Fiche technique de l'afficheur LED LTD-2601JS - Hauteur de chiffre 0,28 pouce - Jaune AlInGaP - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTD-2601JS est un module d'affichage alphanumérique à sept segments et deux chiffres, conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement des nombres et certains caractères limités via des segments adressables individuellement. La technologie de base utilise un matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium), spécifiquement conçu pour émettre de la lumière dans le spectre des longueurs d'onde jaunes. Ce choix de matériau offre des avantages en termes d'efficacité et de pureté de couleur par rapport aux technologies plus anciennes. Le dispositif présente une face avant grise avec des marquages de segments blancs, offrant un contraste élevé pour une lisibilité optimale sous diverses conditions d'éclairage. Il est classé en configuration à anode commune, une conception standard qui simplifie le multiplexage dans les applications multi-chiffres.

1.1 Avantages principaux et marché cible

L'afficheur présente plusieurs avantages clés qui définissent sa position sur le marché. Sa hauteur de chiffre de 0,28 pouce (7 mm) offre un format compact mais lisible, adapté aux panneaux de mesure, à l'instrumentation, aux appareils électroménagers et aux interfaces de contrôle industriel où l'espace est limité. L'utilisation de la technologie AlInGaP offre une intensité lumineuse élevée et un excellent aspect des caractères, garantissant la visibilité même dans des environnements très éclairés. Un large angle de vue est une autre caractéristique essentielle, permettant de lire l'afficheur avec précision depuis différentes positions, ce qui est primordial pour les équipements montés sur panneau. Le dispositif est également catégorisé selon l'intensité lumineuse, ce qui signifie que les unités sont triées pour une luminosité uniforme, et il est proposé dans un boîtier sans plomb conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses), le rendant adapté aux marchés mondiaux soumis à des réglementations environnementales strictes. Le marché cible comprend les concepteurs d'équipements de test et de mesure, de terminaux de point de vente, de tableaux de bord automobiles (affichages secondaires) et d'appareils électroménagers nécessitant des indicateurs numériques fiables et à faible maintenance.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Une compréhension approfondie des paramètres électriques et optiques est cruciale 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 peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées à un fonctionnement continu.

• Puissance dissipée par segment :70 mW. C'est la puissance maximale pouvant être dissipée en chaleur de manière sûre par un seul segment LED. Dépasser cette limite risque une dégradation thermique de la jonction semi-conductrice.
• Courant direct de crête par segment :60 mA. C'est l'impulsion de courant instantanée maximale qu'un segment peut supporter, généralement pertinente pour les schémas de multiplexage avec des impulsions à rapport cyclique élevé.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. C'est le courant maximum recommandé pour un fonctionnement en régime permanent (DC). Un facteur de déclassement de 0,28 mA/°C est spécifié, ce qui signifie que le courant continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante (Ta) dépasse 25°C pour éviter la surchauffe.
• Tension inverse par segment :5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut provoquer un claquage et endommager la LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +105°C. Le dispositif est conçu pour fonctionner et être stocké dans cette large plage de température, adaptée à la plupart des environnements industriels et grand public.

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

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test spécifiées.

• Intensité lumineuse moyenne (Iv) :200 (Min), 600 (Typ) µcd à un courant direct (If) de 1 mA. Ce paramètre, mesuré avec un filtre simulant la réponse de l'œil humain (courbe CIE), quantifie la luminosité perçue. La large plage indique qu'un système de tri est utilisé.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λp) :588 nm (Typ) à If=20mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale, définissant la couleur jaune.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (Typ). Cela indique la pureté spectrale ; une largeur plus étroite signifie une couleur jaune plus saturée et pure.
• Longueur d'onde dominante (λd) :587 nm (Typ). C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain comme correspondant à la couleur de la LED, étroitement liée à la longueur d'onde de crête.
• Tension directe par segment (Vf) :2,05 (Min), 2,6 (Typ) V à If=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse par segment (Ir) :100 µA (Max) à Vr=5V. C'est le faible courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse à sa valeur maximale.
• Rapport d'appariement de l'intensité lumineuse :2:1 (Max). Ceci spécifie la variation de luminosité maximale autorisée entre les segments d'un même chiffre ou entre les chiffres, garantissant un aspect uniforme.
• Diaphonie :≤2,5%. Ce paramètre mesure l'illumination non intentionnelle d'un segment adjacent lorsqu'un segment voisin est activé, causée par une réflexion optique interne ou une fuite électrique.

3. Explication du système de tri

La fiche technique indique explicitement que le dispositif est "Catégorisé selon l'Intensité Lumineuse". Cela implique un processus de tri ou de classement après fabrication.

• Tri par intensité lumineuse :La spécification Iv montre un minimum de 200 µcd et une valeur typique de 600 µcd à 1mA. Les unités sont testées et triées en différentes catégories d'intensité (par ex., haute luminosité, luminosité standard). Les concepteurs peuvent sélectionner une catégorie spécifique pour les applications nécessitant une luminosité uniforme sur plusieurs afficheurs ou séries de production.
• Tri par longueur d'onde/couleur :Bien que non détaillé explicitement avec plusieurs catégories, les spécifications serrées pour la longueur d'onde de crête (588 nm) et dominante (587 nm) indiquent un contrôle de processus rigoureux. Pour les applications critiques d'appariement des couleurs, un tri supplémentaire par longueur d'onde pourrait être disponible en option personnalisée.
• Tri par tension directe :La plage Vf (2,05V à 2,6V) suggère une variation naturelle. Pour les conceptions sensibles à la tension d'alimentation ou visant un appariement précis du courant dans des réseaux multiplexés, la sélection de LED provenant d'une catégorie Vf serrée peut être importante.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que l'extrait PDF mentionne "COURBES CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES / OPTIQUES TYPIQUES", les graphiques spécifiques ne sont pas inclus dans le texte. Sur la base du comportement standard d'une LED, ces courbes incluraient typiquement :

• Courant vs. Tension (Courbe I-V) :Ce graphique montrerait la relation exponentielle entre le courant direct (If) et la tension directe (Vf). Il est essentiel pour déterminer la tension d'alimentation requise pour un courant souhaité et pour concevoir des pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct (Courbe L-I) :Ce tracé montre comment la lumière émise augmente avec le courant. Il est généralement linéaire à faible courant mais peut saturer à des courants plus élevés en raison de l'effet thermique et de la baisse d'efficacité. Cette courbe aide à optimiser le courant de commande pour la luminosité et l'efficacité souhaitées.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante :Cette courbe illustre comment la lumière émise diminue lorsque la température de jonction augmente. Comprendre ce déclassement est critique pour les applications fonctionnant dans des environnements à haute température.
• Courbe de distribution spectrale :Un tracé de la puissance optique relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~588 nm et la demi-largeur spectrale de ~15 nm, confirmant les caractéristiques de couleur jaune.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier et tolérances

L'afficheur est conforme au format standard traversant DIP (Dual In-line Package). Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent : toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,25 mm sauf indication contraire. La tolérance de décalage de la pointe des broches est de ±0,4 mm, ce qui est important pour le placement des trous sur le PCB. Des contrôles qualité spécifiques sont notés : les corps étrangers sur un segment doivent être ≤10 mils, la contamination par l'encre sur la surface ≤20 mils, la flexion doit être ≤1/100, et les bulles dans le matériau du segment doivent être ≤10 mils.

5.2 Connexion des broches et circuit interne

Le dispositif possède 10 broches en une seule rangée. Le schéma de circuit interne montre qu'il s'agit d'un type à anode commune avec deux broches d'anode commune distinctes (Broche 6 pour le Chiffre 2, Broche 9 pour le Chiffre 1). Chaque segment (A, B, C, D, E, F, G, et Point Décimal) a sa propre broche de cathode dédiée. Cette configuration est standard pour le multiplexage : en activant séquentiellement une anode commune (chiffre) à la fois et en pilotant les broches de cathode appropriées pour les segments de ce chiffre, plusieurs chiffres peuvent être contrôlés avec un nombre réduit de broches d'E/S.

6. Directives de soudure et d'assemblage

La fiche technique fournit des conditions de soudage spécifiques pour éviter les dommages thermiques pendant l'assemblage du PCB : "Conditions de soudure : 1/16 de pouce sous le plan d'assise pendant 3 secondes à 260°C." Cela fait référence à la soudure à la vague. La pointe du fer doit être positionnée à 1,6 mm (1/16") sous le corps plastique de l'afficheur, et le temps de contact ne doit pas dépasser 3 secondes à une température maximale de 260°C. Cela empêche le boîtier plastique de fondre ou les fils de liaison internes d'être endommagés par une chaleur excessive. Pour la soudure par refusion, le profil ne doit pas dépasser la température maximale dérivée de la température de stockage (+105°C) plus une marge de sécurité, bien qu'un profil de refusion spécifique ne soit pas fourni. Les composants doivent être stockés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine dans un environnement contrôlé pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

La méthode de pilotage la plus courante est le multiplexage. Un microcontrôleur utiliserait deux broches d'E/S comme sélecteurs de chiffre (absorbant le courant pour les anodes communes via des transistors) et 8 broches d'E/S (ou un registre à décalage) pour absorber le courant pour les cathodes des segments. Une résistance de limitation de courant est requise en série avec chaque cathode de segment ou chaque anode commune. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (Vcc - Vf_led) / I_desired. Étant donné que Vf est typiquement de 2,6V à 20mA, avec une alimentation de 5V, R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ohms. Pour un fonctionnement multiplexé, le courant instantané par segment peut être plus élevé (par ex., 20mA) mais le courant moyen, compte tenu du rapport cyclique, doit rester dans la limite de fonctionnement continu.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours des résistances en série ou des pilotes à courant constant. Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension.
• Fréquence de multiplexage :Utilisez une fréquence de rafraîchissement suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible (typiquement >60 Hz par chiffre). La persistance rétinienne intègre la lumière.
• Angle de vue :Positionnez l'afficheur de manière à ce que la direction de vision principale soit dans l'angle de vue large spécifié pour un meilleur contraste.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Bien que non explicitement indiqué, les LED sont sensibles aux décharges électrostatiques. Manipulez-les avec des précautions ESD pendant l'assemblage.
• Dissipation thermique :Dans les applications à haute luminosité ou à température ambiante élevée, assurez-vous que la conception du PCB permet une certaine dissipation thermique du boîtier LED, surtout si le pilotage est proche du courant continu maximal.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux anciens afficheurs LED rouges GaAsP (Phosphure d'Arséniure de Gallium), la technologie AlInGaP du LTD-2601JS offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, ce qui se traduit par des afficheurs plus lumineux à courant égal, ou une luminosité équivalente à puissance inférieure. La couleur jaune (587-588 nm) se situe dans une région de haute sensibilité pour la vision photopique (diurne) humaine, la faisant paraître subjectivement plus lumineuse que les LED rouges ou vertes de puissance rayonnante similaire. Comparé aux afficheurs contemporains à éclairage latéral ou à matrice de points, le format sept segments est plus simple à piloter et à décoder, offrant un coût système plus faible pour les applications purement numériques. Son boîtier traversant offre une fixation mécanique robuste par rapport aux alternatives CMS, ce qui est bénéfique dans les applications soumises aux vibrations.

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

• Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3V ?R : Oui. La Vf typique est de 2,6V, donc avec une alimentation de 3,3V, il reste 0,7V de marge pour une résistance de limitation de courant. La valeur de la résistance serait plus petite : R = (3,3 - 2,6) / I_desired. Assurez-vous que le courant souhaité est réalisable dans les capacités de source/puits de courant de la broche du microcontrôleur.
• Q : Quel est l'objectif du facteur de déclassement pour le courant continu ?R : Le facteur de déclassement (0,28 mA/°C) tient compte de la capacité réduite de dissipation thermique à des températures ambiantes plus élevées. À une température ambiante de 85°C, le courant continu maximal autorisé est de 25mA - [0,28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16,8mA = 8,2mA. Fonctionner au-dessus de ce courant déclassé risque de dépasser la température de jonction maximale.
• Q : La fiche technique mentionne un "Point Décimal à Droite". Qu'est-ce que cela signifie ?R : Cela indique la position du segment du point décimal. Un "Point Décimal à Droite" signifie que le point décimal est situé à droite du chiffre, ce qui est la convention standard pour afficher les nombres fractionnaires (par ex., "12,3").
• Q : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?R : Pour un fonctionnement typique à 20mA par segment ou moins dans une température ambiante modérée, un dissipateur thermique dédié n'est pas nécessaire. Le PCB lui-même agit comme un répartiteur de chaleur. Cependant, pour un fonctionnement continu aux valeurs maximales absolues ou dans des environnements à haute température, la gestion thermique doit être envisagée.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'une lecture simple de voltmètre numérique.Un concepteur a besoin d'un afficheur à deux chiffres pour afficher des tensions de 0,0 à 9,9V pour une alimentation de laboratoire. Le LTD-2601JS est sélectionné pour sa lisibilité et son interface simple. L'ADC du microcontrôleur lit la tension, la convertit en nombre décimal, et recherche les codes 7 segments pour le chiffre des dizaines, le chiffre des unités et le point décimal. Deux transistors NPN sont utilisés pour commuter les broches d'anode commune (Chiffres 1 & 2) à la masse. Huit broches d'E/S du microcontrôleur, chacune avec une résistance série de 120 ohms, sont connectées aux cathodes des segments (A-G et DP). Le micrologiciel multiplexe les chiffres à 100 Hz. La face grise/segments blancs offre un excellent contraste sur le panneau noir de l'alimentation. La haute luminosité garantit sa visibilité dans un laboratoire bien éclairé. La conformité sans plomb répond aux normes environnementales de l'entreprise pour les nouveaux produits.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Le principe fondamental est l'électroluminescence dans une jonction P-N semi-conductrice. Le matériau AlInGaP est un semi-conducteur à bande interdite directe. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction (approximativement égal à Vf) est appliquée, les électrons de la région N sont injectés à travers la jonction dans la région P, et les trous de la région P se déplacent vers la région N. Ces porteurs minoritaires injectés (électrons côté P, trous côté N) se recombinent avec les porteurs majoritaires. Dans un matériau à bande interdite directe comme l'AlInGaP, une partie significative de ces recombinaisons est radiative, ce qui signifie qu'elles libèrent de l'énergie sous forme de photons (lumière). L'énergie spécifique du photon, et donc sa longueur d'onde (couleur), est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est conçue par les rapports précis d'Aluminium, d'Indium, de Gallium et de Phosphore. Le substrat non transparent de GaAs aide à réfléchir la lumière vers le haut, augmentant l'intensité lumineuse vers l'avant. Chaque segment est une puce LED séparée, et la combinaison des segments allumés forme le chiffre ou le caractère souhaité.

12. Tendances et évolutions technologiques

Bien que les afficheurs sept segments traversants comme le LTD-2601JS restent pertinents pour le prototypage, les kits éducatifs et les applications nécessitant un montage mécanique robuste, la tendance générale de l'industrie va résolument vers les boîtiers CMS (Composants Montés en Surface). Les LED CMS offrent un encombrement plus petit, un profil plus bas, une adaptabilité à l'assemblage automatisé par pick-and-place, et souvent de meilleures performances thermiques via une fixation directe sur le PCB. Pour les afficheurs, les circuits intégrés pilotes intégrés deviennent plus courants, combinant le réseau de LED avec une logique de balayage et parfois même des interfaces de communication série (comme I2C ou SPI), réduisant considérablement la charge d'E/S et logicielle du microcontrôleur. En termes de matériaux, tandis que l'AlInGaP est excellent pour le rouge, l'orange et le jaune, l'InGaN (Nitrures d'Indium et de Gallium) domine les marchés des LED bleues, vertes et blanches en raison de sa plus grande capacité d'ajustement de la bande interdite. Pour les futurs afficheurs, les technologies micro-LED et mini-LED promettent une densité, une luminosité et une efficacité encore plus élevées, bien qu'elles soient actuellement destinées aux écrans vidéo haute résolution plutôt qu'aux simples afficheurs segmentés. Le principe durable du format sept segments, cependant, garantit son utilité dans les applications numériques critiques pour la lisibilité et sensibles au coût pour un avenir prévisible.