Scheda Tecnica Display LED a Matrice di Punti LTP-1457AKD - Altezza 1.2 pollici (30.42mm) - Rosso Iper AlInGaP - Matrice 5x7 - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTP-1457AKD è un modulo display alfanumerico a cifra singola, progettato per applicazioni che richiedono un'uscita di caratteri chiara e affidabile. La sua funzione principale è rappresentare visivamente i dati, tipicamente caratteri codificati ASCII o EBCDIC, attraverso una griglia di diodi emettitori di luce (LED) indirizzabili individualmente.

Il dispositivo è costruito attorno a una matrice di chip LED AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) Rosso Iper, disposti in 5 colonne per 7 righe (5x7). Questo materiale semiconduttore è cresciuto su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs), che contribuisce alle sue prestazioni ottiche. La presentazione visiva presenta un frontale grigio con punti bianchi, fornendo un alto contrasto per gli elementi rossi illuminati. Gli obiettivi di progettazione principali per questo componente sono il basso consumo energetico, l'affidabilità allo stato solido e un ampio angolo di visione ottenuto attraverso una costruzione a piano singolo. È classificato in base all'intensità luminosa, consentendo l'abbinamento della luminosità in applicazioni multi-cifra, ed è impilabile orizzontalmente per formare display multi-carattere.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi parametri definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza Media per Punto:40 mW. Questa è la potenza continua massima che ogni segmento LED può gestire senza surriscaldamento.
• Corrente Diretta di Picco per Punto:90 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms per evitare stress termico eccessivo.
• Corrente Diretta Media per Punto:15 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente sopra i 25°C ad un tasso di 0.2 mA/°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente media massima consentita sarebbe approssimativamente: 15 mA - ((85°C - 25°C) * 0.2 mA/°C) = 3 mA.
• Tensione Inversa per Punto:5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare il breakdown della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata a 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione garantiti in condizioni di test specificate a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 800 μcd (min) a 2600 μcd (tip), testata a una corrente di picco (I_p) di 32 mA con un ciclo di lavoro di 1/16. L'intensità è misurata utilizzando un filtro che approssima la curva di risposta fotopica (CIE) dell'occhio umano.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 650 nm quando pilotata da una corrente diretta (I_F) di 20 mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Tipicamente 20 nm (I_F=20mA). Questo indica la diffusione della lunghezza d'onda della luce emessa attorno al picco.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 639 nm (I_F=20mA). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che può differire leggermente dalla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Punto (V_F):Varia da 2.1V a 2.8V a seconda della corrente. A I_F=20mA: 2.1V (min), 2.6V (tip). A I_F=80mA: 2.3V (min), 2.8V (tip).
• Corrente Inversa per Punto (I_R):Massimo 100 μA quando viene applicata una tensione inversa (V_R) di 5V.
• Rapporto di Abbinamento dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1. Questo specifica che la differenza di luminosità tra due punti (o segmenti) qualsiasi sullo stesso dispositivo nelle stesse condizioni di pilotaggio non supererà un fattore due.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione. A causa delle variazioni intrinseche nella crescita epitassiale del semiconduttore e nella lavorazione dei chip, i LED dello stesso lotto di produzione possono avere output ottici leggermente diversi. Per garantire coerenza nelle applicazioni, specialmente nei display multi-cifra dove l'uniformità della luminosità è critica, le unità prodotte vengono testate e suddivise in diversi "bin" in base alla loro intensità luminosa misurata. I progettisti possono quindi specificare un codice bin quando ordinano per garantire che tutte le unità nel loro assemblaggio rientrino in un intervallo di luminosità ristretto, prevenendo che alcuni caratteri appaiano più scuri o più luminosi di altri. Sebbene questa scheda tecnica non elenchi i codici bin specifici o gli intervalli di intensità, la pratica è standard per garantire la qualità visiva.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

L'ultima pagina della scheda tecnica è dedicata alle "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche". Questi grafici sono preziosi per comprendere il comportamento del dispositivo oltre le specifiche a punto singolo elencate nelle tabelle. Sebbene le curve specifiche non siano dettagliate nel testo fornito, i grafici tipici per un tale dispositivo includerebbero:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione non lineare tra corrente e tensione attraverso la giunzione LED. Aiuta nella progettazione del circuito di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Dimostra come l'output luminoso aumenti con la corrente, tipicamente in modo sub-lineare a correnti più elevate a causa del riscaldamento e del calo di efficienza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Illustra la diminuzione dell'output luminoso all'aumentare della temperatura di giunzione, aspetto critico per applicazioni che operano su un ampio intervallo di temperature.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra la forma e la larghezza dello spettro della luce rossa emessa.

Queste curve consentono agli ingegneri di prevedere le prestazioni nelle loro specifiche condizioni operative, che possono differire dalle condizioni di test standard.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

La costruzione fisica del LTP-1457AKD è definita dalle sue dimensioni del package e dal circuito interno.

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha un'altezza della matrice di 1.2 pollici (30.42 mm). Un disegno dimensionale dettagliato è fornito a pagina 2 della scheda tecnica. Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri, con una tolleranza generale di ±0.25 mm (±0.01 pollici) a meno che una caratteristica specifica non richieda una tolleranza diversa. Questo disegno è essenziale per la progettazione dell'impronta PCB (Printed Circuit Board), garantendo che il componente si adatti correttamente e si allinei con le piazzole di saldatura del circuito stampato.

5.2 Circuito Interno e Pinout

Il display utilizza una configurazione a catodo comune per le righe. Lo schema del circuito interno mostra una matrice 5x7 in cui ogni LED (punto) è formato all'intersezione di una linea anodo (colonna) e una linea catodo (riga). Per illuminare un punto specifico, il suo corrispondente anodo di colonna deve essere portato alto (con appropriata limitazione di corrente), mentre il suo catodo di riga deve essere portato basso.

La tabella di connessione dei pin è cruciale per l'interfacciamento:

- I pin 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 si collegano alle Righe Catodo (1-7).

- I pin 3, 4, 6, 10, 11, 13 si collegano alle Colonne Anodo (1-5).

Nota: C'è una discrepanza nell'elenco fornito dove il Pin 11 è elencato come "ANODO COLONNA 3" e anche il Pin 4 è "ANODO COLONNA 3". In una matrice 5x7 standard con 12 pin (14 pin con 2 possibilmente non utilizzati), questo è probabilmente un errore di documentazione; uno dovrebbe essere Colonna 1, 2, 3, 4 o 5. Lo schema effettivo della scheda tecnica deve essere consultato per una mappatura corretta e non ambigua. È necessario un circuito di pilotaggio multiplexing appropriato per attivare sequenzialmente righe e colonne per formare caratteri senza effetto ghosting.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La specifica di assemblaggio principale fornita è il profilo di temperatura di saldatura. Il dispositivo può resistere a una temperatura di picco di 260°C per una durata massima di 3 secondi. Questa è misurata in un punto a 1.6mm sotto il piano di appoggio del corpo del package, che corrisponde approssimativamente alla superficie del PCB o al giunto di saldatura stesso. Questa specifica è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione senza piombo (SnAgCu). I progettisti devono assicurarsi che il profilo del loro forno a rifusione non superi questo limite di tempo a temperatura per prevenire danni ai chip LED, ai fili di connessione interni o al materiale plastico del package. Durante la manipolazione devono essere osservate le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica).

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è adatto per applicazioni che richiedono un singolo carattere o simbolo altamente leggibile. La sua natura impilabile gli consente di essere utilizzato in configurazioni multi-carattere. Usi comuni includono:

- Pannelli di strumentazione (voltmetri, multimetri, frequenzimetri).

- Indicatori di stato per sistemi di controllo industriale.

- Display per terminali di punto vendita (POS).

- Tabelloni per messaggi semplici o segnapunti quando vengono combinati più unità.

- Interfacce utente per sistemi embedded per codici di stato o output a cifra singola.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:È necessario un microcontrollore con un numero sufficiente di pin I/O o un driver IC dedicato per display LED (come un MAX7219 o simile) per il multiplexing. Ogni pin assorbirà o fornirà corrente per più LED, quindi assicurarsi che i limiti di corrente per pin del MCU o del driver non vengano superati.
• Limitazione di Corrente:Resistenze di limitazione della corrente esterne sono obbligatorie per ogni colonna anodo (o un driver a corrente costante) per impostare la corrente diretta (I_F) a un valore sicuro, tipicamente tra 10-20 mA per il funzionamento continuo, considerando la derating con la temperatura.
• Dissipazione di Potenza:Calcolare la dissipazione di potenza totale, specialmente quando più punti sono illuminati simultaneamente. Assicurarsi che rimanga entro i limiti termici del dispositivo e del PCB.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso per applicazioni in cui il display può essere visto lateralmente.
• Coerenza della Luminosità:Specificare un bin di intensità quando si ordina per applicazioni multi-unità per garantire uniformità visiva.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione del LTP-1457AKD sono l'uso della tecnologia AlInGaP Rosso Iper e il suo specifico formato meccanico/elettrico.

• vs. LED Rossi Standard GaAsP o GaP:I LED AlInGaP generalmente offrono una maggiore efficienza luminosa, una migliore stabilità termica e un colore rosso più saturo e puro (lunghezza d'onda dominante ~639nm) rispetto alle tecnologie più vecchie, che possono apparire più arancioni.
• vs. Display a Matrice di Punti Più Grandi o Più Piccoli:L'altezza di 1.2" e il formato 5x7 rappresentano un compromesso specifico di dimensioni e risoluzione, offrendo una buona leggibilità a una distanza moderata. Formati più piccoli risparmiano spazio ma riducono la leggibilità; formati più grandi sono più visibili da lontano ma consumano più potenza e area sul circuito stampato.
• vs. Display con Controller Integrato:Questo è un array LED "grezzo". I display con controller integrati (I2C, SPI) semplificano l'interfaccia con il microcontrollore ma possono essere meno flessibili o più costosi. Il LTP-1457AKD offre un controllo diretto al costo di un circuito di pilotaggio più complesso.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri)

D: Posso pilotare questo display direttamente con un microcontrollore a 5V?

A: Possibilmente, ma con cautela. La V_Ftipica è 2.1-2.8V. Un pin MCU a 5V applicherebbe 5V all'anodo, che senza una resistenza di limitazione della corrente distruggerebbe il LED. È necessario utilizzare una resistenza in serie. Il calcolo è: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V, V_F=2.6V, e I_F=20mA, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. Inoltre, assicurarsi che il MCU possa assorbire/fornire la corrente multiplexata richiesta.

D: Cosa significa "Ciclo di Lavoro 1/16" nella condizione di test per l'intensità luminosa?

R: Significa che il LED è acceso a impulsi per 1/16 del tempo totale del ciclo. Per i display multiplexati, questo è un metodo di pilotaggio comune. La corrente di picco durante il tempo di accensione (32 mA nel test) è più alta di quella che potrebbe essere utilizzata per il funzionamento in DC per ottenere una luminosità percepita equivalente a una corrente DC più bassa. La corrente media è (Corrente di Picco * Ciclo di Lavoro) = 32mA * (1/16) = 2 mA.

D: Come creo caratteri come lettere e numeri?

R: Hai bisogno di una tabella dei caratteri o di un generatore di caratteri nel tuo software. Questa è una tabella di ricerca che definisce quali punti (combinazioni anodo/colonna, catodo/riga) illuminare per ogni codice ASCII o EBCDIC. Ad esempio, il carattere "A" corrisponderebbe a un pattern specifico attraverso le 5 colonne e le 7 righe.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Indicatore RPM a Cifra Singola per un Controllore Motore.

Il display deve mostrare un numero da 0 a 9 che rappresenta un intervallo di velocità. Viene selezionato un microcontrollore a basso costo con 12 pin I/O.

Implementazione:7 pin sono configurati come uscite open-drain per pilotare le righe catodo (assorbendo corrente). 5 pin sono configurati come uscite digitali per pilotare le colonne anodo tramite resistenze di limitazione della corrente (fornendo corrente). Il firmware contiene una mappa dei caratteri 5x7 per le cifre 0-9. Esegue un interrupt del timer che attiva sequenzialmente ogni riga (1-7) portando basso il suo pin catodo. Per la riga attiva, il firmware imposta alti i 5 pin anodo secondo il pattern del carattere da visualizzare in quella specifica riga. Questo multiplexing avviene più velocemente di quanto l'occhio umano possa percepire (es. >100 Hz), creando un'immagine stabile e senza sfarfallio. La corrente media per LED è mantenuta a 10 mA (corrente di picco adattata per il ciclo di lavoro) per garantire affidabilità a lungo termine entro i limiti di dissipazione di potenza.

11. Principio di Funzionamento

Il principio fondamentale è l'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Il materiale AlInGaP ha un bandgap diretto. Quando polarizzato direttamente (tensione positiva sull'anodo rispetto al catodo), gli elettroni vengono iniettati dalla regione di tipo n nella banda di conduzione, e le lacune vengono iniettate dalla regione di tipo p nella banda di valenza. Questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva vicino alla giunzione. In un materiale a bandgap diretto come l'AlInGaP, una parte significativa di queste ricombinazioni è radiativa, il che significa che rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda (colore) di questa luce è determinata dall'energia del bandgap (E_g) del materiale semiconduttore, secondo l'equazione λ ≈ hc/E_g. Per l'AlInGaP sintonizzato per la luce rossa, questo si traduce in fotoni con una lunghezza d'onda attorno ai 650 nm. La disposizione a matrice 5x7 è semplicemente una griglia di questi singoli LED a giunzione p-n, con i loro anodi e catodi collegati in uno schema incrociato per minimizzare il numero di pin di pilotaggio richiesti.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene il LTP-1457AKD rappresenti una tecnologia matura e affidabile, il campo più ampio della tecnologia dei display continua a evolversi. I display a matrice di punti LED discreti di questo tipo affrontano la concorrenza di moduli integrati che utilizzano LED SMD (Surface-Mount Device), che possono essere più piccoli e offrire una risoluzione più alta. Inoltre, le tecnologie OLED (Organic LED) e micro-LED stanno avanzando, promettendo display più sottili, efficienti e con contrasto più elevato. Per la nicchia specifica dei display semplici, robusti, a carattere singolo o a bassa risoluzione multi-carattere, i LED AlInGaP e simili semiconduttori III-V rimangono altamente rilevanti grazie alla loro comprovata affidabilità, ampio intervallo di temperatura operativa, alta luminosità e convenienza per applicazioni industriali e di strumentazione. La tendenza in questo segmento è verso una maggiore efficienza (più luce per watt) e un binning più stretto per la coerenza di colore e luminosità.