Scheda Tecnica Display LED LTP-2157AKY - Altezza Matrice 2.0 pollici (50.8mm) - LED Giallo Ambra AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 35mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTP-2157AKY è un modulo display a matrice di punti LED 5 x 7 con altezza carattere di 2.0 pollici (50.8 mm). Questo dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione chiara e luminosa di informazioni alfanumeriche o simboliche. La sua tecnologia principale utilizza il materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre un'emissione luminosa di colore giallo ambra. La presentazione visiva presenta un frontale grigio con punti bianchi, migliorando contrasto e leggibilità. Il modulo è costruito come un array a catodo comune, richiedendo un circuito di pilotaggio esterno a multiplexing per il funzionamento.

I principali domini di applicazione per questo display includono strumentazione industriale, interfacce per elettronica di consumo, terminali punto vendita, display per apparecchiature mediche e qualsiasi sistema embedded che richieda una lettura compatta, affidabile e luminosa. La sua costruzione allo stato solido garantisce un'elevata affidabilità e una lunga vita operativa rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione come quelle fluorescenti a vuoto o a incandescenza.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave del LTP-2157AKY derivano dalla sua tecnologia LED AlInGaP e dal design accurato. Offre un'elevata luminosità e un alto contrasto, fondamentali per la leggibilità in varie condizioni di illuminazione ambientale, inclusi ambienti interni molto luminosi. Il basso consumo energetico lo rende adatto per applicazioni alimentate a batteria o attente al risparmio energetico. L'ottima resa dei caratteri è ottenuta attraverso il preciso layout a matrice di punti 5x7, lo standard per visualizzare chiaramente i caratteri ASCII.

Il mercato di riferimento è ampio, comprendendo OEM (Produttori di Apparecchiature Originali) e ingegneri progettisti che lavorano su dispositivi che necessitano di una soluzione di visualizzazione semplice, economica e robusta. Le sue specifiche lo rendono una scelta valida dove display grafici più grandi e complessi non sono necessari o sono troppo costosi.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita dei parametri elettrici e ottici è essenziale per una corretta progettazione del circuito e integrazione del display LTP-2157AKY.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile far funzionare il dispositivo continuativamente a o vicino a questi limiti.

• Dissipazione di Potenza Media per Punto:35 mW. Questa è la massima potenza continua che può essere dissipata in sicurezza da un singolo segmento LED (punto) senza causare degradazione termica.
• Corrente Diretta di Picco per Punto:60 mA. Questa è la massima corrente istantanea consentita durante il funzionamento in impulsi, tipicamente utilizzata negli schemi di pilotaggio a multiplexing.
• Corrente Diretta Media per Punto:13 mA a 25°C. Questo valore si riduce linearmente di 0.17 mA/°C sopra i 25°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente media massima consentita sarebbe approssimativamente: 13 mA - (0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 13 mA - 10.2 mA = 2.8 mA. Questa riduzione è cruciale per la gestione termica.
• Tensione Inversa per Punto:5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +85°C. Questo ampio intervallo garantisce la funzionalità in ambienti ostili.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questa è una linea guida standard per la saldatura a onda o a rifusione per prevenire danni al package.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

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

• Intensità Luminosa Media (I_V):2100 μcd (Min), 3600 μcd (Tip). Condizione di Test: I_p=32mA, ciclo di lavoro 1/16. Questa elevata luminosità è una caratteristica chiave. La misurazione utilizza un filtro che approssima la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE per precisione.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):595 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima, definendo il colore giallo ambra.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm (Tip). Questo indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore più monocromatico.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):592 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che corrisponde strettamente alla lunghezza d'onda di picco per questo tipo di LED.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05V (Min), 2.6V (Tip). Condizione di Test: I_F=20mA. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire questa tensione.
• Corrente Inversa (I_R):100 μA (Max). Condizione di Test: V_R=5V. Questa è la corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Rapporto di Uniformità dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Max). Condizione di Test: I_F=2mA. Questo parametro garantisce l'uniformità sul display; la luminosità del segmento più debole sarà almeno la metà di quella del segmento più luminoso.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica non dettaglia esplicitamente un sistema di binning multilivello per lunghezza d'onda o flusso. Tuttavia, i parametri specificati implicano un processo produttivo controllato. Gli intervalli ristretti per la Lunghezza d'Onda Dominante (592 nm Tip) e l'Intensità Luminosa (2100-3600 μcd) suggeriscono che i componenti sono selezionati per soddisfare queste specifiche minime e tipiche. I progettisti dovrebbero considerare i valori minimi (I_Vmin 2100 μcd, V_Fmax 2.6V) per la progettazione del circuito nel caso peggiore, per garantire la visibilità del display e una corretta regolazione della corrente su tutte le unità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche. Sebbene non fornite nel testo, le curve LED standard possono essere dedotte e sono critiche per il design.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

La relazione I-V è non lineare. Il tipico V_Fdi 2.6V a 20mA è il punto di progettazione chiave. La curva mostra un'accensione netta intorno alla tensione di bandgap del LED (~2V per AlInGaP), dopo di che la corrente aumenta esponenzialmente con la tensione. Pertanto, si raccomanda vivamente di pilotare i LED con una sorgente di corrente costante piuttosto che con una sorgente di tensione costante per prevenire la fuga termica e garantire una luminosità uniforme.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nell'intervallo di funzionamento normale (es., fino alla corrente media nominale). Tuttavia, l'efficienza può diminuire a correnti molto elevate a causa del riscaldamento. L'intensità specificata a 32mA in funzionamento impulsivo è ottimizzata per display a multiplexing.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Le caratteristiche dei LED sono sensibili alla temperatura. La tensione diretta (V_F) tipicamente diminuisce con l'aumentare della temperatura di giunzione (coefficiente di temperatura negativo). Anche l'intensità luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura. La specifica di riduzione della corrente (0.17 mA/°C) è una protezione di progetto diretta contro questi effetti, prevenendo il surriscaldamento e il degrado prematuro della luminosità.

4.4 Distribuzione Spettrale

Lo spettro di emissione è centrato intorno a 595 nm (giallo ambra) con una tipica larghezza a mezza altezza di 15 nm. Questa è una banda relativamente stretta, caratteristica dei semiconduttori III-V a bandgap diretto come l'AlInGaP, che risulta in una buona saturazione del colore.

5. Informazioni Meccaniche & Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il disegno del package indica le dimensioni fisiche complessive del modulo display. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Questa informazione è vitale per il design dell'impronta PCB (Scheda a Circuito Stampato) e del montaggio nell'alloggiamento.

5.2 Configurazione Pin e Circuito Interno

Il LTP-2157AKY ha una configurazione a 14 pin. Lo schema circuitale interno mostra una disposizione a catodo comune per la matrice 5x7. Le colonne (linee verticali) sono i catodi e le righe (linee orizzontali) sono gli anodi. Note specifiche indicano connessioni interne: il Pin 4 e il Pin 11 sono collegati (entrambi sono Catodo per la Colonna 3), e il Pin 5 e il Pin 12 sono collegati (entrambi sono Anodo per la Riga 4). Questa connessione interna probabilmente semplifica il layout dei fili di bonding interni. La tabella dei pinout deve essere seguita precisamente per un corretto funzionamento del display.

5.3 Identificazione della Polarità

Il dispositivo utilizza una configurazione a catodo comune. I pin catodo sono per le colonne (1-5) e i pin anodo sono per le righe (1-7). Applicare una polarizzazione diretta richiede di collegare il pin di riga desiderato a una tensione positiva (attraverso una resistenza limitatrice di corrente o un driver) e il pin di colonna desiderato a massa (o a un sink driver lato basso).

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

Il valore massimo assoluto specifica il profilo di saldatura: una temperatura massima di 260°C per una durata massima di 3 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Questo è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione senza piombo (es., seguendo un profilo standard IPC/JEDEC J-STD-020). Occorre prestare attenzione per evitare stress meccanici sui pin durante la manipolazione. Per lo stoccaggio, è consigliato l'intervallo specificato di -35°C a +85°C in un ambiente asciutto e antistatico per prevenire l'assorbimento di umidità (che può causare \"popcorning\" durante la rifusione) e danni da scariche elettrostatiche.

7. Imballaggio & Informazioni d'Ordine

Il numero di parte è LTP-2157AKY. Sebbene i dettagli specifici di imballaggio (rullo, vassoio, tubo) non siano elencati nel contenuto fornito, tali display sono tipicamente forniti in tubi o vassoi antistatici per proteggere i pin e il frontale del display. \"Spec No.: DS-30-99-106\" e \"BNS-OD-FC001/A4\" sono numeri di controllo documenti interni.

8. Raccomandazioni Applicative

8.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il LTP-2157AKY richiede un circuito driver esterno. Un design comune utilizza un microcontrollore con software di multiplexing. Le porte I/O del microcontrollore, spesso insufficienti per erogare/assorbire la corrente richiesta direttamente, sono collegate a transistor driver di riga (es., PNP o MOSFET a canale P per erogare corrente agli anodi) e a transistor driver di colonna o driver sink dedicati (es., NPN, MOSFET a canale N, o IC driver LED come l'ULN2003 per assorbire corrente dai catodi). La routine di multiplexing cicla rapidamente attraverso ogni riga (1-7), accendendo i catodi di colonna appropriati per quella riga per formare il carattere desiderato. Il ciclo di lavoro 1/16 menzionato nella condizione di test è un tipico rapporto di multiplexing (es., 1 riga accesa alla volta su un possibile numero di frame; il timing esatto dipende dal design del driver).

8.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione di Corrente:Essenziale per ogni segmento LED. Utilizzare resistenze o driver a corrente costante. Calcolare il valore della resistenza in base alla tensione di alimentazione (V_CC), alla tensione diretta del LED (V_F) e alla corrente diretta desiderata (I_F). Per il funzionamento a multiplexing, utilizzare la corrente di picco (I_p). Esempio: Per V_CC=5V, V_F=2.6V, I_p=32mA, R = (5V - 2.6V) / 0.032A ≈ 75 Ohm.
• Frequenza di Multiplexing:Deve essere abbastanza alta da evitare lo sfarfallio visibile (tipicamente >60 Hz di frame rate). La persistenza della visione fonde le righe che ciclano rapidamente in un'immagine stabile.
• Dissipazione del Calore:Rispettare la curva di riduzione della corrente ad alte temperature ambientali. Assicurare un'adeguata ventilazione se utilizzato in spazi chiusi.
• Angolo di Visione:Sebbene non specificato, le matrici LED standard hanno un ampio angolo di visione. Il design frontale grigio/punti bianchi ottimizza il contrasto per la visione frontale.

9. Confronto Tecnologico

Rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione contemporanee disponibili al momento della sua uscita (2002), il LTP-2157AKY offriva vantaggi distinti:

• vs. Display a Incandescenza o Fluorescenti a Vuoto (VFD):Il display LED è molto più efficiente energeticamente, genera meno calore, offre un tempo di risposta più veloce e ha una durata significativamente più lunga. È anche meccanicamente più robusto poiché non ha filamenti fragili o involucri di vetro.
• vs. LCD di Prima Generazione:Il display LED è autoilluminante, fornendo una luminosità molto più alta e una migliore visibilità in condizioni di scarsa luce o luce solare diretta senza retroilluminazione. Ha anche un intervallo di temperatura operativo più ampio e nessun problema di risposta lenta in ambienti freddi.
• vs. Altri Colori LED (es., Rosso GaAsP):La tecnologia AlInGaP utilizzata in questo LED giallo ambra fornisce un'efficienza luminosa più alta (più luce emessa per unità di potenza elettrica) e una migliore stabilità a lungo termine rispetto ai più vecchi LED rossi GaAsP.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Posso pilotare questo display con un'alimentazione costante di 5V sugli anodi?

R1: No. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Applicare una tensione costante senza una resistenza limitatrice di corrente in serie causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il LED. Utilizzare sempre un meccanismo di limitazione della corrente.

D2: Perché ci sono due pin per la Colonna 3 e la Riga 4?

R2: I Pin 4 & 11 sono entrambi collegati internamente al Catodo Colonna 3, e i Pin 5 & 12 sono entrambi collegati all'Anodo Riga 4. Questo è probabilmente fatto per efficienza del layout dei fili di bonding interni o per fornire punti di connessione alternativi sul PCB per comodità di routing. Elettricamente, sono lo stesso nodo.

D3: Cosa significa \"1/16 Duty\" nella condizione di test dell'intensità luminosa?

R3: Significa che il LED è stato pilotato con un impulso con un ciclo di lavoro di 1/16 (6.25%). La corrente di picco (I_p=32mA) è più alta di quanto sarebbe la corrente media CC per la stessa percezione di luminosità in un sistema a multiplexing. La corrente media è I_p* ciclo di lavoro = 32mA * 0.0625 = 2mA. Questo funzionamento impulsivo è standard per testare display a multiplexing.

D4: Come visualizzo un carattere come la lettera \"A\"?

R4: Hai bisogno di una mappa dei caratteri o di una tabella di ricerca che definisca quali punti (intersezioni riga, colonna) illuminare per ogni carattere. Per una matrice 5x7, questo è tipicamente un array di 5 byte per carattere, dove ogni bit in un byte rappresenta un elemento di riga in una colonna. Il tuo software del microcontrollore utilizza questa mappa durante la scansione di multiplexing.

11. Studio di Caso Pratico di Progetto

Considera la progettazione di un semplice termometro digitale con una lettura a 3 cifre utilizzando tre display LTP-2157AKY. Il sistema richiederebbe un sensore di temperatura, un microcontrollore (es., un MCU a 8 bit) e un circuito di pilotaggio. Il microcontrollore legge il sensore, converte il valore in BCD o in una mappa di caratteri personalizzata e pilota i display. A causa del numero di pin (3 display * 14 pin = 42 pin se pilotati direttamente), uno schema di multiplexing è obbligatorio. Il design coinvolgerebbe: 1) Collegare tutti i pin di riga corrispondenti (anodi) dei tre display insieme (creando 7 linee anodo comuni). 2) Collegare separatamente i pin di colonna (catodi) di ciascun display (creando 3 display * 5 colonne = 15 linee catodo). 3) Utilizzare il microcontrollore con 7+15=22 linee I/O (o meno con registri a scorrimento esterni o espansori di porta) per scansionare le righe comuni e attivare le colonne appropriate per ciascuna cifra sequenzialmente ad alta frequenza. Le resistenze limitatrici di corrente sarebbero posizionate sulle linee anodo comuni o sulle singole linee catodo.

12. Principio di Funzionamento

Il LTP-2157AKY si basa sul principio di elettroluminescenza di una giunzione P-N semiconduttrice. Quando polarizzata direttamente, gli elettroni dello strato N-type AlInGaP si ricombinano con le lacune dello strato P-type nella regione attiva. Questo evento di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda di 595 nm (giallo ambra) è determinata dall'energia di bandgap del materiale semiconduttore AlInGaP, che viene ingegnerizzata durante il processo di crescita del cristallo. Il substrato di GaAs non trasparente aiuta a riflettere la luce verso l'alto, migliorando l'efficienza complessiva di estrazione della luce dalla superficie superiore del chip.

13. Tendenze Tecnologiche

Dall'uscita di questa scheda tecnica (2002), la tecnologia dei display LED è avanzata significativamente. Sebbene il formato a matrice di punti 5x7 rimanga un cavallo di battaglia per display semplici, la tecnologia sottostante si è evoluta. I LED AlInGaP hanno visto miglioramenti in efficienza e durata. Inoltre, opzioni di visualizzazione più recenti sono diventate prevalenti: 1)Matrici ad Alta Densità:Matrici 8x8, 16x16 e più grandi sono ora comuni ed economiche. 2)LED a Montaggio Superficiale (SMD):I design moderni spesso utilizzano singoli LED SMD posizionati su un PCB per formare una matrice, offrendo maggiore flessibilità di progettazione. 3)Display a LED Organici (OLED):Forniscono alto contrasto, ampi angoli di visione e fattori di forma flessibili, sebbene possano avere diverse limitazioni di durata e ambientali. 4)Display con Controller Integrato:I moduli moderni spesso includono un controller integrato (come l'HD44780 per LCD a caratteri o driver dedicati per matrici LED) che semplifica i requisiti di interfaccia a poche linee di dati e controllo. I principi fondamentali di progetto per pilotare un array LED a multiplexing, tuttavia, come dettagliato per il LTP-2157AKY, rimangono direttamente applicabili a molti progetti moderni di matrici LED discrete.