Fiche technique d'affichage à sept segments LED 0,56 pouces - Hauteur de chiffre 14,22mm - Tension directe 2,6V - Puissance 70mW - Couleur rouge super - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un affichage à sept segments LED avec une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22mm). Le dispositif est conçu pour des applications nécessitant des affichages numériques clairs et fiables avec une faible consommation d'énergie. Sa philosophie de conception centrale vise à fournir d'excellentes performances visuelles grâce à une luminosité et un contraste élevés, tout en maintenant une fiabilité à l'état solide.

L'affichage utilise une technologie semi-conductrice avancée AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) pour ses segments émetteurs de lumière. Ce système de matériaux est connu pour produire une lumière rouge et ambre à haut rendement. Les puces spécifiques utilisées sont fabriquées sur un substrat non transparent d'Arséniure de Gallium (GaAs), ce qui contribue à améliorer le contraste en minimisant la diffusion et la réflexion internes de la lumière. Le produit final présente une face avant gris clair avec des segments blancs, une combinaison choisie pour améliorer la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont caractérisées dans des conditions de test standard à une température ambiante (Ta) de 25°C. Le paramètre clé, l'Intensité Lumineuse Moyenne (Iv), a une valeur typique de 700 µcd (microcandelas) lorsqu'elle est pilotée par un courant direct (IF) de 1mA par segment, avec une valeur minimale spécifiée de 320 µcd. Cette mesure est prise à l'aide d'un capteur et d'un filtre étalonnés sur la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant que la valeur correspond à la perception visuelle humaine.

Les caractéristiques de couleur sont définies par la longueur d'onde. La Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λp) est typiquement de 639 nm, tandis que la Longueur d'Onde Dominante (λd) est typiquement de 631 nm, toutes deux mesurées à IF=20mA. La différence entre ces deux valeurs et la Demi-Largeur de Raie Spectrale (Δλ) de 20 nm décrivent la pureté spectrale et la teinte spécifique de la lumière rouge émise, qui entre dans la catégorie "rouge super", offrant une visibilité élevée.

Un Ratio d'Homogénéité d'Intensité Lumineuse (IV-m) de 2:1 (maximum) est spécifié. Ce ratio indique la variation maximale admissible de luminosité entre les différents segments d'un même dispositif lorsqu'ils sont pilotés dans des conditions identiques, garantissant un aspect uniforme lors de l'affichage des chiffres.

2.2 Caractéristiques électriques et thermiques

Les paramètres électriques soulignent l'aptitude du dispositif pour les systèmes basse consommation. La Tension Directe par Segment (VF) varie de 2,0V à 2,6V pour un courant de pilotage de 1mA. Le Courant Inverse par Segment (IR) est limité à un maximum de 100 µA lorsqu'une tension inverse (VR) de 5V est appliquée, indiquant les caractéristiques de fuite de la jonction.

Les limites thermiques et de puissance sont définies dans les Valeurs Maximales Absolues. Le Courant Direct Continu par Segment est nominalement de 25 mA, mais celui-ci doit être déclassé linéairement à partir de 25°C à un taux de 0,33 mA/°C à mesure que la température ambiante augmente. La Dissipation de Puissance par Segment ne doit pas dépasser 70 mW. Pour un fonctionnement en impulsions, un Courant Direct de Crête de 90 mA est autorisé sous un cycle de service de 1/10 avec une largeur d'impulsion de 0,1ms. Le dispositif est conçu pour une Plage de Température de Fonctionnement et de Stockage de -35°C à +85°C.

3. Système de classement et de sélection

La fiche technique indique que les dispositifs sont "Classés selon l'Intensité Lumineuse." Cela implique un processus de tri où les unités fabriquées sont triées en fonction de leur flux lumineux mesuré (Iv) en différents groupes ou "bacs". Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec des niveaux de luminosité cohérents pour leur application, ce qui est crucial pour les affichages multi-chiffres où l'uniformité est clé. Bien que les codes de bacs spécifiques ne soient pas listés dans ce résumé, les bacs typiques définiraient des plages pour l'intensité lumineuse (par exemple, 500-600 µcd, 600-700 µcd) et éventuellement pour la tension directe.

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, les courbes standard pour de tels dispositifs incluraient typiquement :

• Intensité Lumineuse Relative en fonction du Courant Direct (Courbe I-V) :Ce graphique montre comment le flux lumineux augmente avec le courant de pilotage. Il est typiquement non linéaire, le rendement diminuant souvent à des courants très élevés.
• Tension Directe en fonction du Courant Direct :Ceci montre la caractéristique I-V de la diode, importante pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Intensité Lumineuse Relative en fonction de la Température Ambiante :Cette courbe démontre comment le flux lumineux diminue lorsque la température de jonction augmente, un facteur critique pour la gestion thermique dans les conceptions.
• Distribution Spectrale :Un tracé montrant l'intensité relative de la lumière émise à travers différentes longueurs d'onde, centré autour de la longueur d'onde de crête d'environ 639 nm.

Ces courbes sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard et pour optimiser le circuit de pilotage pour l'efficacité et la longévité.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions physiques et contour

Les dimensions du boîtier du dispositif sont fournies dans un dessin (référencé mais non détaillé dans le texte). Toutes les dimensions sont spécifiées en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. La hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22mm) définit la taille globale du caractère. Le boîtier est une configuration standard à un chiffre, 10 broches, courante pour les afficheurs à sept segments avec un point décimal à droite.

5.2 Configuration des broches et identification de la polarité

L'affichage a une configuration à Cathode Commune, ce qui signifie que les cathodes (bornes négatives) de tous les segments LED sont connectées en interne et ramenées à des broches communes. C'est une conception courante pour le pilotage multiplexé. La connexion des broches est explicitement définie :

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

Les broches 3 et 8 sont toutes deux des Cathodes Communes. Le schéma de circuit interne montre la disposition standard à sept segments plus point décimal, avec l'anode de chaque segment connectée à sa broche respective et toutes les cathodes reliées ensemble aux broches communes.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Un paramètre d'assemblage clé spécifié est le profil de température de soudure. Le dispositif peut supporter une température de soudure de 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 1/16 de pouce (environ 1,59mm) en dessous du plan d'assise du boîtier. C'est un paramètre critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter les dommages thermiques aux puces LED ou au boîtier plastique. Les concepteurs doivent s'assurer que leur procédé d'assemblage ne dépasse pas cette combinaison temps-température. Pour le stockage, la plage spécifiée de -35°C à +85°C doit être maintenue dans un environnement sec pour éviter l'absorption d'humidité.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Cet affichage est idéal pour les dispositifs portables à piles, les panneaux d'instrumentation, l'électronique grand public et les commandes industrielles où un affichage numérique clair et basse consommation est requis. Exemples : multimètres, minuteries, balances, dispositifs médicaux et panneaux de commande d'appareils. Son fonctionnement à faible courant (jusqu'à 1mA par segment) le rend adapté aux systèmes pilotés par microcontrôleur où les broches GPIO peuvent souvent fournir ou absorber un courant limité.

7.2 Considérations de conception et circuits

Lors de la conception du circuit de pilotage, les points suivants sont cruciaux :

• Limitation de courant :Toujours utiliser des résistances de limitation de courant en série pour chaque anode de segment. La valeur de la résistance est calculée en fonction de la tension d'alimentation (Vcc), de la tension directe de la LED (Vf, utiliser la valeur max pour la sécurité) et du courant direct souhaité (If) : R = (Vcc - Vf) / If.
• Multiplexage :Pour les affichages multi-chiffres, un schéma de pilotage multiplexé est standard. Les cathodes communes de chaque chiffre sont commutées séquentiellement (balayées) tandis que les anodes des segments souhaités sont pilotées en synchronisation. Cela réduit le nombre de broches de microcontrôleur requises et la consommation totale d'énergie. Le courant de crête pendant le court temps de conduction peut être plus élevé que la valeur nominale en CC, comme autorisé par la spécification du courant de crête (90mA à 1/10 de cycle de service).
• Interface Microcontrôleur :L'affichage peut être piloté directement depuis les broches GPIO d'un microcontrôleur si le courant par segment est dans la capacité de pilotage de la broche du MCU (typiquement 20-25mA). Pour une luminosité plus élevée ou un multiplexage avec plus de chiffres, des pilotes externes (par exemple, réseaux de transistors ou circuits intégrés dédiés au pilotage de LED) sont recommandés.
• Angle de vision :La caractéristique "Angle de Vision Large" signifie que l'affichage reste lisible depuis des positions hors axe, ce qui est important pour les panneaux vus sous différents angles.

8. Comparaison et différenciation technique

Les principaux facteurs de différenciation de cet affichage sont son utilisation de la technologie AlInGaP et ses performances optimisées à faible courant. Comparé aux anciennes technologies LED GaAsP ou GaP, AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé, résultant en une sortie plus brillante au même courant ou une luminosité équivalente à un courant plus faible. Les tests et la sélection explicites pour d'"excellentes caractéristiques à faible courant" et l'homogénéité des segments sont des assurances qualité clés. La capacité à fonctionner efficacement à des courants aussi bas que 1mA par segment est un avantage distinct pour les conceptions à ultra-basse consommation par rapport aux afficheurs nécessitant 5-20mA pour une luminosité adéquate.

9. Questions Fréquemment Posées (FAQ)

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 (λp) est la longueur d'onde à laquelle le spectre de lumière émis a son intensité maximale. La longueur d'onde dominante (λd) est la longueur d'onde d'une lumière monochromatique pure qui semblerait avoir la même couleur à l'œil humain que la lumière de la LED. λd est plus pertinente pour la perception des couleurs.

Q : Puis-je piloter cet affichage sans résistances de limitation de courant ?

R : Non. Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Les connecter directement à une source de tension provoquera un courant excessif, risquant de détruire la LED instantanément en raison d'une surcontrainte thermique. Une résistance en série ou un circuit à courant constant est obligatoire.

Q : La fiche technique montre deux broches de cathode commune (3 et 8). Dois-je connecter les deux ?

R : Oui, pour des performances et une distribution de courant optimales, les deux broches de cathode commune doivent être connectées à la masse (ou au puits de courant) dans votre circuit. Cela aide à équilibrer la charge thermique et assure une luminosité uniforme des segments.

Q : Comment calculer la valeur de résistance appropriée pour une alimentation de 5V et un courant de segment de 10mA ?

R : En utilisant la Vf maximale de 2,6V : R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohms. La valeur standard la plus proche (220 ou 270 Ohms) serait utilisée. Vérifiez toujours que la luminosité réelle répond à vos besoins.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un minuteur numérique à 4 chiffres alimenté par batterie.

L'objectif est de maximiser l'autonomie de la batterie tout en maintenant une bonne lisibilité. L'affichage sera piloté par un microcontrôleur basse consommation utilisant un schéma de multiplexage.

Mise en œuvre :Les cathodes communes des quatre chiffres sont connectées à quatre transistors NPN (ou un circuit intégré réseau de transistors) contrôlés par des broches MCU. Les sept anodes de segments (A-G) et le point décimal sont connectés aux broches de sortie du MCU via des résistances de limitation de courant individuelles. Le MCU exécute une interruption de temporisateur (par exemple, à 1kHz). Dans chaque cycle d'interruption, il éteint toutes les cathodes de chiffres, définit les broches d'anode au motif de segment pour le chiffre suivant dans la séquence, puis active le transistor de cathode de ce chiffre. Cela parcourt rapidement les quatre chiffres, créant l'illusion que tous les chiffres sont allumés simultanément.

Optimisation de la puissance :En pilotant chaque segment à seulement 2-3mA (bien dans les spécifications) et en utilisant un cycle de service de multiplexage de 1:4, le courant moyen par segment est très faible, prolongeant considérablement l'autonomie de la batterie par rapport à un pilotage statique (non multiplexé). Le haut rendement des LED AlInGaP garantit que l'affichage reste clairement visible même à ces faibles courants moyens.

11. Introduction au principe technique

Un affichage à sept segments LED est un assemblage de diodes électroluminescentes (LED) individuelles disposées en forme de huit. Chacun des sept segments principaux (étiquetés A à G) est une LED séparée, et une LED supplémentaire sert de point décimal (DP). En allumant sélectivement des combinaisons spécifiques de ces segments, tous les chiffres décimaux (0-9) et certaines lettres peuvent être formés.

Le principe sous-jacent de l'émission de lumière est l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de bande interdite de la diode est appliquée, les électrons de la région de type n se recombinent avec les trous de la région de type p dans la couche active (dans ce cas, faite d'AlInGaP). Cette recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique (couleur) de la lumière est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur. L'AlInGaP a une bande interdite correspondant à la lumière rouge/orange/ambre. Le substrat GaAs non transparent absorbe la lumière parasite, améliorant le contraste en l'empêchant de se diffuser par les côtés ou l'arrière de la puce.

12. Tendances et contexte technologiques

Bien que des technologies d'affichage plus récentes comme l'OLED et les LED à matrice de points haute résolution existent, l'afficheur à sept segments LED reste une solution robuste, économique et très fiable pour les applications nécessitant une sortie numérique simple. La tendance dans ce segment va vers une efficacité plus élevée (plus de lumière par watt), des tensions de fonctionnement plus basses pour correspondre aux niveaux logiques modernes et une meilleure cohérence (tri plus serré). La technologie AlInGaP représente un pas significatif en termes d'efficacité par rapport aux anciens matériaux. De plus, l'accent est de plus en plus mis sur les afficheurs qui fonctionnent bien sous de très faibles courants de pilotage pour permettre des dispositifs Internet des Objets (IoT) économes en énergie et alimentés par batterie. Le dispositif décrit dans cette fiche technique, avec son accent sur le fonctionnement à faible courant et son intensité lumineuse classée, s'aligne bien sur ces tendances industrielles vers l'efficacité, la fiabilité et la flexibilité de conception pour l'électronique portable.