Scheda Tecnica Display LED a Matrice di Punti 5x7 LTP-2257KA - Altezza 1.97 Pollici - AlInGaP Rosso-Arancio - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTP-2257KA è un modulo di visualizzazione alfanumerico a cifra singola, progettato per applicazioni che richiedono un output di caratteri chiaro 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 singolarmente. Il dispositivo è progettato per l'integrazione in sistemi dove il basso consumo energetico, l'affidabilità allo stato solido e gli ampi angoli di visuale sono fattori prestazionali critici.

Il mercato principale per questo componente include pannelli di controllo industriali, strumentazione, terminali di vendita, display informativi di base e sistemi embedded dove è necessaria una lettura di caratteri semplice e robusta. Il suo design impilabile consente la creazione di display multi-carattere in orizzontale, offrendo flessibilità per mostrare parole o numeri.

Il vantaggio tecnologico principale risiede nell'utilizzo del materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP) per i chip LED. Questo sistema di materiali è noto per produrre un'emissione luminosa ad alta efficienza nello spettro dal rosso all'ambra-arancio, offrendo una buona visibilità. Il display presenta una facciata nera, che garantisce un alto contrasto con i punti bianchi illuminati, migliorando significativamente la leggibilità in varie condizioni di illuminazione ambientale.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

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

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzione del display. I parametri chiave sono misurati in condizioni di test standardizzate (Ta=25°C) per garantire la coerenza.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da un minimo di 2100 µcd a un massimo di 5000 µcd, con un valore tipico implicito. Questa intensità è misurata per punto in una condizione di pilotaggio impulsivo di I_p=32mA con un duty cycle di 1/16. Il duty cycle di 1/16 è tipico per i pilotaggi a matrice multiplexati, dove ogni riga è attiva solo per una frazione del tempo. Il sensore utilizzato approssima la funzione di luminosità fotopica CIE, garantendo che la misurazione sia correlata alla sensibilità dell'occhio umano.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 621 nanometri (nm). Indica la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. Rientra nella regione rosso-arancio dello spettro visibile.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):615 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore dell'output del LED. È leggermente inferiore alla lunghezza d'onda di picco, cosa comune a causa della forma dello spettro di emissione.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Circa 18 nm. Questo parametro definisce la larghezza di banda della luce emessa, specificamente la larghezza della curva spettrale a metà della sua potenza massima. Un valore di 18 nm indica una sorgente monocromatica relativamente a banda stretta, caratteristica dei LED AlInGaP, che risulta in un colore saturo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1. Questo è un parametro critico per l'uniformità del display. Specifica che l'intensità luminosa di qualsiasi punto individuale non sarà più del doppio di quella di qualsiasi altro punto all'interno dello stesso modulo di visualizzazione. Ciò garantisce una luminosità uniforme su tutti i segmenti di un carattere.

2.2 Caratteristiche Elettriche

I parametri elettrici definiscono l'interfaccia e i requisiti di alimentazione del dispositivo.

• Tensione Diretta (V_F):Varia da 2.05V (min) a 2.6V (max) per punto a una corrente di test (I_F) di 20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando è in conduzione. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire questa tensione. Il valore tipico non è dichiarato ma rientra in questo intervallo.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo di 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 15V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente. È generalmente trascurabile in funzionamento ma deve essere considerata nella progettazione della protezione del circuito.
• Corrente Diretta Media per Punto:La corrente media nominale è di 13 mA. Tuttavia, si applica un fattore di derating di 0.17 mA/°C linearmente sopra i 25°C. Ciò significa che la corrente media massima ammissibile deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente per prevenire surriscaldamento e guasti prematuri. Ad esempio, a 85°C, la corrente media massima sarebbe: 13 mA - [0.17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10.2 = 2.8 mA.

2.3 Valori Assoluti Massimi

Questi sono i limiti di stress che non devono essere superati in nessuna condizione, nemmeno momentaneamente. Il funzionamento oltre questi limiti può causare danni permanenti.

• Dissipazione di Potenza Media per Punto:Massimo 36 mW. Questo è il prodotto della corrente diretta media e della tensione diretta.
• Corrente Diretta di Picco per Punto:Massimo 100 mA. Questa è la corrente istantanea più alta consentita, tipicamente rilevante durante impulsi molto brevi negli schemi multiplexati.
• Tensione Inversa per Punto:Massimo 5 V. Superare questo valore può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Questo è cruciale per i processi di saldatura a onda o a rifusione.

3. Sistema di Binning e Categorizzazione

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò indica che le unità sono ordinate, o "binnate", in base alla loro emissione luminosa misurata. L'intervallo di intensità luminosa (2100-5000 µcd) probabilmente rappresenta la distribuzione su più bin. I produttori tipicamente raggruppano i LED in intervalli di intensità più stretti (es. 2100-3000 µcd, 3000-4000 µcd, 4000-5000 µcd). Ciò consente ai clienti di selezionare un bin per i loro specifici requisiti di uniformità della luminosità. Per un display multi-unità, l'utilizzo di LED dello stesso bin di intensità è essenziale per ottenere un aspetto uniforme. La scheda tecnica non specifica il binning per la tensione diretta o la lunghezza d'onda, sebbene gli intervalli min/max forniti per V_Fe λ_pdefiniscano la distribuzione totale.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto e il significato standard.

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe come l'output luminoso aumenta con la corrente di pilotaggio. È tipicamente non lineare, con l'efficienza che cala a correnti molto elevate a causa degli effetti termici. Il punto di test a impulso di 32mA è probabilmente nella parte efficiente e lineare di questa curva.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa curva mostra la caratteristica I-V del diodo. La tensione aumenta in modo logaritmico con la corrente. La V_Fspecificata a 20mA è un singolo punto su questa curva.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa è una curva critica per comprendere le prestazioni termiche. L'output luminoso dei LED generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il derating specificato per la corrente diretta è direttamente correlato alla gestione di questo effetto termico per mantenere prestazioni e affidabilità.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra un picco attorno a 621nm e una larghezza di circa 18nm a metà dell'intensità di picco (FWHM).

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il dispositivo è un componente a foro passante con un fattore di forma standard DIP (Dual In-line Package) adatto al montaggio su PCB.

• Altezza della Matrice:La caratteristica fisica distintiva è un'altezza del carattere di 1.97 pollici (50.15 mm). Questo è un display di grande formato progettato per la visualizzazione a distanza.
• Dimensioni del Package:La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Questo disegno è essenziale per la progettazione dell'impronta sul PCB e per garantire un corretto alloggiamento all'interno di un contenitore.
• Connessione dei Piedini:Il dispositivo ha 12 piedini in una singola fila.
  • Piedini 1-7: Corrispondono alle Righe Catodiche da 1 a 7. In una configurazione a matrice comune, queste sarebbero le linee di scansione.
  • Piedini 8-12: Corrispondono alle Colonne Anodiche da 5 a 1 (notare l'ordine inverso: il piedino 8 è la Colonna 5, il piedino 12 è la Colonna 1). Queste sarebbero le linee dati.
• Schema Circuitale Interno:Lo schema fornito mostra una configurazione standard a matrice 5x7. Ogni LED (punto) si trova all'intersezione di una colonna anodica e di una riga catodica. Per illuminare un punto specifico, la sua corrispondente linea anodica deve essere portata alta (tensione positiva) mentre la sua linea catodica è portata bassa (massa). Questa disposizione a matrice minimizza il numero di piedini di pilotaggio richiesti (12 invece di 35 per punti indirizzati singolarmente).
• Identificazione della Polarità:La tabella del piedinato identifica chiaramente le connessioni anodo e catodo. Il package probabilmente ha una tacca o un segno su un'estremità per indicare l'orientamento del piedino 1.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La specifica di assemblaggio principale fornita riguarda il processo di saldatura.

• Parametri di Saldatura a Rifusione/Onda:Il valore assoluto massimo specifica che il dispositivo può sopportare una temperatura di saldatura di 260°C per un massimo di 3 secondi. Questa misurazione è presa 1.6mm sotto il piano di appoggio (cioè a livello del PCB), non sul corpo del componente. Questa è una classificazione standard per componenti a foro passante ed è compatibile con i profili tipici di saldatura a onda. Per la saldatura a rifusione con stagno senza piombo (che ha punti di fusione più alti), il profilo deve essere controllato attentamente per garantire che la temperatura del corpo del componente non superi la temperatura massima di stoccaggio di 85°C per un periodo prolungato, anche se i reofori vedono brevemente 260°C.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata. Il tempo di contatto per piedino dovrebbe essere minimizzato, idealmente sotto i 3 secondi, per evitare che il calore risalga i reofori e danneggi i bonding interni o l'epossidica.
• Pulizia:Non sono fornite istruzioni specifiche di pulizia. È possibile utilizzare alcol isopropilico standard o rimuovi-flux approvati, ma dovrebbero essere evitati solventi aggressivi poiché potrebbero danneggiare la facciata in plastica o le marcature.
• Condizioni di Stoccaggio:Il dispositivo dovrebbe essere stoccato entro il suo intervallo di temperatura specificato di -35°C a +85°C in un ambiente asciutto e non condensante. È consigliabile conservare i componenti nelle loro buste originali barriera all'umidità fino all'uso per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare l'effetto "popcorn" durante la saldatura.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Pannelli di Controllo Industriali:Visualizzazione di setpoint, valori di processo (temperatura, pressione, velocità), codici di errore o stato della macchina.
• Apparecchiature di Test e Misura:Mostra letture numeriche da multimetri, alimentatori o generatori di segnale.
• Elettronica di Consumo (Legacy):Orologi, timer, calcolatrici di base o display per elettrodomestici.
• Prototipazione di Sistemi Embedded:Un output semplice e diretto per microcontrollori (es. Arduino, PIC) per visualizzare informazioni di debug o prompt per l'utente.
• Display Multi-Carattere Impilati:Posizionando più moduli LTP-2257KA affiancati, è possibile creare parole, numeri o semplici messaggi scorrevoli per lavagne informative di base o cartellonistica.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuiteria di Pilotaggio:È necessario un driver LED dedicato o pin GPIO di microcontrollore con resistori di limitazione della corrente. A causa della configurazione a matrice, è necessario uno schema di multiplexing (scansione). Il driver deve fornire corrente alle colonne anodiche e assorbire corrente dalle righe catodiche. La corrente di picco per punto (100mA) e il derating della corrente media devono essere rispettati nei calcoli della temporizzazione del multiplexing.
• Limitazione della Corrente:Resistori esterni sono obbligatori per ogni colonna anodica o riga catodica (a seconda della topologia di pilotaggio) per impostare la corrente operativa. Il valore è calcolato in base alla tensione di alimentazione (V_CC), alla tensione diretta del LED (V_F) e alla corrente desiderata (I_F). Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, una V_Fdi 2.3V e una I_Fobiettivo di 20mA: R = (5V - 2.3V) / 0.02A = 135 Ohm. Un resistore standard da 150 Ohm sarebbe adatto.
• Gestione Termica:Sebbene il dispositivo sia a bassa potenza, la curva di derating per la corrente diretta deve essere seguita in ambienti ad alta temperatura. Assicurare un adeguato flusso d'aria se il display è racchiuso. La dissipazione di potenza media per punto (36mW max) si traduce in una dissipazione massima totale per un intero carattere illuminato, che dovrebbe essere considerata nella progettazione termica del PCB.
• Angolo di Visuale:La caratteristica dell'"ampio angolo di visuale" è vantaggiosa, ma per una leggibilità ottimale, il display dovrebbe essere montato rivolto verso il visualizzatore principale. Il design faccia nera/punto bianco offre un buon contrasto dalla maggior parte degli angoli.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione disponibili al momento della sua uscita (2000), il LTP-2257KA offriva vantaggi specifici:

• vs. Display a Incandescenza o Fluorescenti a Vuoto (VFD):I LED sono allo stato solido, offrendo un'affidabilità molto maggiore, resistenza a urti/vibrazioni, una vita più lunga (tipicamente decine di migliaia di ore) e una tensione/potenza operativa inferiore. Inoltre, non richiedono filamenti riscaldati o alte tensioni.
• vs. LCD di Prima Generazione:I LED sono emissivi, cioè producono la propria luce, rendendoli chiaramente visibili in condizioni di scarsa illuminazione o al buio senza retroilluminazione. Hanno un intervallo di temperatura operativa molto più ampio e un tempo di risposta più veloce. Tuttavia, consumano più energia degli LCD riflettenti e non sono adatti per grafiche complesse.
• vs. Altre Tecnologie LED:L'uso del materiale AlInGaP, rispetto ai più vecchi GaAsP o GaP, forniva una maggiore efficienza e una migliore purezza del colore (rosso-arancio più saturo) per una data corrente di pilotaggio. Il formato specifico 5x7 con un'altezza grande di 1.97 pollici era rivolto ad applicazioni che necessitano di caratteri facilmente leggibili a distanza.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display con una corrente continua costante su tutti i punti contemporaneamente?

R: Tecnicamente sì, ma è altamente inefficiente e supererebbe i valori nominali di potenza media se tutti i 35 punti fossero accesi. Il metodo standard e previsto è il multiplexing, dove i punti sono illuminati una riga (o colonna) alla volta ad alta frequenza, creando l'illusione di un display stabile riducendo drasticamente la corrente media.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco è dove il LED emette la massima potenza ottica. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda che l'occhio umano percepisce come corrispondente al colore del LED. Sono spesso vicine ma non identiche a causa dell'asimmetria dello spettro di emissione del LED. La lunghezza d'onda dominante è più rilevante per la percezione del colore.

D: La tensione diretta è 2.05-2.6V. Posso alimentarlo da un'alimentazione logica a 3.3V?

R: Sì, assolutamente. Un'alimentazione a 3.3V è sufficiente per polarizzare direttamente il LED. Dovrai ricalcolare il valore del resistore di limitazione della corrente in base alla tensione di alimentazione più bassa (es. R = (3.3V - 2.3V) / 0.02A = 50 Ohm).

D: Cosa significa "Duty 1/16" nella condizione di test dell'intensità luminosa?

R: Significa che il LED è stato pilotato con un impulso di corrente di 32mA, ma l'impulso era attivo solo per 1/16 del periodo di tempo totale. L'intensità misurata è la media sull'intero periodo. Questo simula le condizioni in uno schema di pilotaggio multiplexato 1:16 (es. 7 righe + 9 spazi = 16 slot temporali).

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Costruzione di un Display Voltmetrico Semplice a 4 Cifre.Un ingegnere deve visualizzare una tensione da 0.000 a 9.999 volt su un pannello. Decide di utilizzare quattro moduli LTP-2257KA impilati orizzontalmente.

1. Progettazione del Circuito:Un microcontrollore con ADC legge la tensione. Il firmware converte la lettura in quattro cifre decimali. Le porte I/O del microcontrollore, combinate con transistor discreti o un driver di multiplexing dedicato (come il MAX7219), sono configurate per scansionare i quattro display. Le righe catodiche di ciascun display sono collegate in parallelo, mentre le colonne anodiche di ciascuna cifra sono controllate separatamente. Questo crea una matrice di 4 cifre per 7 righe.
2. Impostazione della Corrente:Utilizzando un'alimentazione a 5V e puntando a un display luminoso, scelgono una corrente media di 15mA per punto. Considerando il multiplexing su 4 cifre e 7 righe (effettivamente un duty cycle di 1/28 per ogni punto quando tutti sono accesi), la corrente di picco dell'impulso durante il suo slot temporale attivo sarebbe più alta (es. 15mA * 28 = 420mA), ma questo deve essere verificato rispetto al valore nominale di corrente di picco di 100mA. Pertanto, dovrebbero regolare la temporizzazione o utilizzare una corrente media più bassa per mantenere il picco entro le specifiche.
3. Considerazione Termica:Il pannello è destinato a un ambiente di laboratorio (25°C). Il derating della corrente media non è un problema qui. Tuttavia, si assicurano che il PCB abbia un piano di massa per aiutare a dissipare il calore dalla circuiteria di pilotaggio.
4. Risultato:Il prodotto finale mostra una lettura chiara, luminosa, a 4 cifre con un buon angolo di visuale, soddisfacendo il requisito per uno strumento da banco.

11. Principio di Funzionamento

Il LTP-2257KA funziona sul principio fondamentale di un diodo emettitore di luce (LED) disposto in una matrice passiva. Ciascuno dei 35 punti che formano la griglia 5x7 è un singolo chip LED AlInGaP. Quando una tensione di polarizzazione diretta superiore al potenziale di giunzione del diodo (circa 2V) viene applicata a una specifica coppia anodo (colonna) e catodo (riga), la corrente scorre attraverso il LED a quell'intersezione. Questa corrente fa sì che elettroni e lacune si ricombinino all'interno della regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni - luce - con una lunghezza d'onda caratteristica del materiale AlInGaP (rosso-arancio).

L'organizzazione a matrice è un metodo di interconnessione intelligente. Invece di avere 35 fili separati, gli anodi di tutti i LED in una colonna verticale sono collegati insieme, e i catodi di tutti i LED in una riga orizzontale sono collegati insieme. Per accendere un singolo punto, la sua colonna specifica viene portata positiva e la sua riga specifica viene portata a massa. Per visualizzare un pattern (come un carattere), un algoritmo di scansione scorre rapidamente attraverso le righe (o colonne), attivando i driver di colonna appropriati per ciascuna riga a turno. A una frequenza sufficientemente alta (tipicamente >100Hz), la persistenza della visione fa apparire l'intero carattere costantemente illuminato.

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

Il LTP-2257KA rappresenta una tecnologia di visualizzazione matura e consolidata. Al momento della sua uscita, i display LED a matrice di punti erano una soluzione mainstream per l'output alfanumerico. Il passaggio verso l'AlInGaP rispetto a materiali più vecchi come il GaAsP è stata una tendenza significativa, offrendo efficienza e colore migliorati.

Le tendenze successive si sono spostate verso:

Package a Montaggio Superficiale (SMD):Gli equivalenti moderni sono quasi esclusivamente di tipo SMD, consentendo un assemblaggio più piccolo e automatizzato.

Display a Maggiore Densità e a Matrice Completa:Il formato base 5x7 è stato in gran parte sostituito da moduli a matrice di punti più grandi (es. 8x8, 16x16) e pannelli grafici completi che possono visualizzare forme arbitrarie e testo in più font.

Controller Integrati:I moderni moduli a matrice LED spesso includono il driver, la memoria e l'interfaccia di comunicazione (come I2C o SPI) su una singola scheda, semplificando notevolmente il processo di integrazione per gli ingegneri.

Tecnologie Alternative:Per molte applicazioni che richiedono un output di caratteri semplice, gli LCD a basso consumo (con o senza retroilluminazione) e i display OLED sono diventati più comuni, specialmente dove il consumo energetico, la sottigliezza o la capacità grafica sono priorità.

Nonostante queste tendenze, i display LED a matrice di punti a foro passante come il LTP-2257KA rimangono rilevanti in contesti educativi, per progetti hobbistici, nella manutenzione di apparecchiature legacy e in specifiche applicazioni industriali dove la loro semplicità, robustezza, alta luminosità e ampio intervallo di temperatura sono vantaggi decisivi.