Fiche technique de l'afficheur LED LTC-5753JD-01 - Hauteur de chiffre 0,56 pouce - Rouge hyper (650nm) - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-5753JD-01 est un module d'affichage alphanumérique haute performance, quadruple chiffre à sept segments, conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement des données numériques sur quatre chiffres distincts, chacun composé de sept segments LED adressables individuellement plus un point décimal. L'appareil est conçu pour être intégré dans les tableaux de bord, les systèmes de contrôle industriel, les équipements de test, l'électronique grand public et toute interface où un affichage numérique multidigit fiable est essentiel.

L'avantage principal de cet afficheur réside dans l'utilisation de la technologie semi-conductrice AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) pour les puces LED rouge hyper. Ce système de matériaux est réputé pour son haut rendement et son excellente intensité lumineuse dans le spectre rouge-orange. L'afficheur présente un fond gris clair avec des segments blancs, ce qui améliore considérablement le contraste et la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage, contribuant à son "excellente apparence des caractères". L'appareil est catégorisé selon l'intensité lumineuse, garantissant des niveaux de luminosité constants entre les lots de production pour une performance visuelle uniforme dans les installations multi-unités.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective détaillée des principaux paramètres techniques définis dans la fiche technique, expliquant leur importance pour la conception et l'application.

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

La performance optique est centrale pour la fonctionnalité de l'afficheur. Les paramètres clés sont mesurés dans des conditions de test standardisées (typiquement Ta=25°C).

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :Varie d'un minimum de 200 µcd à une valeur typique de 650 µcd pour un courant direct (I_F) de 1mA. Ce paramètre quantifie la luminosité perçue d'un segment allumé par l'œil humain, en utilisant un filtre qui se rapproche de la courbe de réponse photopique CIE. La valeur typique élevée assure une bonne visibilité.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :650 nanomètres (nm). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de la LED est à son maximum. Elle définit la caractéristique de couleur "Rouge hyper".
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :639 nm. C'est la longueur d'onde unique qui correspond le mieux à la couleur perçue de la lumière LED par l'œil humain. La différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante est typique pour les LED en raison de la forme du spectre d'émission.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :20 nm. Ceci spécifie la largeur de bande de la lumière émise, mesurée comme la largeur à mi-hauteur (FWHM) de la distribution de puissance spectrale. Une valeur de 20 nm indique une couleur rouge relativement pure et saturée.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 maximum. C'est un paramètre critique pour l'uniformité de l'affichage. Il spécifie que l'intensité lumineuse d'un segment ne doit pas être plus du double de celle de tout autre segment au sein du même appareil lorsqu'ils sont pilotés dans des conditions identiques (I_F=1mA). Ceci assure une luminosité équilibrée sur tous les segments d'un chiffre.

2.2 Caractéristiques électriques et thermiques

Ces paramètres définissent les limites et conditions de fonctionnement électrique pour une utilisation fiable et sûre.

• Tension directe par segment (V_F) :Typiquement 2,6V, avec un maximum de 2,6V à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes d'un segment LED lorsqu'il conduit du courant. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant dans l'étage de pilotage.
• Courant direct continu par segment (I_F) :25 mA maximum à 25°C. C'est le courant continu maximum qui peut être appliqué en continu à un seul segment sans risque de dégradation. La fiche technique spécifie un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C au-dessus de 25°C, ce qui signifie que le courant maximum autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente pour gérer la température de jonction.
• Courant direct de crête par segment :90 mA maximum. Ceci n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec un rapport cyclique de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1ms. Cela permet des schémas de multiplexage où un courant instantané plus élevé est utilisé pour obtenir une luminosité perçue tout en maintenant la dissipation de puissance moyenne dans les limites.
• Tension inverse par segment (V_R) :5 V maximum. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut provoquer une défaillance immédiate et catastrophique de la jonction LED.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 µA maximum à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans sa limite maximale.
• Puissance dissipée par segment (P_D) :70 mW maximum. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée sous forme de chaleur dans un seul segment. Dépasser cette limite, principalement déterminée par I_F* V_F, peut entraîner une surchauffe et réduire la durée de vie.

2.3 Valeurs maximales absolues et limites environnementales

Ce sont des limites de contrainte qui ne doivent en aucun cas être dépassées, même momentanément. Un fonctionnement au-delà de ces valeurs peut causer des dommages permanents.

• Plage de température de fonctionnement :-35°C à +85°C. Le fonctionnement de l'appareil est garanti dans cette plage de température ambiante, bien que des paramètres électriques comme le courant direct puissent nécessiter un déclassement à haute température.
• Plage de température de stockage :-35°C à +85°C. L'appareil peut être stocké sans fonctionnement dans cette plage.
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques aux puces LED ou au boîtier.

3. Système de classement et catégorisation

La fiche technique indique explicitement que l'appareil est "catégorisé selon l'intensité lumineuse". Ceci indique un processus de classement en production. Bien que des codes de classement spécifiques ne soient pas fournis dans cet extrait, la catégorisation typique pour de tels afficheurs implique le regroupement des unités en fonction de l'intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard (par exemple, I_F=1mA). Cela garantit que les concepteurs qui s'approvisionnent en plusieurs afficheurs pour un seul produit peuvent obtenir une luminosité uniforme sur toutes les unités, ce qui est vital pour des produits finis d'aspect professionnel. Il est sous-entendu que d'autres paramètres clés comme la tension directe et la longueur d'onde dominante sont également contrôlés dans des tolérances spécifiées pour garantir une performance cohérente.

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 détaillés dans le texte fourni, les courbes standard pour de tels appareils incluent typiquement :

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (I_Ven fonction de I_F) :Montre comment la luminosité augmente avec le courant, généralement de manière sous-linéaire à des courants plus élevés en raison de l'échauffement et de la baisse d'efficacité.
• Tension directe en fonction du courant direct (V_Fen fonction de I_F) :Démontre la caractéristique exponentielle I-V de la diode, cruciale pour concevoir des pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante (I_Ven fonction de T_a) :Illustre comment la sortie de la LED diminue lorsque la température de jonction augmente, soulignant l'importance de la gestion thermique.
• Distribution de puissance spectrale :Un graphique montrant l'intensité de la lumière émise sur le spectre des longueurs d'onde, centré autour du pic de 650nm.

Ces courbes permettent aux concepteurs de prédire les performances dans des conditions de fonctionnement non standard et d'optimiser leurs circuits de pilotage pour l'efficacité et la longévité.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions physiques et contour

Le dessin du boîtier est référencé. Les caractéristiques clés d'un afficheur standard 4 chiffres, 0,56 pouce incluent une taille de module globale abritant quatre chiffres côte à côte, un espacement des broches compatible avec les socles DIP (Dual In-line Package) standard ou les empreintes PCB, et une hauteur de segment de 14,2 mm. La caractéristique "segments uniformes continus" suggère une apparence sans soudure entre les chiffres, souvent obtenue avec une seule face avant moulée. Les tolérances sur les dimensions sont typiquement de ±0,25 mm sauf indication contraire.

5.2 Brochage et schéma de circuit

L'appareil a une configuration à 12 broches. Il utilise une architecture de multiplexage àcathode commune. Cela signifie que la cathode (côté négatif) de toutes les LED pour un chiffre spécifique sont connectées ensemble en interne, tandis que les anodes (côté positif) pour chaque type de segment (A-G, DP) sont partagées entre tous les chiffres.

• Broches 6, 8, 9, 12 :Ce sont les broches de cathode commune pour le Chiffre 4, le Chiffre 3, le Chiffre 2 et le Chiffre 1, respectivement.
• Broches 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11 :Ce sont les broches d'anode pour les segments E, D, DP, C, G, B, F et A, respectivement.

Le schéma de circuit interne montrerait quatre ensembles de sept LED (plus DP) arrangés avec leurs anodes reliées aux lignes de segment et leurs cathodes reliées aux lignes de chiffre respectives. Cette structure est fondamentale pour la technique de pilotage par multiplexage.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le respect du profil de soudure spécifié est non négociable pour la fiabilité. La valeur maximale absolue pour la température de soudure est de 260°C pendant 3 secondes. En pratique, un profil de refusion sans plomb avec une température de pic légèrement inférieure à ce maximum (par exemple, 250°C) est recommandé pour fournir une marge de sécurité. Le point de mesure (1,6mm sous le plan d'assise) est critique car il représente la température au niveau des broches du boîtier, et non nécessairement la température de l'air chaud dans le four de refusion. Une exposition prolongée à haute température peut endommager les fils de liaison internes, dégrader l'époxy de la LED ou provoquer un délaminage. La soudure manuelle avec un fer doit être effectuée rapidement et avec une dissipation thermique adéquate sur la pastille PCB. Des procédures de manipulation ESD (Décharge Électrostatique) appropriées doivent toujours être suivies pendant l'assemblage.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

Le LTC-5753JD-01 est conçu pour unfonctionnement multiplexé (multiplexage). Un circuit de pilotage typique implique un microcontrôleur ou un circuit intégré dédié au pilotage d'afficheur (par exemple, MAX7219, TM1637). Le pilote active séquentiellement (c'est-à-dire fait passer le courant à la masse) une cathode de chiffre à la fois tout en appliquant le motif correct de tensions d'anode de segment (via des résistances de limitation de courant) pour ce chiffre. Ce cycle se répète à haute fréquence (typiquement >100Hz), exploitant la persistance rétinienne pour faire apparaître les quatre chiffres continuellement allumés. Cette méthode réduit considérablement le nombre requis de broches de pilotage de 36 (4 chiffres * 9 segments) à seulement 12 (8 segments + 4 chiffres).

7.2 Considérations de conception et bonnes pratiques

• Résistances de limitation de courant :Essentielles pour chaque ligne d'anode de segment. La valeur de la résistance est calculée sur la base de la tension d'alimentation (V_CC), de la tension directe de la LED (V_F) et du courant de segment souhaité (I_F). Formule : R = (V_CC- V_F) / I_F. Pour le multiplexage, I_Fest le courantde crête, et non la moyenne.
• Fréquence de multiplexage et rapport cyclique :Une fréquence suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible (généralement >60-100 Hz) est requise. Le rapport cyclique pour chaque chiffre dans un multiplexage 4 chiffres est de 1/4 (25%). Pour obtenir la même luminosité perçue qu'une LED pilotée statiquement avec un courant I, le courant de crête pendant son créneau horaire actif doit être d'environ 4I. Ceci doit être vérifié par rapport au courant de crête nominal (90mA).
• Découplage de l'alimentation :Placer un condensateur céramique de 0,1µF près des broches d'alimentation du module d'affichage pour lisser les demandes de courant pulsé du multiplexage.
• Angle de vision :La caractéristique "angle de vision large" est bénéfique pour les applications où l'afficheur peut être vu depuis des positions hors axe. Le montage sur PCB doit tenir compte de la ligne de visée prévue de l'utilisateur.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux technologies plus anciennes comme les LED rouges standard GaAsP ou GaP, la LED rouge hyper AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé, résultant en une plus grande luminosité pour le même courant de pilotage ou une consommation d'énergie plus faible pour la même luminosité. La longueur d'onde de 650nm fournit une couleur rouge vive et profonde. Comparé aux configurations à anode commune, la configuration à cathode commune est souvent plus pratique pour interfacer avec les microcontrôleurs modernes, qui sont meilleurs pour absorber le courant (vers la masse) que pour le fournir. La hauteur de chiffre de 0,56 pouce la place dans une catégorie adaptée à la visualisation à moyenne distance, plus grande que les afficheurs CMS miniatures mais plus petite que les grandes unités montées sur panneau.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Puis-je piloter cet afficheur avec une tension continue constante sans multiplexage ?

R : Techniquement oui, mais c'est très inefficace et nécessite un grand nombre de broches d'E/S (une par segment par chiffre). Le multiplexage est la méthode de fonctionnement prévue et optimale.

Q : Pourquoi le courant de crête nominal est-il si supérieur au courant continu nominal ?

R : Cela est dû aux limites thermiques. Pendant une courte impulsion, la jonction LED n'a pas le temps de chauffer significativement, permettant un courant instantané plus élevé sans dépasser la température de jonction maximale. Cette propriété est exploitée dans le multiplexage.

Q : Quel est le but du rapport d'appariement d'intensité lumineuse ?

R : Il garantit l'uniformité visuelle. Sans cette spécification, un segment (par exemple, le segment A) pourrait être sensiblement plus lumineux ou plus sombre qu'un autre (par exemple, le segment D) dans le même chiffre, créant une apparence inégale et non professionnelle.

Q : Comment calculer la consommation électrique moyenne ?

R : Pour un afficheur multiplexé, calculez la puissance pour un segment lorsqu'il est allumé (I_{F_peak}* V_F), multipliez par le nombre de segments allumés dans un chiffre typique (par exemple, 7 pour un "8"), puis multipliez par le rapport cyclique (1/4 pour un multiplexage 4 chiffres). Cela donne la puissance moyenne pour un chiffre. Multipliez par 4 pour la puissance totale du module. N'oubliez pas d'inclure la consommation propre du circuit intégré de pilotage.

10. Principe de fonctionnement

L'appareil fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant la tension de seuil de la diode (environ 2,1-2,6V) est appliquée à un segment LED AlInGaP, des électrons et des trous sont injectés dans la région active où ils se recombinent. Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière) avec une longueur d'onde caractéristique de la largeur de bande interdite du matériau AlInGaP, qui se situe dans la région du rouge hyper (~650nm). Le circuit interne est arrangé en matrice (cathode commune par chiffre, anodes communes par type de segment) pour permettre le multiplexage temporel, où un seul chiffre est électriquement actif à un instant donné, mais tous apparaissent allumés en raison d'un balayage séquentiel rapide.

11. Contexte industriel et tendances

Les afficheurs comme le LTC-5753JD-01 représentent une technologie mature et fiable. Bien que les nouvelles technologies d'affichage comme les OLED et les LCD à matrice de points haute résolution offrent plus de flexibilité pour les graphiques et les polices personnalisées, les afficheurs LED à sept segments restent dominants dans les applications privilégiant une fiabilité extrême, une haute luminosité, de larges angles de vision, un faible coût et la simplicité - en particulier dans les environnements industriels, automobiles et extérieurs. La tendance dans ce segment va vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt), permettant une consommation d'énergie réduite et une génération de chaleur moindre, et vers des boîtiers CMS (Composant Monté en Surface) pour l'assemblage automatisé, bien que les boîtiers traversants comme celui-ci restent populaires pour le prototypage, la réparation et certaines applications renforcées. L'utilisation de matériaux semi-conducteurs avancés comme l'AlInGaP par rapport aux anciens GaAsP est un résultat direct de cette tendance axée sur l'efficacité.