Fiche technique d'un afficheur LED 7 segments à un chiffre de 0,56 pouce - Hauteur de chiffre 14,22 mm - Vert AlInGaP - Tension directe 2,6V - Dissipation de puissance 70mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

L'appareil est un afficheur alphanumérique sept segments à un chiffre conçu pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et lumineux. Sa fonction principale est de représenter visuellement les chiffres 0-9 et certaines lettres en utilisant des segments contrôlables individuellement. 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 haute efficacité dans le spectre vert-jaune. Ce système de matériau est cultivé sur un substrat d'Arséniure de Gallium (GaAs) non transparent, ce qui aide à gérer la puissance lumineuse et le contraste. L'afficheur présente une face avant de couleur grise qui sert à améliorer le rapport de contraste entre les segments verts éclairés et l'arrière-plan, améliorant la lisibilité dans diverses conditions d'éclairage. L'appareil est catégorisé selon son intensité lumineuse, garantissant une cohérence des niveaux de luminosité pour les applications où une apparence uniforme entre plusieurs unités est critique.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une ventilation détaillée des limites opérationnelles et des caractéristiques de performance de l'appareil dans des conditions spécifiées.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces paramètres définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents à l'appareil peuvent survenir. Un fonctionnement à ou près de ces limites n'est pas recommandé pour une performance fiable et à long terme.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la quantité maximale de puissance qui peut être convertie en chaleur et en lumière par un seul segment sans risquer un dommage thermique.
• Courant direct de crête par segment :60 mA. Cette valeur s'applique dans des conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Elle permet de brèves périodes de courant plus élevé pour atteindre une luminosité très élevée pour des applications de multiplexage ou de stroboscopie.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. Ce courant doit être déclassé linéairement à un taux de 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante (Ta) dépasse 25°C pour éviter la surchauffe.
• Tension inverse par segment :5 V. Dépasser cette tension dans le sens de polarisation inverse peut provoquer une rupture de jonction.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. L'appareil est conçu pour des environnements de température de qualité industrielle.
• Température de soudure :L'appareil peut supporter une température de soudure de 260°C pendant 3 secondes à une distance de 1/16 de pouce (environ 1,59 mm) en dessous du plan d'assise.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques (Ta=25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques mesurés dans des conditions de test standard, fournissant le comportement attendu de l'appareil en fonctionnement normal.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320 μcd (Min), 900 μcd (Typ) à I_F=1mA. Cela quantifie la luminosité perçue du segment. La large plage indique un processus de classement pour l'intensité.
• 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 puissance optique de sortie est maximale, plaçant l'émission dans la région vert-jaune du spectre visible.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (Typ) à I_F=20mA. Ce paramètre décrit la pureté spectrale de la lumière émise ; une demi-largeur plus étroite indique une couleur plus monochromatique.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :572 nm (Typ) à I_F=20mA. C'est la longueur d'onde unique perçue par l'œil humain qui correspond le mieux à la couleur de la lumière émise, étroitement liée à la longueur d'onde de crête.
• 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 lorsqu'il conduit le courant spécifié. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de limitation de courant.
• Courant inverse par segment (I_R) :100 μA (Max) à V_R=5V. C'est le faible courant de fuite qui circule lorsque le segment est polarisé en inverse.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 (Typ) à I_F=1mA. Ce rapport définit la variation de luminosité maximale autorisée entre différents segments d'un même chiffre ou entre différents appareils, assurant une uniformité visuelle.

Note sur la mesure :L'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'une combinaison capteur/filtre qui approxime la fonction de luminosité photopique CIE, qui modélise la sensibilité de l'œil humain standard aux différentes longueurs d'onde.

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que l'appareil est "Catégorisé selon l'intensité lumineuse." Cela implique un processus de classement ou de tri basé sur la mesure de la puissance lumineuse.

• Classement par intensité lumineuse :L'intensité lumineuse typique spécifiée de 900 μcd avec un minimum de 320 μcd suggère que les appareils sont testés et regroupés (classés) en fonction de leur luminosité mesurée réelle au courant de test standard de 1mA. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec des niveaux de luminosité cohérents pour leur application, ce qui est essentiel pour les afficheurs multi-chiffres où une luminosité inégale serait gênante.
• Cohérence de longueur d'onde :Bien que non explicitement indiqué comme un paramètre de classement, les valeurs typiques serrées pour la longueur d'onde d'émission de crête (571 nm) et la longueur d'onde dominante (572 nm) indiquent un processus de fabrication qui produit une couleur de sortie très cohérente, ce qui est un avantage caractéristique du système de matériau AlInGaP.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à "Courbes caractéristiques électriques / optiques typiques." Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, les courbes standard pour de tels dispositifs incluent généralement :

• Courant direct vs Tension directe (Courbe I_F-V_F) :Cette courbe non linéaire montre comment la tension directe change avec l'augmentation du courant. Elle est essentielle pour déterminer la tension d'alimentation requise et pour concevoir des pilotes à courant constant.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (Courbe I_V-I_F) :Ce graphique montre la relation entre le courant de commande et la puissance lumineuse. Elle est généralement sous-linéaire ; doubler le courant ne double pas la luminosité et augmente la génération de chaleur.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :Cette courbe démontre comment la puissance lumineuse diminue lorsque la température de jonction de la LED augmente. Comprendre cette déclassement est critique pour les applications fonctionnant à des températures ambiantes élevées.
• Distribution spectrale :Un tracé montrant la puissance optique relative à travers différentes longueurs d'onde, centré autour de la longueur d'onde de crête de ~571 nm, avec une demi-largeur typique de 15 nm.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

L'appareil a une hauteur de chiffre de 0,56 pouce (14,22 mm). Les dimensions du boîtier sont fournies dans un dessin avec toutes les mesures en millimètres. La tolérance standard pour les dimensions est de ±0,25 mm (±0,01 pouce) sauf indication contraire sur le dessin. Cette information est cruciale pour la conception de l'empreinte PCB et pour assurer un bon ajustement dans le boîtier du produit final.

5.2 Brochage et schéma de circuit

L'afficheur a une configuration à 10 broches avec une conception à cathode commune. Le schéma de circuit interne montre que toutes les cathodes des segments LED (A à G et le point décimal) sont connectées en interne à deux broches de cathode commune (Broche 3 et Broche 8). Il s'agit d'une configuration standard pour simplifier le circuit de commande dans les applications multiplexées.

Brochage :

1. Anode pour le segment E
2. Anode pour le segment D
3. Cathode commune
4. Anode pour le segment C
5. Anode pour le point décimal (D.P.)
6. Anode pour le segment B
7. Anode pour le segment A
8. Cathode commune
9. Anode pour le segment F
10. Anode pour le segment G

Les deux broches de cathode commune (3 & 8) sont généralement connectées ensemble sur le PCB pour fournir un meilleur chemin de courant et une meilleure dissipation thermique.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Les valeurs maximales absolues spécifient un paramètre de soudure clé : l'appareil peut supporter un fer à souder ou un profil de refusion atteignant 260°C à un point situé à 1/16 de pouce (1,59 mm) en dessous du plan d'assise du boîtier pendant une durée maximale de 3 secondes. Cette recommandation vise à prévenir les dommages thermiques aux puces LED et aux liaisons internes pendant le processus d'assemblage. Pour la soudure à la vague, le temps d'exposition à la soudure doit être minimisé. Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées pendant la manipulation et l'assemblage pour éviter d'endommager les jonctions semi-conductrices.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Cet afficheur convient à un large éventail d'applications nécessitant un indicateur numérique unique et très visible :

• Équipements de test et de mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations, où un affichage clair et lumineux est nécessaire.
• Contrôles industriels :Compteurs de tableau, indicateurs de processus, affichages de minuterie sur les machines.
• Électronique grand public :Compteurs autonomes, tableaux de score, affichages d'appareils électroménagers (par exemple, fours à micro-ondes, anciens équipements stéréo).
• Automobile (après-vente) :Jauges et outils de diagnostic (bien que les spécifications environnementales doivent être vérifiées pour les exigences automobiles spécifiques).

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Une résistance de limitation de courant en série ou un circuit pilote à courant constant est obligatoire pour chaque anode de segment pour éviter de dépasser le courant direct continu maximal (25 mA à 25°C). La valeur de la résistance peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F, où V_Fest la tension directe typique (par exemple, 2,6V).
• Multiplexage :Pour les afficheurs multi-chiffres, un schéma de multiplexage est utilisé où les chiffres sont éclairés un à la fois rapidement. La valeur de courant direct de crête (60 mA) permet des courants pulsés plus élevés pour compenser le cycle de service réduit, maintenant une luminosité perçue.
• Gestion de la chaleur :Bien que la dissipation de puissance soit faible par segment, dans les applications où tous les segments sont allumés en continu (par exemple, affichage du '8.'), la puissance totale peut approcher 0,5W. Assurez une ventilation ou un dissipateur thermique adéquat si vous fonctionnez à des températures ambiantes élevées, et n'oubliez pas de déclasser le courant continu.
• Angle de vision :La fiche technique revendique un "large angle de vision", ce qui est typique pour les afficheurs LED sept segments. Cela doit être vérifié pour le cône de vision requis par l'application spécifique.

8. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux facteurs de différenciation de cet afficheur, basés sur les données fournies, sont sa technologie de matériau et ses caractéristiques de performance spécifiques.

• AlInGaP vs Matériaux traditionnels :Comparé aux technologies plus anciennes comme les LED vertes GaP (Phosphure de Gallium) standard, AlInGaP offre une efficacité lumineuse et une luminosité significativement plus élevées. Cela se traduit par une meilleure visibilité dans des conditions de lumière ambiante élevée ou à des courants de commande plus faibles, améliorant l'efficacité énergétique.
• Couleur et contraste :La combinaison des segments verts AlInGaP et d'une face grise fournit un affichage à haut contraste et facilement lisible. Le vert est souvent choisi pour son efficacité lumineuse élevée telle que perçue par l'œil humain, le faisant paraître très lumineux pour une entrée électrique donnée.
• Fiabilité à l'état solide :Comme toutes les LED, elle offre des avantages par rapport aux afficheurs à incandescence ou fluorescents à vide (VFD), y compris la résistance aux chocs/vibrations, un temps de réponse plus rapide, une tension de fonctionnement plus basse et une durée de vie plus longue.

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

1. Q : Quel est l'objectif des deux broches de cathode commune (3 et 8) ?
   
   R : Elles sont connectées en interne. Fournir deux broches aide à distribuer le courant total de cathode (qui peut être la somme de jusqu'à 8 segments), réduit la densité de courant dans les pistes du PCB et peut améliorer la dissipation thermique du boîtier.
2. Q : Puis-je piloter cet afficheur directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?
   
   R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Pour une alimentation de 5V et un courant cible de 20 mA avec un V_Fde 2,6V, la valeur de la résistance serait R = (5V - 2,6V) / 0,02A = 120 Ω. La broche du microcontrôleur doit également être capable d'absorber ou de fournir le courant de segment requis.
3. Q : Que signifie "Rapport d'appariement d'intensité lumineuse de 2:1" ?
   
   R : Cela signifie que le segment (ou l'appareil) le plus lumineux ne sera pas plus de deux fois plus lumineux que le segment (ou l'appareil) le moins lumineux dans les mêmes conditions de test. Cela assure une uniformité visuelle sur l'afficheur.
4. Q : Comment atteindre la luminosité typique de 900 μcd ?
   
   R : L'intensité lumineuse typique est spécifiée à un courant direct (I_F) de 1 mA. Pour atteindre ce niveau de luminosité dans votre conception, vous devez piloter chaque segment avec 1 mA. Pour une luminosité plus élevée, vous pouvez augmenter le courant jusqu'à la valeur continue maximale (25 mA à 25°C), mais reportez-vous à la courbe I_V-I_Fcar la relation n'est pas linéaire.

10. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage numérique simple pour voltmètre

Un concepteur crée un voltmètre DC 0-99V. Il a besoin de deux de ces afficheurs. L'ADC du microcontrôleur lit la tension et la convertit en deux chiffres. Le concepteur utilise une technique de multiplexage : le Chiffre 1 (dizaines) est éclairé pendant 5 ms, puis le Chiffre 2 (unités) pendant 5 ms, en répétition continue. Pour maintenir une bonne luminosité perçue pendant le cycle de service de 50% par chiffre, il décide de piloter chaque segment avec un courant pulsé de 15 mA (bien en dessous de la valeur de crête de 60 mA). Il utilise un transistor du côté de la cathode commune pour chaque chiffre, contrôlé par le microcontrôleur, et des résistances de limitation de courant sur chaque anode de segment connectée aux broches de port du microcontrôleur configurées comme sorties. La face grise et les segments verts assurent que la lecture est claire même dans un environnement d'atelier modérément éclairé. Le concepteur sélectionne des pièces du même classement d'intensité lumineuse pour garantir que les deux chiffres aient une luminosité correspondante.

11. Principe de fonctionnement

Un afficheur sept segments est un assemblage de sept diodes électroluminescentes (LED) disposées en forme de huit. Chaque LED forme un segment (étiqueté A à G). Une LED supplémentaire est utilisée pour le point décimal (DP). En appliquant sélectivement une polarisation directe (allumage) à des combinaisons spécifiques de ces segments, les motifs pour les chiffres 0 à 9 peuvent être formés. Par exemple, pour afficher un "7", les segments A, B et C sont allumés. Dans une configuration à cathode commune comme celle-ci, toutes les cathodes (bornes négatives) des LED de segment sont connectées ensemble à une ou plusieurs broches communes. Pour allumer un segment, sa broche d'anode correspondante est amenée à une tension positive (via une résistance de limitation de courant), tandis que la cathode commune est connectée à la masse. Le matériau semi-conducteur AlInGaP émet de la lumière lorsque les électrons se recombinent avec les trous à travers la jonction p-n du dispositif, libérant de l'énergie sous forme de photons avec une longueur d'onde caractéristique de la bande interdite du matériau, dans ce cas, de la lumière verte.

12. Tendances technologiques

Bien que les afficheurs LED sept segments discrets restent pertinents pour des applications spécifiques, les tendances plus larges dans la technologie d'affichage sont notables. Il y a un déplacement général vers les afficheurs à matrice de points intégrés (à la fois LED et LCD/OLED) qui offrent des capacités alphanumériques et graphiques complètes dans des boîtiers de taille similaire. Ceux-ci offrent une plus grande flexibilité mais nécessitent souvent une électronique de commande plus complexe. Pour les applications où seuls les chiffres sont nécessaires, le format sept segments reste très efficace et économique. Les avancées dans les matériaux LED, comme l'utilisation d'AlInGaP dans cette fiche technique, continuent d'améliorer l'efficacité, la luminosité et la pureté des couleurs. De plus, les versions à montage en surface (SMD) des afficheurs sept segments deviennent plus courantes, permettant un assemblage automatisé et des facteurs de forme plus petits par rapport aux conceptions traversantes comme celle probablement décrite dans ce document. Les avantages fondamentaux des LED - longue durée de vie, robustesse et faible consommation - garantissent qu'elles resteront un élément de base dans les applications d'indicateur et d'affichage simple dans un avenir prévisible.