Fiche technique LTS-5601AJG - Afficheur 7 segments LED 0,56 pouces - Hauteur de chiffre 14,22 mm - Vert AlInGaP - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-5601AJG est un module d'affichage alphanumérique sept segments un chiffre haute performance. Sa fonction principale est de fournir une représentation claire et lumineuse des chiffres et de caractères alphabétiques limités dans les appareils électroniques. La technologie de base repose sur le matériau semi-conducteur Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), spécifiquement conçu pour une émission de lumière à haut rendement dans le spectre vert-jaune. Ce dispositif est configuré en anode commune, ce qui signifie que les anodes de tous les segments LED sont connectées en interne à des broches communes, simplifiant ainsi le circuit de commande de courant. L'afficheur présente un écran gris qui améliore le contraste et la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage ambiant en réduisant les reflets. Les segments eux-mêmes émettent une couleur verte distincte, choisie pour son efficacité lumineuse élevée et son excellente visibilité pour l'œil humain. Ce produit est conçu pour les applications nécessitant une indication numérique fiable, durable et économe en énergie.

1.1 Avantages clés et marché cible

L'afficheur offre plusieurs avantages clés qui le rendent adapté à un large éventail d'applications industrielles et grand public. Sa faible consommation d'énergie est un avantage significatif, permettant une intégration dans des systèmes alimentés par batterie ou soucieux de l'énergie. La haute luminosité et le rapport de contraste assurent une lisibilité même dans des environnements très éclairés. Un large angle de vision offre des performances visuelles constantes sous différents angles, ce qui est crucial pour les panneaux de mesure et l'instrumentation. La fiabilité à semi-conducteurs de la technologie LED, sans pièces mobiles et avec une haute résistance aux chocs et vibrations, garantit une longue durée de vie opérationnelle. Le dispositif est également catégorisé selon l'intensité lumineuse, ce qui signifie que les unités sont triées et testées pour répondre à des critères de luminosité spécifiques, garantissant une cohérence de performance dans les séries de production. Les marchés cibles de ce composant incluent les équipements de test et mesure, les panneaux de contrôle industriel, les dispositifs médicaux, les tableaux de bord automobiles (pour les affichages additionnels ou de rechange), les appareils électroménagers et tout système électronique nécessitant un affichage numérique durable et clair.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une analyse objective et détaillée des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces valeurs est essentiel pour une conception de circuit appropriée et pour garantir que l'afficheur fonctionne dans sa plage de performance optimale et sûre.

2.1 Valeurs absolues maximales

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées au fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la quantité maximale de puissance électrique qui peut être convertie en chaleur (et lumière) par un seul segment sans risque d'endommagement. Dépasser cette valeur, surtout de manière continue, peut entraîner une surchauffe, une dépréciation accélérée du flux lumineux et une défaillance éventuelle.
• Courant direct de crête par segment :60 mA (à un cycle de service de 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cette valeur permet de brèves impulsions de courant plus élevé pour atteindre des pics momentanés de luminosité, utiles pour les schémas de multiplexage ou la mise en évidence. Le cycle de service et la largeur d'impulsion spécifiés sont critiques ; le courant moyen doit toujours respecter la valeur continue.
• Courant direct continu par segment :25 mA (à 25°C). C'est le courant maximum recommandé pour l'illumination en régime permanent et continu d'un segment. La fiche technique spécifie un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C au-dessus de 25°C. Cela signifie que si la température ambiante (Ta) augmente, le courant continu maximal autorisé doit être réduit linéairement pour éviter la surchauffe. Par exemple, à 50°C, le courant max serait de 25 mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 16,75 mA.
• Tension inverse par segment :5 V. Les LED ont une faible tension de claquage inverse. L'application d'une polarisation inverse supérieure à 5V peut provoquer une augmentation soudaine du courant inverse, endommageant potentiellement la jonction PN.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour fonctionner et être stocké dans cette large plage de température, le rendant adapté aux environnements difficiles.
• Température de soudure :260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1/16 de pouce (≈1,6 mm) sous le plan d'assise. Cela définit le profil de soudure par refusion pour éviter les dommages thermiques aux puces LED pendant l'assemblage.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test spécifiques (typiquement Ta=25°C) et définissent la performance typique du dispositif.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320 μcd (Min), 900 μcd (Typ) à I_F=1mA. C'est la mesure de la puissance lumineuse perçue émise par un segment. La large plage (Min à Typ) indique une variation naturelle de fabrication ; les concepteurs doivent utiliser la valeur minimale pour les calculs de luminosité dans le pire des cas. Le courant de test de 1mA est une condition standard à faible courant pour caractériser l'efficacité lumineuse.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :571 nm (Typ) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la distribution spectrale de puissance de la lumière émise est maximale. 571 nm se situe dans la région vert-jaune du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (Typ). Cela indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise. Une valeur de 15 nm est relativement étroite, caractéristique des LED AlInGaP, résultant en une couleur verte saturée.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :572 nm (Typ). C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond le mieux à la couleur de la lumière. Elle est très proche de la longueur d'onde de crête dans ce cas.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05V (Min), 2,6V (Typ) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes du segment LED en fonctionnement. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant. La tension d'alimentation du pilote doit être supérieure à V_F. La valeur typique de 2,6V est plus élevée que celle des LED rouges GaAsP standard mais inférieure à celle de nombreuses LED bleues/blanches.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (Max) à V_R=5V. C'est le courant de fuite lorsque la tension inverse maximale est appliquée.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (Max). Cela spécifie le rapport maximal autorisé entre le segment le plus lumineux et le moins lumineux au sein d'un même dispositif lorsqu'il est piloté dans des conditions identiques (I_F=1mA). Un rapport de 2:1 assure une uniformité d'apparence raisonnable.

3. Explication du système de classement (Binning)

La fiche technique indique que le produit est "catégorisé selon l'intensité lumineuse." Cela fait référence à un processus de tri post-production appelé "binning." Après fabrication, chaque afficheur est testé et trié dans différents groupes de performance (bins) en fonction de paramètres clés. Pour le LTS-5601AJG, la caractéristique principale de classement est son intensité lumineuse à un courant de test standard (probablement 1mA ou 20mA). Cela garantit que les clients reçoivent des unités avec des niveaux de luminosité cohérents. Bien que la fiche technique fournisse la plage complète Min/Typ, les lots de production sont généralement proposés dans des bandes d'intensité plus étroites. Les concepteurs doivent consulter la documentation d'achat spécifique ou le fabricant pour connaître les codes de bin disponibles. Un classement cohérent est essentiel pour les applications où plusieurs afficheurs sont utilisés côte à côte, évitant ainsi des différences de luminosité visibles entre les unités.

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. Ces courbes représentent visuellement la relation entre les paramètres clés, offrant un aperçu plus profond que les données ponctuelles.

4.1 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

Cette courbe fondamentale montre la relation exponentielle entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. Elle illustre graphiquement la spécification de tension directe (V_F). La courbe montrera une tension de "coude" (autour de 2V) après laquelle le courant augmente rapidement avec une faible augmentation de tension. Cela souligne pourquoi les LED doivent être pilotées par une source à courant limité, et non par une source de tension, pour éviter l'emballement thermique.

4.2 Intensité lumineuse vs. Courant direct

Cette courbe montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant de commande. Pour les LED AlInGaP, la relation est généralement linéaire sur une large plage de courants, mais elle finit par devenir sous-linéaire à des courants très élevés en raison de la baisse d'efficacité (augmentation de la génération de chaleur). Cette courbe aide les concepteurs à choisir un courant de fonctionnement pour atteindre la luminosité souhaitée tout en équilibrant efficacité et durée de vie.

4.3 Intensité lumineuse vs. Température ambiante

Cette courbe représente la dépendance thermique de la sortie lumineuse. Lorsque la température de jonction de la LED augmente, son intensité lumineuse diminue généralement. La pente de cette courbe quantifie le déclassement thermique de la luminosité. Ceci est critique pour les conceptions fonctionnant dans des environnements à température élevée, car l'afficheur peut paraître plus faible que prévu à température ambiante.

4.4 Intensité relative vs. Longueur d'onde (Spectre)

Ce graphique trace la distribution spectrale de puissance, montrant l'intensité de la lumière émise à chaque longueur d'onde. Il serait centré autour de la longueur d'onde de crête/dominante de 571-572 nm avec une forme définie par la demi-largeur de 15 nm. Cette courbe confirme les caractéristiques de couleur de la LED.

5. Informations mécaniques et d'emballage

Le dispositif est présenté avec un dessin détaillé des dimensions du boîtier (référencé mais non détaillé dans le texte). Les caractéristiques mécaniques clés incluent une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm), une taille standard pour les afficheurs numériques de taille moyenne à grande. Le boîtier est de type traversant (DIP - Dual In-line Package) avec 10 broches sur un pas de 0,1 pouce (2,54 mm), une norme courante pour un montage facile sur PCB et le prototypage manuel. Le fond gris et les segments verts font partie de la conception du boîtier. La note "Virgule décimale à droite" dans la description indique la position du point décimal par rapport au chiffre. Une virgule à droite est standard pour la plupart des afficheurs numériques. Le schéma de circuit interne montre la connexion d'anode commune : les broches 3 et 8 sont reliées en interne comme l'anode commune pour tous les segments, tandis que les broches 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 et 10 sont les cathodes individuelles pour les segments E, D, C, DP, B, A, F et G respectivement. Cette configuration est optimale pour le multiplexage avec un microcontrôleur, où les anodes communes sont pilotées séquentiellement (source) et les cathodes sont reliées à la masse via des résistances de limitation de courant pour illuminer des segments spécifiques.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est essentielle pour maintenir la fiabilité. La valeur absolue maximale spécifie une température de soudure de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1,6 mm sous le plan d'assise. Cela correspond aux profils de soudure par refusion sans plomb standard (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020). Pendant la soudure à la vague ou la soudure manuelle, il faut veiller à minimiser le temps total d'exposition à la chaleur pour éviter d'endommager la puce LED, les fils de liaison ou le boîtier plastique. L'utilisation d'un dissipateur thermique sur les broches pendant la soudure manuelle est recommandée. Évitez d'appliquer des contraintes mécaniques au boîtier ou aux broches. Le stockage doit se faire dans un environnement sec et anti-statique dans la plage de température spécifiée de -35°C à +85°C pour éviter l'absorption d'humidité (qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion) et la dégradation des matériaux.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

La méthode de pilotage la plus courante pour un afficheur à anode commune comme le LTS-5601AJG est le multiplexage. Dans un circuit multiplexé, les broches d'anode commune (3 & 8) sont connectées au collecteur (ou drain) d'un transistor NPN (ou MOSFET à canal N) qui agit comme un interrupteur côté haute tension. L'émetteur/source est connecté à l'alimentation positive (Vcc). La base/grille est contrôlée par une broche GPIO du microcontrôleur. Chaque broche de cathode de segment est connectée à une résistance de limitation de courant, qui est ensuite connectée à un second transistor ou à un circuit intégré pilote LED dédié (configuré comme un puits de courant) contrôlé par le microcontrôleur. Le microcontrôleur parcourt rapidement les chiffres en activant le transistor d'anode d'un chiffre à la fois tout en définissant les motifs de cathode appropriés pour ce chiffre. La persistance rétinienne fait apparaître tous les chiffres continuellement allumés. Un courant direct typique de 10-20 mA par segment est utilisé, avec des résistances calculées comme R = (Vcc - V_F- V_CE(sat)) / I_F. Pour une alimentation de 5V, V_F=2,6V, et V_CE(sat)=0,2V, visant I_F=15mA donne R = (5 - 2,6 - 0,2) / 0,015 ≈ 147 Ω (utiliser 150 Ω).

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours des résistances en série ou des pilotes à courant constant. Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension.
• Fréquence de multiplexage :Utilisez une fréquence de rafraîchissement suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible, typiquement >60 Hz par chiffre. Pour un multiplexage à 4 chiffres, la fréquence de balayage doit être >240 Hz.
• Courant de crête en multiplexage :Puisque chaque chiffre n'est allumé qu'une fraction du temps (cycle de service = 1/N pour N chiffres), le courant instantané par segment peut être réglé plus haut que la valeur continue nominale pour atteindre une luminosité moyenne souhaitée, mais il ne doit pas dépasser la valeur de crête du courant direct. Par exemple, dans un multiplexage à 4 chiffres (cycle de service 1/4), pour obtenir une luminosité moyenne équivalente à 10mA en continu, vous pourriez piloter avec des impulsions de 40mA, ce qui est dans la limite de crête de 60mA.
• Angle de vision :Positionnez l'afficheur en tenant compte de son large angle de vision pour assurer la lisibilité pour l'utilisateur final.
• Protection ESD :Bien que non explicitement indiqué comme sensible, les précautions ESD standard pendant la manipulation et l'assemblage sont recommandées pour tous les dispositifs à semi-conducteurs.

8. Comparaison et différenciation technique

Le LTS-5601AJG se différencie principalement par son utilisation de la technologie AlInGaP. Comparée aux technologies plus anciennes comme le GaAsP standard (Phosphure d'Arséniure de Gallium) utilisé pour les LED rouges et jaunes, l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, ce qui se traduit par des afficheurs plus lumineux pour le même courant d'entrée, ou une luminosité équivalente à une puissance inférieure. Elle offre également une meilleure stabilité thermique et une saturation des couleurs supérieure. Comparée aux LED vertes GaP (Phosphure de Gallium), l'AlInGaP verte a généralement une couleur verte plus pure (longueur d'onde plus courte) et une efficacité plus élevée. Comparée aux LED bleues/vertes/blanches InGaN (Nitrure de Gallium et d'Indium) modernes, l'AlInGaP est généralement plus efficace dans le spectre rouge-ambre-jaune-vert mais ne peut pas produire de lumière bleue ou blanche. Pour un affichage numérique vert pur, l'AlInGaP représente un choix technologique mature et haute performance. Sa configuration à anode commune est également un avantage pratique pour les systèmes basés sur microcontrôleur, car elle simplifie le côté source du circuit de commande.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres)

9.1 Quel est l'intérêt d'avoir deux broches d'anode commune (3 et 8) ?

Les deux broches sont connectées en interne. Cette conception sert plusieurs objectifs : 1) Elle assure une symétrie et une stabilité mécanique au boîtier. 2) Elle permet une meilleure distribution du courant, réduisant la densité de courant à travers une seule broche, ce qui est bénéfique pour les applications à haute luminosité. 3) Elle offre une flexibilité dans la conception du PCB ; le concepteur peut choisir de connecter une ou les deux broches au circuit de commande.

9.2 Puis-je piloter cet afficheur avec un système microcontrôleur 3,3V ?

Oui, mais une conception minutieuse est nécessaire. La tension directe typique (2,6V) est inférieure à 3,3V, donc c'est possible. Cependant, la marge de tension (3,3V - 2,6V = 0,7V) est faible pour une simple résistance en série. Cette faible chute de tension signifie que des variations mineures de V_Fou de la tension d'alimentation provoqueront de grands changements de courant. Pour un fonctionnement stable, il est préférable d'utiliser un circuit intégré pilote LED à courant constant dédié ou une source de courant à base de transistor pouvant fonctionner avec une faible marge de tension, plutôt qu'une simple résistance.

9.3 Comment calculer la consommation totale de l'afficheur ?

Pour un affichage statique (non multiplexé) avec tous les segments et le point décimal allumés : Puissance = Nombre_de_segments_allumés * I_F* V_F. Pour 8 segments (7+DP) à I_F=20mA et V_F=2,6V, P = 8 * 0,02 * 2,6 = 0,416 W. Dans une application multiplexée, la puissance moyenne est la somme de la puissance de chaque segment allumé moyennée dans le temps. Pour un multiplexage à 4 chiffres avec un chiffre actif à la fois, le courant moyen par segment est I_F/ 4.

10. Étude de cas pratique de conception

Scénario :Conception d'un simple affichage voltmètre à 4 chiffres utilisant un microcontrôleur.

Mise en œuvre :Quatre afficheurs LTS-5601AJG sont utilisés. Les anodes communes de chaque chiffre sont connectées à quatre broches GPIO distinctes via des transistors NPN (par exemple, 2N3904). Les huit cathodes de segment (A-G et DP) des quatre afficheurs sont connectées ensemble puis reliées à huit autres broches GPIO via des résistances de limitation de courant de 150Ω. Le microcontrôleur mesure une tension avec son ADC, la convertit en un nombre décimal et en extrait quatre chiffres. Il entre ensuite dans une boucle continue : il éteint tous les transistors d'anode, définit le motif de cathode pour la valeur du Chiffre 1, allume le transistor d'anode du Chiffre 1, attend un court instant (~2ms), puis répète pour les Chiffres 2, 3 et 4. Ce cycle se répète à une fréquence supérieure à 100 Hz, donnant l'impression d'un affichage fixe. La luminosité est contrôlée par la valeur de la résistance de limitation de courant et/ou le cycle de service (temps d'allumage) dans la période de chaque chiffre.

11. Principe de fonctionnement

Le LTS-5601AJG est basé sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction PN semi-conductrice. La région active est composée de couches AlInGaP déposées sur un substrat GaAs non transparent. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant le potentiel interne de la jonction est appliquée (anode positive par rapport à la cathode), les électrons du matériau de type N et les trous du matériau de type P sont injectés dans la région active. Là, ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique de l'alliage AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite, qui à son tour dicte la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise — dans ce cas, le vert (~572 nm). Le substrat non transparent aide à réfléchir la lumière émise vers l'extérieur, améliorant l'efficacité globale d'extraction de la lumière. Le filtre de face gris absorbe la lumière ambiante, augmentant le contraste en réduisant les réflexions sur le matériau sous-jacent.

12. Tendances technologiques

La technologie AlInGaP est une solution mature et hautement optimisée pour les LED rouges, ambre et vert pur à haut rendement. Les tendances actuelles dans la technologie d'affichage pour ces indicateurs incluent une poussée continue vers une efficacité lumineuse encore plus élevée (plus de lumens par watt) pour permettre une consommation d'énergie réduite et une génération de chaleur moindre. Il y a également un développement continu dans l'emballage pour permettre des courants de commande maximaux plus élevés et une meilleure gestion thermique, permettant des afficheurs plus lumineux. De plus, l'intégration est une tendance clé ; bien que les afficheurs sept segments discrets restent populaires pour leur simplicité et leur rapport coût-efficacité, il existe un marché croissant pour les modules d'affichage intégrés qui incluent le circuit intégré pilote, l'interface microcontrôleur (comme I2C ou SPI) et parfois même un générateur de caractères, simplifiant le processus de conception pour les ingénieurs finaux. Cependant, pour les applications nécessitant une personnalisation, une luminosité élevée ou des facteurs de forme mécaniques spécifiques, les composants discrets comme le LTS-5601AJG continuent d'être un choix vital et fiable.