Fiche technique LTD-5023AJR - Afficheur LED Super Rouge AlInGaP 0,56 pouces - Hauteur de chiffre 14,22mm - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document Technique Français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTD-5023AJR est un module d'afficheur sept segments LED haute performance et basse consommation. Sa fonction principale est de fournir une sortie numérique et alphanumérique limitée, claire et lumineuse, pour les appareils électroniques nécessitant un affichage numérique. La technologie de base repose sur le matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium), spécifiquement conçu pour produire une couleur super rouge avec une efficacité et une fiabilité élevées.

Le dispositif est de type à cathode commune, ce qui signifie que toutes les cathodes des LED pour chaque chiffre sont connectées ensemble en interne. Cette configuration simplifie le circuit de pilotage, en particulier pour les applications multiplexées. Il comporte un point décimal à droite par chiffre, permettant une représentation numérique flexible. L'afficheur se caractérise par sa construction à l'état solide, offrant des avantages par rapport aux technologies plus anciennes comme les afficheurs fluorescents sous vide ou à incandescence en termes de résistance aux chocs, de durée de vie et d'efficacité énergétique.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont centrales pour le fonctionnement de cet afficheur. La couleur principale est définie comme "super rouge", obtenue grâce aux puces AlInGaP. Les principaux paramètres optiques mesurés à une température ambiante de 25°C incluent :

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :Varie d'un minimum de 320 µcd à un maximum typique de 700 µcd lorsqu'elle est pilotée par un courant direct (I_F) très faible de 1mA par segment. Cette luminosité élevée à faible courant est une caractéristique importante.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :Typiquement 639 nanomètres (nm). Ceci définit le point spécifique d'intensité maximale dans le spectre de la lumière émise.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Typiquement 631 nm. C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain et elle est cruciale pour la spécification de la couleur.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :Approximativement 20 nm. Ce paramètre indique la pureté spectrale ou l'étroitesse de la bande de lumière émise.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (I_V-m) :Maximum de 2:1 à I_F=1mA. Ceci assure l'uniformité de la luminosité entre les différents segments d'un même chiffre, essentielle pour une apparence visuelle cohérente.

Toutes les mesures d'intensité lumineuse sont effectuées à l'aide d'une combinaison capteur/filtre étalonnée sur la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant la pertinence des données pour la vision humaine.

2.2 Caractéristiques électriques et valeurs maximales absolues

Le respect de ces valeurs est essentiel pour un fonctionnement fiable et pour éviter tout dommage permanent au dispositif.

• Courant direct continu par segment :Le maximum absolu est de 25 mA. Un facteur de déclassement linéaire de 0,33 mA/°C est appliqué pour les températures ambiantes (T_A) supérieures à 25°C.
• Courant direct de crête par segment :Maximum de 90 mA, mais uniquement dans des conditions pulsées avec un cycle de service de 1/10 et une largeur d'impulsion de 0,1 ms. Ceci permet un sur-pilotage bref pour atteindre une luminosité de crête plus élevée dans les systèmes multiplexés.
• Puissance dissipée par segment :Maximum de 70 mW. Cette limite, combinée à la valeur nominale du courant direct, dicte la tension directe maximale admissible en conditions de fonctionnement.
• Tension inverse par segment :Maximum de 5 Volts. Le dépassement de cette valeur peut endommager la jonction LED.
• Tension directe par segment (V_F) :Typiquement 2,6V, avec un maximum de 2,6V à un courant de test (I_F) de 20mA. Le minimum est indiqué à 2V.
• Courant inverse par segment (I_R) :Maximum de 100 µA lorsqu'une tension inverse (V_R) de 5V est appliquée.

2.3 Spécifications thermiques et environnementales

• Plage de température de fonctionnement :-35°C à +85°C. Cette large plage rend l'afficheur adapté à diverses conditions environnementales, des contrôles industriels à l'électronique grand public.
• Plage de température de stockage :-35°C à +85°C.
• Température de soudure :Le dispositif peut supporter une température de soudure de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) en dessous du plan d'assise. Ceci est compatible avec les procédés standards de soudure par refusion sans plomb.

3. Système de tri et de catégorisation

La fiche technique indique explicitement que le dispositif est "catégorisé pour l'intensité lumineuse". Ceci indique un processus de tri en production où les afficheurs sont classés en fonction de leur flux lumineux mesuré à un courant de test standard (probablement 1mA ou 20mA). Les catégories sont définies par des valeurs d'intensité minimales et/ou typiques (par exemple, la plage 320-700 µcd). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec des niveaux de luminosité cohérents pour leur application, garantissant une apparence uniforme sur plusieurs unités dans un produit. Bien que non détaillé dans cette fiche spécifique, des dispositifs similaires ont souvent des catégories pour la tension directe (V_F) et la longueur d'onde dominante (λ_d) pour garantir la cohérence électrique et colorimétrique.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux "Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques". Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, les courbes standard pour un tel dispositif incluraient typiquement :

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V) :Montre la relation exponentielle, cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant. La tension de seuil se situe autour de la V_Ftypique de 2,6V.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe I-L) :Démontre comment le flux lumineux augmente avec le courant, généralement selon une relation quasi-linéaire dans la plage de fonctionnement. Elle met en évidence la haute efficacité à faible courant (1mA).
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :Montre la diminution du flux lumineux lorsque la température de jonction augmente, important pour les applications haute température ou haute puissance.
• Courbe de distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, centré autour de la région 631-639 nm avec la demi-largeur spécifiée de 20 nm.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions physiques

L'afficheur présente une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm). Le dessin des dimensions du boîtier est référencé, spécifiant toutes les mesures en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Le boîtier physique contient deux chiffres sept segments complets ainsi que leurs points décimaux respectifs.

5.2 Connexion des broches et circuit interne

Le dispositif a une configuration à 18 broches. Le brochage est clairement défini :

• Broches 1-12, 15-18 : Connexions anodes pour les segments individuels (A-G, DP) du Chiffre 1 et du Chiffre 2.
• Broches 13 et 14 : Cathodes communes pour le Chiffre 2 et le Chiffre 1, respectivement.

Le schéma de circuit interne montre la configuration à cathode commune : toutes les LED d'un chiffre donné partagent une broche de cathode commune, tandis que chaque segment (et le point décimal) a sa propre broche d'anode indépendante. C'est la configuration standard pour un afficheur multi-chiffres à cathode commune.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La principale spécification d'assemblage fournie est le profil de soudure : 260°C pendant 3 secondes à un point situé à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. Ceci est conforme aux normes IPC/JEDEC pour la soudure par refusion des composants montés en surface. Les bonnes pratiques incluent :

• Utiliser un four à refusion contrôlé avec un profil qui monte en température et refroidit depuis la température de pic de manière appropriée pour minimiser les contraintes thermiques.
• Éviter la soudure manuelle directement sur le boîtier LED pour prévenir la surchauffe et l'endommagement des puces semi-conductrices ou de la lentille en plastique.
• S'assurer que l'afficheur est stocké dans un environnement sec avant l'assemblage pour éviter l'absorption d'humidité, qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Cet afficheur est idéal pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et basse consommation :

• Équipements de test et de mesure :Multimètres, compteurs de fréquence, alimentations.
• Contrôles industriels :Compteurs de tableau, indicateurs de processus, afficheurs de temporisation.
• Électronique grand public :Équipement audio (amplificateurs, récepteurs), appareils électroménagers, horloges.
• Automobile (après-vente) :Jauges et outils de diagnostic (lorsque les spécifications environnementales sont adaptées).

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Les LED sont des dispositifs pilotés en courant. Chaque broche d'anode doit être pilotée via une résistance de limitation de courant en série. La valeur de la résistance est calculée comme R = (V_alimentation - V_F) / I_F. Utiliser la V_Ftypique de 2,6V et un I_F souhaité de 5-10mA pour une bonne luminosité est courant.
• Multiplexage :Pour les afficheurs multi-chiffres, le multiplexage est utilisé pour contrôler de nombreux segments avec moins de broches de pilotage. Cela implique de faire circuler rapidement l'alimentation entre la cathode commune de chaque chiffre tout en allumant les segments correspondants. La conception à cathode commune du LTD-5023AJR est parfaite pour cela. La valeur nominale de courant de crête (90mA) permet des courants instantanés plus élevés pendant la courte impulsion de multiplexage pour obtenir une luminosité moyenne comparable à un courant continu plus faible.
• Interface microcontrôleur :Nécessite typiquement des broches GPIO ou un circuit intégré pilote LED dédié (comme un registre à décalage ou un pilote à courant constant) pour contrôler les anodes et un transistor (NPN ou MOSFET canal N) pour évacuer le courant de chaque broche de cathode commune pendant le multiplexage.
• Angle de vision :La fiche technique mentionne un "large angle de vision", ce qui est bénéfique pour les applications où l'afficheur peut être vu depuis des positions hors axe.

8. Comparaison et différenciation technique

Le LTD-5023AJR se différencie par plusieurs caractéristiques clés :

• Technologie AlInGaP :Comparé aux anciennes LED GaAsP ou GaP, l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse significativement plus élevée, en particulier dans le spectre rouge/orange/ambre, résultant en une sortie plus lumineuse à des courants plus faibles.
• Fonctionnement à faible courant :Le test et la sélection explicites pour d'excellentes caractéristiques à faible courant (jusqu'à 1mA/segment) le rendent supérieur pour les applications alimentées par batterie ou sensibles à l'énergie où chaque milliampère compte.
• Homogénéité des segments :La garantie d'un rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (max 2:1) assure une cohérence visuelle, ce qui n'est pas toujours acquis avec des afficheurs de qualité inférieure.
• Contraste :La combinaison d'un fond gris clair et d'une couleur de segment blanche, associée à une luminosité élevée, contribue à une excellente apparence des caractères et à un contraste élevé pour une lisibilité facile.

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

Q : Puis-je piloter cet afficheur directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série avec chaque anode. Pour une alimentation de 5V et un courant cible de 10mA, la résistance serait d'environ (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohms.

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 sortie d'énergie le plus élevé de la LED. La longueur d'onde dominante est la perception monocromatique de la couleur par l'œil humain, qui peut différer légèrement. Les deux sont fournies pour une spécification optique complète.

Q : Comment utiliser les deux chiffres indépendamment ?

R : Vous les contrôlez via leurs broches de cathode commune séparées (Broche 14 pour le Chiffre 1, Broche 13 pour le Chiffre 2). En mettant une cathode à un niveau bas (masse) tout en gardant l'autre à un niveau haut (déconnectée), vous pouvez sélectionner le chiffre actif. Ensuite, appliquez une tension aux broches d'anode pour les segments que vous souhaitez illuminer sur ce chiffre.

Q : Cet afficheur est-il adapté à une utilisation en extérieur ?

R : La plage de température de fonctionnement (-35°C à +85°C) est assez robuste. Cependant, la fiche technique ne spécifie pas de degré de protection (IP) contre la poussière et l'eau. Pour une utilisation en extérieur, il nécessiterait probablement une protection ou un boîtier supplémentaire.

10. Exemple pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage voltmètre simple à 2 chiffres utilisant un microcontrôleur.

1. Connexion matérielle :Connectez les 18 broches de l'afficheur au système microcontrôleur. Les deux broches de cathode commune (13, 14) sont connectées à deux transistors NPN (par exemple, 2N3904), avec les collecteurs des transistors aux cathodes, les émetteurs à la masse et les bases aux broches GPIO du microcontrôleur via des résistances de base. Les 16 broches d'anode (pour les segments A-G et DP des deux chiffres) sont connectées à 16 broches GPIO du microcontrôleur, chacune via une résistance de limitation de courant de 220-330 Ohms.
2. Logique logicielle (Multiplexage) :Le micrologiciel exécute une interruption de temporisation toutes les quelques millisecondes. Dans la routine de service d'interruption :
   • Éteignez les deux transistors de pilotage de cathode (mettez les GPIO à l'état haut).
   • Configurez les GPIO pour les broches d'anode correspondant aux segments qui doivent être allumés pour leChiffre 1.
   • Allumez le transistor pour la cathode duChiffre 1(mettez la GPIO à l'état bas).
   • Attendez une courte période (par exemple, 1-5 ms).
   • Éteignez la cathode du Chiffre 1.
   • Configurez les GPIO pour les broches d'anode pour leChiffre 2.
   • Allumez le transistor pour la cathode duChiffre 2 cathode.
   • Attendez une courte période.
   • Répétez. L'œil humain perçoit cette commutation rapide comme les deux chiffres étant continuellement allumés.
3. Calcul du courant :Si chaque chiffre est allumé 50% du temps (cycle de service de 50%) et que vous voulez un courant de segment moyen de 5mA, vous devez régler le courant instantané pendant son temps d'allumage à 10mA. La valeur de la résistance serait calculée en utilisant cette valeur de 10mA.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction P-N semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant le potentiel interne de la jonction (environ 2,0-2,6V pour l'AlInGaP) est appliquée, les électrons du matériau de type N se recombinent avec les trous du matériau de type P dans la région active. Cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique du réseau cristallin AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, dans le spectre rouge (631-639 nm). Les sept segments sont des puces LED individuelles disposées en forme de huit. En alimentant sélectivement différentes combinaisons de ces segments, les chiffres 0-9 et certaines lettres peuvent être formés.

12. Tendances technologiques et contexte

Ce produit représente un segment mature et hautement optimisé de la technologie d'affichage LED. L'AlInGaP est un système de matériau bien établi pour les LED rouges, oranges et ambre à haute efficacité. Les tendances actuelles en matière de technologie d'affichage évoluent vers des solutions haute densité et en couleur complète comme les OLED et les micro-LED pour les graphiques complexes. Cependant, les afficheurs sept segments LED restent irremplaçables dans les applications privilégiant une fiabilité extrême, une longue durée de vie (souvent supérieure à 100 000 heures), un faible coût, une luminosité élevée, une simplicité d'interface et une excellente lisibilité dans diverses conditions d'éclairage. Les développements dans ce domaine se concentrent sur l'augmentation de l'efficacité (lumens par watt), l'amélioration des rapports de contraste et la possibilité de courants de pilotage encore plus faibles pour les dispositifs IoT ultra-basse consommation, assurant la pertinence continue de cette technologie dans les applications industrielles, d'instrumentation et grand public spécifiques pour un avenir prévisible.