Scheda Tecnica Display LED LTS-313AJD - Altezza Cifra 0.3 Pollici - Colore Rosso Iper - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un modulo di visualizzazione alfanumerico compatto, a singola cifra e a sette segmenti. Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica chiara e luminosa con consumo energetico minimo. La sua filosofia di progettazione si concentra sul fornire un'ottima leggibilità e affidabilità in un fattore di forma ridotto.

Il display utilizza materiali semiconduttori avanzati per ottenere la sua caratteristica emissione luminosa. È categorizzato per intensità luminosa costante, garantendo uniformità nella produzione in serie e prestazioni prevedibili nelle applicazioni dell'utente finale.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I principali vantaggi di questo display includono il suo requisito di corrente molto basso, che lo rende adatto per circuiti alimentati a batteria o sensibili all'energia. L'alta luminosità e il rapporto di contrasto, combinati con un ampio angolo di visione, assicurano la leggibilità in varie condizioni di illuminazione e da diverse prospettive. La costruzione allo stato solido offre un'affidabilità intrinseca e una lunga vita operativa rispetto ai display meccanici o a filamento.

La sua altezza della cifra di 0.3 pollici lo posiziona in modo ideale per strumenti portatili, elettronica di consumo, misuratori da pannello, interfacce di controllo industriale e qualsiasi sistema embedded dove lo spazio è prezioso ma un feedback numerico chiaro è essenziale. Il design continuo e uniforme dei segmenti contribuisce a un aspetto del carattere eccellente, migliorando l'esperienza utente.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi oggettiva e dettagliata dei parametri elettrici, ottici e fisici definiti nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Gli elementi luminosi sono basati sulla tecnologia semiconduttrice Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), specificamente in una formulazione di colore Rosso Iper. Questo sistema di materiali è noto per l'alta efficienza e la buona stabilità termica nella regione delle lunghezze d'onda rosso-arancio.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 200 a 600 microcandele (μcd) con una corrente di test standard di 1mA. Questo parametro definisce la luminosità percepita. La categorizzazione menzionata implica che i dispositivi sono suddivisi in lotti in base all'intensità misurata per rientrare in questo intervallo garantito.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 650 nanometri (nm). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 639 nm. Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano ed è la metrica chiave per definire il colore (Rosso Iper).
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Approssimativamente 20 nm. Questo indica la purezza spettrale o la diffusione delle lunghezze d'onda emesse attorno al picco. Un valore di 20nm è caratteristico dei LED AlInGaP.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:Specificato come massimo 2:1. Questo è un parametro critico per display multi-cifra o applicazioni che utilizzano più segmenti, garantendo che la variazione di luminosità tra il segmento più luminoso e quello più debole non superi questo rapporto, fornendo un aspetto uniforme.

2.2 Parametri Elettrici

Le caratteristiche elettriche definiscono i limiti operativi e le condizioni tipiche per il dispositivo.

• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Tipicamente 2.1V, con un massimo di 2.6V, misurata a una corrente diretta (I_F) di 20mA. Questa è la caduta di tensione su un segmento illuminato. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire tensione sufficiente.
• Corrente Diretta Continua per Segmento (I_F):Il valore assoluto massimo è 25mA a 25°C. Un fattore di derating di 0.33 mA/°C si applica sopra i 25°C, il che significa che la corrente continua ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta di Picco:È consentita una corrente impulsiva fino a 90mA in condizioni specifiche (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0.1ms). Ciò consente schemi di multiplexing o brevi impulsi di luminosità più elevata.
• Tensione Inversa (V_R):Massimo 5V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione LED. I progetti di circuito dovrebbero incorporare protezioni se è possibile una tensione inversa.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 μA alla piena tensione inversa di 5V, indicando la corrente di dispersione nello stato di spegnimento.
• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW. Questo limite termico, combinato con il derating della corrente, è cruciale per i calcoli di affidabilità.

2.3 Classificazioni Termiche e Ambientali

• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per ambienti di grado industriale.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Un massimo di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Questa è una linea guida standard per i processi di saldatura a onda o a rifusione per evitare danni termici al package o al die.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Questo si riferisce a una pratica comune nella produzione di LED nota come "binning".

A causa di lievi variazioni intrinseche nella crescita epitassiale del semiconduttore e nel processo di fabbricazione, i LED dello stesso lotto di produzione possono avere piccole differenze in parametri chiave come l'intensità luminosa e la tensione diretta. Per garantire coerenza ai clienti, i produttori testano ogni LED e li suddividono in diversi gruppi di prestazioni o "bin". Un prodotto categorizzato per intensità luminosa significa che le unità sono garantite per rientrare nell'intervallo di intensità specificato (200-600 μcd in questo caso), e spesso, per applicazioni che richiedono alta uniformità, possono essere richiesti bin più stretti all'interno di tale intervallo. Sebbene non dettagliato in questa breve scheda tecnica, altri parametri comuni di binning possono includere la lunghezza d'onda dominante (per coerenza del colore) e la tensione diretta.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto standard e il significato in base ai parametri elencati.

4.1 Corrente vs. Tensione (Curva I-V)

Una tipica curva I-V mostrerebbe la relazione esponenziale tra corrente diretta e tensione diretta. La curva passerebbe per il tipico punto V_Fdi 2.1V a 20mA. Questa curva è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente, sia che si utilizzi una semplice resistenza o un driver a corrente costante.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_Vvs. I_F)

Questo grafico mostrerebbe come la luminosità aumenta con la corrente. È tipicamente lineare in un intervallo ma saturerà a correnti più elevate a causa dello svenimento termico e di efficienza. La curva mostrerebbe l'intensità nella condizione di test di 1mA e illustrerebbe le prestazioni fino alla corrente continua massima.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le curve caratteristiche rilevate a temperature diverse da 25°C illustrerebbero le dipendenze chiave:

• Tensione Diretta vs. Temperatura:Per i LED AlInGaP, V_Ftipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura negativo). Questo è importante per la gestione termica e la progettazione del driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura:L'intensità in uscita generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il derating della corrente continua è direttamente collegato alla gestione di questo effetto termico per mantenere luminosità e longevità.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico spettrale visualizzerebbe la distribuzione di potenza della luce emessa attraverso le lunghezze d'onda, centrata attorno a 650nm (picco) con una larghezza a mezza altezza di 20nm, confermando il punto colore Rosso Iper.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo ha una faccia grigia con segmenti bianchi, che migliora il contrasto riducendo la riflessione della luce ambientale. Le dimensioni del package sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25mm. L'impronta esatta e la spaziatura dei pin sono critiche per il layout del PCB. Lo schema circuitale interno conferma una configurazione a catodo comune per tutti i segmenti e i punti decimali. Ciò significa che tutti i catodi (terminali negativi) dei segmenti LED sono collegati internamente a pin comuni (1 e 6), mentre ogni anodo del segmento (terminale positivo) ha il suo pin dedicato. Questa configurazione è comune e semplifica il multiplexing nelle applicazioni guidate da microcontrollore.

6. Connessione dei Pin e Interfaccia Circuitale

Il dispositivo a 10 pin ha il seguente pinout:

1. Catodo Comune
2. Anodo F (Segmento superiore)
3. Anodo G (Segmento centrale)
4. Anodo E (Segmento in basso a sinistra)
5. Anodo D (Segmento inferiore)
6. Catodo Comune (collegato internamente al pin 1)
7. Anodo RDP (Punto Decimale Destro)
8. Anodo C (Segmento in basso a destra)
9. Anodo B (Segmento in alto a destra)
10. Anodo A (Segmento superiore)

Nota: La scheda tecnica menziona anche "Rt. and Lt. Hand Decimal", indicando che il dispositivo include sia il punto decimale destro che quello sinistro, sebbene solo l'anodo del punto decimale destro (RDP) sia elencato nella tabella di connessione dei pin. Il punto decimale sinistro è probabilmente collegato internamente a un altro anodo di segmento o non è accessibile separatamente in questa versione. La connessione del catodo comune sui pin 1 e 6 consente flessibilità nel routing del PCB e nella dissipazione del calore.

7. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La linea guida principale fornita è il limite di temperatura di saldatura: massimo 260°C per 3 secondi a 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questo è in linea con le linee guida IPC standard per componenti through-hole. Per la saldatura a onda, ciò significa controllare il tempo di pre-riscaldamento e di contatto. Per la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata per evitare un'applicazione prolungata di calore. Dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (scarica elettrostatica) durante la manipolazione, poiché i LED sono sensibili all'elettricità statica. La conservazione dovrebbe avvenire entro l'intervallo di temperatura specificato in un ambiente a bassa umidità.

8. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Multimetri Portatili e Apparecchiature di Test:Il basso assorbimento di corrente è ideale per la durata della batteria.
• Elettrodomestici:Timer, letture di temperatura su forni o riscaldatori.
• Pannelli di Controllo Industriali:Indicatori di stato, display contatori.
• Display per il Mercato dei Ricambi Auto:Per strumenti ausiliari (tensione, temperatura).
• Kit Didattici e Prototipazione:Grazie alla sua semplicità e interfaccia comune.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie o un driver a corrente costante per ogni anodo di segmento. Il valore della resistenza può essere calcolato come R = (Tensione di Alimentazione - V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e mirando a 10mA con una V_Ftipica di 2.1V: R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290Ω. Una resistenza standard da 270Ω o 330Ω sarebbe adatta.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, una configurazione a catodo comune è facilmente multiplexabile. Abilitando sequenzialmente il catodo comune di ogni cifra e presentando i dati del segmento per quella cifra, molte cifre possono essere controllate con meno pin I/O. La classificazione della corrente di picco consente correnti impulsive più elevate durante il ciclo di multiplex per ottenere una luminosità media.
• Interfaccia con Microcontrollore:Tipicamente richiede 8 linee I/O (7 segmenti + 1 decimale) per cifra se non multiplexata, più un transistor o un IC driver per assorbire la corrente del catodo comune, che è la somma delle correnti per tutti i segmenti accesi in quella cifra.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione consente posizioni di montaggio flessibili, ma per una leggibilità ottimale, considerare la linea di vista principale dell'utente.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a tecnologie più vecchie come i display a incandescenza o fluorescenti a vuoto (VFD), questo display LED offre un consumo energetico significativamente inferiore, una durata di vita più lunga e una maggiore resistenza agli urti/vibrazioni. All'interno della famiglia dei display LED, l'uso di AlInGaP per il Rosso Iper offre vantaggi rispetto ai vecchi LED rossi GaAsP, fornendo tipicamente una maggiore efficienza (più luce per mA), una migliore stabilità termica e un colore rosso più saturo. La dimensione di 0.3 pollici è più piccola dei comuni display da 0.5 o 0.56 pollici, offrendo una densità più alta o design più compatti. Il basso requisito di corrente (efficace anche a 1mA) è un differenziatore chiave per progetti con vincoli di potenza rispetto a display che richiedono 5-20mA per segmento per una luminosità standard.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Qual è lo scopo dei due pin di catodo comune (1 e 6)?

Sono collegati internamente. Fornire due pin consente una migliore distribuzione della corrente, riduce la densità di corrente per pin, aiuta nella flessibilità del layout del PCB (routing da entrambi i lati) e può migliorare la dissipazione del calore dal die.

10.2 Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore?

Puoi collegare gli anodi dei segmenti ai pin di uscita del microcontrollore, madeviincludere una resistenza di limitazione della corrente in serie con ogni pin. Il pin del microcontrollore da solo non può limitare la corrente in sicurezza. Inoltre, la corrente del catodo comune (fino a 25mA x numero di segmenti accesi) probabilmente supererà la capacità di assorbimento di un singolo pin del microcontrollore, richiedendo un transistor esterno o un IC driver (come un ULN2003) per commutare il catodo.

10.3 Cosa significa "Rosso Iper" rispetto al Rosso standard?

"Rosso Iper" è un termine di marketing spesso usato per i LED AlInGaP con una lunghezza d'onda dominante attorno a 630-640nm. Appare come un rosso più profondo, con una tonalità più arancione rispetto al "Rosso Profondo" a lunghezza d'onda leggermente più lunga (660-670nm) o al "Rosso" standard più corto e più arancione (620-625nm). Offre un buon equilibrio tra luminosità visiva e distinzione del colore.

10.4 Come posso ottenere una luminosità uniforme su tutte le cifre in un design multi-cifra?

Utilizzare la tecnica di multiplexing e assicurarsi che le resistenze di limitazione della corrente siano identiche per tutti i segmenti corrispondenti tra le cifre. La specifica del rapporto di corrispondenza dell'intensità (max 2:1) sulla scheda tecnica aiuta, ma per i migliori risultati, utilizzare LED dello stesso lotto di produzione o implementare una calibrazione software della luminosità se il driver consente la modulazione della larghezza dell'impulso (PWM).

11. Esempio di Progetto e Caso d'Uso

Scenario: Progettare un semplice display voltmetrico a 3 cifre.

1. Topologia del Circuito:Utilizzare tre display LTS-313AJD in una configurazione multiplexata. Gli anodi dei segmenti (A-G, DP) di tutti e tre i display sono collegati in parallelo. I pin del catodo comune di ciascun display sono collegati al collettore di un transistor NPN separato (es. 2N3904), con l'emettitore a massa. La base del transistor è pilotata da un pin del microcontrollore tramite una resistenza di base.
2. Ruolo del Microcontrollore:Un ADC legge la tensione. Il firmware converte il valore in tre cifre. Quindi entra in un ciclo veloce: spegne tutti i transistor del catodo, invia il pattern dei segmenti per la Cifra 1 alle linee degli anodi in parallelo (attraverso resistenze in serie), accende il transistor del catodo per la Cifra 1, attende un breve tempo (es. 2ms), poi ripete per la Cifra 2 e la Cifra 3. Il ciclo si ripete abbastanza velocemente (es. >60Hz) da apparire come un display stabile e senza sfarfallio.
3. Calcoli:Se ogni segmento è pilotato a 5mA durante il suo tempo attivo e tre segmenti sono accesi per cifra (es. mostrando "1"), la corrente di picco per segmento è 5mA. La corrente media per segmento è 5mA / 3 (per multiplex a 3 cifre) ≈ 1.67mA, che è ben entro i limiti e risparmia energia. Il transistor del catodo deve assorbire 3 segmenti * 5mA = 15mA, che è facilmente gestibile.

12. Introduzione al Principio Operativo

Un display LED a sette segmenti è un array di diodi emettitori di luce disposti in un pattern a forma di otto. Ogni diodo (segmento) è un dispositivo semiconduttore a giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia della giunzione (circa 2.1V per questo tipo AlInGaP), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che è ingegnerizzata nel composto AlInGaP. Applicando selettivamente corrente a diverse combinazioni dei sette segmenti (da A a G), si possono formare le cifre 0-9 e alcune lettere. La configurazione a catodo comune collega internamente tutti i lati negativi di questi diodi, semplificando il controllo esterno.

13. Tendenze Tecnologiche e Contesto

Display LED a sette segmenti discreti come questo rappresentano una tecnologia matura e affidabile. Le attuali tendenze nella tecnologia dei display si stanno spostando verso una maggiore integrazione, come moduli multi-cifra con controller integrati (es. driver TM1637 o MAX7219) che comunicano via I2C o SPI, riducendo drasticamente l'I/O del microcontrollore e l'overhead software. C'è anche una tendenza verso display OLED (LED organici) e flessibili per grafiche più complesse. Tuttavia, per un'indicazione numerica semplice, luminosa, a basso costo e a basso consumo in ambienti ostili (ampio intervallo di temperatura, alta luminosità richiesta), i segmenti LED discreti rimangono una soluzione dominante e ottimale. Lo sviluppo continuo nei materiali LED, come AlInGaP e InGaN (per blu/verde) più efficienti, continua a migliorare l'efficienza, la luminosità e le opzioni di colore per tali display.