Fiche technique de l'afficheur LED LTS-4301JD - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Rouge hyper 650nm - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-4301JD est un module d'affichage numérique compact et performant à un chiffre, conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement les chiffres de 0 à 9 en utilisant une configuration standard à sept segments, complétée par un point décimal à droite. Ce dispositif est conçu pour être intégré dans une grande variété d'équipements électroniques où l'encombrement, l'efficacité énergétique et la lisibilité sont des facteurs critiques.

L'afficheur utilise la technologie semi-conductrice avancée AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) pour ses éléments émetteurs de lumière. Ce système de matériau est spécifiquement choisi pour son efficacité à produire une lumière rouge de haute luminosité. Les puces sont fabriquées sur un substrat non transparent en GaAs (Arséniure de Gallium), ce qui améliore le contraste en empêchant la diffusion interne de la lumière et en optimisant la définition des segments éteints. Le boîtier présente une face avant grise avec des marquages de segments blancs, offrant une excellente apparence à l'état éteint et un contraste élevé lorsque les segments sont allumés.

Les marchés cibles principaux de ce composant incluent l'instrumentation industrielle, les appareils électroménagers, les équipements de test et de mesure, les systèmes de point de vente et les affichages de tableau de bord automobile. Son intensité lumineuse catégorisée garantit des niveaux de brillance cohérents d'un lot de production à l'autre, ce qui est essentiel pour les applications nécessitant une performance visuelle uniforme.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont définies 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 650 µcd (microcandelas) lorsqu'elle est pilotée par un courant direct (IF) de 1 mA. La valeur minimale spécifiée est de 200 µcd, garantissant un niveau de base de luminosité. L'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'une combinaison capteur/filtre étalonnée sur la courbe de réponse oculaire photopique standard de la CIE (Commission Internationale de l'Éclairage), garantissant que les valeurs rapportées correspondent à la perception visuelle humaine.

Le dispositif émet de la lumière dans le spectre rouge hyper. La Longueur d'Onde d'Émission de Crête (λp) est typiquement de 650 nanomètres (nm). La Longueur d'Onde Dominante (λd), plus étroitement liée à la couleur perçue, est spécifiée à 639 nm. La Demi-Largeur de Raie Spectrale (Δλ) est de 20 nm, indiquant la pureté spectrale et la plage étroite de longueurs d'onde émises, ce qui donne une couleur rouge saturée. Un Rapport d'Homogénéité d'Intensité Lumineuse maximum de 2:1 est spécifié, ce qui signifie que la différence de luminosité entre deux segments quelconques dans des conditions de pilotage identiques ne dépassera pas ce ratio, assurant ainsi un aspect uniforme du chiffre formé.

2.2 Paramètres électriques

Les caractéristiques électriques définissent les limites de fonctionnement et les performances typiques. La Tension Directe par segment (VF) varie de 2,1V à 2,6V à un courant de test de 20 mA. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de pilotage peut fournir une tension suffisante pour la surmonter. Les Valeurs Absolues Maximales fixent des limites strictes : le Courant Direct Continu par segment ne doit pas dépasser 25 mA, avec un facteur de déclassement linéaire de 0,33 mA/°C au-dessus de 25°C. Ce déclassement est crucial pour la gestion thermique ; à mesure que la température ambiante augmente, le courant maximal autorisé doit être réduit pour éviter la surchauffe et les dommages permanents.

Un Courant Direct de Crête de 90 mA est autorisé en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms), ce qui peut être utilisé pour des schémas de multiplexage ou une augmentation temporaire de la luminosité. La Tension Inverse Maximale (VR) par segment est de 5V ; la dépasser peut endommager la jonction PN de la LED. Le Courant Inverse (IR) est spécifié à un maximum de 100 µA lorsque 5V sont appliqués en polarisation inverse, indiquant la caractéristique de fuite de la jonction.

2.3 Paramètres thermiques et de fiabilité

Le dispositif est conçu pour une Plage de Température de Fonctionnement de -35°C à +85°C. Cette large plage le rend adapté aux environnements soumis à d'importantes variations de température. La Plage de Température de Stockage est identique (-35°C à +85°C). La Puissance Dissipée par segment est limitée à 70 mW. Gérer cette dissipation via une limitation de courant appropriée et, si nécessaire, un dissipateur thermique est essentiel pour la fiabilité à long terme. La fiche technique spécifie également un profil de température de soudure : le dispositif peut supporter 260°C pendant 3 secondes à un point situé à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) sous le plan d'assise, ce qui guide le processus de soudure par refusion.

3. Explication du système de catégorisation

La fiche technique indique que les dispositifs sont \"Catégorisés pour l'Intensité Lumineuse\". Cela implique un processus de tri ou de catégorisation post-fabrication. Bien que les détails spécifiques des codes de catégorie ne soient pas fournis dans cet extrait, la catégorisation typique pour de tels afficheurs implique le regroupement des unités en fonction de l'intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard (par exemple, 1 mA). Cela garantit que les clients reçoivent des produits avec des niveaux de luminosité cohérents. Les concepteurs qui s'approvisionnent en ces composants doivent confirmer la structure de catégorisation spécifique auprès du fabricant pour s'assurer que la catégorie d'intensité sélectionnée répond aux exigences d'uniformité de leur application, en particulier lorsque plusieurs afficheurs sont utilisés côte à côte.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux \"Courbes Typiques des Caractéristiques Électriques / Optiques\" sur la dernière page. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, de telles courbes, généralement incluses dans les fiches techniques complètes, sont essentielles pour la conception. Elles illustreraient normalement :

• Intensité Lumineuse Relative en fonction du Courant Direct (Courbe I-V) :Ce graphique montre comment la sortie lumineuse augmente avec le courant de pilotage. Elle est généralement non linéaire, l'efficacité diminuant souvent à des courants très élevés.
• Tension Directe en fonction du Courant Direct :Cette courbe aide à concevoir le circuit de limitation de courant en montrant la résistance dynamique de la LED.
• Intensité Lumineuse Relative en fonction de la Température Ambiante :Cela montre le déclassement de la sortie lumineuse lorsque la température augmente, ce qui est vital pour les applications fonctionnant dans des conditions non ambiantes.
• Distribution Spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, confirmant visuellement les spécifications de longueur d'onde de crête et dominante ainsi que la demi-largeur spectrale.

Les ingénieurs doivent utiliser ces courbes pour optimiser les conditions de pilotage afin d'équilibrer luminosité, efficacité et longévité, plutôt que de fonctionner uniquement aux valeurs absolues maximales.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

Le dispositif est présenté avec un dessin détaillé des dimensions du boîtier. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres, avec une tolérance générale de ±0,25 mm (0,01 pouce) sauf indication contraire. L'afficheur a une hauteur de chiffre de 0,4 pouces (10,0 mm). Le dessin mécanique définirait la longueur, la largeur et la hauteur totales du boîtier, le placement des segments et du point décimal, l'espacement et les dimensions des broches, ainsi que toute caractéristique de détrompage ou d'orientation. Ces informations sont essentielles pour créer l'empreinte PCB, assurer un bon ajustement dans le boîtier du produit et aligner correctement l'afficheur sur la carte.

6. Connexion des broches et circuit interne

Le LTS-4301JD est un dispositif à Cathode Commune. Le schéma de connexion des broches est explicitement fourni :

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

La présence de deux broches de cathode commune (3 et 8) est typique, servant à réduire la densité de courant dans le boîtier et à améliorer la fiabilité. Le schéma de circuit interne montre que toutes les anodes de segment (A-G et DP) sont électriquement isolées les unes des autres, tandis que leurs cathodes sont connectées ensemble en interne aux deux broches de cathode commune. Cette configuration nécessite que le circuit de pilotage fournisse le courant aux anodes de segment individuelles et évacue le courant combiné via la ou les connexions de cathode commune.

7. Directives de soudure et d'assemblage

La directive d'assemblage clé fournie est la limite de température de soudure : le composant peut supporter 260°C pendant 3 secondes à un point situé à 1,6 mm sous le plan d'assise. Il s'agit d'une référence de profil de refusion IPC standard. Pour l'assemblage :

• Utilisez un profil de refusion recommandé pour la soudure sans plomb (comme indiqué par la température de crête de 260°C).
• Assurez-vous que la conception des pastilles PCB correspond aux dimensions du boîtier pour éviter le soulèvement ou le mauvais alignement.
• Évitez les contraintes mécaniques sur les broches pendant la manipulation. La lentille en plastique ne doit pas être touchée directement avec des outils contaminés.
• Suivez les précautions standard ESD (Décharge Électrostatique) pendant la manipulation et l'assemblage pour protéger les jonctions semi-conductrices.
• Respectez la plage de température de stockage spécifiée (-35°C à +85°C) et les conditions d'humidité avant utilisation.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

Cet afficheur est idéal pour tout dispositif nécessitant une lecture numérique unique et très lisible. Les applications courantes incluent : thermomètres/hygromètres numériques, affichages de minuteurs et compteurs, lectures de voltmètres/ampèremètres, panneaux de commande d'appareils électroménagers (par exemple, fours, micro-ondes), affichages de calculatrices basiques et indicateurs de code d'état sur les équipements réseau ou industriels.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours une résistance de limitation de courant en série avec chaque anode de segment. La valeur de la résistance est calculée comme R = (Valim - VF) / IF, où VF est la tension directe (utilisez la valeur max pour la sécurité) et IF est le courant de fonctionnement souhaité (ne dépassant pas la valeur nominale continue).
• Multiplexage :Pour les applications multi-chiffres utilisant plusieurs de ces afficheurs, un schéma de pilotage multiplexé est standard. Cela implique d'alimenter séquentiellement la cathode commune d'un chiffre à la fois tout en présentant les données de segment pour ce chiffre. La valeur nominale de courant de crête permet des courants pulsés plus élevés dans ce mode, mais le cycle de service et le courant moyen doivent être gérés pour rester dans les limites de dissipation de puissance continue.
• Interface Microcontrôleur :L'afficheur est facilement piloté par les broches GPIO d'un microcontrôleur, souvent via un CI pilote ou un réseau de transistors pour gérer les besoins en courant plus élevés, en particulier pour la cathode commune.
• Angle de vision :La fiche technique revendique un large angle de vision. Pour un placement optimal, considérez les lignes de vue principales de l'utilisateur final par rapport à l'afficheur installé.

9. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux technologies plus anciennes comme les LED rouges GaAsP (Phosphure d'Arséniure de Gallium), la technologie AlInGaP du LTS-4301JD offre une efficacité lumineuse nettement supérieure, résultant en une plus grande luminosité pour le même courant d'entrée ou une luminosité équivalente à une puissance inférieure. L'utilisation d'un substrat non transparent améliore le contraste par rapport aux dispositifs sur substrats transparents, car il empêche l'émission indésirable depuis les côtés de la puce. La face grise avec segments blancs offre un aspect professionnel et à fort contraste même hors tension, ce qui est supérieur aux afficheurs tout noirs ou à face claire dans de nombreuses conditions d'éclairage ambiant. Sa hauteur de chiffre de 0,4 pouce occupe une niche spécifique entre les afficheurs plus petits et moins lisibles et les afficheurs plus grands et plus gourmands en énergie.

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 en série avec chaque segment. Pour une alimentation de 5V et un courant souhaité de 20 mA, en utilisant la VF max de 2,6V, la valeur de la résistance serait (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohms. Vérifiez toujours la capacité de fourniture de courant de la broche du microcontrôleur.

Q : Que signifie \"cathode commune\" pour ma conception de circuit ?

R : Cela signifie que toutes les cathodes (côtés négatifs) des segments LED sont connectées ensemble à l'intérieur du boîtier. Pour allumer un segment, vous appliquez une tension positive (via une résistance) à sa broche d'anode spécifique et connectez la ou les broches de cathode commune à la masse (0V).

Q : Le courant continu maximum est de 25 mA, mais la condition de test pour VF utilise 20 mA. Lequel dois-je utiliser ?

R : 20 mA est une condition de test standard et un point de fonctionnement typique sûr qui offre une bonne luminosité tout en préservant la longévité. Vous pouvez fonctionner jusqu'à 25 mA si une luminosité plus élevée est nécessaire, mais vous devez strictement respecter les règles de température ambiante et de déclassement. Fonctionner à ou près de la valeur nominale maximale peut réduire la durée de vie opérationnelle.

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

R : Pour la symétrie mécanique et pour répartir le courant total de cathode (qui est la somme des courants de tous les segments allumés) sur deux broches. Cela réduit la densité de courant par broche, améliore la fiabilité et peut faciliter la conception du PCB.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'une lecture simple de voltmètre numérique.

Un concepteur crée un voltmètre DC 0-5V. Un convertisseur analogique-numérique (CAN) avec une sortie à 3 chiffres est connecté à un microcontrôleur. Le firmware du microcontrôleur convertit la lecture numérique en un nombre à 3 chiffres (par exemple, 4,23V). Pour l'afficher, trois unités LTS-4301JD sont utilisées. La conception emploie le multiplexage par répartition dans le temps. Le microcontrôleur utilise un port pour piloter les anodes de segment (A-G, DP) pour les trois afficheurs en parallèle. Trois transistors NPN (ou un CI pilote dédié) sont utilisés pour évacuer le courant via la cathode commune de chaque chiffre, un à la fois, en séquence rapide (par exemple, à 100 Hz par chiffre). Le firmware synchronise les données de segment avec la cathode du chiffre actif. Des résistances de limitation de courant sont placées sur chacune des huit lignes de segment. La haute luminosité et le contraste assurent une lecture claire même dans des environnements bien éclairés. L'intensité lumineuse catégorisée garantit que les trois chiffres apparaissent également brillants.

12. Introduction au principe

Un afficheur sept segments est une forme de dispositif d'affichage électronique composé de sept diodes électroluminescentes (LED) disposées en un motif rectangulaire en forme de huit. Chaque LED est appelée un segment car elle forme une partie d'un chiffre lorsqu'elle est allumée. En allumant sélectivement des combinaisons spécifiques de ces sept segments, l'afficheur peut représenter les dix chiffres décimaux (0-9) et certaines lettres hexadécimales (A, b, C, d, E, F). Une LED supplémentaire pour un point décimal (DP) est souvent incluse. Le LTS-4301JD met en œuvre ce principe en utilisant le matériau semi-conducteur AlInGaP. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant le potentiel de jonction de la diode est appliquée entre l'anode et la cathode d'un segment, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du semi-conducteur, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière) à une longueur d'onde déterminée par la largeur de bande interdite du matériau — dans ce cas, environ 650 nm (rouge). Le substrat non transparent absorbe les photons parasites, améliorant le contraste.

13. Tendances de développement

L'évolution des afficheurs sept segments suit les tendances plus larges de l'optoélectronique. Bien que le facteur de forme de base à sept segments reste durablement utile pour les lectures numériques, la technologie sous-jacente continue de progresser. Il y a une constante recherche d'une plus grande efficacité lumineuse (plus de lumière par watt d'entrée électrique), ce qui améliore l'efficacité énergétique et permet un fonctionnement à plus basse puissance ou une luminosité accrue. Des gammes de couleurs plus larges et le développement de LED vertes et bleues plus efficaces basées sur des matériaux comme l'InGaN (Nitrure d'Indium Gallium) ont permis aux afficheurs matriciels multi-chiffres en couleur de devenir plus courants, bien que le sept segments reste dominant pour les applications purement numériques en raison de sa simplicité et de son rapport coût-efficacité. L'intégration est une autre tendance, avec l'électronique de pilotage, les microcontrôleurs et parfois même des capteurs combinés en modules d'\"afficheur intelligent\". Cependant, les composants discrets comme le LTS-4301JD conservent une position forte dans les conceptions nécessitant de la flexibilité, des caractéristiques de performance spécifiques ou une optimisation des coûts pour de grands volumes.