Fiche technique de l'afficheur LED LTC-4724JF - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Couleur jaune-orange - Tension directe 2,6V - Dissipation 70mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-4724JF est un module d'afficheur LED sept segments triple chiffre compact et performant. Sa fonction principale est de fournir des affichages numériques clairs et lumineux dans divers appareils électroniques et instruments. Le dispositif est fabriqué en utilisant la technologie semi-conductrice avancée AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium), réputée pour produire une émission lumineuse à haut rendement dans le spectre jaune-orange. Ce choix de matériau spécifique se traduit par une excellente intensité lumineuse et une pureté de couleur remarquable. L'afficheur présente un fond gris avec des marquages de segments blancs, créant un contraste élevé qui améliore la lisibilité sous différentes conditions d'éclairage. Il est conçu comme un type à cathode commune multiplexée, une configuration standard pour les afficheurs multi-chiffres permettant de minimiser le nombre de broches de pilotage requises.

1.1 Caractéristiques et avantages clés

Le LTC-4724JF offre plusieurs avantages distincts pour les concepteurs et ingénieurs :

• Taille compacte avec une grande lisibilité :La hauteur de chiffre de 0,4 pouce (10,0 mm) offre un bon équilibre entre un design économe en espace et une visibilité claire, le rendant adapté aux panneaux de mesure, équipements de test et appareils électroniques grand public où l'espace frontal est limité.
• Performance optique supérieure :L'utilisation de puces AlInGaP délivre une luminosité élevée et un excellent contraste. Les segments continus et uniformes assurent un aspect de caractère cohérent et professionnel sans espace ni point sombre.
• Efficacité énergétique :Il a une faible exigence en puissance, ce qui est bénéfique pour les applications alimentées par batterie ou soucieuses de l'énergie. La tension directe typique est relativement basse, réduisant la consommation globale du sous-système d'affichage.
• Large angle de vision :L'afficheur maintient une bonne visibilité sur un large angle, garantissant que la lecture peut être vue depuis diverses positions, ce qui est critique pour les équipements montés en façade.
• Haute fiabilité :En tant que dispositif à semi-conducteur, il offre une longue durée de vie opérationnelle et une robustesse aux vibrations et chocs par rapport aux afficheurs mécaniques.
• Assurance qualité :Les dispositifs sont catégorisés (classés) pour l'intensité lumineuse. Cela signifie que les unités sont triées en fonction de leur flux lumineux mesuré, permettant aux concepteurs de sélectionner des niveaux de luminosité cohérents pour leurs applications, évitant ainsi un éclairage inégal dans les configurations multi-afficheurs.
• Conformité environnementale :Le boîtier est sans plomb, conforme à la directive RoHS (Restriction des Substances Dangereuses), le rendant adapté aux produits vendus sur les marchés soumis à des réglementations environnementales strictes.

2. Spécifications techniques et interprétation approfondie

Cette section fournit une analyse détaillée des paramètres électriques et optiques qui définissent les limites de performance et les conditions de fonctionnement du LTC-4724JF.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée en toute sécurité sous forme de chaleur par un seul segment LED. Dépasser cette valeur peut entraîner une surchauffe et une dégradation accélérée de la jonction semi-conductrice.
• Courant direct de crête par segment :90 mA (en conditions pulsées : cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cette valeur est pour des impulsions de courte durée, souvent utilisées dans les schémas de multiplexage pour atteindre une luminosité de crête plus élevée.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. C'est le courant continu maximal recommandé pour un fonctionnement en continu. La fiche technique spécifie un facteur de déclassement de 0,33 mA/°C au-dessus de 25°C. Par exemple, à une température ambiante (Ta) de 65°C, le courant continu maximal autorisé serait : 25 mA - [ (65°C - 25°C) * 0,33 mA/°C ] = 25 mA - 13,2 mA =11,8 mA. Ce déclassement est crucial pour la gestion thermique et la fiabilité à long terme.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le dispositif est conçu pour des plages de température industrielles, adapté aux environnements en dehors des conditions de bureau typiques.
• Condition de soudage :260°C pendant 3 secondes, mesuré à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) sous le plan d'assise. Ceci guide le profil de soudage par refusion pour l'assemblage sur carte PCB.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques (Typiques à 25°C)

Ce sont les paramètres de performance typiques dans des conditions de test spécifiées, représentant le comportement attendu du dispositif.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :200 à 650 µcd (microcandelas) à I_F=1mA. Cette large plage indique le processus de classement. Le minimum est de 200 µcd, mais les unités typiques seront plus lumineuses. Le courant de test de 1mA est une condition standard à faible courant pour comparer la luminosité.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :611 nm. C'est la longueur d'onde à laquelle la sortie spectrale de la LED est à son intensité maximale. Elle définit la couleur perçue "jaune-orange".
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :17 nm. Ceci mesure l'étalement des longueurs d'onde de la lumière émise. Une valeur de 17 nm indique une émission de couleur relativement étroite et pure, caractéristique de la technologie AlInGaP.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :605 nm. C'est la longueur d'onde unique qui représente le mieux la couleur perçue de la lumière par l'œil humain, légèrement différente de la longueur d'onde de crête.
• Tension directe par segment (V_F) :2,05V à 2,6V à I_F=20mA. C'est un paramètre critique pour la conception du pilote. Le circuit de pilotage doit être capable de fournir au moins 2,6V pour garantir que le courant souhaité de 20mA traverse tous les segments, même ceux en haut de la plage de V_F distribution.
• Courant inverse (I_R) :100 µA maximum à V_R=5V. Ceci spécifie le courant de fuite maximal lorsque la LED est polarisée en inverse. Bien que faible, il confirme la caractéristique de blocage de la diode.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse (I_V-m) :2:1 maximum à I_F=10mA. C'est le rapport maximal autorisé entre le segment le plus lumineux et le plus faible au sein d'un même chiffre ou entre des segments identiques sur différents chiffres. Un rapport de 2:1 assure une uniformité visuelle.

3. Explication du système de classement (Binning)

Le LTC-4724JF utilise un système de classement principalement pourl'Intensité Lumineuse. Comme indiqué par la plage I_V(200-650 µcd), les unités sont testées et triées dans différentes catégories en fonction de leur flux lumineux à un courant de test standard (1mA). Cela permet aux clients de :

• Garantir la cohérence :Pour les applications utilisant plusieurs afficheurs (par exemple, un instrument multi-chiffres), commander des pièces de la même catégorie d'intensité garantit que tous les chiffres auront une luminosité correspondante, évitant un aspect inégal et irrégulier.
• Sélectionner selon les besoins de l'application :Une conception nécessitant une luminosité très élevée peut spécifier des unités d'une catégorie d'intensité supérieure, tandis qu'une conception sensible à la puissance peut utiliser une catégorie inférieure.

La fiche technique ne mentionne pas explicitement de catégories séparées pour la longueur d'onde (couleur) ou la tension directe pour cette référence spécifique, ce qui implique que le procédé AlInGaP offre un contrôle suffisamment serré sur ces paramètres, ou qu'ils sont inclus dans le classement principal par intensité.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, les courbes typiques pour un tel dispositif incluraient :

• Courant vs Tension directe (Courbe I-V) :Montre la relation exponentielle. La courbe aura un "coude" autour de la V_Ftypique (2,05-2,6V). L'alimentation en courant constant, comme recommandé, assure une luminosité stable indépendamment des variations mineures de V_F variations.
• Intensité lumineuse vs Courant direct (I_Vvs. I_F) :Montre généralement une relation quasi-linéaire à faible courant, pouvant saturer à des courants très élevés. Ce graphique aide à déterminer le courant de pilotage nécessaire pour atteindre une luminosité cible.
• Intensité lumineuse vs Température ambiante :Montre comment le flux lumineux diminue avec l'augmentation de la température. Ceci est vital pour concevoir des systèmes fonctionnant dans des environnements à haute température, car le courant de pilotage peut devoir être augmenté (dans les limites des spécifications) pour compenser.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, centré autour de 611 nm avec une largeur de 17 nm à la moitié de l'intensité de crête (FWHM).

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

Le LTC-4724JF est fourni dans un format traversant DIP (Dual In-line Package) standard. Le dessin (référencé page 3) fournit toutes les dimensions critiques, y compris la longueur totale, la largeur, la hauteur, l'espacement des chiffres, l'espacement des broches (pas) et le diamètre des broches. La note précise que toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,25 mm sauf indication contraire. Ces informations sont essentielles pour la conception de l'empreinte PCB, le dimensionnement de la découpe du panneau et pour assurer un ajustement mécanique correct dans le produit final.

5.2 Connexion des broches et circuit interne

Le dispositif a une configuration à 14 broches (certaines broches sont marquées "NO PIN"). Le schéma de circuit interne (page 4) révèle une architecture à cathode commune multiplexée :

• Cathodes communes :Les broches 1, 5 et 7 sont respectivement les cathodes pour le Chiffre 1, le Chiffre 2 et le Chiffre 3. La broche 14 est une cathode commune pour les trois points décimaux de droite (L1, L2, L3).
• Anodes de segments :Les anodes pour les sept segments principaux (A, B, C, D, E, F, G) et les points décimaux sont amenées à des broches individuelles (par exemple, Broche 12 = Segment A, Broche 2 = Segment E).

Pour allumer un segment spécifique sur un chiffre spécifique, la broche d'anode de segment correspondante doit être mise à l'état haut (avec une résistance de limitation de courant), et la broche de cathode pour ce chiffre doit être mise à la masse (mise à la terre). Cette technique de multiplexage permet de contrôler 3 chiffres et leurs segments avec seulement 14 broches au lieu de 24+ broches si chaque segment était câblé indépendamment.

6. Recommandations pour le soudage, l'assemblage et le stockage

6.1 Soudage et assemblage

• Soudage par refusion :Suivre la condition spécifiée : 260°C pendant 3 secondes. Ceci doit être intégré dans un profil de refusion sans plomb standard.
• Contrainte mécanique :Éviter d'appliquer une force anormale sur le corps de l'afficheur pendant l'assemblage. Utiliser des outils adaptés pour éviter de fissurer le boîtier en époxy ou d'endommager les fils de liaison internes.
• Condensation :Éviter les changements rapides de température dans des environnements humides pour empêcher la formation de condensation sur l'afficheur, ce qui pourrait provoquer des courts-circuits électriques ou de la corrosion.
• Application de film :Si un film décoratif ou un filtre est utilisé, noter qu'un adhésif sensible à la pression est utilisé. Éviter de laisser le côté du film appuyer directement contre un panneau avant, car une force externe pourrait le déplacer.

6.2 Conditions de stockage

Un stockage approprié est essentiel pour prévenir l'oxydation des broches étamées, ce qui peut entraîner une mauvaise soudabilité.

• Pour les afficheurs traversants (LTC-4724JF) :Stocker dans l'emballage d'origine à une température de 5°C à 30°C et en dessous de 60% d'humidité relative. Si le sac barrière à l'humidité est ouvert pendant plus de 6 mois, cuire à 60°C pendant 48 heures avant utilisation et assembler dans la semaine.
• Principe général :Consommer les stocks rapidement. Le stockage à long terme de grandes quantités est déconseillé. Si les broches semblent oxydées, un ré-étamage peut être nécessaire avant l'assemblage.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Scénarios d'application typiques

Le LTC-4724JF est idéal pour les applications nécessitant des affichages numériques clairs et fiables, telles que :

• Voltmètres et ampèremètres numériques de panneau (tension, courant, température)
• Équipements de test et de mesure
• Lectures de systèmes de contrôle industriel
• Appareils grand public (micro-ondes, balances, équipement audio)
• Dispositifs médicaux (où la fiabilité exceptionnelle n'est pas la seule responsabilité de ce composant - voir les Mises en garde)

7.2 Considérations de conception critiques

• Conception du circuit de pilotage :
  • Pilotage à courant constant :Hautement recommandé par rapport au pilotage à tension constante. Il assure une luminosité de segment cohérente indépendamment des variations de V_Fet offre une protection inhérente contre l'emballement thermique.
  • Résistances de limitation de courant :Si un pilotage simple basé sur une résistance est utilisé, calculer la valeur de la résistance en fonction de la tension d'alimentation (V_CC), de la V_Fmaximale attendue (2,6V), et du I_Fsouhaité. Exemple : Pour V_CC=5V et I_F=10mA, R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240Ω. Utiliser la valeur standard suivante (par exemple, 240Ω ou 220Ω).
  • Marge de tension :Le pilote (broche de microcontrôleur ou circuit intégré dédié) doit être capable de fournir suffisamment de tension pour surmonter la V_Fla plus élevée dans le circuit. Un système 3,3V pourrait avoir des difficultés avec des segments à V_Fde 2,6V après prise en compte de la tension de saturation du pilote.
  • Protection contre la tension inverse :Le circuit doit empêcher une polarisation inverse aux bornes des LED pendant les séquences de mise sous/hors tension. Cela peut être réalisé avec une séquence d'alimentation soigneuse ou en ajoutant une diode de protection en parallèle avec l'afficheur (polarisée en inverse pendant le fonctionnement normal).
• Gestion thermique :Respecter la courbe de déclassement du courant. Dans les environnements à température ambiante élevée, réduire le courant de pilotage ou améliorer la ventilation pour maintenir la température de jonction de la LED dans des limites sûres.
• Pilote de multiplexage :Utiliser un circuit intégré pilote d'afficheur dédié ou un microcontrôleur avec support de multiplexage. S'assurer que la fréquence de balayage est suffisamment élevée (typiquement >60Hz) pour éviter un scintillement visible. Le courant d'impulsion de crête peut être plus élevé que la valeur nominale en continu (selon la spécification de 90mA) pour maintenir la luminosité moyenne.

8. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux technologies plus anciennes comme les LED rouges/jaunes standard en GaP (Phosphure de Gallium) ou GaAsP (Phosphure d'Arséniure de Gallium), la technologie AlInGaP dans le LTC-4724JF offre :

• Efficacité et luminosité supérieures :Plus de flux lumineux par milliampère de courant.
• Meilleure saturation des couleurs :Largeur spectrale plus étroite (17 nm) pour une couleur jaune-orange plus pure et mieux définie.
• Stabilité thermique supérieure :L'AlInGaP maintient généralement mieux sa luminosité et sa couleur sur les plages de température que les technologies plus anciennes.

Comparé aux LED blanches avec filtres, il offre une solution plus simple et plus efficace lorsqu'une sortie monochromatique spécifique est souhaitée.

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

• Q : Puis-je piloter cet afficheur directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?R : Possible, mais avec prudence. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Calculez sa valeur en fonction de la tension haute de sortie de la broche (qui peut être inférieure à 5V) et de la V_Fde la LED. Assurez-vous que la broche du microcontrôleur peut absorber/fournir le courant requis (par exemple, 10-20mA par segment), ce qui peut dépasser la valeur maximale de la broche, nécessitant un transistor ou un circuit intégré pilote.
• Q : Pourquoi le pilotage à courant constant est-il recommandé ?R : La luminosité d'une LED est principalement contrôlée par le courant, pas par la tension. La V_Fpeut varier d'une unité à l'autre et avec la température. Une source de courant constant ajuste automatiquement la tension pour maintenir le courant défini, assurant une luminosité stable et prévisible et protégeant la LED des conditions de surintensité.
• Q : Que signifie "catégorisé pour l'intensité lumineuse" pour ma conception ?R : Cela signifie que vous devez spécifier et acheter des unités du même code de catégorie d'intensité si vous utilisez plusieurs afficheurs dans un produit. Cela empêche des différences de luminosité notables entre les chiffres ou afficheurs. Consultez le fournisseur pour la disponibilité des catégories spécifiques.
• Q : Les instructions de stockage mentionnent une cuisson. Est-ce toujours nécessaire ?R : La cuisson est un processus d'élimination de l'humidité ("bake-out") pour les composants qui ont absorbé l'humidité de l'air pendant un stockage prolongé. Elle empêche l'effet "pop-corn" (fissuration du boîtier) pendant le processus de soudage à haute température. Si les pièces sont utilisées peu de temps après l'ouverture du sac scellé, la cuisson n'est généralement pas nécessaire. Suivez les recommandations de la section 6.2.

10. Cas pratique de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un affichage de voltmètre DC à 3 chiffres.

1. Microcontrôleur & Pilote :Sélectionner un microcontrôleur avec suffisamment de broches d'E/S ou utiliser un pilote LED multiplexé dédié (par exemple, MAX7219, TM1637) pour contrôler les anodes de segments et les cathodes de chiffres.
2. Réglage du courant :Déterminer le courant de fonctionnement. Pour une bonne luminosité en intérieur, 10-15mA par segment est souvent suffisant. Utiliser la formule de déclassement pour vérifier si c'est sûr à votre température ambiante maximale attendue (par exemple, 50°C).
3. Calcul de la résistance :Si le pilote utilise une limitation de courant par résistance, calculer comme indiqué dans la section 7.2. Si un pilote à courant constant est utilisé, régler le courant à la valeur souhaitée.
4. Conception du PCB :Placer les résistances de limitation de courant près du circuit intégré pilote ou du microcontrôleur, pas nécessairement directement aux broches de l'afficheur. S'assurer que les pistes vers les broches de cathode commune peuvent supporter la somme des courants de tous les segments d'un chiffre (par exemple, si les 7 segments + DP sont allumés à 10mA chacun, la piste de cathode doit supporter 80mA).
5. Logiciel :Implémenter une routine de multiplexage qui parcourt rapidement les chiffres 1, 2 et 3. Le cycle de service pour chaque chiffre est de 1/3, donc pour obtenir la même luminosité moyenne qu'un affichage statique, le courant de crête pendant son temps actif peut être jusqu'à 3 fois plus élevé (mais ne doit pas dépasser la spécification de crête de 90mA).
6. Test :Vérifier l'uniformité de la luminosité. Si les chiffres apparaissent inégaux, vérifier la V_CCcohérente aux broches de l'afficheur, vérifier les valeurs des résistances, et s'assurer que tous les segments de l'afficheur proviennent de la même catégorie d'intensité.

11. Principe de fonctionnement

Le LTC-4724JF est basé sur le principe de l'électroluminescence dans une jonction PN semi-conductrice. Lorsqu'une tension de polarisation directe dépassant la tension de seuil de la diode (environ 2V pour l'AlInGaP) est appliquée, les électrons du matériau de type N et les trous du matériau de type P se recombinent dans la région active (la structure à puits quantique de la couche AlInGaP). Cet événement de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique des atomes d'Aluminium, d'Indium, de Gallium et de Phosphore dans le réseau cristallin détermine l'énergie de la bande interdite, qui définit directement la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise - dans ce cas, le jaune-orange à ~611 nm. Le substrat non transparent en GaAs aide à réfléchir la lumière vers le haut, améliorant l'efficacité globale d'extraction de la lumière depuis la surface supérieure de la puce.

12. Tendances technologiques

Bien que les afficheurs sept segments restent un pilier pour les lectures numériques, la technologie LED sous-jacente continue d'évoluer. L'AlInGaP représente une technologie mature et performante pour les couleurs rouge, orange et jaune. Les tendances actuelles dans la technologie d'affichage incluent :

• Intégration :Évolution vers des afficheurs avec circuits intégrés pilotes intégrés ("afficheurs intelligents") qui simplifient l'interface pour le contrôleur principal, nécessitant uniquement des données série (I2C, SPI) au lieu de nombreuses broches parallèles.
• Miniaturisation & Densité :Développement de pas de pixels plus petits et de modules multi-chiffres ou à matrice de points de plus haute densité utilisant des emballages avancés.
• Avancées matérielles :Recherche continue sur des matériaux comme les composés à base de GaN pour des gammes de couleurs plus larges et des efficacités plus élevées, bien que ceux-ci soient plus répandus dans les LED bleues/vertes/blanches.
• Facteurs de forme flexibles et novateurs :Exploration d'afficheurs sur substrats flexibles pour des surfaces non planes.

Pour les applications nécessitant une indication numérique simple, fiable et lumineuse, les afficheurs sept segments AlInGaP traversants comme le LTC-4724JF continuent d'être une solution robuste et rentable.