Fiche technique de l'afficheur LED LTS-3403LJF - Hauteur de chiffre 0,8 pouce - Couleur jaune-orange - Tension directe 2,6V - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-3403LJF est un module d'affichage alphanumérique à un chiffre et sept segments, conçu pour les applications nécessitant une indication numérique ou alphanumérique limitée, claire et fiable. Sa fonction principale est de fournir une sortie visuelle pour les données numériques provenant de microcontrôleurs, de circuits logiques ou d'autres circuits intégrés pilotes. L'avantage fondamental de ce dispositif réside dans l'utilisation de la technologie des puces LED en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP), qui offre une efficacité et une pureté de couleur supérieures dans le spectre jaune-orange par rapport aux technologies plus anciennes comme le GaAsP. Le dispositif présente un fond gris avec des marquages de segments blancs, offrant un excellent contraste pour les segments éclairés. Il est catégorisé selon l'intensité lumineuse, garantissant une uniformité de luminosité entre les lots de production. L'afficheur est conçu pour une intégration aisée, adapté au montage direct sur cartes de circuits imprimés (PCB) ou dans des supports compatibles, ce qui le rend idéal pour les panneaux de contrôle industriel, les équipements de test, les appareils grand public et l'instrumentation nécessitant un affichage à un chiffre.

1.1 Caractéristiques principales et marché cible

Le LTS-3403LJF est conçu avec plusieurs caractéristiques clés qui définissent son domaine d'application. La hauteur de chiffre de 0,8 pouce (20,32 mm) offre un équilibre entre visibilité et compacité, adaptée aux appareils montés sur panneau où l'espace est limité mais la lisibilité primordiale. Ses segments continus et uniformes assurent une apparence cohérente et professionnelle lorsqu'ils sont allumés. Sa faible consommation d'énergie et ses besoins en puissance réduits le rendent compatible avec les appareils à piles ou les systèmes où l'efficacité énergétique est critique. L'excellente apparence des caractères et le large angle de vision sont des résultats directs de la technologie des puces AlInGaP et de la conception du diffuseur, permettant une lecture claire sous divers angles. La fiabilité inhérente à la technologie LED à l'état solide garantit une longue durée de vie opérationnelle sans pièces mobiles sujettes à l'usure. Enfin, sa compatibilité avec les circuits intégrés signifie qu'il peut être piloté directement par des sorties logiques numériques standard ou via des circuits intégrés pilotes d'affichage dédiés avec des résistances de limitation de courant appropriées. Le marché cible inclut les concepteurs d'appareils électroniques portables, de systèmes embarqués, de tableaux de bord automobiles (pour indicateurs non critiques), de dispositifs médicaux et de tout système électronique nécessitant un affichage numérique durable et à faible consommation.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

La fiche technique fournit des spécifications électriques, optiques et thermiques complètes, essentielles pour une conception de circuit adéquate et un fonctionnement fiable.

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont centrales pour la fonction de l'afficheur. L'Intensité Lumineuse Moyenne (Iv) est spécifiée avec un minimum de 320 µcd, une valeur typique de 900 µcd, et aucun maximum indiqué, le tout mesuré à un courant direct (If) de 1 mA. Ce paramètre indique la luminosité perçue d'un segment unique. Le faible courant de test souligne l'efficacité du dispositif. Les caractéristiques de couleur sont définies par trois paramètres de longueur d'onde. La Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λp) est typiquement de 611 nm, mesurée à If=20mA. La Demi-Largeur Spectrale (Δλ) est typiquement de 17 nm, indiquant la pureté spectrale ou l'étroitesse de la plage de lumière émise autour du pic ; une valeur plus petite dénote une couleur plus monochromatique. La Longueur d'Onde Dominante (λd) est typiquement de 605 nm. Il est important de noter que l'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'une combinaison capteur/filtre qui approxime la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant que la mesure correspond à la perception visuelle humaine. Le Rapport d'Homogénéité d'Intensité Lumineuse (Iv-m) est spécifié à un maximum de 2:1, ce qui signifie que la différence de luminosité entre le segment le plus brillant et le plus faible dans une même unité ne dépassera pas un facteur deux, assurant une apparence uniforme.

2.2 Paramètres électriques

Les spécifications électriques définissent les limites et conditions de fonctionnement des segments LED. Les Valeurs Maximales Absolues fixent les limites pour un fonctionnement sûr. La Dissipation de Puissance par Segment est de 70 mW. Le Courant Direct de Crête par Segment est de 60 mA, mais cela n'est permis qu'en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms) pour gérer la chaleur. Le Courant Direct Continu par Segment est de 25 mA à 25°C, avec un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C. Cela signifie que le courant continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante dépasse 25°C pour éviter la surchauffe. La Tension Inverse par Segment est de 5 V ; la dépasser peut endommager la jonction LED. Dans les conditions de fonctionnement standard (Ta=25°C), la Tension Directe par Segment (Vf) est typiquement de 2,6 V avec un maximum de 2,6 V à un courant de test de 10 mA. Le minimum est indiqué à 2,05 V. Le Courant Inverse par Segment (Ir) est d'un maximum de 100 µA lorsqu'une tension inverse (Vr) de 5 V est appliquée, indiquant le courant de fuite à l'état éteint.

2.3 Spécifications thermiques et environnementales

La fiabilité sous diverses conditions environnementales est cruciale. La Plage de Température de Fonctionnement est spécifiée de -35°C à +85°C. Cette large plage permet à l'afficheur de fonctionner dans des environnements sévères, des congélateurs industriels aux compartiments moteurs chauds. La Plage de Température de Stockage est identique (-35°C à +85°C), définissant les conditions de sécurité lorsque l'appareil n'est pas alimenté. Un paramètre critique pour l'assemblage est la Température de Soudure. La fiche technique spécifie que le dispositif peut supporter une température de 260°C pendant 3 secondes à un point situé à 1/16 de pouce (environ 1,59 mm) sous le plan d'assise. Il s'agit d'une référence standard pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion, et les concepteurs doivent s'assurer que le profil d'assemblage de leur PCB ne dépasse pas ces limites pour éviter d'endommager les liaisons internes ou les puces LED elles-mêmes.

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que l'appareil est "Catégorisé selon l'Intensité Lumineuse". Cela fait référence à un processus de classement ou de tri effectué lors de la fabrication. En raison des variations naturelles dans les procédés d'épitaxie des semi-conducteurs et de fabrication des puces, les LED d'un même lot de production peuvent présenter de légères variations dans des paramètres clés comme l'intensité lumineuse et la tension directe. Pour garantir une uniformité à l'utilisateur final, les fabricants testent chaque unité et les trient dans différents "bacs" en fonction des performances mesurées. Le LTS-3403LJF est spécifiquement classé selon l'intensité lumineuse. Cela signifie que lorsqu'un concepteur commande une quantité de ces afficheurs, la variation de luminosité d'une unité à l'autre sera dans une plage prédéfinie et contrôlée (impliquée par le rapport d'homogénéité 2:1 au sein d'une unité, et davantage contrôlée entre les unités par le classement). Ceci est essentiel pour les applications où plusieurs chiffres sont utilisés côte à côte, car cela évite des différences de luminosité visibles entre les afficheurs. La fiche technique ne spécifie pas de bacs séparés pour la longueur d'onde (couleur) ou la tension directe, suggérant un contrôle de processus serré sur ces paramètres ou que le classement est principalement axé sur l'intensité pour ce produit.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que la fiche technique mentionne une page pour les "Courbes Caractéristiques Électriques/Optiques Typiques", le contenu fourni n'inclut pas les graphiques réels. Typiquement, de telles courbes sont inestimables pour la conception. On s'attendrait à voir une courbe Courant Direct vs. Tension Directe (I-V), qui montre la relation non linéaire entre le courant et la tension aux bornes de la jonction LED. Cette courbe aide les concepteurs à sélectionner la valeur appropriée de la résistance de limitation de courant pour une tension d'alimentation donnée. Une courbe Intensité Lumineuse Relative vs. Courant Direct montrerait comment la luminosité augmente avec le courant, souvent de manière sous-linéaire, aidant à optimiser le compromis entre luminosité et consommation d'énergie/efficacité. Une courbe Intensité Lumineuse Relative vs. Température Ambiante est cruciale pour comprendre comment la luminosité se dégrade lorsque la température de fonctionnement augmente, ce qui est vital pour concevoir des systèmes fonctionnant sur toute la plage de température. Enfin, un graphique de Distribution Spectrale représenterait visuellement l'intensité de la lumière émise à différentes longueurs d'onde, centrée autour du pic de 611 nm, montrant la forme et la largeur du spectre d'émission. Les concepteurs doivent consulter la fiche technique complète du fabricant pour ces représentations graphiques afin de prendre des décisions éclairées sur le courant de pilotage et la gestion thermique.

5. Informations mécaniques et d'emballage

La conception mécanique assure une intégration physique fiable. Le diagramme des Dimensions du Boîtier (non détaillé dans le texte) fournirait toutes les mesures critiques pour la conception de l'empreinte PCB, y compris la longueur, la largeur et la hauteur globales, l'espacement entre les broches (pas), le diamètre et la position des trous de montage, et la distance entre le bas du boîtier et le plan d'assise. Le tableau de Connexion des Broches est la carte fonctionnelle du boîtier à 17 broches. Il révèle qu'il s'agit d'une configuration à Cathode Commune (broches 4, 6, 12, 17), où le côté négatif (cathode) de tous les segments LED est connecté ensemble en interne. Les anodes pour chaque segment (A, B, C, D, E, F, G) et les points décimaux gauche et droit (L.D.P, R.D.P) sont amenés sur des broches séparées. Plusieurs broches (1, 8, 9, 16) sont listées comme "SANS BROCHE", ce qui signifie qu'elles sont physiquement présentes mais non connectées électriquement (probablement pour la stabilité mécanique dans le support ou pendant le soudage). La polarité est clairement indiquée par la désignation de cathode commune. Le fond gris et les segments blancs constituent l'interface visuelle.

6. Directives de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée pendant l'assemblage est cruciale pour la fiabilité à long terme. La directive clé fournie est la spécification de Température de Soudure : 260°C pendant 3 secondes à 1/16 de pouce sous le plan d'assise. Il s'agit d'une directive pour la soudure à la vague. Pour la soudure par refusion, un profil standard sans plomb culminant à 260°C serait applicable, mais le temps au-dessus du liquidus (par exemple, 217°C) doit être contrôlé pour minimiser la contrainte thermique. Les concepteurs doivent s'assurer que la disposition des pastilles du PCB correspond à l'empreinte recommandée du dessin dimensionnel pour éviter le soulèvement ou le mauvais alignement. Le dispositif doit être stocké dans son sac barrière à l'humidité d'origine jusqu'à son utilisation, surtout s'il n'est pas destiné à un assemblage immédiat, pour éviter l'absorption d'humidité qui pourrait provoquer un "effet pop-corn" pendant la refusion. Les plages de température de fonctionnement et de stockage (-35°C à +85°C) doivent être respectées tout au long de la chaîne d'approvisionnement et du cycle de vie du produit. Évitez d'appliquer une contrainte mécanique sur le diffuseur ou les broches pendant la manipulation.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

Le LTS-3403LJF, étant un afficheur à cathode commune, est généralement piloté par un pilote de type "sourcing". Cela signifie que les broches du microcontrôleur ou du circuit intégré pilote se connectent aux anodes des segments et fournissent le courant pour les allumer, tandis que la ou les broches de cathode commune sont connectées à la masse, généralement via un transistor capable de supporter le courant combiné des segments. Un circuit de base consiste à connecter chaque broche d'anode à une broche GPIO d'un microcontrôleur via une résistance de limitation de courant. La valeur de cette résistance (R) est calculée à l'aide de la loi d'Ohm : R = (Vcc - Vf) / If, où Vcc est la tension d'alimentation (par exemple, 5V ou 3,3V), Vf est la tension directe de la LED (typiquement 2,6V), et If est le courant direct souhaité (par exemple, 10-20 mA). Par exemple, avec une alimentation de 5V et un courant cible de 15 mA : R = (5 - 2,6) / 0,015 = 160 ohms. Une résistance de 150 ohms serait une valeur standard. La ou les broches de cathode commune seraient connectées au collecteur d'un transistor NPN, avec l'émetteur à la masse. Le microcontrôleur activerait le transistor pour activer le chiffre. Pour le multiplexage multi-chiffres (non applicable pour un seul chiffre, mais pour la compréhension), les anodes des segments correspondants entre les chiffres sont reliées ensemble, et la cathode commune de chaque chiffre est contrôlée séparément, illuminant un chiffre à la fois en succession rapide.

7.2 Considérations et notes de conception

Plusieurs considérations importantes doivent être prises en compte.Limitation de courant :Ne connectez jamais une LED directement à une source de tension sans résistance de limitation de courant ou pilote à courant constant, car la LED tirera un courant excessif et tombera en panne.Dissipation thermique :Bien que les LED soient efficaces, la puissance dissipée (P = Vf * If) par segment peut atteindre 65 mW (2,6V * 25mA). Dans les applications où de nombreux segments sont allumés en continu, assurez une ventilation ou un dissipateur thermique adéquat si l'opération se fait près de la température maximale.Angle de vision :Le large angle de vision est bénéfique, mais pour une lisibilité optimale, considérez la ligne de vue principale de l'utilisateur lors du positionnement de l'afficheur dans le boîtier.Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Les LED AlInGaP peuvent être sensibles aux décharges électrostatiques. Mettez en œuvre les précautions de manipulation ESD standard pendant l'assemblage.Découplage et bruit :Dans les environnements électriquement bruyants, envisagez d'ajouter un petit condensateur de découplage (par exemple, 100 nF) près des connexions d'alimentation de l'afficheur pour stabiliser l'alimentation.

8. Comparaison et différenciation technique

Le LTS-3403LJF se différencie principalement par son matériau semi-conducteur : l'AlInGaP. Comparé aux anciennes LED rouges basées sur l'Arséniure de Gallium Phosphoré (GaAsP), l'AlInGaP offre une efficacité lumineuse significativement plus élevée (plus de lumière par unité de puissance électrique), une meilleure stabilité de la couleur et de la luminosité en fonction de la température, et une couleur plus saturée et pure dans la partie ambre/jaune-orange/rouge du spectre. Comparé aux LED blanches (typiquement LED bleue + phosphore), il offre une émission à bande étroite unique, ce qui peut être avantageux dans les applications utilisant un filtrage de longueur d'onde spécifique ou où la pureté de couleur est souhaitée sans le large spectre de la lumière blanche. Sa taille de 0,8 pouce occupe une niche entre les indicateurs plus petits et les afficheurs plus grands et gourmands en énergie. La configuration à cathode commune est standard et offre une compatibilité avec une vaste gamme de circuits intégrés pilotes et de configurations de ports de microcontrôleurs conçus pour le multiplexage à cathode commune.

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

Q : Quelle est la différence entre la Longueur d'Onde de Crête (611 nm) et la Longueur d'Onde Dominante (605 nm) ?

R : La Longueur d'Onde de Crête est la longueur d'onde unique à laquelle le spectre d'émission a son intensité maximale. La Longueur d'Onde Dominante est la longueur d'onde unique de la lumière monochromatique qui semblerait avoir la même couleur que la sortie de la LED pour l'œil humain. Elles diffèrent souvent légèrement. La longueur d'onde dominante est plus pertinente pour la spécification de la couleur.

Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3V ?

R : Oui, mais vous devez vérifier la tension directe. La Vf typique est de 2,6V. Avec une alimentation de 3,3V, la chute de tension aux bornes de la résistance de limitation de courant ne serait que de 0,7V (3,3V - 2,6V). Pour obtenir un courant de 15mA, vous auriez besoin d'une résistance de R = 0,7V / 0,015A = 46,7 ohms. C'est faisable, mais le courant sera plus sensible aux variations de Vf. C'est généralement acceptable, mais vérifiez que la luminosité répond à vos besoins.

Q : Pourquoi y a-t-il quatre broches de cathode commune ?

R : Avoir plusieurs broches de cathode aide à répartir le courant total tiré lorsque tous les segments sont allumés. La somme des courants pour 7 segments plus les points décimaux pourrait dépasser 200 mA. Répartir ce courant sur plusieurs broches et pistes PCB réduit la densité de courant, minimise la chute de tension et améliore la fiabilité.

Q : Que signifie "COMPATIBLE CIRCUITS INTÉGRÉS" ?

R : Cela signifie que les caractéristiques électriques de la LED (tension directe, besoins en courant) sont dans des plages qui peuvent être directement pilotées par les broches de sortie de circuits intégrés numériques standard (comme les puces logiques CMOS ou TTL ou les GPIO de microcontrôleurs) lorsqu'elles sont utilisées avec une résistance de limitation de courant appropriée. Cela ne signifie pas que vous pouvez la connecter directement sans résistance.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Considérez la conception d'un simple contrôleur de thermostat numérique. Le système utilise un microcontrôleur pour lire un capteur de température et afficher la consigne ou la température actuelle sur un seul chiffre (pour simplifier, affichant les dizaines de degrés, ou un code). Le LTS-3403LJF est choisi pour sa clarté, sa faible consommation (important pour un appareil pouvant être sur batterie) et son large angle de vision (monté sur un mur). Le microcontrôleur fonctionne à 5V. Le concepteur calcule les valeurs de résistance pour un courant de segment de 12 mA pour équilibrer luminosité et puissance : R = (5V - 2,6V) / 0,012A = 200 ohms. Sept résistances de 200 ohms sont utilisées, une pour chaque anode de segment (A-G). Les broches de cathode commune sont reliées ensemble et connectées au collecteur d'un transistor NPN 2N3904. L'émetteur du transistor va à la masse, et sa base est pilotée par une broche GPIO du microcontrôleur via une résistance de 10k. Pour afficher un chiffre, le microcontrôleur définit le motif des broches d'anode de segment à l'état haut (via les résistances) et active le transistor pour compléter le circuit à la masse. La couleur jaune-orange est facilement visible dans des conditions d'éclairage intérieur typiques. La robustesse de la plage de température garantit que l'afficheur fonctionne de manière fiable même si le thermostat est placé dans un grenier chaud ou un garage froid.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Le LTS-3403LJF fonctionne sur le principe fondamental de l'électroluminescence dans une jonction p-n semi-conductrice. Le dispositif utilise le Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) comme matériau semi-conducteur actif. Ce composé est cultivé par épitaxie sur un substrat non transparent d'Arséniure de Gallium (GaAs). Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de bande interdite du matériau (environ 2,0-2,2V pour l'AlInGaP) est appliquée à travers la jonction p-n, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, ils libèrent de l'énergie. Dans un semi-conducteur à bande interdite directe comme l'AlInGaP, cette énergie est libérée principalement sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de la lumière émise (dans ce cas, jaune-orange, autour de 611 nm) est déterminée par l'énergie de la bande interdite de la composition d'alliage AlInGaP, qui est soigneusement contrôlée pendant la fabrication. Le fond gris et les segments blancs agissent respectivement comme un diffuseur et un filtre de contraste, façonnant la sortie lumineuse en segments numériques reconnaissables.

12. Tendances technologiques et contexte

Le LTS-3403LJF représente une technologie mature et optimisée. Les LED AlInGaP, développées dans les années 1990, ont largement remplacé le GaAsP pour les indicateurs et afficheurs rouges, oranges et jaunes à haute efficacité. La tendance dans la technologie d'affichage s'est depuis orientée vers des solutions à plus haute densité comme les OLED à matrice de points, les micro-LED et les LCD pour les graphiques complexes. Cependant, pour les besoins d'affichage numérique simple, robuste, à faible coût et ultra-fiable à un ou plusieurs chiffres, les afficheurs sept segments LED restent très pertinents. Leurs avantages incluent une extrême simplicité de contrôle, une luminosité et un contraste très élevés, une large plage de température de fonctionnement, une mise sous tension instantanée et une longévité mesurée en dizaines de milliers d'heures. Les développements actuels dans cette niche se concentrent sur une efficacité encore plus élevée, permettant des courants de pilotage plus faibles pour la même luminosité (prolongeant la durée de vie de la batterie), et l'intégration du circuit de pilotage directement dans le boîtier de l'afficheur (les soi-disant "afficheurs intelligents"). Le principe fondamental d'une source de lumière à l'état solide fiable pour l'indication numérique, tel qu'incarné par le LTS-3403LJF, continue d'être un élément de base fondamental dans la conception électronique à travers d'innombrables industries.