Fiche technique de l'afficheur LED LTS-4801JD - Hauteur de chiffre 0,39 pouce - Rouge hyper AlInGaP - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 70mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-4801JD est un module d'affichage sept segments à un chiffre haute performance, 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 à l'aide de segments LED adressables individuellement. Cet appareil est conçu pour la fiabilité et une intégration aisée dans divers systèmes électroniques.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Cet afficheur offre plusieurs avantages clés le rendant adapté à une gamme d'applications. Ses principaux atouts incluent un excellent aspect des caractères avec des segments continus et uniformes, une luminosité et un contraste élevés pour une visibilité supérieure même en conditions lumineuses, et un large angle de vision assurant la lisibilité depuis diverses positions. De plus, il présente une faible consommation d'énergie et une fiabilité à l'état solide, contribuant à une longue durée de vie opérationnelle et à l'efficacité énergétique. L'appareil est catégorisé selon l'intensité lumineuse, garantissant une cohérence des niveaux de luminosité. Le marché cible comprend les panneaux de contrôle industriel, les équipements de test et de mesure, les appareils électroménagers, les tableaux de bord automobiles (affichages secondaires) et tout système embarqué nécessitant un affichage numérique compact et fiable.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

Les performances du LTS-4801JD sont définies par un ensemble de paramètres électriques et optiques précis que les concepteurs doivent prendre en compte pour une mise en œuvre correcte.

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont centrales à sa fonction. L'appareil utilise des puces LED Rouge Hyper en AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium). Le flux lumineux est caractérisé par une intensité lumineuse moyenne typique (Iv) de 200 à 650 microcandelas (μcd) lorsqu'il est piloté par un courant direct (IF) de 1mA. La couleur est définie par une longueur d'onde d'émission de crête (λp) de 650 nanomètres (nm) et une longueur d'onde dominante (λd) de 639 nm, toutes deux mesurées à IF=20mA. La demi-largeur de raie spectrale (Δλ) est de 20 nm, indiquant une couleur rouge relativement pure. L'adaptation de l'intensité lumineuse entre les segments est spécifiée avec un rapport maximum de 2:1, assurant un aspect uniforme sur le chiffre.

2.2 Paramètres électriques

Les spécifications électriques assurent un fonctionnement sûr et efficace. Les valeurs maximales absolues définissent les limites opérationnelles : la dissipation de puissance par segment est de 70mW, le courant direct de crête par segment est de 90mA (à un cycle de service de 1/10, largeur d'impulsion 0,1ms), et le courant direct continu par segment est de 25mA à 25°C, avec une déclassement linéaire de 0,33 mA/°C. La tension inverse maximale par segment est de 5V. Dans les conditions de fonctionnement typiques (Ta=25°C, IF=20mA), la tension directe par segment (VF) varie de 2,1V à 2,6V. Le courant inverse (IR) est au maximum de 100 μA à VR=5V.

2.3 Spécifications thermiques et environnementales

L'appareil est conçu pour une plage de température de fonctionnement de -35°C à +85°C et une plage de stockage identique. Cette large plage le rend adapté aux environnements soumis à d'importantes variations de température. La spécification de température de soudure indique que l'appareil peut supporter 260°C pendant 3 secondes à un point situé à 0,116 pouce (soit environ 2,95mm) en dessous du plan d'assise, ce qui est une information critique pour le processus d'assemblage.

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que l'appareil est « catégorisé selon l'intensité lumineuse ». Cela implique qu'un système de classement (binning) est appliqué, probablement basé sur l'intensité lumineuse moyenne mesurée (Iv) dans les conditions de test standard (IF=1mA). Les classes regroupent les appareils avec des niveaux de flux lumineux similaires (par exemple, 200-350 μcd, 350-500 μcd, 500-650 μcd). Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec une luminosité cohérente pour les afficheurs multi-chiffres ou les applications où l'homogénéité de la luminosité est critique. Le rapport maximum d'adaptation d'intensité lumineuse de 2:1 spécifié est une garantie de performance au sein d'un seul appareil, tandis que le classement assure la cohérence entre plusieurs appareils.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que l'extrait de fiche technique fourni fasse référence à des « Courbes typiques des caractéristiques électriques / optiques », les courbes typiques pour un tel appareil illustreraient graphiquement des relations clés vitales pour la conception.

4.1 Courant direct vs Tension directe (Courbe I-V)

Une courbe I-V typique montrerait la relation exponentielle entre le courant direct (IF) et la tension directe (VF) pour les puces LED AlInGaP. La courbe commencerait à conduire notablement vers 1,8V-2,0V et présenterait une pente relativement raide dans la plage de fonctionnement normale (par exemple, 5-30mA), avec VF augmentant jusqu'à la valeur typique de 2,1V-2,6V à 20mA. Cette courbe est essentielle pour concevoir le circuit de limitation de courant.

4.2 Intensité lumineuse vs Courant direct

Cette courbe est cruciale pour le contrôle de la luminosité. Elle montrerait typiquement que l'intensité lumineuse (Iv) augmente approximativement de manière linéaire avec le courant direct (IF) sur une plage significative avant de potentiellement saturer à des courants très élevés. La pente de cette ligne détermine l'efficacité (lumens par watt ou candelas par ampère). Les concepteurs l'utilisent pour sélectionner le courant de fonctionnement nécessaire pour atteindre un niveau de luminosité souhaité.

4.3 Intensité lumineuse vs Température ambiante

Le flux lumineux d'une LED diminue lorsque la température de jonction augmente. Une courbe de déclassement illustrerait l'intensité lumineuse relative en fonction de la température ambiante (Ta) ou de la température de jonction (Tj). Pour les LED AlInGaP, la sortie peut chuter significativement avec l'augmentation de la température, ce qui doit être pris en compte dans la gestion thermique et les conceptions destinées aux environnements à haute température.

4.4 Distribution spectrale

Un graphique de distribution spectrale de puissance montrerait l'intensité relative de la lumière émise à différentes longueurs d'onde, centrée autour du pic de 650 nm. La demi-largeur spectrale de 20 nm indique la largeur de ce pic à la moitié de son intensité maximale, confirmant la nature monochromatique de la lumière rouge.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

La construction physique du LTS-4801JD est définie pour l'intégration mécanique.

5.1 Dimensions et dessin de contour

Le boîtier a une hauteur de chiffre de 0,39 pouce (10,0 mm). Le dessin coté détaillé (référencé dans la fiche technique) spécifie la longueur, la largeur et la hauteur globales du boîtier, les dimensions et l'espacement des segments, l'espacement et la longueur des broches, et la position du point décimal droit. Toutes les cotes sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25mm sauf indication contraire. Ce dessin est essentiel pour créer l'empreinte PCB et assurer un bon ajustement dans le boîtier.

5.2 Brochage et identification de la polarité

L'appareil a une configuration à 10 broches. Il présente une architecture à anode commune, ce qui signifie que les anodes de tous les segments LED sont connectées en interne et ramenées à des broches spécifiques. Le brochage est le suivant : La broche 3 et la broche 8 sont les Anodes Communes (et sont connectées en interne). Les cathodes de chaque segment sont sur des broches individuelles : Broche 1 (G), Broche 2 (F), Broche 4 (E), Broche 5 (D), Broche 6 (D.P. pour point décimal), Broche 7 (C), Broche 9 (B), Broche 10 (A). La numérotation des broches et l'emplacement de la broche 1 doivent être identifiés à partir du dessin mécanique. La description « Rt. Hand Decimal » confirme que le point décimal est situé sur le côté droit du chiffre.

5.3 Schéma de circuit interne

Le schéma de circuit interne référencé représente visuellement la configuration à anode commune. Il montrerait un nœud commun (l'anode) connecté à l'alimentation positive, chaque segment LED (A à G, plus DP) ayant sa cathode connectée à une broche séparée. Pour allumer un segment, sa broche de cathode correspondante doit être mise à la masse (connectée à la terre via une résistance de limitation de courant) tandis que l'anode commune est maintenue au niveau haut.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est requise pour maintenir l'intégrité du composant.

6.1 Paramètres de soudure par refusion

Le paramètre critique fourni est la température de soudure maximale : 260°C pendant 3 secondes, mesurée à 0,116 pouce (2,95mm) en dessous du plan d'assise. Ceci correspond aux profils de refusion sans plomb typiques (par exemple, IPC/JEDEC J-STD-020). Un profil de refusion standard avec une zone de préchauffage, une montée en température rapide, une zone de température de pointe ne dépassant pas 260°C pendant le temps spécifié, et une zone de refroidissement contrôlé doit être utilisé. Le profil doit garantir que la température au niveau des broches du boîtier ne dépasse pas le maximum absolu.

6.2 Précautions et manipulation

Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées pendant la manipulation et l'assemblage, car les puces LED sont sensibles à l'électricité statique. Évitez d'appliquer des contraintes mécaniques sur les broches ou le boîtier plastique. Le nettoyage après soudure doit utiliser des méthodes compatibles avec le matériau du boîtier (probablement de l'époxy).

6.3 Conditions de stockage

L'appareil doit être stocké dans la plage de température de stockage spécifiée de -35°C à +85°C. Il est conseillé de stocker les composants dans un environnement à faible humidité et dans un emballage de protection ESD jusqu'à leur utilisation pour éviter l'absorption d'humidité et les dommages électrostatiques.

7. Recommandations d'application

7.1 Circuits d'application typiques

La méthode de pilotage la plus courante pour un afficheur à anode commune comme le LTS-4801JD est le multiplexage, surtout lorsque plusieurs chiffres sont utilisés. Un microcontrôleur ou un circuit intégré pilote d'affichage dédié alimenterait séquentiellement l'anode commune de chaque chiffre tout en envoyant le motif de cathodes pour les segments qui doivent être allumés sur ce chiffre. Cette méthode économise les broches d'E/S. Pour une application à un chiffre, un pilotage statique plus simple peut être utilisé : connectez les broches d'anode commune (3 & 8) à la tension d'alimentation positive (Vcc) via une résistance de limitation de courant pour l'ensemble de l'afficheur, et connectez chaque broche de cathode (A-G, DP) à une broche d'E/S de microcontrôleur ou à un transistor pilote. Chaque broche d'E/S nécessiterait une résistance de limitation de courant en série pour son segment respectif.

7.2 Calcul de la résistance de limitation de courant

La valeur de la résistance de limitation de courant est critique. Elle peut être calculée en utilisant la loi d'Ohm : R = (Vcc - VF) / IF. Par exemple, avec un Vcc de 5V, un VF typique de 2,6V et un IF souhaité de 20mA : R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohms. La puissance nominale de la résistance doit être au moins P = (IF)^2 * R = (0,020)^2 * 120 = 0,048W, donc une résistance standard de 1/8W (0,125W) ou 1/4W est suffisante.

7.3 Considérations de conception

Contrôle de la luminosité :La luminosité peut être ajustée en faisant varier le courant direct (IF) dans les limites spécifiées, soit en changeant la valeur de la résistance, soit en utilisant une MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) sur le signal de commande. La MLI est très efficace pour l'atténuation.

Angle de vision :Le large angle de vision est bénéfique, mais il faut considérer la direction de vision principale lors du positionnement de l'afficheur dans le produit final.

Gestion thermique :Bien que la dissipation de puissance soit faible, assurez une ventilation adéquate si plusieurs afficheurs sont utilisés ou si le fonctionnement a lieu à des températures ambiantes élevées pour éviter la dégradation de la luminosité et prolonger la durée de vie.

Amélioration du contraste :Le fond gris et les segments blancs fournissent un contraste inhérent. Pour une lisibilité optimale, un cadre ou un filtre de couleur sombre autour de l'afficheur peut encore améliorer le contraste, surtout en lumière ambiante vive.

8. Comparaison et différenciation technique

Le LTS-4801JD se différencie principalement par son utilisation de la technologie AlInGaP et ses caractéristiques de performance spécifiques.

AlInGaP vs Autres technologies LED :Comparées aux LED rouges traditionnelles en GaAsP ou GaP, les LED AlInGaP offrent une efficacité lumineuse significativement plus élevée (plus de flux lumineux par unité de puissance électrique), une meilleure stabilité thermique et une couleur rouge plus saturée, « hyper ». Comparé aux nouvelles LED blanches haute puissance utilisées avec des filtres, cet appareil est plus simple, nécessite une électronique de commande moins complexe et offre directement une couleur rouge pure et efficace.

Parmi les afficheurs sept segments :Sa hauteur de chiffre de 0,39 pouce le place dans une catégorie de taille courante pour les instruments montés sur panneau. Les principaux avantages concurrentiels listés sont ses segments continus et uniformes (pour un aspect net), sa luminosité et son contraste élevés, et son classement selon l'intensité lumineuse (garantissant la cohérence). La faible consommation d'énergie est également un avantage pour les appareils alimentés par batterie.

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

Q1 : Quel est l'intérêt d'avoir deux broches d'anode commune (broche 3 et broche 8) ?

R1 : Avoir deux broches pour la connexion commune aide à répartir le courant total d'anode, qui est la somme des courants de tous les segments allumés. Cela réduit la densité de courant dans une seule broche et une seule piste PCB, améliorant la fiabilité. Elles sont connectées en interne, donc une seule a besoin d'être connectée dans un circuit, mais il est recommandé de connecter les deux pour une performance optimale.

Q2 : Puis-je piloter cet afficheur directement depuis un microcontrôleur 3,3V sans résistance de limitation de courant ?

R2 : Non. Vous devez toujours utiliser une résistance de limitation de courant pour chaque segment (ou une source de courant régulée). La tension directe (VF) est typiquement de 2,1V-2,6V. Connecter directement 3,3V à la LED via une broche de microcontrôleur tenterait de faire passer un courant non contrôlé, potentiellement destructeur, à travers la LED, car la seule résistance serait la résistance interne de la broche du MCU et de la LED, qui est très faible.

Q3 : Que signifie « déclassement linéaire à partir de 25°C » pour le courant direct continu ?

R3 : Cela signifie que le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente au-dessus de 25°C. Le facteur de déclassement est de 0,33 mA/°C. Par exemple, à 50°C (25°C au-dessus de la référence), le courant maximum serait de 25mA - (0,33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8,25mA = 16,75mA. Cela évite la surchauffe et assure la fiabilité.

Q4 : Comment interpréter le rapport d'adaptation d'intensité lumineuse de 2:1 ?

R4 : Cela signifie qu'au sein d'une seule unité LTS-4801JD, le segment le moins lumineux ne sera pas moins de la moitié moins brillant que le segment le plus lumineux lorsqu'ils sont mesurés dans les mêmes conditions (IF=1mA). Cela assure l'uniformité visuelle sur le chiffre.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'une lecture simple de voltmètre numérique

Un concepteur crée un voltmètre numérique compact pour afficher de 0,0V à 19,9V. Il a besoin d'un affichage clair et à faible consommation. Il sélectionne le LTS-4801JD pour sa luminosité élevée et sa taille de 0,39 pouce, qui est lisible pour l'usage prévu. Trois afficheurs sont utilisés pour les trois chiffres. L'ADC du microcontrôleur lit la tension, la convertit en valeur et pilote les afficheurs via un schéma de multiplexage utilisant un réseau de transistors pour les anodes communes et les broches d'E/S du MCU (avec des résistances en série) pour les cathodes des segments. Le point décimal droit sur le chiffre du milieu est utilisé pour afficher les dixièmes. La couleur rouge AlInGaP est choisie pour son contraste élevé sur un panneau sombre. Le concepteur calcule les valeurs des résistances pour un système 5V afin de piloter chaque segment à ~15mA, fournissant une luminosité ample tout en restant bien en dessous du courant continu nominal de 25mA à température ambiante.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Le LTS-4801JD fonctionne sur le principe fondamental de l'électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs. La structure de puce AlInGaP forme une jonction p-n. Lorsqu'une tension directe dépassant le seuil de la jonction (environ 1,8-2,0V) est appliquée, les électrons de la région de type n et les trous de la région de type p sont injectés dans la région active où ils se recombinent. Dans l'AlInGaP, cette recombinaison libère de l'énergie principalement sous forme de photons (lumière) dans la gamme de longueurs d'onde rouge (~650 nm). Chacun des sept segments (A à G) et le point décimal (DP) contient une ou plusieurs de ces minuscules puces LED intégrées dans le boîtier. La configuration à anode commune simplifie le circuit de commande externe en permettant à une seule source de tension positive d'alimenter tous les segments, le contrôle individuel étant réalisé en mettant à la masse la cathode du segment souhaité.

12. Tendances technologiques et contexte

Les afficheurs LED sept segments comme le LTS-4801JD représentent une technologie d'affichage mature et hautement optimisée. Bien que des technologies plus récentes comme les OLED à matrice de points ou les écrans LCD TFT offrent une plus grande flexibilité (graphiques complets, multiples couleurs), les LED sept segments conservent de solides avantages dans des niches spécifiques : extrême simplicité de l'électronique de commande, luminosité et contraste très élevés, excellente lisibilité en plein soleil, large plage de température de fonctionnement et fiabilité à long terme exceptionnelle sans rétroéclairage susceptible de tomber en panne. La tendance dans ce segment va vers une efficacité plus élevée (plus de lumens par watt) en utilisant des matériaux semi-conducteurs avancés comme l'AlInGaP, comme on le voit dans cet appareil, et vers des boîtiers CMS pour l'assemblage automatisé. Ils restent la solution de choix pour les applications où un affichage numérique économique, robuste et très lisible est l'exigence principale.