Fiche technique de l'afficheur LED LTS-2801AJR - Hauteur de chiffre 0,28 pouce - Couleur rouge super - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-2801AJR est un module d'affichage alphanumérique sept segments à un chiffre, haute performance. Sa fonction principale est de fournir une représentation numérique et alphanumérique limitée claire et fiable dans les dispositifs électroniques. Son application principale concerne l'instrumentation basse consommation, l'électronique grand public, les panneaux de contrôle industriel et tout appareil nécessitant un indicateur numérique lumineux et facilement lisible.

Le dispositif est construit autour de la technologie LED avancée AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium). Ce système de matériau semi-conducteur est réputé pour son haut rendement et son excellente pureté de couleur dans le spectre rouge-orange à ambré. L'utilisation d'un substrat GaAs transparent améliore encore l'extraction de la lumière, contribuant à la haute luminosité de l'afficheur. L'afficheur présente un fond gris avec des marquages de segments blancs, ce qui offre un contraste élevé lorsque les segments sont allumés, améliorant la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage.

La caractéristique déterminante de cet afficheur est son optimisation pour un fonctionnement à faible courant. Il est spécifiquement testé et sélectionné pour offrir des performances exceptionnelles avec des courants de commande aussi bas que 1mA par segment, le rendant idéal pour les applications alimentées par batterie ou sensibles à l'énergie. Les segments sont également appariés pour une intensité lumineuse constante à ces faibles courants, garantissant une apparence uniforme sur tout le chiffre.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

• Taille du chiffre :Caractérisé par une hauteur de caractère de 0,28 pouce (7,0 mm), offrant une zone d'affichage compacte mais lisible.
• Qualité des segments :Fournit une émission de lumière continue et uniforme sur chaque segment, sans espace visible ni point chaud.
• Efficacité énergétique :Conçu pour une exigence de puissance très faible, permettant un fonctionnement à partir de 1mA par segment.
• Performances optiques :Offre une excellente apparence des caractères avec une luminosité élevée et un contraste élevé sur son fond gris.
• Angle de vision :Offre un large angle de vision grâce à la construction de la puce LED et à la conception du boîtier.
• Fiabilité :Bénéficie de la fiabilité à l'état solide sans pièces mobiles et d'une longue durée de vie opérationnelle typique de la technologie LED.
• Cohérence :Les dispositifs sont catégorisés (mis en bacs) selon l'intensité lumineuse, garantissant des niveaux de luminosité prévisibles en production.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des paramètres techniques du dispositif tels que définis dans la fiche technique. Comprendre ces spécifications est crucial pour une conception de circuit appropriée et pour garantir des performances fiables.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW maximum. Dépasser cette valeur peut entraîner une surchauffe et une dégradation accélérée de la puce LED.
• Courant direct de crête par segment :90 mA maximum, mais uniquement dans des conditions pulsées (rapport cyclique 1/10, largeur d'impulsion 0,1ms). Cela permet de brèves périodes de haute luminosité, comme dans les afficheurs multiplexés ou pour des effets stroboscopiques.
• Courant direct continu par segment :25 mA maximum à 25°C. Cette valeur se dégrade linéairement à 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante (Ta) augmente au-dessus de 25°C. Par exemple, à 50°C, le courant continu maximum serait d'environ 25 mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 16,75 mA.
• Tension inverse par segment :5 V maximum. Les LED ont une faible tension de claquage inverse. La dépasser peut provoquer une défaillance immédiate de la jonction.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour des plages de température industrielles.
• Température de soudure :Résiste à un maximum de 260°C pendant 3 secondes maximum, mesuré à 1,6mm sous le plan d'assise. Ceci est critique pour les procédés de soudure par refusion.

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

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques dans des conditions de test spécifiées. La conception doit être basée sur ces valeurs.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :Varie de 200 μcd (min) à 480 μcd (typ) pour un courant direct (I_F) de 1mA. Ceci confirme son adéquation pour les applications à très faible courant. L'intensité évoluera avec le courant.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :Typiquement 639 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est la plus élevée, la plaçant dans la région "rouge super" du spectre.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Typiquement 20 nm. Ceci indique la pureté spectrale ; une largeur plus étroite signifie une couleur plus monochromatique (pure).
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Typiquement 631 nm. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain, qui peut différer légèrement de la longueur d'onde de crête.
• Tension directe par segment (V_F) :Varie de 2,0V (min) à 2,6V (typ) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle est allumée. Une résistance de limitation de courant est toujours requise en série avec chaque segment ou anode commune.
• Courant inverse par segment (I_R) :Maximum 100 μA pour une tension inverse (V_R) de 5V. C'est le faible courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :Maximum 2:1 à I_F=1mA. Ceci spécifie que la luminosité du segment le moins lumineux ne sera pas inférieure à la moitié de la luminosité du segment le plus lumineux au sein du même chiffre, garantissant l'uniformité.

Note sur la mesure :L'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'un capteur et d'un filtre étalonnés sur la fonction de luminosité photopique CIE, qui approxime la sensibilité de l'œil humain.

3. Système de mise en bacs et de catégorisation

La fiche technique indique que les dispositifs sont "catégorisés pour l'intensité lumineuse". Cela fait référence à une pratique courante dans la fabrication des LED connue sous le nom de "mise en bacs".

• Mise en bacs d'intensité lumineuse :En raison des variations naturelles dans la croissance épitaxiale et le processus de fabrication des semi-conducteurs, les LED d'un même lot de production peuvent avoir des sorties de luminosité légèrement différentes. Les fabricants testent chaque dispositif et les trient dans différents "bacs" en fonction de leur intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard (par exemple, 1mA ou 20mA). Cela permet aux clients de sélectionner un bac répondant à leurs exigences de luminosité spécifiques, garantissant une cohérence dans l'apparence du produit final. La valeur typique de I_Vdu LTS-2801AJR de 480 μcd représente probablement un bac spécifique ou le centre de la distribution.
• Mise en bacs de tension directe :Bien que non explicitement mentionné pour cette référence, il est également courant de mettre en bacs les LED en fonction de la tension directe (V_F). Ceci est important pour les conceptions où la tension d'alimentation est strictement limitée ou où un appariement précis du courant entre plusieurs LED est critique.
• Mise en bacs de longueur d'onde :Pour les applications critiques en couleur, les LED sont également mises en bacs par longueur d'onde dominante ou de crête pour garantir une teinte uniforme. Les valeurs typiques serrées pour λ_p(639nm) et λ_d(631nm) suggèrent une bonne cohérence de couleur inhérente pour cette technologie AlInGaP.

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 fournis dans le texte, nous pouvons déduire leur contenu standard et leur importance.

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (Courbe I-V) :Ce graphique montrerait comment la sortie lumineuse augmente avec le courant direct. Elle est typiquement non linéaire, surtout à très faible courant. La courbe confirme l'utilisabilité du dispositif à 1mA et montre le gain de luminosité réalisable en augmentant le courant jusqu'à la valeur maximale nominale.
• Tension directe en fonction du courant direct :Cette courbe montre la relation entre la tension aux bornes de la LED et le courant qui la traverse. Elle est essentielle pour concevoir la valeur de la résistance de limitation de courant. La courbe est de nature exponentielle, mais pour la conception, la valeur typique de V_Fau courant de fonctionnement prévu est utilisée.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante :La sortie lumineuse des LED diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe est critique pour comprendre la dégradation thermique. La dégradation linéaire spécifiée pour le courant continu (0,33 mA/°C) est une simplification pratique de cette relation pour éviter la surchauffe.
• Distribution spectrale :Un graphique montrant la puissance optique relative en fonction des longueurs d'onde. Il illustrerait le pic à ~639nm et la demi-largeur de 20nm, confirmant l'émission rouge étroite et pure.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif a une empreinte standard de boîtier LED sept segments à un chiffre. Notes dimensionnelles clés de la fiche technique :

• Toutes les dimensions principales sont fournies en millimètres (mm).
• La tolérance standard sur les dimensions est de ±0,25 mm (ce qui équivaut à ±0,01 pouce).
• Les dimensions spécifiques (non listées dans l'extrait de texte) définiraient la longueur, la largeur et la hauteur globales du boîtier, la taille de la fenêtre du chiffre, l'espacement des broches, ainsi que la longueur et le diamètre des broches. Celles-ci sont critiques pour la conception de l'empreinte PCB et l'intégration mécanique dans un boîtier.

5.2 Connexion des broches et polarité

Le LTS-2801AJR est un afficheur àanode commune. Cela signifie que l'anode (côté positif) de tous les segments LED est connectée en interne à des broches communes. Les cathodes (côté négatif) des segments individuels sont amenées à des broches séparées.

Brochage (configuration à 10 broches) :

1. Broche 1 : Cathode du segment E
2. Broche 2 : Cathode du segment D
3. Broche 3 : Anode Commune 1
4. Broche 4 : Cathode du segment C
5. Broche 5 : Cathode du Point Décimal (D.P.)
6. Broche 6 : Cathode du segment B
7. Broche 7 : Cathode du segment A
8. Broche 8 : Anode Commune 2
9. Broche 9 : Cathode du segment G
10. Broche 10 : Cathode du segment F

Schéma de circuit interne :Le schéma montre deux broches d'anode commune (3 et 8) connectées en interne. Cette conception à double anode permet une flexibilité dans le routage PCB et aide à répartir le courant total de l'anode (qui est la somme des courants de tous les segments allumés) sur deux broches, réduisant la densité de courant par broche et améliorant la fiabilité.

6. Consignes de soudure et d'assemblage

Le respect de ces consignes est essentiel pour la fiabilité et pour prévenir les dommages pendant le processus d'assemblage.

• Soudure par refusion :Le dispositif peut supporter une température de crête de 260°C pendant une durée maximale de 3 secondes. Cette température doit être mesurée à 1,6mm sous le corps du boîtier (le plan d'assise sur le PCB). Les profils de refusion standard sans plomb (IPC/JEDEC J-STD-020) sont généralement applicables, mais la limite spécifique de 260°C/3s doit être respectée.
• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, utilisez un fer à souder à température contrôlée. Limitez le temps de contact par broche à 3-5 secondes pour éviter un transfert de chaleur excessif vers la puce LED via les broches.
• Nettoyage :Utilisez des solvants appropriés et non agressifs pour le nettoyage après soudure. Évitez le nettoyage par ultrasons sauf s'il est vérifié comme sûr pour le boîtier.
• Précautions contre les décharges électrostatiques (ESD) :Bien que non explicitement indiqué, les LED sont des dispositifs semi-conducteurs et peuvent être sensibles aux ESD. Les procédures de manipulation standard contre les ESD (postes de travail mis à la terre, bracelets antistatiques) sont recommandées pendant l'assemblage.
• Conditions de stockage :Stocker dans le sac barrière à l'humidité d'origine dans un environnement situé dans la plage de température de stockage spécifiée (-35°C à +85°C) et à faible humidité pour prévenir l'oxydation des broches.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

Commande directe avec microcontrôleur :Pour un afficheur à anode commune, les broches communes sont connectées à une tension d'alimentation positive (par exemple, +5V) via une résistance de limitation de courant, ou plus communément, connectées à une broche GPIO d'un microcontrôleur configurée comme une sortie à l'état logique "haut" (ou pilotée par un transistor PNP pour un courant plus élevé). Chaque broche de cathode de segment est connectée à une broche GPIO du microcontrôleur. Pour allumer un segment, sa broche de cathode correspondante est mise à l'état logique "bas" (masse), complétant le circuit.

Calcul de la résistance de limitation de courant :Ceci est obligatoire pour chaque connexion d'anode commune ou chaque cathode de segment (selon la topologie de commande). En utilisant la tension directe typique (V_F= 2,6V) et un courant direct souhaité (I_F), la valeur de la résistance R est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V et I_F=10mA : R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ω. La puissance nominale de la résistance doit être d'au moins I_F²* R.

7.2 Considérations de conception

• Multiplexage :Pour contrôler plusieurs chiffres avec moins de broches de microcontrôleur, le multiplexage est utilisé. Les chiffres sont allumés un par un à une vitesse rapide (par exemple, 1-5 ms par chiffre). La capacité du LTS-2801AJR à gérer des courants de crête (90mA pulsé) le rend adapté aux applications multiplexées où la luminosité instantanée doit être plus élevée pour compenser le rapport cyclique réduit.
• Conception basse consommation :Tirez parti de la capacité de fonctionnement à 1mA pour les appareils alimentés par batterie. À 1mA par segment et une alimentation de 5V, la consommation par segment allumé est d'environ (5V - 2,6V) * 0,001A = 2,4 mW.
• Angle de vision :Positionnez l'afficheur en tenant compte de son large angle de vision pour garantir la lisibilité pour l'utilisateur final.
• Gestion thermique :Dans les applications fonctionnant à un courant continu élevé ou à des températures ambiantes élevées, assurez une ventilation adéquate. Respectez la courbe de dégradation du courant au-dessus de 25°C.

8. Comparaison et différenciation technique

Bien qu'une comparaison directe avec d'autres références ne soit pas fournie, les principaux points de différenciation du LTS-2801AJR peuvent être déduits de ses spécifications :

• Par rapport aux LED rouges standard GaAsP/GaP :L'utilisation de la technologie AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé (plus de lumière par mA de courant) et une meilleure pureté de couleur (rouge plus saturé) par rapport aux anciens matériaux LED. Cela se traduit par une luminosité plus élevée et une consommation d'énergie plus faible.
• Par rapport aux afficheurs à chiffres plus grands :Le chiffre de 0,28 pouce offre un équilibre entre taille et lisibilité, adapté aux appareils compacts où un afficheur plus grand (par exemple, 0,5 pouce ou 1 pouce) serait physiquement impraticable.
• Par rapport aux afficheurs sans test à faible courant :Le test et la sélection explicites pour d'excellentes caractéristiques à faible courant (1mA) sont une caractéristique clé. Tous les afficheurs sept segments ne garantissent pas une luminosité uniforme et un fonctionnement correct à des niveaux de commande aussi bas.
• Par rapport aux afficheurs à cathode commune :La configuration à anode commune est souvent préférée lors de l'interfaçage avec des microcontrôleurs qui fournissent mieux le courant qu'ils n'en absorbent (bien que de nombreux MCU modernes soient symétriques). Le choix dépend de la conception du circuit de commande.

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

Q : Puis-je piloter cet afficheur directement depuis un système microcontrôleur 3,3V ?

R : Oui, mais vous devez recalculer la résistance de limitation de courant. En utilisant V_alimentation=3,3V, V_F=2,6V, et I_F=5mA : R = (3,3V - 2,6V) / 0,005A = 140 Ω. Vérifiez que la sortie lumineuse à 5mA est suffisante pour votre application.

Q : Pourquoi y a-t-il deux broches d'anode commune (3 et 8) ?

R : Elles sont connectées en interne. Cela permet une flexibilité dans le routage PCB et aide à répartir le courant total de l'anode (qui est la somme des courants de tous les segments allumés) sur deux broches, réduisant la densité de courant par broche et améliorant la fiabilité.

Q : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête (639nm) et la longueur d'onde dominante (631nm) ?

R : La longueur d'onde de crête est celle où la puissance optique de sortie est physiquement la plus élevée. La longueur d'onde dominante est la longueur d'onde unique qui produirait la même perception de couleur pour l'œil humain, calculée à partir du spectre complet. La sensibilité de l'œil humain affecte ce calcul, ce qui fait différer les valeurs.

Q : Comment obtenir un point décimal ?

R : Le point décimal est une LED séparée avec sa propre cathode sur la broche 5. Pour l'allumer, connectez les anodes communes à V+, et mettez la broche 5 à la masse (via une résistance de limitation de courant, partagée avec les segments ou séparée).

10. Exemple d'application pratique

Scénario : Conception d'un thermomètre numérique simple alimenté par batterie.

1. Sélection des composants :Le LTS-2801AJR est choisi pour son fonctionnement à faible courant afin de maximiser l'autonomie de la batterie. Un microcontrôleur avec au moins 8 broches d'E/S est sélectionné (7 pour les segments, 1 pour le contrôle de l'anode commune).
2. Conception du circuit :Les broches d'anode commune (3 & 8) sont connectées ensemble puis à une broche GPIO du microcontrôleur via un transistor PNP (pour gérer le courant combiné des segments si tous sont allumés). Chaque cathode de segment (broches 1,2,4,5,6,7,9,10) est connectée à une broche GPIO séparée du microcontrôleur. Une résistance de limitation de courant est placée entre le rail d'alimentation positif du microcontrôleur et l'émetteur du transistor PNP (ou en série avec chaque cathode si la commande est directe). La valeur est calculée pour une luminosité souhaitée à, par exemple, 2mA par segment.
3. Logiciel :Le microcontrôleur lit le capteur de température, convertit la valeur en nombre décimal et recherche les motifs de segments correspondants (par exemple, une table de "police sept segments"). Il met ensuite les broches de cathode appropriées à l'état bas tout en mettant la broche de contrôle de l'anode commune à l'état haut pour afficher le chiffre.
4. Résultat :Un affichage de température clair et lisible avec une consommation d'énergie minimale, adapté à un appareil portable.

11. Introduction au principe technologique

La technologie de base est la LED AlInGaP. La lumière est produite par un processus appelé électroluminescence. Lorsqu'une tension directe est appliquée à la jonction P-N du semi-conducteur, les électrons du matériau de type N se recombinent avec les trous du matériau de type P dans la région active. Cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (particules de lumière). La longueur d'onde (couleur) spécifique de la lumière est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est conçue en contrôlant précisément les rapports d'Aluminium, d'Indium, de Gallium et de Phosphure pendant la croissance cristalline. Le substrat GaAs transparent permet à une plus grande partie de la lumière générée de s'échapper de la puce par rapport aux substrats absorbants, augmentant l'efficacité externe globale. La lumière de ces minuscules puces est ensuite façonnée et dirigée par le boîtier en plastique pour former le motif sept segments reconnaissable.

12. Tendances et évolutions de l'industrie

L'évolution des afficheurs sept segments suit les tendances plus larges de la technologie LED. Bien que le facteur de forme de base reste durablement utile, la technologie sous-jacente continue de progresser. AlInGaP lui-même représentait un bond significatif par rapport aux anciens matériaux. Les tendances actuelles pourraient inclure :

• Une efficacité encore plus élevée :La recherche continue sur les structures épitaxiales et les techniques d'extraction de la lumière pousse pour plus de lumens par watt, permettant des afficheurs plus lumineux au même courant ou une autonomie de batterie plus longue.
• Intégration :Certains afficheurs modernes intègrent le circuit intégré de commande (un "contrôleur") directement dans le boîtier, simplifiant l'interfaçage pour le concepteur du système (bien que cela soit plus courant dans les afficheurs à matrice de points et alphanumériques que dans les unités sept segments de base).
• Couleurs alternatives et matériaux :Bien que cette référence utilise AlInGaP pour le rouge, d'autres matériaux comme l'InGaN sont utilisés pour les LED bleues, vertes et blanches. Le principe de fonctionnement à faible courant et haute luminosité s'applique à travers ces technologies.
• Durabilité de niche :Pour les environnements difficiles, les développements dans l'étanchéité et les matériaux des boîtiers améliorent la résistance à l'humidité, aux produits chimiques et aux températures extrêmes.

Le LTS-2801AJR, avec son accent sur la technologie AlInGaP éprouvée optimisée pour les performances à faible courant, représente une solution mature, fiable et hautement pratique dans ce paysage technologique en constante évolution.