Fiche technique du tube numérique LED LTS-3401LJF - Hauteur de caractère 0,8 pouce - Jaune-orange - Tension directe 2,6V - Consommation 70mW - Document technique

1. Présentation du produit

Le LTS-3401LJF est un afficheur numérique à un seul digit, utilisant une diode électroluminescente (LED) à sept segments, conçu spécifiquement pour les applications nécessitant une indication numérique claire et à faible consommation d'énergie. Sa technologie de base repose sur un matériau semi-conducteur en aluminium-indium-gallium-phosphure (AlInGaP), réputé pour produire une lumière à haut rendement dans la gamme spectrale allant de l'ambre au rouge-orange. Ce dispositif émet une lumière jaune-orange. L'afficheur présente un panneau gris et des segments blancs, ce qui améliore le contraste et la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage. Les principaux objectifs de conception de ce composant sont une faible consommation d'énergie, une excellente apparence des caractères (avec une luminosité uniforme des segments) et une fiabilité à l'état solide, le rendant largement applicable à divers équipements électroniques grand public et industriels nécessitant une présentation claire et efficace des données numériques.

1.1 Avantages clés

• Fonctionnement à faible consommation d'énergie :Conçu spécifiquement pour une consommation d'énergie minimale, il constitue un choix idéal pour les applications alimentées par batterie ou sensibles à la consommation d'énergie.
• Haute visibilité :Offre une excellente apparence des caractères, avec des segments continus et uniformes ainsi qu'un large angle de vision, garantissant une lecture claire depuis différentes positions.
• Fiabilité à l'état solide :En tant que dispositif à base de LED, il offre une durée de vie plus longue, une résistance aux chocs et des performances stables par rapport aux afficheurs mécaniques ou à filament.
• Interface standard :Les exigences de pilotage compatibles avec les circuits intégrés simplifient l'intégration avec les microcontrôleurs et circuits logiques courants.
• Performance de gradation :Les dispositifs sont classés en fonction de leur intensité lumineuse, garantissant une uniformité de luminosité dans les applications à affichages numériques multi-segments.

2. Détails des spécifications techniques

Cette section présente une analyse détaillée et objective des paramètres électriques, optiques et physiques clés définis dans la spécification.

2.1 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques définissent les limites et les conditions de fonctionnement de l'écran.

• Valeurs maximales absolues :Ce sont les limites de contrainte qui ne doivent en aucun cas être dépassées pour éviter tout dommage permanent.
  • Consommation par segment :Maximum 70 mW. Cela limite l'effet combiné du courant direct et de la chute de tension sur chaque segment de LED.
  • Courant direct continu par segment :Maximum 25 mA à 25°C. Lorsque la température ambiante dépasse 25°C, le courant doit être réduit selon un facteur de déclassement linéaire de 0,33 mA/°C.
  • Courant de crête direct par segment :Maximum 60 mA, mais uniquement autorisé en conditions d'impulsion (rapport cyclique 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cela permet une suralimentation brève dans les applications multiplexées pour atteindre une luminosité de crête plus élevée.
  • Tension inverse par segment :Maximum 5 V. Dépasser cette valeur peut endommager la jonction PN de la LED.
  • Plage de températures de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C.
  • Température de soudure :À 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) sous le plan de montage, maintenir à 260°C pendant 3 secondes. Il s'agit d'un paramètre clé pour les procédés de soudure à la vague ou de refusion.
• Caractéristiques électriques/optiques (à T_A=25°C) :Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques.
  • Tension directe (V_F) :À I_F=20mA, elle est de 2,05 V (minimum), 2,6 V (typique). Il s'agit de la chute de tension aux bornes d'un segment allumé pour un courant d'attaque spécifié.
  • Courant inverse (I_R) :À V_R=5V, maximum 100 µA. Cela représente le courant de fuite minimal lorsque la LED est polarisée en inverse.

2.2 Caractéristiques optiques

Les paramètres optiques quantifient la sortie lumineuse et les caractéristiques de couleur de l'écran.

• L'intensité lumineuse moyenne (I_V) :À I_F=1mA) est de 320 µcd (minimum), 900 µcd (typique). Il s'agit de la luminosité perçue des segments mesurée par un capteur correspondant à l'efficacité lumineuse spectrale de l'œil humain (courbe CIE). Sa large plage de valeurs indique un processus de classement.
• Le rapport de correspondance de l'intensité lumineuse (I_V-m) :À I_F=10mA, le rapport maximal est de 2:1. Cela spécifie la variation de luminosité maximale autorisée entre différents segments d'un même afficheur numérique ou entre différents dispositifs, garantissant ainsi une uniformité visuelle.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :À I_F=20mA, elle est de 611 nm (typique). Il s'agit de la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :À I_FÀ =20mA, elle est de 605 nm (valeur typique). Il s'agit de la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond le mieux à la couleur de la lumière émise, définissant sa teinte jaune-orangé.
• Largeur à mi-hauteur de la raie spectrale (Δλ) :À I_FÀ =20mA, elle est de 17 nm (valeur typique). Cela représente la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise ; une valeur plus faible signifie une couleur plus monochromatique (pure).

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que le dispositif est "classé selon l'intensité lumineuse". Cela fait référence au processus de tri (classement) après la production.

• Classement par intensité lumineuse :Après fabrication, les LED sont testées et classées en fonction de leur intensité lumineuse mesurée sous un courant de test standard (par exemple, 1 mA ou 10 mA). La valeur typique de 900 µcd et la valeur minimale de 320 µcd définies dans la fiche technique délimitent la plage de classement possible. L'utilisation de composants classés garantit un niveau de luminosité uniforme pour tous les segments d'un afficheur numérique à plusieurs chiffres, ce qui est essentiel pour l'uniformité esthétique et fonctionnelle du produit final. Les concepteurs doivent consulter le fabricant pour connaître la disponibilité des codes de classement spécifiques et les spécifications d'achat.

4. Analyse de la courbe de performance

Bien que l'extrait PDF fourni mentionne des "courbes caractéristiques électriques/optiques typiques", les graphiques spécifiques ne sont pas inclus dans le texte. En général, ces courbes incluent :

• Intensité lumineuse relative vs. Courant direct (Courbe I-V) :Ce graphique montre comment la puissance optique augmente avec le courant d'attaque, généralement de manière sous-linéaire, mettant en évidence les variations d'efficacité.
• Tension directe vs. Courant direct :Décrit la relation exponentielle I-V de la diode, essentielle pour la conception de circuits de limitation de courant.
• Intensité lumineuse relative vs. Température ambiante :Montre comment la sortie lumineuse diminue avec l'augmentation de la température de jonction, crucial pour la gestion thermique dans les applications à haute température ou haute luminosité.
• Distribution spectrale :Graphique de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant visuellement la longueur d'onde de crête, la longueur d'onde dominante et la largeur à mi-hauteur du spectre.

Les concepteurs doivent toujours se référer à la fiche technique complète incluant les graphiques pour bien comprendre ces relations et réaliser une conception de circuit robuste.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions physiques

Cet appareil est décrit comme un afficheur avec une hauteur de caractère de 0,8 pouce, ce qui correspond à une hauteur de 20,32 mm pour les caractères numériques eux-mêmes. Le dessin des dimensions du boîtier (mentionné mais non détaillé dans le texte) spécifiera la longueur, la largeur et la hauteur totales du boîtier plastique, l'espacement des broches et la position des segments. Sauf indication contraire, la tolérance est généralement de ±0,25 mm. Un dessin mécanique précis est essentiel pour la conception des pastilles du PCB et pour assurer un montage correct dans le boîtier.

5.2 Configuration des broches et circuit interne

Le LTS-3401LJF est unAnode communeAffichage. Cela signifie que les anodes de tous les segments LED (ainsi que le point décimal) sont connectées en interne et sorties sur une broche commune (4, 6, 12, 17). Les cathodes des segments individuels (A-G, et les points décimaux gauche/droit) ont leurs propres broches. Pour allumer un segment, il faut amener sa broche de cathode correspondante à un niveau bas (connectée à la masse ou à un puits de courant), tout en maintenant la broche d'anode commune à un niveau haut (connectée à Vcc via une résistance de limitation de courant)._CC). Le tableau de brochage est crucial pour une conception de PCB correcte et le développement des routines logicielles de pilotage. Plusieurs broches (1, 8, 9, 16, 18) sont listées comme "sans broche", ce qui signifie qu'elles sont physiquement présentes mais non connectées électriquement (N/C).

6. Guide de soudage et d'assemblage

La fiche technique fournit un paramètre de soudage critique : le boîtier peut supporter une température de soudage de 260 °C pendant 3 secondes, le point de mesure étant situé à 1/16 de pouce (1,6 mm) sous le plan de montage. Il s'agit de la référence standard pour le soudage à la vague. Pour le soudage par refusion, le profil de température standard sans plomb avec un pic d'environ 260 °C est applicable, mais le temps au-dessus de la ligne de liquidus doit être contrôlé. Il est recommandé de suivre les directives standard JEDEC/IPC pour les dispositifs sensibles à l'humidité (le cas échéant) et d'éviter toute contrainte mécanique sur les broches pendant l'assemblage. Le stockage doit s'effectuer dans la plage de température spécifiée de -35 °C à +85 °C et dans un environnement sec.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Équipements de test et de mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations.
• Électronique grand public :Écrans pour horloges, minuteries, appareils électroménagers de cuisine, équipements audio.
• Commande industrielle :Instruments de tableau de bord, indicateurs de processus, lectures des systèmes de contrôle.
• Marché de l'automobile après-vente :Instruments et écrans nécessitant une haute visibilité et une grande fiabilité.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance en série pour chaque connexion à anode commune (ou pour chaque segment dans un schéma de multiplexage) afin de définir le courant direct. Utilisez la formule R = (V_CC- V_F) / I_F Calculez la valeur de la résistance. Pour la conception de sécurité, utilisez la valeur maximale de V spécifiée dans la fiche technique._F.
• Pilote de réutilisation :Pour les afficheurs à plusieurs digits, les circuits de pilotage par multiplexage sont courants. Cela implique d'alimenter rapidement chaque digit en cycle (via l'anode commune) tout en présentant les données de segment correspondant à ce digit. Cela réduit considérablement le nombre de broches d'E/S nécessaires. Dans une telle configuration, il faut veiller à ne pas dépasser le courant de crête nominal (60 mA à un rapport cyclique de 1/10).
• Angle de vision :Un large angle de vision est bénéfique, mais il faut tenir compte de la ligne de visée de l'utilisateur prévu lors de l'installation de l'écran.
• Gestion thermique :Bien que la consommation d'énergie soit faible, dans des environnements à haute température ambiante ou avec des réglages de luminosité élevés, il est nécessaire de garantir que la température du boîtier reste dans les limites spécifiées en tenant compte de la disposition de la carte de circuit imprimé et du flux d'air.

8. Comparaison et différenciation techniques

La principale différenciation du LTS-3401LJF réside dans son utilisation deAlInGaPLa technologie permet l'émission de lumière jaune-orange. Comparée aux technologies traditionnelles telles que les LED GaAsP (phosphoarséniure de gallium), l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse significativement plus élevée, permettant ainsi une sortie plus lumineuse à courant d'alimentation identique, ou une consommation d'énergie plus faible à luminosité égale. Elle offre généralement une meilleure stabilité et une meilleure cohérence de couleur sur la plage de température et de durée de vie. Par rapport aux LED blanches (généralement des LED bleues avec un revêtement phosphorescent), ce dispositif monochromatique présente une efficacité lumineuse supérieure dans les applications nécessitant une lumière ambre/orange spécifique (par exemple, environnements à faible luminosité ou compatibles avec la vision nocturne).

9. Foire aux questions (basée sur les paramètres techniques)

• Question : Quel est le rôle des connexions "sans broches" ?
  Réponse : Ce sont des espaces réservés mécaniques qui aident à maintenir le boîtier pendant le processus de soudure et assurent l'intégrité structurelle. Ne les connectez à aucun réseau électrique dans le circuit.
• Question : Puis-je piloter cet écran directement avec une broche de microcontrôleur 5V ?
  Réponse : Non. Une résistance de limitation de courant est obligatoire. Connecter directement le 5V à la cathode (anode haute) tenterait de tirer un courant excessif, endommageant la LED et pouvant endommager la broche du microcontrôleur. Calculez la valeur de la résistance en fonction de votre tension d'alimentation et du courant de segment souhaité.
• Question : Que signifie "anode commune" pour ma conception de circuit ?
  Réponse : Cela signifie que vous devez fournir une tension positive (V_CC), et absorbe le courant vers la masse via les broches cathodiques pour allumer les segments. Votre circuit de pilotage (par exemple, un microcontrôleur) activera un segment en mettant la broche d'E/S connectée à sa cathode à l'état logique bas (0V).
• Q : Comment assurer une luminosité uniforme dans une conception à afficheurs numériques multi-digit ?
  R : Procurez-vous des composants avec le même code de classement d'intensité lumineuse auprès du fabricant. De plus, assurez-vous que toutes les résistances de limitation de courant des segments ont la même valeur et utilisez un courant de pilotage constant dans les schémas de commande multiplexés ou statiques.

10. Études de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Concevoir un affichage simple pour la lecture d'un voltmètre numérique.
Un concepteur utilise un LTS-3401LJF pour créer un affichage de voltmètre à courant continu avec trois afficheurs à sept segments. Il utilise un microcontrôleur avec un convertisseur analogique-numérique (ADC) pour mesurer la tension. Trois afficheurs sont utilisés. Les broches du microcontrôleur ne sont pas suffisantes pour piloter directement tous les segments (3 chiffres * 8 segments = 24 lignes), une conception multiplexée est donc choisie. Un registre à décalage de 8 bits avec des sorties à puits de courant constant (par exemple, un 74HC595 avec des transistors externes ou un circuit intégré pilote de LED dédié) est utilisé pour contrôler toutes les cathodes de segments (A-G, DP) de tous les afficheurs. Trois broches d'E/S du microcontrôleur sont utilisées pour activer sélectivement l'anode commune de chaque afficheur via de petits transistors PNP ou MOSFET. Le logiciel parcourt rapidement l'activation de chaque afficheur (1, 2, 3) tout en décalant le motif de segments correspondant vers le registre à décalage. L'effet de persistance rétinienne fait paraître tous les afficheurs allumés en continu. Le concepteur a calculé la résistance de limitation de courant pour la ligne d'anode commune en se basant sur une alimentation de 5V, une V_Ff de 2.6V et un courant de segment moyen souhaité de 10mA, ajusté pour un rapport cyclique de 1/3 dû au multiplexage des trois afficheurs.

11. Introduction aux principes techniques

Le LTS-3401LJF est basé sur le principe d'électroluminescence dans une jonction PN de semi-conducteur AlInGaP (phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium). Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons provenant du matériau de type N se recombinent avec les trous provenant du matériau de type P dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage AlInGaP détermine l'énergie de bande interdite du semi-conducteur, ce qui détermine directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise – dans ce cas, un jaune-orange (longueur d'onde dominante d'environ 605 nm). L'utilisation d'un substrat GaAs opaque aide à absorber la lumière parasite, améliorant ainsi le contraste et contribuant à l'excellente apparence des caractères de l'affichage. Les sept segments indépendants sont constitués de multiples minuscules puces LED AlInGaP disposées en motif, chaque puce étant électriquement isolée et adressable individuellement.

12. Tendances technologiques

Bien que les afficheurs LED à sept segments restent une solution robuste et économique pour l'affichage numérique, le domaine plus large des technologies d'affichage évolue constamment. Une tendance vers une intégration plus poussée existe, comme les afficheurs avec contrôleur intégré (interface I2C ou SPI), ce qui réduit considérablement les E/S du microcontrôleur nécessaires et la complexité logicielle. En termes de matériaux, la technologie AlInGaP est mature et très efficace pour la lumière ambrée/rouge. Pour les applications en couleur complète ou lumière blanche, les LED bleues/vertes/blanches basées sur InGaN (nitrure d'indium-gallium) dominent. Les tendances futures pourraient inclure des tensions de fonctionnement plus basses, une efficacité accrue (plus de lumière par watt) et l'intégration d'afficheurs sur des substrats flexibles ou transparents, bien que ces tendances soient plus pertinentes pour les nouveaux types d'affichage que pour les dispositifs numériques segmentés traditionnels. Les avantages fondamentaux des LED – fiabilité, longue durée de vie et fonctionnement basse tension – assurent leur utilisation continue dans les applications où ces facteurs sont primordiaux.