Fiche technique de l'afficheur LED LSHD-5503 - Hauteur de chiffre 0,56 pouce - Rouge AlInGaP - Tension directe 2,6V - Dissipation 70mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LSHD-5503 est un module d'affichage numérique à un chiffre haute performance conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire, lumineuse et fiable. Sa technologie de base repose sur des puces LED rouges en phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP) à semi-conducteur avancé, épitaxiées sur un substrat d'arséniure de gallium (GaAs). Ce système de matériaux est réputé pour son haut rendement et son excellente pureté de couleur dans le spectre rouge. Le dispositif présente une face avant gris clair avec des délimitations de segments blanches, offrant un contraste élevé pour une lisibilité optimale sous diverses conditions d'éclairage. Les objectifs de conception principaux sont une faible consommation d'énergie, une luminosité élevée, un éclairage uniforme des segments et une fiabilité à l'état solide, le rendant adapté à une large gamme de produits grand public, industriels et d'instrumentation où la présentation de données numériques est critique.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les performances du LSHD-5503 sont définies par un ensemble complet de paramètres électriques et optiques, chacun étant critique pour une conception de circuit appropriée et une prédiction des performances.

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

La performance lumineuse est un facteur clé de différenciation. L'intensité lumineuse moyenne par segment est spécifiée avec des valeurs minimales, typiques et maximales sous différentes conditions d'alimentation. À un courant direct (I_F) de 1 mA, l'intensité varie de 320 μcd (min) à 1300 μcd (max), avec une valeur typique fournie. À un courant d'alimentation plus élevé de 10 mA, l'intensité typique augmente significativement à 5400 μcd, démontrant la capacité du dispositif pour les applications haute luminosité. Le rapport d'appariement de l'intensité lumineuse entre les segments est spécifié à 2:1 maximum à I_F=1mA, garantissant une uniformité visuelle sur le chiffre. La longueur d'onde dominante (λ_d) est de 624 nm, et la longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) est de 632 nm à I_F=20mA, le plaçant fermement dans la partie rouge du spectre visible. La demi-largeur de la raie spectrale (Δλ) est de 20 nm, indiquant une bande passante spectrale relativement étroite qui contribue à la couleur rouge pure.

2.2 Caractéristiques électriques

La tension directe (V_F) par segment est comprise entre 2,1V (min) et 2,6V (max) lorsqu'elle est alimentée à 20 mA. Ce paramètre est essentiel pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant dans un circuit : R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Le courant inverse (I_R) est limité à un maximum de 100 μA à une tension inverse (V_R) de 5V, ce qui est une condition de test standard et non un mode de fonctionnement continu.

2.3 Limites absolues et gestion thermique

Ces limites définissent les seuils de contrainte au-delà desquels des dommages permanents peuvent survenir. Le courant direct continu par segment est de 25 mA. Le courant direct de crête par segment est évalué à 90 mA, mais uniquement dans des conditions pulsées (fréquence 1 kHz, rapport cyclique de 15 %), ce qui est utile pour les schémas de multiplexage afin d'obtenir une luminosité perçue plus élevée. La dissipation de puissance par segment est de 70 mW, calculée comme V_F* I_F. Un facteur de déclassement du courant direct de 0,28 mA/°C est spécifié au-dessus de la température ambiante de 25°C (T_a). Cela signifie que pour chaque degré Celsius au-dessus de 25°C, le courant continu maximal autorisé doit être réduit de 0,28 mA pour éviter la surchauffe. Par exemple, à 50°C, le courant maximal serait de 25 mA - (0,28 mA/°C * 25°C) = 18 mA. La plage de température de fonctionnement et de stockage est de -35°C à +105°C, indiquant une robustesse pour les environnements difficiles.

3. Système de tri et de classification

La fiche technique indique explicitement que les dispositifs sont "triés selon l'intensité lumineuse". Il s'agit d'un processus critique de contrôle qualité et de sélection. Lors de la fabrication, des variations se produisent. Le tri consiste à tester le flux lumineux de chaque unité à un courant de test standard (probablement 1 mA ou 10 mA selon la fiche technique) et à les regrouper dans des plages d'intensité spécifiques ou "bacs". Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec des niveaux de luminosité cohérents pour leur application, garantissant un aspect uniforme dans les afficheurs multi-chiffres ou entre différents produits. Bien que la fiche technique fournisse la plage minimale/maximale globale, les codes de bacs spécifiques et leurs plages d'intensité correspondantes seraient généralement définis dans un document de tri séparé du fabricant.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux "Courbes typiques des caractéristiques électriques / optiques" qui sont essentielles pour comprendre le comportement du dispositif au-delà des spécifications ponctuelles. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, les courbes standard pour de tels dispositifs incluent généralement :

• Intensité lumineuse relative en fonction du courant direct (I_Vvs. I_F) :Montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant, généralement de manière sous-linéaire à des courants plus élevés en raison de l'échauffement et de la baisse d'efficacité.
• Tension directe en fonction du courant direct (V_Fvs. I_F) :Démontre la caractéristique I-V de la diode, cruciale pour la conception du pilote.
• Intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante (I_Vvs. T_a) :Illustre comment la sortie lumineuse diminue lorsque la température de jonction augmente, soulignant l'importance de la gestion thermique.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~632 nm et la demi-largeur de 20 nm.

Ces courbes permettent aux ingénieurs de modéliser les performances dans des conditions non standard (par exemple, différents courants d'alimentation, températures) et d'optimiser leurs conceptions.

5. Informations mécaniques et de boîtier

Le LSHD-5503 a une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm). Les dimensions du boîtier sont fournies dans un dessin détaillé avec toutes les mesures critiques en millimètres. Les tolérances sont généralement de ±0,25 mm sauf indication contraire. Cette information est vitale pour la conception de l'empreinte PCB, garantissant un ajustement correct dans le boîtier et maintenant l'alignement du point décimal. Le boîtier abrite les puces LED, le masque de face gris clair/segments blancs et les broches de connexion.

6. Connexion des broches et circuit interne

Le dispositif a une configuration standard à 10 broches pour un affichage à 7 segments plus point décimal. Il utilise une architecture àcathode commune. Cela signifie que les cathodes (bornes négatives) de tous les segments LED sont connectées ensemble en interne et ramenées aux broches 3 et 8, qui sont également reliées entre elles. Les anodes (bornes positives) de chaque segment individuel (A à G) et du point décimal (DP) sont ramenées à des broches séparées (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Le schéma de circuit interne représente visuellement cet agencement, montrant huit LED individuelles (sept segments + DP) avec leurs anodes isolées et leurs cathodes connectées au nœud commun. Cette configuration est idéale pour le multiplexage, où les chiffres sont alimentés un à la fois en séquence rapide.

7. Recommandations de soudure et d'assemblage

Les limites absolues incluent des conditions de soudure spécifiques : le dispositif peut être soumis à une température de fer à souder de 260°C pendant 5 secondes, à condition que la pointe du fer soit au moins à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) en dessous du plan d'assise du boîtier. Il s'agit d'une instruction critique pour empêcher une chaleur excessive de remonter le long des broches et d'endommager les puces LED internes ou le boîtier plastique. Pour la soudure à la vague ou par refusion, le profil doit être soigneusement contrôlé pour rester dans les limites thermiques du boîtier, en se référant généralement à la norme IPC/JEDEC J-STD-020 pour la sensibilité à l'humidité et les profils de refusion, bien que cela ne soit pas explicitement indiqué ici. Des procédures de manipulation ESD (décharge électrostatique) appropriées doivent toujours être suivies pendant l'assemblage.

8. Suggestions d'application et considérations de conception

8.1 Scénarios d'application typiques

Le LSHD-5503 convient à toute application nécessitant un affichage numérique à un chiffre lumineux et fiable. Les utilisations courantes incluent : les équipements de test et de mesure (multimètres, compteurs de fréquence), les panneaux de contrôle industriel (affichages de température, compteurs), les appareils grand public (fours à micro-ondes, lave-linge, équipement audio), les jauges automobiles du marché secondaire et les terminaux de point de vente.

8.2 Considérations de conception critiques

• Limitation de courant :Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Une résistance en série doit être utilisée avec chaque segment (ou un pilote à courant constant) pour limiter le courant direct à une valeur sûre (≤25 mA continu). La valeur de la résistance est calculée en utilisant la tension d'alimentation et la chute de tension directe de la fiche technique.
• Multiplexage :Pour les afficheurs multi-chiffres, un dispositif à cathode commune comme le LSHD-5503 est idéal. Un microcontrôleur peut activer séquentiellement la cathode commune d'un chiffre tout en pilotant les anodes de segment pour le motif de ce chiffre. Le courant de crête nominal (90 mA pulsé) permet un courant instantané plus élevé pendant la courte période de multiplexage pour obtenir une luminosité moyenne élevée.
• Conception thermique :Respectez la courbe de déclassement du courant. Assurez une ventilation adéquate en cas de fonctionnement à des températures ambiantes élevées ou à des courants continus élevés. La conception du PCB peut aider à dissiper la chaleur des broches.
• Angle de vision :La fiche technique revendique un large angle de vision, ce qui est bénéfique pour les applications où l'afficheur peut être vu depuis des positions hors axe.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux technologies plus anciennes comme les LED rouges standard GaAsP (phosphure d'arséniure de gallium), la technologie AlInGaP du LSHD-5503 offre un rendement lumineux significativement plus élevé, résultant en une luminosité supérieure pour le même courant d'alimentation. Elle offre également une pureté de couleur et une stabilité supérieures en fonction de la température et du temps. Comparé à certaines LED blanches modernes avec filtres de couleur, les LED rouges AlInGaP sont intrinsèquement monochromatiques et plus efficaces pour produire une lumière rouge pure. La hauteur de chiffre de 0,56 pouce la place dans une catégorie de taille courante, offrant un bon équilibre entre lisibilité et encombrement physique. Sa configuration à cathode commune offre un avantage direct pour les conceptions multiplexées basées sur microcontrôleur par rapport aux types à anode commune dans certaines topologies de circuit.

10. 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. Une LED rouge typique chute environ 2V. Connecter 5V directement provoquerait un courant excessif, détruisant le segment. Calculez la résistance : R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120Ω (en utilisant V_Fmax pour la sécurité).

Q : Que signifie "trié selon l'intensité lumineuse" pour ma conception ?

R : Cela signifie que vous pouvez commander des pièces dans une plage de luminosité spécifique. Si l'uniformité visuelle entre plusieurs unités est critique (par exemple, un panneau multi-chiffres), spécifiez le code de bac souhaité à votre distributeur pour garantir que tous les chiffres ont une luminosité correspondante.

Q : Le courant de crête est de 90mA, mais le courant continu n'est que de 25mA. Puis-je utiliser 90mA pour une sortie plus lumineuse ?

R : Uniquement en mode pulsé, comme spécifié (1 kHz, rapport cyclique de 15%). Le courant moyen dans ce cas serait de 90mA * 0,15 = 13,5mA, ce qui est dans la plage nominale continue. Un fonctionnement continu à 90mA dépasserait la limite de dissipation de puissance et provoquerait une défaillance rapide.

Q : Comment connecter les deux broches de cathode commune (3 et 8) ?

R : Elles sont connectées en interne. Vous pouvez utiliser l'une ou l'autre, ou connecter les deux à votre circuit de pilotage (par exemple, un puits à transistor) pour une distribution de courant et des performances thermiques potentiellement meilleures.

11. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage voltmètre simple à 3 chiffres.

Trois afficheurs LSHD-5503 sont utilisés. Un microcontrôleur avec suffisamment de broches d'E/S est choisi. La conception emploie le multiplexage par répartition dans le temps :

1. Les broches de cathode commune de chaque chiffre sont connectées à des transistors NPN individuels (ou un circuit intégré de pilotage dédié) contrôlés par le microcontrôleur.

2. Les broches d'anode de segment (A-G, DP) des trois chiffres sont connectées ensemble et reliées au microcontrôleur via des résistances de limitation de courant.

3. Le logiciel du microcontrôleur : a) Désactive tous les transistors de pilotage de cathode. b) Calcule quels segments doivent être allumés pour le chiffre des centaines. c) Active le motif de segment sur les lignes d'anode. d) Active brièvement le transistor pour la cathode du chiffre des centaines. e) Répète les étapes b-d pour les chiffres des dizaines et des unités en succession rapide (par exemple, à une fréquence globale de 1 kHz).

Le courant de segment de crête pendant son bref temps d'activation peut être réglé plus haut (par exemple, 40-60 mA) pour compenser le faible rapport cyclique (≈33% par chiffre dans un système à 3 chiffres), obtenant un affichage lumineux et sans scintillement tout en maintenant la puissance moyenne et la chaleur dans les limites.

12. Introduction au principe technologique

Le LSHD-5503 est basé sur le matériau semi-conducteur phosphure d'aluminium, d'indium et de gallium (AlInGaP) cultivé par épitaxie sur un substrat d'arséniure de gallium (GaAs). Il s'agit d'un semi-conducteur composé du groupe III-V. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, des électrons et des trous sont injectés dans la région active. Leur recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). L'énergie de bande interdite spécifique de l'alliage AlInGaP détermine la longueur d'onde de la lumière émise ; dans ce cas, elle est ajustée pour produire une lumière rouge autour de 624-632 nm. L'utilisation d'un matériau à bande interdite directe comme l'AlInGaP entraîne un rendement quantique interne élevé. La lumière est émise à travers un boîtier en époxy moulé qui incorpore une face gris clair avec des segments peints en blanc. La peinture blanche réfléchit et diffuse la lumière de la puce LED sous-jacente, créant les segments uniformément éclairés visibles par l'utilisateur.

13. Tendances et contexte technologiques

Bien que le LSHD-5503 représente une technologie mature et fiable, le domaine plus large de la technologie d'affichage continue d'évoluer. L'AlInGaP reste la technologie haute efficacité dominante pour les LED rouges et ambrées. Les tendances dans les afficheurs LED discrets incluent la recherche d'une efficacité encore plus élevée (plus de lumens par watt), ce qui améliore l'autonomie des batteries dans les appareils portables et réduit la charge thermique. Il y a également une tendance à la miniaturisation de l'échelle des puces elles-mêmes, permettant potentiellement des empreintes de boîtier plus petites ou une densité de pixels plus élevée dans les afficheurs multi-éléments. De plus, l'intégration est une tendance clé ; l'électronique de pilotage et parfois même les microcontrôleurs sont intégrés dans des modules d'"affichage intelligent", simplifiant le processus de conception pour les ingénieurs finaux. Cependant, pour les afficheurs numériques à un chiffre standard et économiques, des dispositifs comme le LSHD-5503, avec leurs performances éprouvées et leur large disponibilité, resteront un composant fondamental dans la conception électronique pour un avenir prévisible, en particulier dans les applications où des afficheurs graphiques personnalisés ne sont pas nécessaires.