Fiche technique LTS-547AJG - Affichage LED vert AlInGaP 0,52 pouces - Hauteur de chiffre 13,2mm - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-547AJG est un module d'affichage alphanumérique sept segments à un chiffre haute performance, conçu pour les applications nécessitant une indication numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de fournir une lecture numérique hautement lisible. La technologie de base utilise le matériau semi-conducteur AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium) pour les puces électroluminescentes, réputé pour produire une lumière verte à haut rendement. Le dispositif présente un fond gris avec des marquages de segments blancs, optimisant le contraste pour une meilleure lisibilité sous diverses conditions d'éclairage. Il est construit en tant qu'afficheur à cathode commune, ce qui signifie que toutes les cathodes des segments LED individuels sont connectées en interne à des broches communes, simplifiant ainsi la conception du circuit de pilotage. Cet afficheur est classé comme un composant sans plomb, conforme aux directives environnementales telles que RoHS.

1.1 Avantages clés et marché cible

L'afficheur offre plusieurs avantages majeurs qui le rendent adapté à un large éventail d'applications industrielles et grand public. Sa luminosité élevée et son excellent rapport de contraste assurent une visibilité même dans des environnements très éclairés. Le large angle de vision permet de lire le caractère affiché depuis diverses positions sans perte significative de luminance ou de clarté. Le dispositif offre une fiabilité à l'état solide, c'est-à-dire qu'il ne comporte pas de pièces mobiles et est résistant aux chocs et aux vibrations par rapport à d'autres technologies d'affichage. Il présente une faible consommation d'énergie, ce qui le rend idéal pour les appareils alimentés par batterie ou à haute efficacité énergétique. Les segments continus et uniformes offrent une apparence de caractère nette et professionnelle. Les marchés cibles typiques incluent les équipements de test et de mesure, les panneaux de contrôle industriels, les dispositifs médicaux, les tableaux de bord automobiles (pour les affichages secondaires), les appareils électroménagers et tout dispositif électronique nécessitant une lecture numérique compacte et fiable.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces paramètres est crucial pour une conception de circuit appropriée et pour garantir la fiabilité à long terme.

2.1 Valeurs maximales absolues

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

• Dissipation de puissance par segment :70 mW maximum. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par un seul segment LED en fonctionnement continu. Le dépassement de cette valeur peut entraîner une surchauffe et une dégradation accélérée de la puce LED.
• Courant direct de crête par segment :60 mA maximum, mais uniquement dans des conditions pulsées spécifiques (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cette valeur concerne les brèves impulsions à courant élevé utilisées dans les schémas de multiplexage, et non pour un fonctionnement continu en courant continu.
• Courant direct continu par segment :25 mA maximum à 25°C. C'est le paramètre clé pour concevoir le courant de pilotage continu. De manière cruciale, cette valeur se dégrade linéairement au-dessus de 25°C à un taux de 0,33 mA/°C. Par exemple, à une température ambiante (Ta) de 85°C, le courant continu maximal autorisé serait : 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C) = 25 mA - 19,8 mA =5,2 mA. Cette dégradation est essentielle pour la gestion thermique.
• Tension inverse par segment :5 V maximum. L'application d'une tension de polarisation inverse supérieure à cette valeur peut provoquer un claquage et une défaillance de la jonction LED.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +105°C. Le dispositif peut fonctionner et être stocké dans cette large plage de température.
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion pour éviter d'endommager le boîtier plastique ou les liaisons internes.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques mesurés à Ta=25°C et dans des conditions de test spécifiées. Ils définissent les performances attendues du dispositif.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320 μcd (min), 750 μcd (typ) à I_F=1mA. C'est une mesure de la sortie lumineuse. La large plage indique un processus de tri ; les dispositifs sont catégorisés en fonction de leur intensité mesurée réelle.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :571 nm (typ) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde à laquelle l'intensité de la lumière émise est la plus élevée, la plaçant dans la région verte du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (typ). Cela indique la pureté spectrale ou l'étalement des longueurs d'onde émises. Une valeur de 15nm est typique pour une LED verte AlInGaP, résultant en une couleur verte relativement pure.
• 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 émise, très proche de la longueur d'onde de crête.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05V (min), 2,6V (max) à I_F=20mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de pilotage peut fournir une tension suffisante pour surmonter cette chute au courant souhaité. La variation nécessite des méthodes de pilotage à limitation de courant, et non de tension.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (max) à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque la LED est polarisée en inverse dans sa limite maximale.
• Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (max). Ceci 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 apparence uniforme du chiffre.

3. Explication du système de tri

La fiche technique indique que le dispositif est \"Catégorisé pour l'Intensité Lumineuse\". Cela fait référence à un processus de tri ou de classement effectué lors de la fabrication. En raison des variations inhérentes à la croissance épitaxiale des semi-conducteurs et au processus de fabrication des puces, les LED d'un même lot de production peuvent avoir des caractéristiques optiques et électriques légèrement différentes. Pour garantir une cohérence pour l'utilisateur final, les fabricants testent et trient (classent) les LED en groupes avec des paramètres étroitement appariés. Pour le LTS-547AJG, le paramètre principal trié estl'Intensité Lumineuse, comme en témoignent les valeurs Min (320 μcd) et Typ (750 μcd). Les dispositifs sont testés dans des conditions standard (I_F=1mA) et regroupés en catégories d'intensité. Les clients peuvent éventuellement commander des catégories spécifiques pour des applications nécessitant une correspondance précise de la luminosité sur plusieurs afficheurs. La tension directe (V_F) a également une plage spécifiée (2,05V à 2,6V), ce qui peut impliquer un tri secondaire ou est garantie comme une spécification maximale/minimale.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que l'extrait PDF fourni mentionne \"Courbes caractéristiques électriques/optiques typiques\" sur la dernière page, les courbes spécifiques ne sont pas incluses dans le texte fourni. Typiquement, une telle fiche technique inclurait des graphiques essentiels pour une analyse de conception approfondie. Sur la base des conventions standard des fiches techniques LED, les courbes suivantes seraient attendues et leur analyse est fournie :

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

Ce graphique montre la relation entre le courant traversant la LED et la tension à ses bornes. Pour une LED, c'est une courbe exponentielle. La tension de \"coude\" est celle où le courant commence à augmenter significativement—elle est proche de la V_Ftypique de 2,6V à 20mA. La courbe démontre pourquoi les LED doivent être pilotées par une source à courant limité ; une petite augmentation de la tension au-delà du coude entraîne une augmentation importante, potentiellement destructrice, du courant. La pente de la courbe est également liée à la résistance dynamique de la LED.

4.2 Intensité lumineuse vs Courant direct

Ce tracé montre comment la sortie lumineuse (intensité) augmente avec le courant de pilotage. Pour les LED AlInGaP, la relation est généralement linéaire sur une plage de courant modérée mais peut devenir sous-linéaire à des courants très élevés en raison de l'affaiblissement d'efficacité (échauffement et autres effets non radiatifs). Cette courbe aide les concepteurs à choisir un courant de fonctionnement qui délivre la luminosité requise sans solliciter excessivement la LED ou réduire son efficacité.

4.3 Intensité lumineuse relative vs Température ambiante

C'est l'une des courbes les plus critiques pour la fiabilité. Elle montre comment la sortie lumineuse diminue lorsque la température ambiante (ou de jonction) augmente. Les LED AlInGaP sont particulièrement sensibles à la température, avec une sortie qui diminue significativement lorsque la température augmente. Cette courbe, combinée à la spécification de dégradation du courant, éclaire les décisions de gestion thermique. Si l'afficheur est utilisé dans un environnement chaud, le courant peut devoir être réduit (dégradation) et la luminosité attendue sera plus faible.

4.4 Distribution spectrale

Un graphique traçant l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde. Il montrerait un pic autour de 571-572 nm avec une largeur caractéristique (la demi-largeur de 15 nm). Cette courbe confirme le point de couleur verte et est importante pour les applications où des coordonnées de couleur spécifiques sont requises.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif a un contour standard sept segments à un chiffre. Les dimensions clés du dessin (non entièrement détaillées dans le texte) incluent typiquement la hauteur, la largeur et la profondeur totales, la hauteur du chiffre (spécifiée à 0,52 pouce ou 13,2 mm), les dimensions des segments et l'espacement des broches. Les notes spécifient que toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Une note spécifique mentionne une tolérance de décalage de l'extrémité des broches de +0,4 mm, ce qui est important pour le placement des trous sur le PCB et les procédés de soudure à la vague pour assurer un alignement correct.

5.2 Brochage et identification de polarité

L'afficheur a 10 broches sur un pas de 0,1 pouce (2,54 mm), disposées en deux rangées. Le tableau de connexion des broches est fourni :

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

Le dispositif utilise une configuration àcathode commune. Il y a deux broches de cathode commune (3 et 8), qui sont connectées en interne. Cela permet une flexibilité dans le routage du PCB et peut aider à distribuer le courant. Pour allumer un segment, sa broche d'anode correspondante doit être portée à une tension positive par rapport à la ou aux cathodes communes, qui doivent être connectées à la masse (ou à une tension inférieure). Le point décimal est une LED séparée avec sa propre anode (broche 5).

5.3 Schéma de circuit interne

Le schéma fourni dans la fiche technique confirme visuellement l'architecture à cathode commune. Il montre huit puces LED indépendantes (segments A-G plus le point décimal). Toutes les cathodes (côtés négatifs) sont reliées ensemble et sorties sur les broches 3 et 8. Chaque anode (côté positif) est sortie sur sa broche respective. Ce diagramme est essentiel pour comprendre comment interfacer l'afficheur avec un microcontrôleur ou un circuit intégré de pilotage.

6. Directives de soudure et d'assemblage

Le respect de ces directives est essentiel pour éviter les dommages pendant le processus d'assemblage du PCB.

• Méthode de soudure :Le dispositif est adapté aux procédés de soudure à la vague ou par refusion.
• Profil de température :La température de soudure maximale absolue est de 260°C. Cette température ne doit pas être dépassée à l'interface broche/joint de soudure. Pour la refusion, le profil standard pour les assemblages sans plomb (température de pic ~245-250°C) est approprié, mais le temps au-dessus du liquidus doit être contrôlé.
• Temps d'exposition :Le temps d'exposition maximal à la température de pic est de 3 secondes. Une exposition prolongée peut faire fondre le boîtier plastique ou endommager les liaisons internes par fil.
• Point de mesure :La température est mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise (le point où la broche sort du corps plastique). C'est souvent plus frais que la température de la pastille du PCB.
• Nettoyage :Si un nettoyage est nécessaire, utilisez des solvants compatibles avec le matériau du boîtier plastique de la LED pour éviter la fissuration ou le ternissement.
• Manipulation :Évitez les contraintes mécaniques sur les broches. Utilisez des précautions appropriées contre les décharges électrostatiques (ESD) pendant la manipulation et l'assemblage.
• Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température spécifiée (-35°C à +105°C). Évitez l'exposition à une humidité excessive ; si les dispositifs sont stockés dans des environnements à forte humidité, un préchauffage peut être nécessaire avant la soudure pour éviter l'effet \"pop-corn\" pendant la refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

Le LTS-547AJG nécessite un mécanisme externe de limitation de courant. La méthode de pilotage la plus simple utilise une broche GPIO d'un microcontrôleur connectée à l'anode du segment via une résistance de limitation de courant, avec la cathode commune connectée à la masse. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Pour une alimentation de 5V et un I_Fsouhaité de 20mA avec une V_Ftypique de 2,6V : R = (5 - 2,6) / 0,02 = 120 Ω. Une résistance de 120Ω serait utilisée. Pour multiplexer plusieurs chiffres, des circuits intégrés de pilotage dédiés (comme le MAX7219 ou le TM1637) ou des réseaux de transistors sont utilisés pour absorber le courant de cathode combiné plus élevé.

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.
• Multiplexage :Lors du pilotage de plusieurs chiffres, la valeur de courant pulsé de crête (60mA à 1/10 de cycle de service) peut être utilisée pour les anodes de segment, mais le courant moyen par segment ne doit pas dépasser la valeur continue en courant continu lorsqu'elle est moyennée dans le temps.
• Dissipation thermique :Prenez en compte l'environnement de fonctionnement. Si l'afficheur est dans un espace clos ou à une température ambiante élevée, dégradez le courant de fonctionnement en conséquence en utilisant la règle de 0,33 mA/°C pour garantir la longévité.
• Angle de vision :Le large angle de vision est un avantage, mais pour une lisibilité optimale, positionnez l'afficheur de sorte que la ligne de vue typique du spectateur soit approximativement perpendiculaire à la face.
• Conception du PCB :Assurez-vous que l'empreinte correspond au dessin dimensionnel. Les deux broches de cathode commune peuvent être reliées ensemble sur le PCB pour réduire la résistance des pistes et améliorer la distribution du courant.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé à d'autres technologies d'affichage sept segments, le LTS-547AJG offre des avantages spécifiques :

• vs. LED rouges GaAsP ou GaP :La technologie AlInGaP offre une efficacité lumineuse significativement plus élevée, ce qui se traduit par des afficheurs plus lumineux pour le même courant de pilotage. La lumière verte (autour de 570nm) est également proche du pic de sensibilité de la courbe de vision photopique humaine, la faisant paraître subjectivement plus lumineuse que le rouge à la même puissance rayonnante.
• vs. Affichages LCD :Les LED sont émissives (produisent leur propre lumière), les rendant clairement visibles dans l'obscurité sans rétroéclairage. Elles ont un temps de réponse beaucoup plus rapide, une plage de température de fonctionnement plus large et ne sont pas sujettes à la rémanence d'image ou à une réponse lente par temps froid.
• vs. VFD (Affichages Fluorescents sous Vide) :Les LED sont plus robustes, nécessitent des tensions de fonctionnement beaucoup plus basses (3-5V contre 20-50V pour les VFD) et ont un circuit de pilotage plus simple. Elles ne nécessitent pas non plus d'alimentation de filament.
• Au sein des afficheurs AlInGaP :Les principaux points de différenciation du LTS-547AJG sont sa hauteur de chiffre spécifique de 0,52\", sa configuration à cathode commune, sa conception fond gris/segments blancs pour le contraste, et sa garantie de catégorisation pour l'intensité lumineuse, offrant un certain niveau de cohérence de luminosité.

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

Q1 : Puis-je piloter cet afficheur avec une logique 3,3V ?

R : Oui, mais vous devez vérifier la tension directe. Avec une V_Ftypique de 2,6V, il n'y a qu'une marge de 0,7V (3,3V - 2,6V). Une résistance de limitation de courant serait très petite : R = (3,3 - 2,6)/0,02 = 35 Ω. À faible courant (par exemple, 5mA), cela fonctionne bien. Pour une luminosité maximale à 20mA, assurez-vous que votre rail 3,3V est stable et peut fournir le courant. Un pilote à courant constant est recommandé pour les systèmes 3,3V.

Q2 : Pourquoi y a-t-il deux broches de cathode commune ?

R : Deux broches sont utilisées pour distribuer le courant total de cathode, qui peut être la somme de jusqu'à 8 segments (si tous sont allumés). Cela réduit la densité de courant dans une seule broche/piste PCB, améliore la fiabilité et offre une flexibilité de conception.

Q3 : Comment calculer la consommation électrique de l'afficheur ?

R : Pour un segment : P = V_F* I_F. À 20mA typique et 2,6V, P_segment = 52 mW. Pour le chiffre entier avec les 7 segments allumés (sans point décimal), P_total ≈ 7 * 52 mW = 364 mW. Assurez-vous toujours que cela est inférieur à la capacité de dissipation totale du boîtier, en tenant compte de la dégradation thermique.

Q4 : Que signifie \"boîtier sans plomb\" pour mon processus d'assemblage ?

R : Les broches du dispositif sont plaquées avec une finition compatible avec la soudure sans plomb (par exemple, étain-argent-cuivre). Vous devez utiliser une pâte à souder sans plomb et un profil de refusion correspondant à température plus élevée (pic ~245-250°C) pendant l'assemblage.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'un thermomètre numérique simple pour une station météo intérieure/extérieure. L'unité doit afficher des températures de -35°C à 105°C (correspondant à la plage de fonctionnement de l'afficheur). Elle sera alimentée par batterie pour la portabilité.

Choix de conception :

1. Sélection de l'afficheur :Le LTS-547AJG est adapté en raison de sa large plage de température, de sa luminosité élevée (lisible à l'extérieur) et de sa faible consommation d'énergie (important pour l'autonomie de la batterie). La couleur verte est agréable pour les yeux.

2. Circuit de pilotage :Utilisez un microcontrôleur basse consommation (par exemple, un ARM Cortex-M0+ ou PIC) en mode veille la plupart du temps, se réveillant pour mettre à jour l'affichage. Pour économiser de l'énergie et des broches, utilisez un circuit intégré de pilotage LED dédié avec multiplexage intégré et sorties à courant constant. Cela permet de piloter efficacement plusieurs chiffres (pour les dizaines et les unités).

3. Réglage du courant :Pour une utilisation en intérieur, réglez le courant de segment à 5-10 mA pour économiser la batterie. Pour une utilisation en extérieur en pleine lumière, un bouton pourrait augmenter temporairement le courant à 15-20 mA pour une luminosité maximale. Le réglage de courant du circuit intégré de pilotage doit être programmé en conséquence.

4. Considération thermique :Si l'unité est placée en plein soleil, la température interne pourrait dépasser 50°C. Selon la formule de dégradation, à 50°C, le courant continu maximal est de 25 mA - ((50-25)*0,33) = 25 - 8,25 = 16,75 mA. Notre réglage maximum de 20mA dépasserait cela, donc la conception devrait limiter le mode \"haute luminosité\" à un cycle de service ou une largeur d'impulsion qui maintient le courant moyen dans la limite dégradée à haute température ambiante.

11. Introduction à la technologie

Le LTS-547AJG est basé sur la technologie semi-conductriceAlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium). Ce système de matériau est cultivé par épitaxie sur unsubstrat non transparent de GaAs (Arséniure de Gallium). L'AlInGaP est un semi-conducteur à bande interdite directe dont l'énergie de bande interdite peut être ajustée en faisant varier les rapports d'Aluminium, d'Indium, de Gallium et de Phosphore. Pour une émission verte autour de 570-580 nm, des compositions spécifiques sont utilisées. Le substrat GaAs non transparent absorbe une partie de la lumière générée, ce qui est un inconvénient par rapport aux dispositifs utilisant des substrats transparents (comme le GaP pour certaines anciennes LED vertes). Cependant, les procédés modernes AlInGaP-sur-GaAs atteignent une efficacité quantique interne très élevée, et la lumière est principalement émise par la surface supérieure de la puce. Le fond gris et les segments blancs du boîtier ne font pas partie du semi-conducteur ; ils font partie du moulage plastique. Le fond gris réduit la réflexion de la lumière ambiante, tandis que les segments blancs diffusent et dispersent la lumière verte de la puce LED sous-jacente, créant une apparence de segment uniforme et lumineuse.

12. Tendances technologiques

Le domaine des afficheurs LED continue d'évoluer. Pour les afficheurs sept segments discrets comme le LTS-547AJG, les tendances se concentrent sur l'augmentation de l'efficacité, une luminosité plus élevée et des gammes de couleurs plus larges. Bien que l'AlInGaP domine le spectre rouge, orange, ambre et vert à haute efficacité, de nouveaux matériaux comme l'InGaN (Nitrure d'Indium et de Gallium) sont désormais capables de produire des LED vertes et même jaunes efficaces, offrant potentiellement différents points de couleur et caractéristiques d'efficacité. Il y a également une tendance vers une intégration plus élevée, comme des afficheurs avec contrôleurs intégrés (interfaces I2C ou SPI) qui simplifient considérablement l'interface microcontrôleur. De plus, la demande d'une consommation d'énergie toujours plus faible pousse au développement de LED qui délivrent une luminosité utilisable à des courants inférieurs à 1 mA pour les dispositifs IoT ultra-basse consommation. Les réglementations environnementales continuent de pousser à l'élimination des substances dangereuses au-delà du plomb, influençant les matériaux de placage et d'emballage.