Fiche technique de l'afficheur LED LTC-5675KG - Hauteur de chiffre 0,52 pouce - Vert AlInGaP - Tension directe 2,6V - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-5675KG est un module d'affichage alphanumérique à sept segments et quatre chiffres. Sa fonction principale est de fournir des informations numériques et alphanumériques limitées, claires et très visibles, dans divers appareils électroniques et instruments. La technologie de base utilise des puces LED AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) montées sur un substrat non transparent en GaAs, réputé pour produire une lumière verte à haut rendement. L'afficheur présente une face avant grise avec des marquages de segments blancs, offrant un excellent contraste pour les segments verts éclairés. Cette conception est destinée aux applications nécessitant des affichages numériques fiables, à semi-conducteurs, avec une faible consommation d'énergie et des performances visuelles supérieures, telles que les panneaux de contrôle industriel, les équipements de test, les appareils grand public et l'instrumentation où plusieurs chiffres sont nécessaires dans un facteur de forme compact.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

• Taille des chiffres :Hauteur de caractère de 0,52 pouce (13,2 mm), offrant une bonne lisibilité.
• Conception des segments :Segments continus et uniformes pour un excellent aspect et une esthétique des caractères.
• Performances optiques :Haute luminosité et rapport de contraste élevé pour une visibilité claire dans diverses conditions d'éclairage.
• Angle de vision :Large angle de vision, garantissant la lisibilité de l'affichage depuis des positions hors axe.
• Efficacité énergétique :Faible besoin en puissance, le rendant adapté aux applications alimentées par batterie ou soucieuses de l'énergie.
• Fiabilité :Fiabilité des semi-conducteurs sans pièces mobiles, conduisant à une longue durée de vie opérationnelle.
• Contrôle qualité :Les dispositifs sont catégorisés selon l'intensité lumineuse, permettant un appariement cohérent de la luminosité dans les applications à plusieurs chiffres ou plusieurs unités.
• Conformité environnementale :Boîtier sans plomb conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses).

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Il est déconseillé de fonctionner en dehors de ces limites.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW maximum. Cela limite le courant continu maximal en fonction de la tension directe.
• Courant direct de crête par segment :60 mA maximum, mais uniquement en conditions pulsées (1 kHz, rapport cyclique de 25%). Cette valeur est destinée au multiplexage ou aux conditions de surtension brève.
• Courant direct continu par segment :25 mA maximum à 25°C. Ce courant est déclassé linéairement de 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante 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.
• Tension inverse par segment :5 V maximum. Dépasser cette valeur peut provoquer une rupture de jonction.
• Plage de température de fonctionnement :-35°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour des plages de température industrielles.
• Plage de température de stockage :-35°C à +85°C.
• Conditions de soudure :260°C pendant 3 secondes, avec la stipulation que cette mesure est prise à 1/16 de pouce (environ 1,6mm) en dessous du plan d'assise du composant. Il s'agit d'une ligne directrice typique de profil de refusion.

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

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

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :C'est le paramètre clé de luminosité.
  • Minimum : 320 µcd à I_F= 1 mA
  • Typique : 1050 µcd à I_F= 10 mA
  • Maximum : 11550 µcd à I_F= 10 mA. La large plage de min à max indique que les dispositifs sont triés (catégorisés). Les concepteurs doivent sélectionner des catégories appropriées pour une luminosité uniforme.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :571 nm (typique) à I_F=20mA. Cela se situe dans la région verte du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (typique). Cela indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière verte émise.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :572 nm (typique). Légèrement différente de la longueur d'onde de crête, c'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain pour correspondre à la couleur de la source.
• Tension directe par segment (V_F) :2,1V (min), 2,6V (typique) à I_F=20mA. Ceci est crucial pour concevoir le circuit de limitation de courant. Le circuit de commande doit fournir suffisamment de tension pour surmonter cette V_F.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 µA maximum à V_R=5V. Une valeur faible indique une bonne qualité de jonction.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 maximum pour les segments dans la "zone de lumière similaire". Cela signifie que le segment le plus lumineux ne doit pas être plus de deux fois plus lumineux que le segment le moins lumineux au sein d'un seul chiffre ou d'un groupe spécifié, assurant ainsi une uniformité visuelle.

Note sur la mesure :L'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'une combinaison capteur/filtre qui approxime la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant que les valeurs correspondent à la perception humaine de la luminosité.

3. Explication du système de tri

La fiche technique indique explicitement que les dispositifs sont "catégorisés pour l'intensité lumineuse". Il s'agit d'un processus de tri.

• Tri par intensité lumineuse :La large dispersion dans la spécification I_V(320 à 11550 µcd à 10mA) implique l'existence de plusieurs catégories de luminosité. Les fabricants testent et trient les composants en groupes (catégories) en fonction de leur sortie mesurée. Cela permet aux clients d'acheter des pièces avec des niveaux de luminosité minimale garantis (par exemple, une catégorie avec I_V> 8000 µcd) pour les applications haute luminosité, ou des catégories standard pour les conceptions sensibles au coût. L'utilisation de pièces triées est essentielle pour obtenir un aspect uniforme sur plusieurs afficheurs ou chiffres.
• Cohérence de la longueur d'onde :Bien que non explicitement indiqué comme trié, les valeurs typiques serrées pour λ_p(571 nm) et λ_d(572 nm) suggèrent un bon contrôle de processus, résultant en une couleur verte cohérente d'un lot de production à l'autre.

4. Analyse des courbes de performance

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

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V) :Ce graphique montrerait la relation exponentielle. Il est essentiel pour déterminer la tension d'alimentation nécessaire pour un courant de commande donné et pour calculer la dissipation de puissance (P = V_F* I_F).
• Intensité lumineuse vs Courant direct :Cette courbe montre comment la luminosité augmente avec le courant. Elle est généralement non linéaire, avec une efficacité (lumens par watt) qui diminue souvent à des courants très élevés en raison de l'échauffement. La fiche technique fournit des points discrets à 1mA et 10mA.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :Pour les LED AlInGaP, la sortie lumineuse diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe est vitale pour concevoir des applications fonctionnant sur toute la plage de température (-35°C à +85°C) afin d'assurer une luminosité adéquate à haute température.
• Distribution spectrale :Un graphique montrant l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, centré autour de 571-572 nm avec une demi-largeur d'environ 15 nm, confirmant la sortie de couleur verte.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier d'afficheur LED standard. Le dessin dimensionnel (référencé mais non détaillé dans le texte) montrerait typiquement :

• La longueur, la largeur et la hauteur globales du module.
• L'espacement entre les chiffres (pas).
• Les dimensions et l'espacement des segments.
• L'espacement, la longueur et le diamètre des broches (pattes). La note indique que toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,25 mm sauf indication contraire.

5.2 Configuration des broches et polarité

Le LTC-5675KG est un dispositif àanode commune. Cela signifie que les anodes de toutes les LED pour chaque chiffre sont connectées ensemble en interne et ramenées à une seule broche par chiffre (Broches 10-13 : Anode Chiffre 1-4). Les cathodes de chaque segment (A-G, DP) sont partagées entre tous les chiffres et connectées à leurs broches respectives (Broches 27-30, 35-37 pour les segments A-G ; Broches 31-34 pour les points décimaux). Cette configuration est idéale pour le multiplexage.

Fonctionnement en multiplexage :Pour afficher un nombre, un microcontrôleur doit :

1. Définir le motif des cathodes de segments (A-G) pour le caractère souhaité.
2. Activer (appliquer une tension à) la broche d'anode commune pour le chiffre spécifique où ce caractère doit apparaître.
3. Parcourir séquentiellement l'anode de chaque chiffre à haute fréquence (par exemple, 100Hz+), créant la perception que tous les chiffres sont allumés simultanément. Cela réduit considérablement le nombre de broches de commande et la consommation d'énergie par rapport à une commande statique.

Schéma de circuit interne :Le diagramme référencé confirme visuellement l'architecture à anode commune et multiplexée, montrant les quatre anodes de chiffres et les sept+une cathodes de segments.

6. Lignes directrices de soudure et d'assemblage

• Soudure par refusion :La condition spécifiée est de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du corps du composant. Cela correspond aux profils de refusion sans plomb typiques (température de crête 245-260°C).
• Précautions :
  • Éviter les contraintes mécaniques sur les pattes pendant la manipulation.
  • S'assurer que l'afficheur n'est pas soumis à des températures dépassant la température de stockage maximale avant ou après la soudure.
  • Suivre les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) pendant la manipulation.
• Conditions de stockage :Stocker dans la plage de température spécifiée de -35°C à +85°C dans un environnement sec pour éviter l'absorption d'humidité, qui pourrait provoquer un "effet pop-corn" pendant la refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Instrumentation industrielle :Compteurs de panneau, contrôleurs de processus, afficheurs de temporisation.
• Équipement de test et de mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations.
• Appareils grand public/commerciaux :Fours à micro-ondes, équipement audio, terminaux de point de vente.
• Marché secondaire automobile :Jauges et afficheurs où une haute luminosité est nécessaire pour la visibilité en plein jour.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :TOUJOURS utiliser des résistances de limitation de courant en série pour chaque cathode de segment ou anode de chiffre (selon le schéma de commande). La valeur de la résistance est calculée comme R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V, V_F=2,6V, et I_F=10mA : R = (5 - 2,6) / 0,01 = 240 Ω.
• Pilote de multiplexage :Utiliser un microcontrôleur avec suffisamment de broches d'E/S ou des circuits intégrés pilotes LED dédiés (par exemple, MAX7219, TM1637) qui gèrent le multiplexage et le contrôle du courant. Les CI pilotes simplifient la conception et offrent souvent un contrôle de la luminosité.
• Dissipation de puissance :Calculer la puissance totale, surtout lors de l'alimentation de tous les segments de plusieurs chiffres simultanément pendant le multiplexage. S'assurer qu'elle ne dépasse pas les valeurs nominales et considérer la gestion thermique si le fonctionnement a lieu à des températures ambiantes élevées.
• Appariement de la luminosité :Pour les meilleurs résultats visuels, spécifier une catégorie d'intensité lumineuse auprès de votre fournisseur, surtout si vous utilisez plusieurs afficheurs.
• Angle de vision :Le large angle de vision permet un montage flexible, mais il faut considérer la ligne de vue principale de l'utilisateur lors de la conception mécanique.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux technologies plus anciennes comme les LED vertes standard au GaP (Phosphure de Gallium) ou les afficheurs à incandescence avec filtre, la technologie AlInGaP du LTC-5675KG offre :

• Efficacité et luminosité supérieures :L'AlInGaP offre une efficacité lumineuse supérieure, permettant des affichages plus lumineux à des courants plus faibles.
• Meilleure saturation des couleurs :La couleur verte est généralement plus pure et plus vive.
• Fiabilité améliorée :Les LED à semi-conducteurs ont une durée de vie beaucoup plus longue que les afficheurs à incandescence ou à fluorescence sous vide (VFD).
• Consommation d'énergie réduite :Essentiel pour les appareils portables et alimentés par batterie.
• Comparé à certaines LED blanches modernes à puce bleue + phosphore utilisées derrière des filtres, le vert AlInGaP est souvent plus efficace pour les applications monochromatiques vertes.

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

1. Q : Quelle est la différence entre "longueur d'onde de crête" et "longueur d'onde dominante" ?
   
   R : La longueur d'onde de crête est la longueur d'onde unique à laquelle le spectre d'émission a son intensité maximale. La longueur d'onde dominante est la longueur d'onde unique de la lumière monochromatique qui correspondrait à la couleur perçue de la source. Elles sont souvent proches mais pas identiques, la longueur d'onde dominante étant plus pertinente pour la perception humaine.
2. Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3V sans circuit intégré pilote ?
   
   R : Possible, mais avec prudence. La V_Ftypique est de 2,6V à 20mA. À 3,3V, la marge de tension pour la résistance de limitation de courant n'est que de 0,7V. Pour un courant de 10mA, vous auriez besoin d'une résistance de 70Ω. C'est faisable, mais les variations de V_Fet de la tension d'alimentation pourraient entraîner une variation significative du courant. Un pilote LED dédié ou un tampon à transistor est plus robuste.
3. Q : Pourquoi le courant continu est-il déclassé avec la température ?
   
   R : Lorsque la température de jonction de la LED augmente, son efficacité interne diminue et le risque d'emballement thermique augmente. Le déclassement du courant empêche une génération de chaleur excessive, garantissant une fiabilité à long terme et évitant la dégradation de la luminosité ou la défaillance.
4. Q : Que signifie "catégorisé pour l'intensité lumineuse" pour ma conception ?
   
   R : Cela signifie que vous devriez travailler avec votre distributeur pour sélectionner une catégorie de luminosité spécifique (par exemple, une valeur I_Vminimale). Si vous ne le faites pas, vous pourriez recevoir des pièces de différentes catégories, entraînant des différences de luminosité notables entre les chiffres ou entre différentes unités de votre produit.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un voltmètre de panneau à 4 chiffres en courant continu.

1. Sélection du microcontrôleur :Choisir un MCU avec au moins 12 broches d'E/S numériques (4 anodes de chiffres + 7 cathodes de segments + 1 point décimal) ou utiliser un expanseur d'E/S.
2. Circuit de commande :Mettre en œuvre le multiplexage dans le micrologiciel. Le MCU parcourra rapidement les chiffres 1 à 4. Pour chaque chiffre, il définit le motif des segments sur les broches de cathode et active la broche d'anode correspondante via un petit transistor NPN (puisque le courant d'anode pour un chiffre '8' entièrement allumé pourrait être de 8 segments * 10mA = 80mA, dépassant les limites de la plupart des broches MCU).
3. Limitation de courant :Placer huit résistances de 220Ω (une pour chaque cathode de segment A-G et DP). Cela limite le courant par segment à ~10-11mA avec une alimentation de 5V et une V_F.
4. Contrôle de la luminosité :Mettre en œuvre un PWM logiciel (Modulation de Largeur d'Impulsion) sur le temps d'activation des chiffres pour atténuer globalement l'affichage si nécessaire.
5. Résultat :Un affichage compact, efficace et lumineux montrant des lectures de tension de 0,000 à 19,99V, avec une excellente lisibilité dans des conditions d'éclairage intérieures et extérieures grâce aux segments AlInGaP à haut contraste et haute luminosité.

11. Introduction au principe technologique

Le LTC-5675KG est basé sur la technologie des semi-conducteursAlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium). Ce système de matériaux est cultivé par épitaxie sur unsubstrat non transparent en GaAs (Arséniure de Gallium). Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n des couches AlInGaP, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique des atomes d'Al, In, Ga et P dans la couche active détermine l'énergie de la bande interdite, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. Pour ce dispositif, la composition est ajustée pour produire une lumière verte centrée autour de 572 nm. Le substrat non transparent signifie que la lumière est principalement émise par la surface supérieure de la puce, ce qui convient à la structure d'affichage basée sur des segments. Les puces LED individuelles sont connectées par fil et assemblées dans le motif standard à sept segments à l'intérieur du boîtier plastique.

12. Tendances et contexte technologiques

La technologie AlInGaP représente une solution mature et hautement optimisée pour les LED rouges, oranges, ambre et vertes à haut rendement. Dans le paysage des afficheurs :

• Pour les afficheurs monochromes :L'AlInGaP reste un choix de premier ordre pour le vert pur, le rouge et l'ambre en raison de son efficacité et de sa pureté des couleurs, surpassant souvent les LED blanches à puce bleue+phosphore filtrées pour ces couleurs.
• Contexte du marché :Alors que les OLED à matrice de points et les écrans LCD TFT dominent dans les afficheurs couleur et à contenu d'information élevé, les afficheurs LED à sept segments comme le LTC-5675KG conservent une position forte dans les applications nécessitant des affichages numériques simples, très lumineux, peu coûteux, fiables et à faible consommation.
• Évolutions futures :Les tendances incluent de nouvelles améliorations de l'efficacité, un tri encore plus serré de la luminosité et des couleurs pour les applications haut de gamme, et l'intégration de l'électronique de commande et des interfaces de communication (comme I2C) directement dans le module d'affichage, simplifiant la conception du système. Cependant, le facteur de forme fondamental à sept segments et la technologie AlInGaP pour les couleurs standard devraient rester pertinents pendant de nombreuses années dans leurs applications cibles.