Fiche technique de l'afficheur LED LTS-4301SW - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Segments blancs - Face noire - Cathode commune - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-4301SW est un module d'affichage alphanumérique à un chiffre et sept segments, conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse. Sa fonction principale est de représenter visuellement les chiffres de 0 à 9 et certaines lettres en allumant sélectivement ses sept segments LED individuels (étiquetés A à G) et un point décimal optionnel (D.P.). L'appareil est construit à l'aide de puces LED blanches InGaN (Nitrure d'Indium et de Gallium), montées derrière un masque segmenté pour former les éléments du caractère. L'afficheur présente une face noire, qui offre un fond à contraste élevé pour les segments blancs éclairés, améliorant considérablement la lisibilité dans diverses conditions d'éclairage. Cette combinaison est particulièrement efficace dans les applications où la lisibilité à distance ou sous un éclairage ambiant est critique.

Les principaux avantages de cet afficheur incluent son excellente apparence des caractères, obtenue grâce à des segments continus et uniformes qui créent une forme de chiffre cohérente. Il offre une luminosité élevée, avec des intensités lumineuses typiques atteignant jusqu'à 28 000 mcd par puce dans des conditions de test standard, garantissant la visibilité même dans des environnements très éclairés. Le large angle de vision de 130 degrés (2\u03c6_1/2) permet une lisibilité claire depuis des positions hors axe, le rendant adapté aux panneaux de mesure, à l'instrumentation, aux appareils électroménagers et aux panneaux de contrôle industriel où l'angle de vision peut ne pas être frontal. De plus, sa faible consommation par segment contribue à des conceptions énergétiquement efficaces.

1.1 Interprétation approfondie des paramètres techniques

1.1.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Le paramètre photométrique clé est l'Intensité Lumineuse Moyenne (I_V). Pour les puces blanches InGaN utilisées, la valeur typique est de 28 000 millicandelas (mcd) lorsqu'elles sont pilotées par un courant direct (I_F) de 10 mA. La valeur minimale spécifiée est de 13 700 mcd. Ce paramètre est mesuré à l'aide d'une combinaison capteur/filtre qui approxime la courbe de réponse photopique de l'œil CIE, garantissant que la luminosité rapportée correspond à la perception visuelle humaine. Le large angle de vision de 130 degrés est défini comme l'angle total auquel l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Cette spécification est cruciale pour déterminer le cône de vision effectif pour l'utilisateur final.

Les coordonnées chromatiques sont données comme x=0,294 et y=0,286 (mesurées à I_F=5mA). Ces coordonnées sur le diagramme de chromaticité CIE 1931 définissent le point blanc de la lumière émise. Les valeurs fournies suggèrent une température de couleur blanc froid. Le Rapport d'Homogénéité d'Intensité Lumineuse pour des zones lumineuses similaires est spécifié à un maximum de 2:1. Cela signifie que la différence de luminosité entre le segment/puce le plus faible et le plus brillant dans des conditions de pilotage identiques ne doit pas dépasser un facteur deux, assurant une apparence uniforme du chiffre éclairé.

1.1.2 Paramètres électriques

La Tension Directe (V_F) par puce LED mesure typiquement 3,15V, avec une plage de 2,70V à 3,15V à un courant de test de 5 mA. Les concepteurs doivent tenir compte de cette chute de tension lors de la conception du circuit de pilotage. Le Courant Inverse (I_R) est spécifié à un maximum de 10 \u00b5A lorsqu'une polarisation inverse de 5V est appliquée, indiquant la caractéristique de fuite de la jonction LED.

Les Valeurs Maximales Absolues définissent les limites opérationnelles. Le Courant Direct Continu par segment est de 20 mA à 25\u00b0C, avec un facteur de déclassement de 0,25 mA/\u00b0C. Cela signifie que le courant continu admissible diminue linéairement lorsque la température ambiante (T_a) dépasse 25\u00b0C pour éviter les dommages thermiques. Par exemple, à 85\u00b0C, le courant continu maximal serait de 20 mA - ((85-25) * 0,25 mA) = 5 mA. Le Courant Direct de Crête, applicable pour un fonctionnement pulsé (1 kHz, cycle de service 10%), est de 60 mA. La Dissipation de Puissance maximale par segment est de 115 mW.

1.1.3 Spécifications thermiques et environnementales

L'appareil est conçu pour une Plage de Température de Fonctionnement de -35\u00b0C à +105\u00b0C. La Plage de Température de Stockage est identique. Ces larges plages indiquent une robustesse pour une utilisation dans des environnements soumis à d'importantes variations de température. La condition de soudure est spécifiée à 260\u00b0C pendant 3 secondes, mesurée à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) en dessous du plan d'assise du composant. Le respect de ce profil est critique lors de l'assemblage du PCB pour éviter d'endommager les puces LED ou le boîtier plastique par une chaleur excessive.

1.2 Informations mécaniques et de conditionnement

L'afficheur a une hauteur de chiffre de 0,4 pouce (10,0 mm). Les dimensions du boîtier sont fournies en millimètres. Les notes mécaniques clés incluent : toutes les tolérances dimensionnelles sont de \u00b10,25 mm sauf indication contraire, et la tolérance de décalage de l'extrémité des broches est de +0,4 mm, ce qui se réfère au désalignement admissible des extrémités des broches. L'appareil utilise une configuration à cathode commune. Cela signifie que toutes les cathodes (bornes négatives) des LED de segment individuelles sont connectées en interne à une ou deux broches communes (broches 3 et 8), tandis que chaque anode de segment (borne positive) a sa propre broche dédiée. Cette configuration simplifie généralement le multiplexage dans les afficheurs multi-chiffres et peut influencer le choix du circuit intégré de pilotage.

1.2.1 Connexion des broches et circuit interne

Le brochage est le suivant : Broche 1 : Anode G, Broche 2 : Anode F, Broche 3 : Cathode Commune, Broche 4 : Anode E, Broche 5 : Anode D, Broche 6 : Anode D.P. (Point Décimal), Broche 7 : Anode C, Broche 8 : Cathode Commune, Broche 9 : Anode B, Broche 10 : Anode A. Notez qu'il y a deux broches de cathode commune (3 et 8), qui sont connectées en interne. Cette conception à deux broches aide à répartir le courant et peut améliorer la fiabilité. Le schéma de circuit interne montre chacune des huit LED (sept segments plus le point décimal) avec son anode connectée à la broche respective et toutes les cathodes reliées ensemble aux broches de cathode commune.

1.3 Recommandations de soudure et d'assemblage

La méthode d'assemblage principale est le soudage par refusion. La fiche technique fournit un profil de refusion recommandé, spécifiant une température de pic de 260\u00b0C. Le paramètre critique est que la température au niveau du corps du composant ne doit pas dépasser la température maximale nominale pendant l'assemblage. La condition stipule explicitement un soudage à 260\u00b0C pendant 3 secondes lorsqu'elle est mesurée à un point situé à 1/16 de pouce en dessous du plan d'assise. Cette directive est essentielle pour que les ingénieurs de procédé configurent correctement la vitesse du convoyeur du four à refusion et les températures des zones afin d'éviter un choc thermique ou la dégradation des matériaux tout en assurant une soudure fiable.

1.4 Suggestions d'application

1.4.1 Scénarios d'application typiques

Cet afficheur est idéal pour tout appareil nécessitant une lecture numérique claire à un chiffre. Les applications courantes incluent : les panneaux de mesure pour la tension, le courant ou la température ; les minuteries et compteurs ; les appareils ménagers comme les fours, micro-ondes ou machines à laver ; les équipements de test et de mesure ; les panneaux de contrôle industriel ; et les dispositifs médicaux. Le contraste et la luminosité élevés le rendent adapté aux applications où l'afficheur peut être vu de loin ou dans des conditions de lumière ambiante élevée.

1.4.2 Considérations de conception

Lors de l'intégration du LTS-4301SW, les concepteurs doivent considérer la limitation de courant. Une résistance série est obligatoire pour chaque anode de segment (ou un pilote à courant régulé) pour fixer le courant direct au niveau souhaité, typiquement entre 5 et 20 mA, en fonction de la luminosité requise et de l'environnement thermique. La courbe de déclassement du courant direct doit être respectée si la température ambiante de fonctionnement est censée être élevée. La configuration à cathode commune nécessite que le circuit de pilotage absorbe le courant. Lors du multiplexage de plusieurs chiffres (bien qu'il s'agisse d'une unité à un chiffre, le principe s'applique aux systèmes en utilisant plusieurs), un circuit intégré de pilotage approprié capable de fournir du courant aux anodes et d'absorber le courant de cathode agrégé est nécessaire. La conception du PCB doit garantir des pistes d'alimentation propres pour minimiser le bruit.

1.5 Comparaison et différenciation techniques

Comparé à des afficheurs à un chiffre similaires, l'utilisation de la technologie LED blanche InGaN du LTS-4301SW offre des avantages par rapport aux technologies plus anciennes comme les LED rouges GaAsP ou la lumière blanche filtrée. Les LED InGaN offrent généralement une efficacité et une luminosité plus élevées. La face noire avec segments blancs est un différenciateur clé par rapport aux afficheurs à face grise ou claire, offrant un rapport de contraste supérieur, qui est un facteur critique pour la lisibilité. Le rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse spécifié (2:1) assure l'uniformité des segments, ce qui n'est pas toujours garanti dans les afficheurs à bas coût. La large plage de température de fonctionnement (-35\u00b0C à +105\u00b0C) le rend également plus robuste pour les applications industrielles ou extérieures par rapport aux afficheurs ayant une plage plus étroite.

1.6 Questions fréquemment posées basées sur les paramètres techniques

Q : Quel est l'objectif des deux broches de cathode commune (3 et 8) ?

R : Elles sont connectées en interne. Avoir deux broches aide à répartir le courant total de cathode (qui est la somme des courants de tous les segments allumés) sur deux soudures et pistes de PCB, améliorant la capacité de gestion du courant, les performances thermiques et la fiabilité de la connexion mécanique.

Q : Comment calculer la valeur de la résistance série pour un segment ?

R : Utilisez la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Par exemple, avec une alimentation de 5V, un V_Ftypique de 3,15V, et un I_Fsouhaité de 10 mA : R = (5 - 3,15) / 0,01 = 185 ohms. Utilisez la valeur standard la plus proche (par exemple, 180 ou 200 ohms). Considérez toujours la puissance nominale : P = I_F²* R.

Q : Puis-je piloter cet afficheur directement depuis une broche d'un microcontrôleur ?

R : Cela dépend de la capacité de fourniture de courant de la broche du MCU. Une broche MCU typique peut fournir 20-25 mA, ce qui est suffisant pour un segment à courant plein. Cependant, piloter plusieurs segments ou la cathode commune (qui absorbe la somme des courants de tous les segments) dépasse généralement la capacité d'une seule broche. Des circuits intégrés de pilotage dédiés (par exemple, registre à décalage 74HC595 avec résistances de limitation de courant, ou un pilote LED à courant constant) sont fortement recommandés pour un fonctionnement fiable et sûr.

Q : Que signifie "catégorisé pour l'intensité lumineuse" ?

R : Cela implique que lors de la fabrication, les puces LED ou les afficheurs finis peuvent être testés et triés (mis en bacs) en fonction de leur intensité lumineuse mesurée. Cela permet aux clients de sélectionner des pièces avec une plage de luminosité spécifique pour une cohérence dans leur produit, surtout lorsqu'ils utilisent plusieurs afficheurs.

1.7 Cas pratique de conception et d'utilisation

Considérez la conception d'un thermomètre numérique simple avec une lecture de 0-9\u00b0C. Un LTS-4301SW afficherait le chiffre des unités. La sortie numérique d'un capteur de température serait traitée par un microcontrôleur. Le MCU décoderait la valeur du chiffre (0-9) en motif de segment correspondant (par exemple, pour '5', les segments A, F, G, C, D sont allumés). Le MCU utiliserait un expanseur de port ou un registre à décalage pour fournir du courant aux anodes de segment (broches 1,2,4,5,6,7,9,10) via des résistances de limitation de courant. La cathode commune (broches 3 & 8) serait connectée à une broche de masse capable d'absorber le courant total (par exemple, 8 segments * 10 mA = 80 mA), nécessitant probablement un transistor. La face noire assure que le '5' est facilement lisible sur le panneau de l'appareil.

1.8 Introduction au principe de fonctionnement

Un afficheur sept segments fonctionne sur un principe simple : c'est un ensemble de sept barres LED (segments) contrôlées indépendamment, disposées en forme de huit. En allumant des combinaisons spécifiques de ces segments, les dix chiffres décimaux (0-9) peuvent être formés. Par exemple, pour afficher le chiffre '7', les segments A, B et C sont allumés. Le point décimal est une LED séparée supplémentaire. Électriquement, chaque segment est une LED standard avec une anode et une cathode. Dans un type à cathode commune comme le LTS-4301SW, toutes les cathodes sont connectées ensemble à une borne commune. Pour allumer un segment, une tension positive (via une résistance de limitation de courant) est appliquée à sa broche d'anode spécifique, tandis que la cathode commune est connectée à la masse, complétant le circuit.

1.9 Tendances et évolutions technologiques

La tendance dans les afficheurs sept segments va vers une efficacité, une luminosité et une miniaturisation plus élevées. Le passage des LED colorées traditionnelles (rouge, vert) aux LED blanches à conversion de phosphore (comme la puce à base d'InGaN dans cet afficheur) permet une apparence neutre et à contraste élevé adaptée à plus d'applications. Il y a aussi une tendance vers les boîtiers CMS (Composant Monté en Surface) pour l'assemblage automatisé, bien que les types à traversant comme celui-ci restent populaires pour le prototypage, la réparation et les applications nécessitant des connexions mécaniques robustes. L'intégration est une autre tendance, avec l'électronique de pilotage et parfois les microcontrôleurs combinés avec le module d'affichage lui-même, réduisant le nombre de composants externes. De plus, les progrès dans les matériaux conduisent à des angles de vision plus larges et à des performances améliorées sur des plages de températures étendues.