le dispositif est "Catégorisé par intensité lumineuse". Cela fait référence à un processus de tri.

• Tri par intensité lumineuse :Après fabrication, les LED sont testées et triées en différents lots en fonction de leur flux lumineux mesuré à un courant de test standard (par exemple, 1 mA ou 20 mA). La plage d'I_VV du LTC-2621JR (200-600 μcd) englobe probablement plusieurs lots. L'utilisation de LED du même lot dans une application multi-chiffres ou multi-unités garantit une luminosité uniforme sur l'afficheur, ce qui est critique pour l'esthétique du produit et la lisibilité. Les concepteurs peuvent souvent spécifier un code de lot d'intensité particulier lors de la commande.
• Tri par tension directe :Bien que non explicitement mentionné pour cette référence, le tri par tension est également courant. Le regroupement des LED par V_FF similaire peut aider à concevoir des réseaux de limitation de courant plus simples et plus uniformes, en particulier dans les configurations parallèles ou multiplexées.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des "Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques". Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu typique et leur importance.

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (Courbe I_VV / I_FF) :Ce graphique montrerait comment la sortie lumineuse augmente avec le courant. Pour les LED, la relation est généralement linéaire à faible courant mais peut saturer à des courants plus élevés en raison d'effets thermiques. La courbe confirme l'utilisabilité du dispositif à très faible courant (1 mA).
• Tension directe en fonction du courant direct (Courbe V_FF / I_FF) :Cette courbe exponentielle est cruciale pour déterminer la résistance dynamique de la LED et pour concevoir des pilotes à courant constant. Elle montre que V_FF augmente avec I_F.
• F. Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :Cette courbe démontre la dégradation thermique de la sortie lumineuse. Pour les LED AlInGaP, l'intensité lumineuse diminue généralement lorsque la température augmente. C'est une considération clé pour les applications fonctionnant dans des environnements à haute température.
• Distribution spectrale :Un graphique montrant la puissance optique relative en fonction des longueurs d'onde, centré autour de 639 nm avec une demi-largeur d'environ 20 nm. Cela définit les caractéristiques de couleur.

5. Informations mécaniques et de boîtier

Le LTC-2621JR est fourni dans un boîtier LED sept segments double chiffre standard.

• Hauteur de chiffre :0,28 pouces (7,0 mm).
• Dimensions du boîtier :La fiche technique inclut un dessin dimensionnel détaillé (non reproduit ici). Les tolérances clés sont de ±0,25 mm (0,01"), ce qui est standard pour ce type de composant. Les concepteurs doivent utiliser ces dimensions pour la conception de l'empreinte PCB et des découpes de panneau.
• Configuration des broches :Le dispositif a une configuration à 16 broches (certaines broches sont "Non Connecté" ou "Pas de Broche"). C'est un type à anode commune multiplexée. Le brochage est le suivant :
  • Anodes communes : Broches 2 (Chiffre 1), 5 (Chiffre 2), 8 (Chiffre 3) et 13 (L1, L2, L3).
  • Cathodes de segment : Broches 1 (D), 3 (D.P.), 4 (E), 6 (C, L3), 7 (G), 12 (B, L2), 15 (A, L1), 16 (F).
  • Les broches 9, 10, 11, 14 sont notées comme Non Connecté ou Pas de Broche.
• Schéma de circuit interne :La fiche technique montre les connexions électriques internes. Elle confirme la structure multiplexée à anode commune : toutes les anodes pour un chiffre donné (et les LED optionnelles L1-L3) sont reliées ensemble en interne, tandis que les cathodes de chaque segment sont séparées. Cela permet de contrôler les trois chiffres séquentiellement (multiplexés) en utilisant un seul jeu de pilotes de segments.
• Identification de la polarité :Le boîtier a probablement un marqueur physique (un point, une encoche ou un chanfrein) pour identifier la broche 1. L'orientation correcte est essentielle pour éviter les dommages pendant le soudage et le fonctionnement.

6. Lignes directrices pour le soudage et l'assemblage

Le respect de ces lignes directrices est nécessaire pour éviter les dommages thermiques pendant le processus d'assemblage du PCB.

• Profil de soudage par refusion :La condition maximale recommandée est une température de crête de 260°C pendant un maximum de 3 secondes. Ceci est mesuré à 1,6 mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise du boîtier (c'est-à-dire sur le PCB). Les profils de refusion standard sans plomb se situent généralement dans cette limite, mais le temps au-dessus du liquidus (TAL) doit être contrôlé.
• Soudage manuel :Si un soudage manuel est nécessaire, un fer à souder à température contrôlée doit être utilisé. Le temps de contact par broche doit être minimisé (typiquement<3 secondes), et un dissipateur thermique (par exemple, des pinces) peut être utilisé sur la patte entre le fer et le corps du boîtier.
• Nettoyage :N'utiliser que des agents de nettoyage compatibles avec le matériau de la lentille plastique de la LED pour éviter le ternissement ou les dommages chimiques.
• Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-35°C à +85°C). Les dispositifs sensibles à l'humidité doivent être conservés dans des sacs scellés avec un dessicant s'ils ne sont pas séchés avant utilisation.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Électronique grand public portable :Multimètres numériques, équipements de test portatifs, lecteurs audio compacts ou traqueurs d'activité où la faible consommation est primordiale.
• Instrumentation industrielle :Compteurs de tableau, contrôleurs de processus, afficheurs de minuterie et indicateurs de capteurs où la fiabilité et un fonctionnement à large plage de température sont requis.
• Afficheurs pour l'automobile (après-vente) :Jaquettes auxiliaires (voltmètres, horloge) pour usage intérieur, bien qu'un scellement environnemental puisse être nécessaire.
• Appareils électroménagers :Afficheur pour fours à micro-ondes, machines à café ou thermostats.
• Kits éducatifs :Idéal pour les projets d'apprentissage de l'électronique impliquant des afficheurs multiplexés et l'interfaçage avec des microcontrôleurs.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :TOUJOURS utiliser des résistances de limitation de courant en série pour chaque ligne de cathode de segment (ou un pilote à courant constant). La valeur de la résistance est calculée en utilisant : R = (V_alim - V_FF - V_{chute_pilote}) / I_FF. Pour une alimentation de 5V, V_FF de 2,6V, et un I_FF souhaité de 10 mA : R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω. Utiliser la V_FF maximale de la fiche technique pour une conception conservatrice.
• Pilotage en multiplexage :Puisqu'il s'agit d'un afficheur multiplexé à anode commune, un microcontrôleur ou un circuit intégré pilote doit activer séquentiellement l'anode commune de chaque chiffre (broches 2, 5, 8) tout en envoyant le motif de segment correspondant sur les lignes de cathode. La fréquence de rafraîchissement doit être suffisamment élevée (>60 Hz) pour éviter le scintillement visible.
• Courant de crête en multiplexage :Lors du multiplexage de N chiffres, le courant instantané par segment pendant son temps ON est typiquement N fois le courant moyen souhaité. Pour un multiplexage à 3 chiffres avec une moyenne de 3 mA par segment, le courant de crête serait d'environ 9 mA. Cela doit être vérifié par rapport aux Caractéristiques maximales absolues (25 mA continu, 100 mA pulsé).
• Angle de vision :Positionner l'afficheur en tenant compte de son large angle de vision pour garantir une lisibilité optimale pour l'utilisateur final.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques. Mettre en œuvre les procédures de manipulation ESD standard pendant l'assemblage.

8. Comparaison et différenciation techniques

Le LTC-2621JR se différencie sur le marché par des choix technologiques spécifiques.

• AlInGaP vs. GaAsP/GaP traditionnel :Les anciennes LED rouges utilisaient des substrats GaAsP ou GaP, qui avaient un rendement plus faible et produisaient une lumière plus rouge-orange. La technologie AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé (plus de lumière par mA), une meilleure pureté de couleur (rouge saturé à ~631-639 nm) et une stabilité thermique supérieure. Cela se traduit par des afficheurs plus lumineux avec une consommation d'énergie plus faible ou une autonomie de batterie plus longue.
• Optimisation pour faible courant :De nombreux afficheurs sept segments sont caractérisés à 20 mA. Le LTC-2621JR est explicitement testé et sélectionné pour d'excellentes performances à très faible courant (1 mA typ.), ce qui en fait un composant spécialisé pour les conceptions à ultra-faible consommation.
• Fond gris/Segments blancs :Ce choix esthétique améliore le contraste lorsque l'afficheur est éteint (apparence noire/grise) et améliore la définition des segments lorsqu'ils sont allumés, par rapport aux boîtiers entièrement noirs ou gris.

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

9.1 Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3V sans convertisseur de niveau ?

Oui, généralement. La tension directe typique (V_FF) est de 2,6V à 20 mA. À un courant de pilotage plus faible (par exemple, 5-10 mA), V_FF sera légèrement plus basse (par exemple, 2,4V). Une broche GPIO 3,3V peut directement absorber du courant via une résistance en série pour allumer un segment. Calcul : Pour une broche GPIO absorbant 5 mA avec une V_FF de 2,4V, la valeur de la résistance serait (3,3V - 2,4V) / 0,005A = 180 Ω. Assurez-vous que la capacité totale d'absorption de courant du microcontrôleur n'est pas dépassée.

9.2 Pourquoi l'intensité lumineuse est-elle donnée sous forme de plage (200-600 μcd) ? Comment garantir une luminosité uniforme ?

La plage représente la dispersion due au tri. Pour garantir l'uniformité, vous avez deux options : 1) Concevoir votre circuit pour fonctionner correctement sur toute la plage (par exemple, assurer la lisibilité au minimum de 200 μcd). 2) Spécifier un code de tri d'intensité lumineuse plus serré lors de la commande des composants pour la production, garantissant que toutes les unités de votre lot ont une sortie similaire. Consultez la documentation complète de tri du fabricant.

9.3 Quel est l'objectif des connexions "L1, L2, L3" mentionnées avec certaines cathodes ?

Ce sont des connexions vers des indicateurs LED optionnels et séparés (probablement de petits points ou icônes) qui font partie du même boîtier mais sont électriquement indépendants des chiffres sept segments. Ils partagent une anode commune (broche 13) mais ont des cathodes individuelles (broches 15/L1, 12/L2, 6/L3). Ils peuvent être utilisés pour des symboles comme des deux-points, des points décimaux pour d'autres chiffres ou des indicateurs d'état.

9.4 Comment calculer la consommation électrique de ma conception d'afficheur ?

Pour une conception multiplexée avec N chiffres, M segments allumés par chiffre en moyenne, et un courant de segment de crête I_crête, la puissance moyenne approximative est : P_moy ≈ N * (M / 7) * I_crête * V_FF * (1/N) = (M / 7) * I_crête * V_FF. Le facteur (1/N) provient du cycle de service du multiplexage. Exemple : Afficher "88.8" (M=7 segments) avec I_crête=10 mA et V_FF=2,6V : P_moy ≈ (7/7) * 0,01 * 2,6 = 0,026 W ou 26 mW pour l'afficheur complet à 3 chiffres.

10. Étude de cas d'intégration

Scénario :Conception d'un thermomètre numérique à 3 chiffres alimenté par batterie et à faible consommation.

• Microcontrôleur :Un MCU basse consommation fonctionnant à 3,3V avec des broches GPIO capables d'absorber 10 mA.
• Méthode de pilotage :Multiplexage. Trois broches GPIO sont configurées comme sorties pour piloter les anodes communes (Chiffres 1, 2, 3) via de petits transistors NPN ou MOSFET (pour gérer le courant combiné des segments). Sept autres broches GPIO pilotent les cathodes de segment via des résistances de limitation de courant.
• Réglage du courant :Cibler un courant de segment moyen de 2 mA pour une bonne visibilité et une longue autonomie de batterie. Avec un multiplexage à 3 chiffres, le courant de crête par segment sera d'environ 6 mA. En utilisant V_FF = 2,5V (estimé à 6 mA), et une tension de saturation du pilote de 0,2V, la valeur de la résistance série est : R = (3,3V - 2,5V - 0,2V) / 0,006A ≈ 100 Ω.
• Logiciel :Le timer du MCU déclenche une interruption à 180 Hz (60 Hz par chiffre * 3 chiffres). Dans la routine de service d'interruption, il éteint l'anode du chiffre précédent, met à jour le motif de segment pour le chiffre suivant, puis allume l'anode du nouveau chiffre.
• Résultat :L'afficheur consomme moins de 15 mW, offre une lisibilité sans scintillement, et tire parti des performances optimisées à faible courant du LTC-2621JR pour maximiser l'autonomie de la batterie.

11. Introduction au principe technologique

Le LTC-2621JR est basé sur la technologie d'éclairage à l'état solide. Chaque segment contient une ou plusieurs puces LED AlInGaP. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de la diode est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique des couches AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, le rouge à ~639 nm. La lumière est émise par le haut de la puce, façonnée par la lentille du boîtier plastique pour former les segments uniformes. La configuration multiplexée à anode commune est un schéma de câblage interne qui réduit le nombre de broches de pilote externes requises de (7 segments + 1 DP) * 3 chiffres = 24 à 7 lignes de segment + 3 lignes de chiffre = 10, plus quelques-unes pour les LED optionnelles, le rendant beaucoup plus pratique à interfacer avec des microcontrôleurs.

12. Tendances technologiques

Bien que le LTC-2621JR représente une technologie mature et fiable, le paysage plus large des afficheurs évolue. La tendance dans les afficheurs d'information va vers une intégration et une flexibilité plus élevées. Les afficheurs à LED organiques (OLED) et micro-LED offrent des facteurs de forme auto-émissifs, à haut contraste et flexibles. Cependant, pour les affichages numériques simples, les afficheurs LED segmentés traditionnels restent très compétitifs en raison de leur extrême simplicité, robustesse, faible coût, haute luminosité et large plage de température de fonctionnement. La tendance spécifique dans ce segment va vers une consommation d'énergie encore plus faible, des matériaux plus efficaces (comme l'AlInGaP amélioré ou l'InGaN pour d'autres couleurs) et l'intégration de l'électronique de pilotage (comme des interfaces I2C ou SPI) directement dans le module d'afficheur, réduisant le nombre de composants externes et simplifiant la conception. L'accent mis par le LTC-2621JR sur le fonctionnement à ultra-faible courant correspond bien à la demande persistante de composants écoénergétiques dans les appareils portables et IoT.