Fiche technique de l'afficheur LED LTC-4665JD - Hauteur de chiffre 0,39 pouce - Rouge AlInGaP - Faible consommation - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTC-4665JD est un module d'affichage alphanumérique compact, triple chiffre et sept segments. Sa fonction principale est de fournir des lectures numériques et alphanumériques limitées, claires et lumineuses, dans les équipements électroniques. Les principaux domaines d'application incluent les panneaux d'instrumentation, les équipements de test et de mesure, les systèmes de contrôle industriel et l'électronique grand public où une indication numérique fiable et à faible consommation est requise.

Le positionnement clé de ce dispositif réside dans son équilibre entre performance et efficacité. Il est conçu pour des applications où la consommation électrique est une contrainte de conception critique, sans compromettre la lisibilité. L'affichage offre un excellent aspect des caractères grâce à ses segments continus et uniformes, garantissant un aspect cohérent et professionnel. Sa haute luminosité et son contraste élevé le rendent adapté à une utilisation dans diverses conditions d'éclairage ambiant, des environnements faiblement éclairés aux zones avec un éclairage ambiant important.

Le marché cible englobe à la fois les fabricants d'électronique industrielle et commerciale. Les ingénieurs de conception recherchant une solution d'affichage fiable et nécessitant peu d'entretien pour les tableaux de commande, les compteurs, les minuteries ou les indicateurs d'état trouveront ce composant adapté. Sa fiabilité à l'état solide, découlant de la technologie LED, le rend préférable aux technologies plus anciennes comme les afficheurs fluorescents sous vide ou à incandescence en termes de longévité et de résistance aux chocs.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques photométriques et optiques

La performance optique est centrale pour la fonctionnalité de l'afficheur. Le dispositif utilise des puces LED rouges à haute efficacité en Phosphure d'Aluminium, d'Indium et de Gallium (AlInGaP). Ce matériau semi-conducteur est connu pour son haut rendement lumineux dans le spectre rouge/orange/ambre. Les puces sont fabriquées sur un substrat non transparent d'Arséniure de Gallium (GaAs), ce qui aide à diriger la lumière vers l'avant et améliore le contraste en réduisant les réflexions internes et les fuites de lumière.

Intensité lumineuse (I_V) :L'intensité lumineuse moyenne par segment est spécifiée avec un minimum de 200 µcd et un maximum de 650 µcd à un courant direct (I_F) de 1 mA. Ce point de fonctionnement à faible courant est une caractéristique déterminante, mettant en avant son efficacité. La valeur typique se situe vers le milieu de cette plage, fournissant une luminosité suffisante pour la plupart des applications intérieures tout en consommant un minimum d'énergie.

Caractéristiques de longueur d'onde :La longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) est typiquement de 656 nm, la plaçant dans la partie rouge vif du spectre visible. La longueur d'onde dominante (λ_d) est de 640 nm. La différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante est influencée par la forme spectrale. La demi-largeur de raie spectrale (Δλ) est de 22 nm, indiquant une émission de couleur relativement pure avec une diffusion minimale vers les couleurs adjacentes, ce qui contribue à une apparence rouge saturée.

Rapport d'homogénéité d'intensité lumineuse (I_V-m) :Ce paramètre, avec un rapport maximum de 2:1, garantit l'uniformité sur l'afficheur. Cela signifie que la luminosité du segment le moins lumineux ne sera pas inférieure à la moitié de la luminosité du segment le plus lumineux dans les mêmes conditions de pilotage (I_F=10mA). Ceci est crucial pour obtenir une sortie visuelle cohérente et professionnelle où aucun segment n'apparaît nettement plus sombre qu'un autre.

2.2 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques définissent les limites de fonctionnement et les conditions pour une intégration fiable dans un circuit.

Tension directe (V_F) :Par segment, la tension directe varie typiquement de 2,1V à 2,6V à un courant de commande de 20 mA. C'est une plage standard pour les LED AlInGaP. Les concepteurs doivent s'assurer que le circuit de commande peut fournir cette tension. Au courant faible recommandé de 1-10 mA, la V_Fréelle sera légèrement inférieure, suivant la courbe I-V de la diode.

Courant inverse (I_R) :Le courant inverse maximum par segment est de 10 µA à une tension inverse (V_R) de 5V. Il s'agit d'une spécification de courant de fuite, importante pour garantir que l'afficheur ne conduit pas de manière significative si une polarité inverse est accidentellement appliquée, bien qu'un tel événement doive être évité lors de la conception.

2.3 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs spécifient les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Il n'est pas conseillé de faire fonctionner le dispositif en continu à ces limites.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. Cela limite la combinaison maximale du courant direct et de la chute de tension aux bornes d'un segment.
• Courant direct de crête par segment :100 mA, mais uniquement dans des conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms). Cela permet de brèves périodes de multiplexage à haute intensité.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. Cette valeur se dégrade linéairement à 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante (T_a) augmente au-dessus de 25°C. Par exemple, à 85°C, le courant continu maximum autorisé serait d'environ : 25 mA - ((85-25) * 0,33 mA) ≈ 5,2 mA.
• Tension inverse par segment :5 V.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Cette large plage le rend adapté aux environnements industriels et automobiles (zones non critiques).
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant un maximum de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise. Il s'agit d'une ligne directrice standard pour le profil de soudage par refusion.

3. Explication du système de classement

La fiche technique indique que le dispositif est"Classé selon l'Intensité Lumineuse."Cela implique un processus de classement ou de tri basé sur la mesure de la lumière émise. Bien que les détails spécifiques des codes de classement ne soient pas fournis dans cet extrait, la pratique typique consiste à tester chaque unité à un courant standard (par exemple, 10 mA ou 20 mA) et à les regrouper en classes en fonction de leur intensité lumineuse mesurée (par exemple, Classe A : 450-550 µcd, Classe B : 550-650 µcd). Cela permet aux fabricants d'acheter des afficheurs avec des niveaux de luminosité minimum garantis pour leur application, assurant une cohérence entre les lots de production. Le rapport d'homogénéité d'intensité de 2:1 est une spécification distincte mais connexe qui s'applique au sein d'un seul dispositif.

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 :

• Courbe I-V (Courant-Tension) :Montrerait la relation exponentielle typique d'une diode. Aux faibles courants de fonctionnement recommandés (1-10 mA), la courbe est dans sa région de montée rapide, ce qui signifie que de petits changements de tension provoquent de grands changements de courant. Par conséquent, un pilotage en courant constant est fortement recommandé par rapport à un pilotage en tension constante pour une luminosité stable et homogène.
• Intensité lumineuse en fonction du courant direct (I_Ven fonction de I_F) :Cette courbe est généralement linéaire sur une large plage de courants. L'efficacité (lumens par watt ou µcd/mA) peut être la plus élevée à de faibles courants et diminuer progressivement à des courants très élevés en raison des effets d'affaiblissement thermique et d'efficacité.
• Tension directe en fonction de la température :La tension directe d'une LED a un coefficient de température négatif, ce qui signifie qu'elle diminue lorsque la température de jonction augmente. C'est une considération importante pour les circuits de commande, en particulier ceux utilisant des sources de tension ou de simples résistances.
• Intensité lumineuse en fonction de la température :La lumière émise diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Le taux de cette diminution est un paramètre de fiabilité clé.

5. Informations mécaniques et de boîtier

L'afficheur a une hauteur de chiffre de 0,39 pouce (10,0 mm). Le boîtier est un format standard de module d'afficheur LED. Les dimensions physiques sont fournies dans un dessin détaillé avec toutes les mesures critiques en millimètres. Les tolérances sur ces dimensions sont typiquement de ±0,25 mm sauf indication contraire. Le dispositif présente un"cadran gris et segments blancs,"ce qui fait référence à la couleur du boîtier plastique (gris) et du matériau diffusant formant les formes des segments (blanc). Les segments blancs aident à diffuser la lumière rouge provenant de la puce LED sous-jacente, créant une apparence de segment éclairé uniforme sur le fond gris non éclairé pour un contraste élevé.

6. Connexion des broches et circuit interne

Le LTC-4665JD est configuré comme un afficheurà anode commune duplexavec un point décimalà droite.Ceci est une information critique pour le concepteur de circuit.

• Anode commune :Cela signifie que les anodes (bornes positives) des LED pour chaque chiffre sont connectées ensemble en interne. Pour allumer un segment, sa broche de cathode correspondante doit être mise à l'état bas (à la masse) tandis que l'anode commune pour ce chiffre est mise à l'état haut (alimentée par une tension/courant positif).
• Configuration duplex :Le brochage montre des broches de cathode partagées pour les chiffres 2 et 3 pour les segments A, C, D, E, F et G. Le chiffre 1 a quelques broches de cathode indépendantes (B, C). Cet arrangement de multiplexage réduit le nombre total de broches nécessaires pour contrôler trois chiffres de 24 (8 segments x 3 chiffres) à 11. Il nécessite un multiplexage temporel dans le circuit de commande, où chaque chiffre est allumé l'un après l'autre en succession rapide, en s'appuyant sur la persistance rétinienne pour que tous les chiffres semblent continuellement allumés.
• Fonctions des broches :Le tableau fourni liste la fonction spécifique pour chacune des 11 broches, y compris les anodes communes pour le chiffre 3 (broche 7) et pour les chiffres 1 & 2 (partagées sur la broche 11), et diverses connexions de cathode pour des segments spécifiques à travers les chiffres.

7. Lignes directrices pour le soudage et l'assemblage

La ligne directrice clé fournie est le profil de température de soudure : une température de pic maximale de 260°C pendant pas plus de 3 secondes, mesurée à 1,6 mm en dessous du plan d'assise (typiquement la surface de la carte PCB). Ceci est compatible avec les processus standard de soudage par refusion sans plomb (par exemple, en utilisant de la soudure SAC305).

Manipulation et stockage généraux :Bien que non explicitement indiqué, les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées lors de la manipulation, car les LED sont des dispositifs semi-conducteurs sensibles aux dommages statiques. Le stockage doit se faire dans les plages de température et d'humidité spécifiées pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut provoquer l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

8. Suggestions d'application

8.1 Circuits d'application typiques

La méthode de commande la plus courante est lepilotage multiplexé en courant constant.Un microcontrôleur ou un circuit intégré pilote d'affichage dédié serait utilisé. Le processus implique :

1. Activer l'anode commune pour le Chiffre 1 (en fournissant du courant via un transistor ou une broche de pilote).
2. Mettre les lignes de cathode pour les segments qui doivent être ALLUMÉS dans le Chiffre 1 à un état bas (absorbant le courant).
3. Maintenir cet état pendant une courte période (par exemple, 1-5 ms).
4. Éteindre l'anode du Chiffre 1 et les cathodes des segments.
5. Répéter les étapes 1-4 pour le Chiffre 2, puis le Chiffre 3, et cycler continuellement.

Le courant moyen par segment est le courant de pic multiplié par le cycle de service (temps pendant lequel le chiffre est actif). Par exemple, pour obtenir un I_Fmoyen de 5 mA avec un cycle de service de 1/3 (typique pour le multiplexage à 3 chiffres), le courant de pic pendant son temps actif devrait être de 15 mA. Ceci doit être vérifié par rapport à la valeur maximale de courant continu, dégradée pour la température.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Utilisez toujours des résistances en série ou, de préférence, des pilotes/puits à courant constant pour contrôler le courant des segments. Cela compense les variations de tension directe et assure une luminosité constante.
• Fréquence de multiplexage :La fréquence de rafraîchissement doit être suffisamment élevée pour éviter le scintillement visible, typiquement au-dessus de 60 Hz pour l'afficheur entier (donc chaque chiffre rafraîchi à >180 Hz).
• Angle de vision :Le large angle de vision est bénéfique mais considérez le boîtier final. Une bordure profonde ou une fenêtre teintée peut affecter la luminosité perçue et l'angle.
• Séquence d'alimentation :Assurez-vous qu'aucune broche n'est soumise à des tensions en dehors des valeurs maximales absolues pendant la mise sous tension ou la coupure de l'alimentation du système.

9. Comparaison et différenciation technique

Les principaux points de différenciation du LTC-4665JD sont :

• Technologie des matériaux (AlInGaP) :Comparé aux anciennes LED GaAsP ou GaP, l'AlInGaP offre un rendement lumineux significativement plus élevé, résultant en une sortie plus lumineuse au même courant ou une luminosité équivalente à un courant beaucoup plus faible.
• Fonctionnement à faible courant :Sa caractérisation et ses tests pour d'excellentes performances à faible courant (jusqu'à 1 mA/segment) sont un avantage clé pour les applications alimentées par batterie ou sensibles à l'énergie. Tous les afficheurs sept segments ne maintiennent pas un bon appariement d'intensité et un bon aspect à de si faibles courants.
• Boîtier à haut contraste :La conception cadran gris/segments blancs est optimisée pour le contraste, ce qui peut être supérieur aux boîtiers entièrement rouges ou entièrement verts, surtout sous un fort éclairage ambiant.

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

Q : Puis-je piloter cet afficheur directement avec une broche de microcontrôleur 5V ?

A : Non, pas directement pour le pilotage des segments. La tension directe est d'environ 2,4V, et une résistance en série est obligatoire pour limiter le courant. Pour le pilotage à anode commune, vous utiliseriez un transistor PNP ou un pilote côté haut pour fournir du courant à l'anode, contrôlé par le MCU. Les cathodes peuvent être connectées aux broches du MCU via des résistances de limitation de courant si le MCU peut absorber le courant de pic requis.

Q : Quel est le but de la configuration de broches "Duplex" ?

A : Elle minimise le nombre de broches du boîtier d'afficheur, le rendant physiquement plus petit et moins cher à fabriquer. Elle nécessite un circuit de commande multiplexé, ce qui est une pratique standard pour les afficheurs multi-chiffres.

Q : Comment obtenir une luminosité uniforme sur les trois chiffres ?

A : Assurez-vous que le cycle de service de multiplexage est égal pour chaque chiffre. Les connexions de cathode partagées pour les Chiffres 2 & 3 signifient que leurs caractéristiques électriques sont étroitement appariées. Le Chiffre 1, avec certaines broches indépendantes, pourrait avoir de légères variations, mais la spécification du rapport d'homogénéité d'intensité garantit qu'il sera dans une plage acceptable s'il est correctement piloté.

Q : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?

A : Pour un fonctionnement continu au courant nominal maximum (25 mA/segment) à des températures ambiantes élevées, une conception thermique minutieuse de la carte PCB (utilisant des plots thermiques, éventuellement un plan de masse) est nécessaire. Pour un fonctionnement typique à faible courant (1-10 mA en moyenne), aucun dissipateur thermique spécial n'est nécessaire.

11. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'un voltmètre portable à 3 chiffres alimenté par batterie avec un microcontrôleur.

Mise en œuvre :Le microcontrôleur exécute un CAN pour mesurer la tension, convertit la valeur en trois chiffres et pilote le LTC-4665JD. Un expanseur de port dédié ou des broches GPIO contrôlent les 11 lignes d'affichage. La conception utilise des pilotes puits à courant constant (par exemple, un réseau de transistors comme l'ULN2003) pour les lignes de cathode afin d'assurer un courant stable indépendamment des variations de V_F. Les anodes communes sont pilotées par des transistors PNP. La routine de multiplexage s'exécute sur une interruption de temporisateur à 200 Hz par chiffre (600 Hz de rafraîchissement total). Pour économiser l'énergie, le courant des segments est réglé via le circuit de limitation à 2 mA en moyenne. Avec un cycle de service de 1/3, le courant de pic est de 6 mA, bien dans les limites nominales. Le cadran gris offre un excellent contraste avec le boîtier sombre de l'instrument, et le rouge AlInGaP est facilement visible. La faible consommation de courant prolonge considérablement la durée de vie de la batterie par rapport à l'utilisation d'un afficheur conçu pour des courants plus élevés.

12. Introduction au principe technologique

La technologie de base est la diode électroluminescente AlInGaP. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction P-N de ce matériau semi-conducteur, les électrons et les trous se recombinent dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique d'aluminium, d'indium, de gallium et de phosphure détermine l'énergie de la bande interdite, qui est directement corrélée à la longueur d'onde (couleur) de la lumière émise. L'utilisation d'un substrat GaAs non transparent aide à absorber les photons parasites qui seraient autrement émis latéralement ou vers l'arrière, améliorant l'efficacité globale d'extraction de la lumière vers l'avant et le contraste. Les puces LED individuelles sont connectées par fil et encapsulées dans le boîtier plastique, qui forme les sept segments. Le matériau diffusant blanc au-dessus de chaque puce répartit uniformément la lumière ponctuelle sur la surface du segment.

13. Tendances technologiques

Bien que ce dispositif spécifique utilise une technologie bien établie, les tendances plus larges dans la technologie d'affichage incluent :

• Efficacité accrue :La recherche continue sur les matériaux semi-conducteurs (comme l'AlInGaP amélioré ou les matériaux émergents pour d'autres couleurs) continue de pousser le métrique lumens-par-watt plus haut, permettant des afficheurs plus lumineux ou une consommation d'énergie plus faible.
• Intégration :Les tendances vont vers des afficheurs avec des circuits intégrés pilotes intégrés ("afficheurs intelligents") qui communiquent via des interfaces série (I2C, SPI), simplifiant la conception du contrôleur hôte et réduisant le câblage.
• Miniaturisation et résolution :Pour les types sept segments, la tendance est vers des hauteurs de chiffre plus petites pour des panneaux d'information plus denses ou une intégration dans des appareils plus petits, tout en maintenant la lisibilité.
• Options de couleur :Bien qu'il s'agisse d'un afficheur rouge, les afficheurs à matrice de points LED programmables en couleur complète et les afficheurs à segments deviennent plus courants pour une présentation d'information plus dynamique, bien qu'à un coût et une complexité souvent plus élevés que les dispositifs monochromes comme le LTC-4665JD.

Le LTC-4665JD représente une solution mature et optimisée pour les applications où un affichage numérique rouge fiable et à faible consommation est l'exigence principale.