Fiche technique de l'afficheur LED LTC-4727JD - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Rouge hyper (650nm) - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-4727JD est un module d'affichage alphanumérique quadruple chiffre à sept segments, conçu pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et lumineux. Sa fonction principale est de représenter visuellement des données numériques via des segments adressables individuellement. Le dispositif est construit à l'aide de puces LED avancées en AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) montées sur un substrat non transparent en GaAs. Ce choix de matériau est crucial pour les performances du dispositif, car les semi-conducteurs AlInGaP sont réputés pour leur haute efficacité et leur excellent rendement lumineux dans les régions spectrales du rouge à l'ambre. La présentation visuelle comporte une face avant grise avec des marquages de segments blancs, offrant un contraste élevé pour une lisibilité optimale sous diverses conditions d'éclairage.

L'avantage principal de cet afficheur réside dans sa fiabilité à l'état solide, découlant de la technologie LED, qui offre une durée de vie opérationnelle nettement plus longue que les technologies plus anciennes comme les afficheurs fluorescents sous vide ou à incandescence. Il est catégorisé selon l'intensité lumineuse, ce qui signifie que les unités sont triées et testées pour garantir des niveaux de luminosité constants. Le boîtier est conforme aux exigences de fabrication sans plomb. La conception de l'afficheur privilégie un excellent aspect des caractères, une luminosité élevée et un large angle de vision, le rendant adapté aux interfaces grand public et industrielles où la lisibilité sous plusieurs angles est essentielle.

1.1 Interprétation approfondie des paramètres techniques

1.1.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont définies dans des conditions de test standard à une température ambiante (Ta) de 25°C. Le paramètre clé, l'Intensité Lumineuse Moyenne (Iv), a une plage spécifiée allant d'un minimum de 200 µcd à un maximum de 650 µcd lorsqu'il est piloté par un courant direct (IF) de 1mA. Cette plage indique le processus de tri en production, où les dispositifs sont classés en fonction de leur sortie réelle. La valeur typique sert de point de référence central pour les calculs de conception. Le rapport d'appariement de l'intensité lumineuse pour des zones lumineuses similaires est spécifié à un maximum de 2:1, ce qui est crucial pour garantir une luminosité uniforme sur tous les segments et chiffres, évitant un aspect irrégulier ou inégal.

Les caractéristiques de couleur sont définies par la longueur d'onde. La Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λp) est typiquement de 650 nanomètres (nm), plaçant la sortie dans la région hyper-rouge du spectre. La Longueur d'Onde Dominante (λd) est spécifiée à 639 nm. Il est important de comprendre la distinction : la longueur d'onde de crête est le point de puissance spectrale maximale, tandis que la longueur d'onde dominante est la perception de la couleur par l'œil humain comme une longueur d'onde unique. La Demi-Largeur de Raie Spectrale (Δλ) est de 20 nm, indiquant la bande passante étroite de la lumière émise, ce qui contribue à une couleur rouge pure et saturée.

1.1.2 Paramètres électriques

Les caractéristiques électriques définissent les limites et conditions de fonctionnement du dispositif. Les Valeurs Maximales Absolues fixent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le Courant Direct Continu par segment est évalué à 25 mA. Un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C s'applique linéairement à partir de 25°C, ce qui signifie que le courant continu maximal sûr diminue à mesure que la température ambiante augmente. C'est une considération de conception critique pour la gestion thermique. Pour le fonctionnement en impulsions, un Courant Direct de Crête plus élevé de 90 mA est autorisé dans des conditions spécifiques : un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. Cela permet des schémas de multiplexage où un courant instantané plus élevé peut être utilisé pour obtenir une luminosité perçue tout en maintenant une puissance moyenne faible.

La Tension Directe (VF) par segment varie de 2,1V à 2,6V à IF=20mA. Ce paramètre est essentiel pour concevoir le circuit de limitation de courant, généralement des résistances ou des pilotes à courant constant. La Tension Inverse (VR) nominale est de 5V, et le Courant Inverse (IR) est un maximum de 100 µA à cette tension, indiquant les caractéristiques de fuite de la diode à l'état bloqué. La Puissance Dissipée par segment est limitée à 70 mW, ce qui est directement lié à la conception thermique de l'application.

1.1.3 Spécifications thermiques et environnementales

Le dispositif est conçu pour une Plage de Température de Fonctionnement de -35°C à +105°C. Cette large plage le rend adapté aux applications en environnements sévères, y compris les contrôles industriels et les intérieurs automobiles (zones non critiques). La Plage de Température de Stockage identique garantit que le dispositif peut résister à ces extrêmes lorsqu'il n'est pas alimenté. La condition de refusion est explicitement indiquée : le composant peut être soumis à 260°C pendant 3 secondes, mesuré à 1/16 de pouce (environ 1,59 mm) sous le plan d'assise. Cette information est vitale pour les processus d'assemblage de PCB afin d'éviter les dommages thermiques pendant la soudure.

1.2 Explication du système de tri

La fiche technique indique que le dispositif est "Catégorisé selon l'Intensité Lumineuse". Cela implique un processus de tri où les unités fabriquées sont testées et classées en groupes (bacs) en fonction de leur sortie lumineuse mesurée à un courant de test standard (probablement 1mA ou 20mA). Les concepteurs peuvent sélectionner des bacs pour garantir l'uniformité de la luminosité sur plusieurs afficheurs dans un seul produit. Bien que non détaillé explicitement avec des codes de bac dans ce document, un tel système permet l'approvisionnement de pièces avec une intensité lumineuse minimale ou typique garantie, ce qui est crucial pour les applications nécessitant des performances visuelles uniformes.

1.3 Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux "Courbes Typiques des Caractéristiques Électriques / Optiques", qui sont des outils essentiels pour comprendre le comportement du dispositif au-delà des spécifications ponctuelles. Bien que les courbes spécifiques ne soient pas détaillées dans le texte fourni, les courbes typiques pour de tels dispositifs incluraient :

• Intensité Lumineuse Relative en fonction du Courant Direct (Courbe I-V) :Cette courbe montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant. Elle est généralement non linéaire, l'efficacité diminuant souvent à des courants très élevés en raison des effets thermiques.
• Tension Directe en fonction du Courant Direct :Cela montre la caractéristique IV de la diode, importante pour calculer les chutes de tension et les exigences d'alimentation.
• Intensité Lumineuse Relative en fonction de la Température Ambiante :Cette courbe démontre l'effet d'extinction thermique, où la sortie de la LED diminue à mesure que la température de jonction augmente. Comprendre ceci est clé pour les conceptions fonctionnant à des températures ambiantes élevées.
• Distribution Spectrale :Un graphique montrant la puissance relative émise sur les longueurs d'onde, centré autour du pic de 650nm avec la demi-largeur spécifiée de 20nm.

Ces courbes permettent aux concepteurs d'optimiser les conditions de pilotage pour un équilibre entre luminosité, efficacité et longévité.

2. Informations mécaniques et d'emballage

2.1 Dimensions et dessin de contour

Le dessin du boîtier fournit des données mécaniques critiques. Toutes les dimensions principales sont spécifiées en millimètres. La tolérance standard pour ces dimensions est de ±0,25 mm, sauf indication contraire dans une note de caractéristique spécifique. Une note importante spécifie une tolérance de décalage de la pointe des broches de +0,4 mm, qui tient compte d'un éventuel léger désalignement des broches pendant le processus de moulage, affectant le placement des trous du PCB ou la conception des socles. La taille globale est dictée par la hauteur de chiffre de 0,4 pouce (10,0 mm), qui fait référence à la hauteur physique d'un seul caractère numérique.

2.2 Brochage et schéma de connexion

Le dispositif a une configuration à 16 broches, bien que toutes les positions ne soient pas peuplées ou connectées. Il est configuré comme un afficheur àCathode Commune Multiplexée. Cette architecture est fondamentale pour son fonctionnement :

• Cathodes Communes :Les broches 1, 2, 4, 6 et 8 sont les connexions de cathode commune respectivement pour le Chiffre 1, le Chiffre 2, un groupe de segments (L1,L2,L3), le Chiffre 3 et le Chiffre 4. Dans un schéma multiplexé, ces cathodes sont commutées à la masse séquentiellement pour sélectionner quel chiffre est actif.
• Anodes de Segment :Les broches 3, 5, 7, 11, 13, 14, 15 et 16 sont les connexions d'anode pour les segments individuels (A, B, C, D, E, F, G, DP) et certains segments de deux-points/ponctuation (L1, L2, L3). Les anodes appropriées sont pilotées à l'état haut (via une résistance de limitation de courant) pour illuminer des segments spécifiques du chiffre actuellement sélectionné.
• Le schéma de circuit interne montre l'interconnexion de ces anodes et cathodes, formant une matrice qui permet de contrôler 4 chiffres et un point décimal/deux-points avec seulement 13 lignes de signal effectives, au lieu des 36+ lignes qu'un pilotage statique nécessiterait.

3. Directives de soudure et d'assemblage

La section des valeurs maximales absolues fournit le paramètre de soudure clé : le dispositif peut supporter une température de soudure de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à un point situé à 1,59 mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise. C'est une référence de profil de refusion standard. Pour la soudure manuelle, une température plus basse et un temps de contact plus court doivent être utilisés pour éviter une surchauffe localisée. Il est crucial de s'assurer que la température du boîtier LED elle-même ne dépasse pas la température de stockage maximale nominale pendant toute partie du processus d'assemblage. Des procédures de manipulation ESD (Décharge Électrostatique) appropriées doivent être suivies, car les puces LED sont sensibles à l'électricité statique.

4. Suggestions d'application

4.1 Scénarios d'application typiques

Cet afficheur est idéal pour les applications nécessitant un affichage numérique compact, fiable et lumineux. Les utilisations courantes incluent :

• Équipements de test et de mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations.
• Contrôles industriels :Compteurs de tableau pour la température, la pression, les tours/minute, les affichages de comptage.
• Électronique grand public :Équipements audio (volume/affichages d'amplificateur), appareils électroménagers, horloges.
• Marché secondaire automobile :Jauges et modules d'affichage (lorsque les spécifications environnementales sont adaptées).

4.2 Considérations de conception et mise en œuvre du circuit

Le pilotage de cet afficheur nécessite un contrôleur de multiplexage, qui peut être un circuit intégré pilote d'afficheur dédié (comme le MAX7219 ou le TM1637) ou un microcontrôleur avec suffisamment de broches d'E/S et de logiciel. La conception doit prendre en compte :

• Limitation de courant :Une résistance doit être placée en série avec chaque anode de segment (ou un ensemble d'anodes si un pilote à courant constant est utilisé) pour fixer le courant direct. La valeur est calculée en utilisant R = (Vcc - VF) / IF. En utilisant le VF max de 2,6V et une alimentation de 5V avec un IF cible de 10mA, R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 ohms.
• Fréquence de multiplexage :La fréquence de rafraîchissement doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible, typiquement au-dessus de 60-100 Hz par chiffre. Avec 4 chiffres, la fréquence de balayage doit être de 240-400 Hz.
• Courant de crête vs. Courant moyen :Pour obtenir une luminosité moyenne souhaitée, le courant de crête pendant le court temps de conduction peut être plus élevé. Si le cycle de service est de 1/4 (pour 4 chiffres), un courant de crête de 20mA donne un courant moyen de 5mA par segment, restant dans la limite nominale continue.
• Dissipation thermique :Assurez-vous que la puissance moyenne dissipée par segment (IF * VF * cycle de service) ne dépasse pas 70mW, surtout à des températures ambiantes élevées.

5. Comparaison et différenciation techniques

Le LTC-4727JD se différencie par l'utilisation de la technologie AlInGaP sur un substrat GaAs. Comparé aux anciennes LED rouges en GaP (Phosphure de Gallium), l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, ce qui se traduit par des afficheurs plus lumineux à courant égal ou une consommation d'énergie plus faible pour une même luminosité. Le substrat non transparent aide à améliorer le contraste en empêchant la diffusion interne de la lumière. La caractéristique "segments continus uniformes" indique une conception de puce et de lentille de haute qualité qui évite les espaces ou l'éclairage inégal à l'intérieur d'un segment. Le boîtier sans plomb garantit la conformité avec les réglementations environnementales modernes (RoHS).

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

Q : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?

R : La longueur d'onde de crête est le point physique de la puissance spectrale de sortie maximale de la LED. La longueur d'onde dominante est le point de couleur perçu par l'œil humain, calculé à partir du spectre complet. Elles diffèrent souvent légèrement.

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

R : Oui, mais vous devez vérifier la tension directe. Avec un VF max de 2,6V, il n'y a qu'une marge de 0,7V (3,3V - 2,6V) pour la résistance de limitation de courant. Cette faible chute de tension rend le courant plus sensible aux variations de VF. Un pilote à courant constant est recommandé pour les systèmes 3,3V, ou utilisez un courant cible plus faible.

Q : Pourquoi y a-t-il un facteur de déclassement pour le courant direct ?

R : Les LED génèrent de la chaleur au niveau de la jonction semi-conductrice. Lorsque la température ambiante augmente, la température de jonction augmente pour une dissipation de puissance donnée. Le facteur de déclassement réduit le courant maximal autorisé pour empêcher la température de jonction de dépasser sa valeur nominale maximale, ce qui réduirait considérablement la durée de vie ou provoquerait une défaillance.

Q : Que signifie "cathode commune multiplexée" pour mon circuit de pilotage ?

R : Cela signifie que vous activez un chiffre à la fois en connectant sa broche de cathode commune à la masse (bas). Vous appliquez ensuite une tension aux broches d'anode de segment pour le motif souhaité sur ce chiffre. Vous parcourez rapidement tous les chiffres. L'œil humain intègre la lumière, faisant apparaître tous les chiffres continuellement allumés.

7. Étude de cas de mise en œuvre pratique

Considérez la conception d'un simple voltmètre 4 chiffres utilisant un microcontrôleur et cet afficheur. L'ADC du microcontrôleur lit une tension, la convertit en nombre et pilote l'afficheur. Le microcontrôleur aurait 8 broches d'E/S connectées aux anodes de segment (A-G, DP) via des résistances de limitation de courant. Quatre broches d'E/S supplémentaires contrôleraient des transistors NPN (ou utiliseraient un circuit intégré de réseau de transistors) qui évacuent le courant des quatre broches de cathode de chiffre (1, 2, 6, 8). La broche 4 (cathode commune pour les deux-points) pourrait être reliée à la masse si les deux-points sont toujours allumés, ou contrôlée séparément. Le firmware implémenterait une interruption de temporisateur pour rafraîchir l'afficheur. Dans la routine d'interruption, il éteindrait toutes les cathodes de chiffre, enverrait le motif de segment pour le chiffre suivant vers le port d'anode, puis activerait la cathode de ce chiffre. Ce processus se répète pour chaque chiffre, créant un affichage stable et sans scintillement.

8. Introduction au principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement fondamental est basé sur l'électroluminescence dans une jonction P-N semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de la diode est appliquée, les électrons de la région AlInGaP de type N se recombinent avec les trous de la région de type P. Cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de 650 nm (rouge) est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur AlInGaP, qui est conçue pendant le processus de croissance cristalline. Le substrat GaAs non transparent absorbe la lumière émise vers le bas, améliorant le contraste. Les segments individuels sont formés par plusieurs puces LED ou une seule puce avec une anode structurée, câblée en interne aux broches du boîtier. Le schéma de multiplexage est une technique électrique pour réduire le nombre de lignes de contrôle requises en profitant de la persistance rétinienne de l'œil humain.

9. Tendances technologiques

Bien que l'AlInGaP reste une technologie haute performance pour les LED rouges et ambre, les tendances plus larges de l'industrie des affichages impactent ces composants. Il y a une poussée continue vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), permettant des afficheurs plus lumineux à puissance plus faible ou une génération de chaleur réduite. La miniaturisation est une autre tendance, bien que la hauteur des chiffres soit souvent contrainte par les exigences de lisibilité. L'intégration est une tendance significative ; les modules d'affichage modernes incluent souvent le circuit intégré pilote, le contrôleur, et parfois même un microcontrôleur dans le même boîtier, simplifiant l'interface vers un simple bus série (I2C ou SPI). Cependant, les afficheurs discrets comme le LTC-4727JD restent vitaux pour les conceptions sensibles au coût, les mises en page personnalisées ou les applications où l'électronique de contrôle est centralisée. Le passage vers des matériaux sans plomb et sans halogène conformément aux réglementations environnementales mondiales est désormais standard. Les développements futurs pourraient voir de nouveaux gains d'efficacité grâce à de nouveaux matériaux de substrat ou conceptions de puce, mais l'architecture de base à sept segments multiplexée reste une solution fiable et rentable pour les besoins d'affichage numérique.