Fiche technique de l'afficheur LED LTC-4724JS - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Jaune AlInGaP - Tension directe 2,6V - Puissance dissipée 40mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-4724JS est un module d'afficheur 7 segments triple chiffre compact et haute performance, conçu pour les applications nécessitant une lecture numérique claire. Sa fonction principale est de représenter visuellement trois chiffres (0-9) et les points décimaux associés en utilisant des segments LED individuels. L'appareil est conçu pour être intégré dans divers systèmes électroniques où l'efficacité spatiale, la lisibilité et la fiabilité sont des considérations clés.

La technologie de base utilise le matériau semi-conducteur Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP) pour les puces LED. Ce système de matériaux est reconnu pour son haut rendement et ses excellentes performances dans la région spectrale du jaune au rouge. Les puces sont fabriquées sur un substrat non transparent d'Arséniure de Gallium (GaAs), ce qui aide à diriger la lumière vers l'avant, améliorant ainsi la luminosité et le contraste. L'afficheur présente une face avant grise avec des marquages de segments blancs, offrant un fond à contraste élevé qui améliore la lisibilité des caractères sous diverses conditions d'éclairage.

L'afficheur utilise une configuration à cathode commune multiplexée. Cette conception réduit considérablement le nombre de broches de pilotage requises par rapport à une méthode de commande statique. Au lieu d'exiger une broche dédiée pour chaque segment de chaque chiffre, les cathodes de chaque chiffre sont connectées ensemble et contrôlées séquentiellement (multiplexées), tandis que les anodes pour chaque type de segment (A-G, DP) sont partagées entre tous les chiffres. Cela le rend très efficace pour les systèmes à microcontrôleur avec un nombre limité de broches d'E/S.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont centrales pour la fonctionnalité de l'afficheur. Les paramètres clés sont mesurés dans des conditions de test standardisées, typiquement à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :Ce paramètre définit la luminosité perçue d'un segment. Avec un courant de test (I_F) de 1 mA, la valeur typique est de 650 µcd (microcandelas), avec une valeur minimale garantie de 200 µcd. La large plage indique un processus de catégorisation ou de binning pour l'intensité, ce qui est courant dans la fabrication de LED pour garantir des niveaux de performance minimaux.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :Mesurée à I_F=20 mA, la longueur d'onde de crête typique est de 588 nanomètres (nm). Cela place l'émission fermement dans la région jaune du spectre visible.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Elle est de 587 nm, très proche de la longueur d'onde de crête. La longueur d'onde dominante est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière et est cruciale pour les applications critiques en termes de couleur.
• Demi-largeur de la raie spectrale (Δλ) :À 15 nm (typique), ce paramètre indique la pureté spectrale ou la largeur de bande de la lumière émise. Une demi-largeur relativement étroite, comme observée ici, est caractéristique des LED AlInGaP et contribue à une couleur jaune saturée et pure.
• Rapport d'appariement de l'intensité lumineuse (I_V-m) :Ce rapport, spécifié à 2:1 maximum, définit la variation admissible de luminosité entre les différents segments d'un même afficheur. Un rapport de 2:1 signifie que le segment le plus lumineux ne doit pas être plus de deux fois plus lumineux que le segment le moins lumineux dans des conditions de pilotage identiques, assurant ainsi une apparence uniforme.

Toutes les mesures d'intensité lumineuse sont effectuées à l'aide d'une combinaison capteur de lumière/filtre calibrée pour se rapprocher de la courbe de réponse oculaire photopique standard de la CIE (Commission Internationale de l'Éclairage), garantissant que les mesures correspondent à la perception visuelle humaine.

2.2 Caractéristiques électriques et valeurs maximales absolues

Le respect de ces limites est critique pour la longévité du dispositif et pour prévenir les défaillances catastrophiques.

• Courant direct continu par segment :Le courant continu maximal admissible à travers un seul segment LED est de 25 mA à 25°C. Au-delà de cette température, la valeur nominale doit être déclassée linéairement à un taux de 0,33 mA par degré Celsius d'augmentation de la température ambiante.
• Courant direct de crête par segment :Pour un fonctionnement en impulsions, un courant plus élevé est autorisé. Sous un cycle de service de 1/10 avec une largeur d'impulsion de 0,1 ms, le courant de crête peut atteindre 60 mA. Ceci est utile pour les schémas de multiplexage où une luminosité instantanée plus élevée est nécessaire pendant le court temps de conduction.
• Puissance dissipée par segment :La puissance maximale pouvant être dissipée sous forme de chaleur par un seul segment est de 40 mW. Elle est calculée comme la Tension directe (V_F) multipliée par le Courant direct (I_F). Dépasser cette limite risque de surchauffer la jonction semi-conductrice.
• Tension directe par segment (V_F) :À un courant de pilotage de 20 mA, la chute de tension directe typique aux bornes d'un segment LED est de 2,6 V, avec un minimum de 2,05 V. Ce paramètre est vital pour concevoir le circuit de limitation de courant dans le pilote.
• Tension inverse par segment :La tension de polarisation inverse maximale pouvant être appliquée aux bornes d'un segment LED est de 5 V. La dépasser peut causer des dommages immédiats et irréversibles à la LED en raison de la rupture de la jonction.
• Courant inverse par segment (I_R) :Avec une polarisation inverse de 5 V appliquée, le courant de fuite est typiquement de 100 µA ou moins.

2.3 Spécifications thermiques et environnementales

• Plage de température de fonctionnement :L'appareil est spécifié pour fonctionner correctement dans une plage de température ambiante de -35°C à +85°C. Les performances en dehors de cette plage ne sont pas garanties.
• Plage de température de stockage :L'appareil peut être stocké sans fonctionnement dans la même plage de -35°C à +85°C.
• Température de soudure :Pendant l'assemblage, l'appareil peut supporter une température de soudure maximale de 260°C pendant une durée maximale de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise du boîtier. Ceci est critique pour les processus de soudure à la vague ou de refusion.

3. Système de binning et de catégorisation

La fiche technique indique explicitement que l'appareil est \"Catégorisé pour l'Intensité Lumineuse.\" Cela implique un processus de tri post-production (binning). Bien que les codes de bin spécifiques ne soient pas fournis dans cet extrait, la catégorisation typique pour de tels afficheurs implique de regrouper les unités en fonction de l'intensité lumineuse mesurée à un courant de test standard. Cela garantit que les clients reçoivent des afficheurs avec des niveaux de luminosité minimale cohérents. Les valeurs spécifiées minimum (200 µcd) et typique (650 µcd) pour I_Vdéfinissent les limites de cette catégorisation. Les concepteurs doivent être conscients que la luminosité peut varier entre les unités dans le rapport d'appariement spécifié de 2:1 et entre les différents bins d'intensité, ce qui peut affecter l'étalonnage du système pour une luminosité uniforme sur plusieurs afficheurs.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux \"Courbes typiques des caractéristiques électriques / optiques\" qui sont essentielles pour un travail de conception détaillé. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans le texte, sur la base des caractéristiques standard des LED, ces courbes incluraient typiquement :

• Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V) :Cette courbe non linéaire montre la relation entre la tension appliquée aux bornes de la LED et le courant résultant. Elle est cruciale pour concevoir des pilotes à courant constant, car un petit changement de tension peut provoquer un grand changement de courant (et donc de luminosité). Le coude de la courbe, autour de la V_Ftypique de 2,6 V à 20 mA, est la région de fonctionnement normale.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct (Courbe I-L) :Ce graphique montre comment la lumière émise augmente avec le courant de pilotage. Elle est généralement linéaire sur une plage mais saturera à des courants très élevés en raison de l'affaiblissement thermique et d'efficacité. Le point de test à 1 mA pour I_Vet le point à 20 mA pour les autres paramètres fournissent deux références clés sur cette courbe.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante :La lumière émise par les LED diminue généralement à mesure que la température de jonction augmente. Cette courbe est vitale pour les applications fonctionnant sur une large plage de températures pour garantir que la lisibilité est maintenue à haute température.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant le pic à ~588 nm et la demi-largeur étroite de 15 nm, confirmant l'émission de couleur jaune pure.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions physiques et tolérances

Le dessin du boîtier fournit des données mécaniques critiques pour la conception du PCB et du boîtier. Toutes les dimensions sont fournies en millimètres. La tolérance générale pour les dimensions non spécifiées est de ±0,25 mm (ce qui équivaut à ±0,01 pouce). Les concepteurs doivent intégrer ces tolérances dans leurs conceptions mécaniques pour assurer un ajustement correct. Le dessin détaillerait la longueur, la largeur et la hauteur totales du module d'afficheur, l'espacement entre les chiffres, la taille des segments, ainsi que la position et le diamètre des broches de montage.

5.2 Configuration des broches et schéma de connexion

Le tableau de connexion des broches est la carte d'interface entre le circuit interne et le monde extérieur. Le LTC-4724JS utilise un arrangement à 15 broches (avec plusieurs broches marquées comme \"Sans Connexion\" ou \"Pas de Broche\").

• Cathodes communes :Les broches 1, 5, 7 et 14 sont des connexions de cathode. La broche 1 est pour le Chiffre 1, la broche 5 pour le Chiffre 2, la broche 7 pour le Chiffre 3, et la broche 14 est une cathode commune pour les points décimaux de gauche (L1, L2, L3). Cette structure permet le schéma de multiplexage.
• Anodes de segment :Les broches restantes (2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 15) sont des anodes pour des segments spécifiques : A, B, C, D, E, F, G et DP (point décimal). Les segments C et G sont partagés avec les points décimaux de gauche L3 et général, respectivement, comme indiqué dans le schéma de circuit interne.

Le schéma de circuit interne représente visuellement cette architecture multiplexée, montrant comment les trois cathodes de chiffres et les anodes de segments partagées sont interconnectées. Comprendre ce schéma est essentiel pour développer le bon timing logiciel et le circuit de pilotage matériel.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

La valeur maximale absolue pour la température de soudure (260°C pendant 3 secondes à 1,6 mm sous le plan d'assise) fournit des directives claires pour le processus d'assemblage. Cette valeur est compatible avec les profils de soudure par refusion sans plomb standard (qui ont souvent une température de pointe autour de 245-250°C). Pour la soudure à la vague, le temps d'exposition des broches à la soudure fondue doit être contrôlé pour rester dans cette limite. Il est recommandé de suivre les directives IPC standard pour la soudure des composants traversants. Un préchauffage est conseillé pour minimiser le choc thermique. Après la soudure, l'afficheur doit être laissé refroidir progressivement. Des procédures de manipulation appropriées contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent toujours être suivies pendant l'assemblage pour éviter d'endommager les jonctions LED sensibles.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

Le LTC-4724JS est bien adapté à diverses applications nécessitant un affichage numérique compact, lumineux et fiable. Les utilisations courantes incluent :

• Équipements de test et de mesure :Multimètres numériques, compteurs de fréquence, alimentations, où une résolution à 3 chiffres est suffisante (par exemple, affichage de 0 à 999).
• Contrôles et instrumentation industriels :Compteurs de tableau pour la température, la pression, la vitesse ou les affichages de comptage.
• Électronique grand public :Équipements audio (affichage du volume d'amplificateur), appareils électroménagers (minuterie, affichage de température).
• Marché de l'automobile après-vente :Jauges et afficheurs pour la tension, le régime moteur (RPM) ou la température.

7.2 Considérations de conception critiques

• Circuit de pilotage :Un circuit de pilotage multiplexé est requis. Cela implique typiquement un microcontrôleur ou un circuit intégré pilote d'afficheur dédié qui peut absorber le courant à travers les cathodes des chiffres (généralement via des transistors) et fournir du courant aux anodes des segments. Des résistances de limitation de courant sont obligatoires pour chaque anode de segment (ou éventuellement partagées si un pilote à courant constant est utilisé) pour fixer le I_Fà une valeur sûre, typiquement entre 10 et 20 mA pour un équilibre entre luminosité et longévité.
• Fréquence de multiplexage :La fréquence de rafraîchissement doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible, typiquement au-dessus de 60 Hz. Avec trois chiffres, chaque chiffre est illuminé pendant environ 1/3 du cycle. Le courant de crête peut être réglé plus haut (jusqu'à la valeur nominale pulsée de 60 mA) pour compenser le cycle de service réduit et maintenir une luminosité moyenne.
• Alimentation électrique :L'exigence de tension directe (~2,6 V) signifie que l'alimentation du système doit fournir une tension supérieure à celle-ci pour permettre la chute de tension aux bornes de la résistance de limitation de courant et du circuit de pilotage. Une alimentation de 5 V est courante et pratique.
• Angle de vision et contraste :La fiche technique revendique un \"large angle de vision\" et un \"haut contraste.\" La face grise/segments blancs améliore le contraste. Pour une vision optimale, l'afficheur doit être monté perpendiculairement à la direction de vision principale. Dans des conditions de lumière ambiante élevée, la luminosité élevée (650 µcd typ.) est bénéfique.
• Gestion thermique :Bien que la puissance dissipée par segment soit faible, la chaleur cumulative de plusieurs segments allumés simultanément, surtout à des courants plus élevés, doit être prise en compte. Une ventilation adéquate dans le boîtier est recommandée, en particulier si l'on fonctionne près de la limite supérieure de température.

8. Comparaison et différenciation technique

Les principaux facteurs de différenciation du LTC-4724JS résident dans sa technologie de matériau et son boîtier. Par rapport aux technologies plus anciennes comme les LED standard GaP ou GaAsP, l'AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé, ce qui se traduit par une plus grande luminosité pour le même courant de pilotage. La couleur jaune produite est également plus saturée et pure. Par rapport aux alternatives contemporaines, sa hauteur de chiffre de 0,4 pouce offre un équilibre spécifique entre taille et lisibilité. La conception à cathode commune multiplexée est une norme pour les afficheurs multi-chiffres, mais le brochage spécifique et le circuit interne (incluant la cathode commune pour les décimales de gauche) sont uniques à cette référence et doivent être pris en compte par le logiciel de pilotage. La catégorisation pour l'intensité lumineuse fournit un niveau de contrôle qualité qui peut ne pas être présent dans tous les afficheurs.

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

• Q : Puis-je piloter cet afficheur avec un microcontrôleur 3,3 V ?R : Possible, mais une conception minutieuse est nécessaire. La V_Ftypique est de 2,6 V. Après avoir pris en compte une petite chute de tension dans le transistor de pilotage et une résistance de limitation de courant, la marge disponible à partir d'une alimentation de 3,3 V peut être très limitée ou insuffisante, surtout en considérant la variation de V_F. Une alimentation de 5 V est plus fiable. Vous pourriez avoir besoin d'un changeur de niveau ou d'un circuit intégré pilote alimenté par un rail 5 V séparé.
• Q : Pourquoi le courant de crête (60 mA) est-il supérieur au courant continu (25 mA) ?R : Les LED peuvent supporter des courants instantanés plus élevés si le cycle de service est faible, car la puissance moyenne dissipée et la température de jonction restent dans des limites sûres. Ceci est exploité dans le multiplexage pour obtenir une luminosité perçue plus élevée.
• Q : Quel est le but des broches \"Sans Connexion\" ?R : Ce sont probablement des emplacements mécaniques pour s'adapter à un empreinte DIP (Dual In-line Package) standard à 15 broches. Elles assurent une stabilité physique pendant la soudure mais n'ont aucune fonction électrique. Ne les connectez à aucun circuit.
• Q : Comment calculer la valeur de la résistance de limitation de courant ?R : Utilisez la loi d'Ohm : R = (V_alimentation- V_F- V_{chute_pilote}) / I_F. Pour une alimentation de 5 V, une V_Fde 2,6 V, une chute de pilote de 0,2 V et un I_Fsouhaité de 15 mA : R = (5 - 2,6 - 0,2) / 0,015 = 146,7 Ω. Une résistance standard de 150 Ω serait appropriée. Vérifiez toujours la dissipation de puissance dans la résistance : P = I²* R.

10. Exemple pratique de conception et d'utilisation

Considérez la conception d'un simple voltmètre à 3 chiffres utilisant un microcontrôleur. L'ADC du microcontrôleur lit une tension, la convertit en un nombre entre 0 et 999, et doit l'afficher.

1. Interface matérielle :Trois broches d'E/S du microcontrôleur sont configurées comme sorties pour contrôler des transistors NPN (ou un réseau de transistors) qui absorbent le courant des trois broches de cathode de chiffres (1,5,7). Huit autres broches d'E/S (ou un registre à décalage pour économiser des broches) sont configurées comme sorties pour fournir du courant aux huit broches d'anode de segments (A,B,C,D,E,F,G,DP) via des résistances de limitation de courant individuelles de 150 Ω.
2. Routine logicielle :La boucle principale implémente le multiplexage. Elle éteint toutes les cathodes de chiffres. Elle définit ensuite le motif de segment sur les broches d'anode pour le Chiffre 1 (par exemple, pour afficher \"5\"). Elle active ensuite (fournit un chemin à la masse via le transistor) la cathode pour le Chiffre 1. Elle attend un court instant (par exemple, 2-3 ms). Elle désactive ensuite le Chiffre 1, définit le motif de segment pour le Chiffre 2, active la cathode du Chiffre 2, attend, et répète pour le Chiffre 3. Ce cycle se répète continuellement. Le courant de crête par segment peut être réglé à ~20 mA. Avec un cycle de service de 1/3, le courant moyen est de ~6,7 mA, bien dans la limite de la valeur nominale continue.
3. Résultat :En raison de la persistance rétinienne, les trois chiffres semblent être allumés simultanément et de manière stable, affichant la tension mesurée.

11. Introduction au principe technologique

Le LTC-4724JS est basé sur la technologie d'éclairage à l'état solide utilisant des semi-conducteurs AlInGaP (Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium). Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de bande interdite de la diode est appliquée, des électrons et des trous sont injectés dans la région active de la structure semi-conductrice. Ils se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique de l'alliage AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite, qui dicte directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise — dans ce cas, le jaune (~587-588 nm). Le substrat GaAs non transparent absorbe toute lumière émise vers l'arrière, améliorant l'efficacité globale en réduisant les réflexions internes qui ne contribuent pas à la lumière utile vers l'avant. Le format à sept segments est une méthode standardisée de former des caractères numériques en illuminant sélectivement sept segments LED indépendants en forme de barre (étiquetés A à G).

12. Tendances et contexte technologiques

Bien que cette référence spécifique utilise la technologie AlInGaP mature, le paysage plus large des afficheurs LED continue d'évoluer. Les tendances incluent l'adoption de matériaux encore plus efficaces comme l'InGaN pour le bleu/vert/blanc, le développement de boîtiers Chip-on-Board (COB) et de dispositifs à montage en surface (SMD) pour une densité plus élevée et une empreinte plus petite, et l'intégration de pilotes et de contrôleurs directement dans le module d'afficheur (afficheurs intelligents). Cependant, pour des applications spécifiques nécessitant une couleur jaune pure et efficace dans un boîtier traversant standard, les afficheurs basés sur AlInGaP comme le LTC-4724JS restent une solution fiable et rentable. Leur simplicité, robustesse et facilité d'interface avec des microcontrôleurs basiques assurent leur pertinence continue dans de nombreuses conceptions industrielles et grand public où des afficheurs graphiques personnalisés ne sont pas nécessaires.