Scheda Tecnica Display a Matrice di Punti LED LTP-1557AKD - Altezza 1.2 pollici (30.42mm) - Rosso Iper (650nm) - 40mW per Punto - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTP-1557AKD è un modulo display alfanumerico a cifra singola realizzato con una matrice di punti 5x7 di diodi LED (Light-Emitting Diodes) AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) Rosso Iper. Questa configurazione è standard per la visualizzazione dei set di caratteri ASCII ed EBCDIC, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono letture chiare di un singolo carattere. Il dispositivo presenta una facciata grigia con punti bianchi, migliorando il contrasto per una migliore leggibilità. Il suo principio di progettazione di base si basa su un'architettura a matrice con catodo comune per le colonne e anodo comune per le righe, consentendo un efficiente multiplexing per controllare i singoli LED con un numero ridotto di pin I/O.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi primari di questo display includono l'affidabilità allo stato solido, l'ampio angolo di visuale dovuto al design a singolo piano e il basso consumo energetico. L'altezza del carattere di 1.2 pollici (30.42 mm) garantisce una buona visibilità. È categorizzato per intensità luminosa, consentendo il binning della luminosità. Il dispositivo è impilabile orizzontalmente, permettendo la creazione di display multi-carattere. I suoi mercati target principali includono pannelli di controllo industriali, strumentazione, apparecchiature di test, terminali POS (Point of Sale) e altri sistemi embedded dove è richiesto un display a caratteri semplice, affidabile e a basso consumo.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono per il funzionamento continuo.

• Dissipazione di Potenza Media per Punto:40 mW. Questo limita il carico termico continuo su ciascun singolo chip LED.
• Corrente Diretta di Picco per Punto:90 mA. È consentita solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms, utilizzata per ottenere una luminosità istantanea più elevata negli schemi multiplexati.
• Corrente Diretta Media per Punto:Il valore di base è 15 mA a 25°C. Questo valore si riduce linearmente di 0.2 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente (Ta) sopra i 25°C, una considerazione critica per la gestione termica.
• Tensione Inversa per Punto:5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 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 parametri sono misurati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 800 µcd (minimo) a 2600 µcd (tipico). Misurata in condizioni pulsate con I_p=32mA e un ciclo di lavoro di 1/16. L'ampio intervallo indica l'effetto della categorizzazione dell'intensità luminosa (binning).
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nm (tipico). Questo definisce il colore primario della luce emessa come Rosso Iper.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce rossa emessa.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, leggermente diversa dalla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta (V_F) qualsiasi Punto:
  • Da 2.1V a 2.6V (intervallo tipico) con I_F=20mA.
  • Da 2.3V a 2.8V (intervallo tipico) con I_F=80mA (pulsata). Mostra il coefficiente di temperatura positivo e la resistenza dinamica del LED.
• Corrente Inversa (I_R) qualsiasi Punto:Massimo 100 µA con V_R=5V.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1. Specifica il rapporto massimo consentito tra il LED più luminoso e quello più debole nell'array nelle stesse condizioni di pilotaggio, garantendo un aspetto uniforme.

Nota di Misurazione:L'intensità luminosa è misurata con una combinazione di sensore e filtro che approssima la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, assicurando che i valori corrispondano alla percezione visiva umana.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Questo è un parametro di binning critico.

• Binning dell'Intensità Luminosa:Il tipico intervallo di I_Vdi 800-2600 µcd suggerisce la presenza di più bin di intensità. I progettisti devono selezionare il bin appropriato in base ai requisiti di luminosità dell'applicazione e garantire la coerenza quando si utilizzano più display.
• Coerenza della Lunghezza d'Onda:Sebbene non sia esplicitamente binnato per la lunghezza d'onda, le specifiche tipiche strette per λ_p(650nm) e λ_d(639nm) indicano un buon controllo produttivo, che si traduce in un colore rosso uniforme tra i dispositivi.
• Tensione Diretta:L'intervallo specificato per V_F(es. 2.1-2.6V) implica una dispersione. Per progetti con molti display o requisiti di alimentazione stringenti, potrebbe essere necessario consultare il produttore per opzioni di binning della tensione.

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, le curve standard per tali dispositivi includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale, cruciale per progettare circuiti di limitazione della corrente. La curva si sposta con la temperatura.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta:Dimostra che l'emissione luminosa è relativamente lineare con la corrente nel normale intervallo operativo, prima che si verifichi un calo di efficienza a correnti molto elevate.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione, evidenziando l'importanza della gestione termica, specialmente quando pilotato a correnti medie più elevate.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, centrato attorno a 650nm con una larghezza a mezza altezza di ~20nm, confermando il colore Rosso Iper.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha dimensioni fisiche specifiche fornite in un disegno (riferito ma non dettagliato nel testo). Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Ciò include l'altezza complessiva, larghezza, profondità, spaziatura dei terminali e posizionamento della matrice di punti all'interno della facciata grigia.

5.2 Connessioni dei Pin e Circuito Interno

Il dispositivo utilizza una configurazione a 14 pin. Lo schema del circuito interno mostra una matrice standard 5x7 dove:
- Le Colonne (1-5) sono gruppi a catodo comune.
- Le Righe (1-7) sono gruppi ad anodo comune.
Per illuminare un punto specifico (es. Riga 3, Colonna 2), l'anodo della riga corrispondente deve essere portato a livello alto (con limitazione di corrente) mentre il catodo della colonna corrispondente viene portato a livello basso. La tabella del piedinatura è essenziale per un corretto layout del PCB e la progettazione del circuito di pilotaggio.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La specifica di assemblaggio chiave è il profilo di saldatura.

• Saldatura a Rifusione:La temperatura massima consentita sul corpo del package (1.6mm sotto il piano di appoggio) è di 260°C, e questa temperatura di picco non deve essere mantenuta per più di 3 secondi. I profili standard di rifusione senza piombo (SnAgCu) devono essere controllati attentamente per rimanere entro questo limite per prevenire danni ai chip LED, ai bonding interni o al package plastico.
• Saldatura Manuale:Se necessario, deve essere eseguita rapidamente con un saldatore a temperatura controllata, applicando calore alla piazzola del PCB e non direttamente al terminale del componente per un periodo prolungato.
• Pulizia:Utilizzare solo agenti di pulizia compatibili con il materiale del package LED.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico nell'intervallo di temperatura specificato da -35°C a +85°C per prevenire l'assorbimento di umidità e danni da scariche elettrostatiche.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Display Industriali:Indicatori di stato, codici di errore o display di valori singoli su macchinari.
• Apparecchiature di Test e Misura:Visualizzazione di unità (V, A, Hz), numeri di canale o codici semplici.
• Elettronica di Consumo:Display per orologi, indicatori di stato per elettrodomestici (sebbene meno comuni oggi).
• Prototipazione e Didattica:Eccellente per apprendere l'interfacciamento con microcontrollori e le tecniche di multiplexing.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:Richiede un microcontrollore o un IC driver dedicato in grado di effettuare il multiplexing di 12 linee (5 colonne + 7 righe). Utilizzare transistor o driver integrati sink/source per gestire la corrente richiesta.
• Limitazione di Corrente:Essenziale per ogni linea di riga o colonna. Calcolare i valori delle resistenze in base alla corrente media desiderata (es. 10-15mA per punto), alla tensione di alimentazione e alla tensione diretta del LED. Ricordare che la corrente è condivisa tra più LED in un frame multiplexato.
• Frequenza di Refresh:La frequenza di scansione del multiplexing deve essere sufficientemente alta (tipicamente >100Hz) per evitare sfarfallio visibile. Il ciclo di lavoro di 1/16 menzionato nelle specifiche implica che uno schema di multiplexing a 16 passi sia adatto.
• Gestione Termica:Quando si opera vicino alla corrente media massima o ad alte temperature ambiente, assicurare un'adeguata ventilazione. La riduzione di 0.2 mA/°C per I_Fè cruciale per l'affidabilità.
• Angolo di Visuale:L'ampio angolo di visuale è vantaggioso, ma considerare l'orientamento di montaggio rispetto all'utente.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto alle vecchie matrici LED rosse GaAsP o GaP, la tecnologia AlInGaP nell'LTP-1557AKD offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi a parità di corrente o in un consumo energetico inferiore a parità di luminosità. La lunghezza d'onda del Rosso Iper (650nm) è più vivace e distinta rispetto al rosso standard. Rispetto ai moderni OLED grafici o LCD, questo dispositivo è molto più semplice, robusto, economico e opera in un intervallo di temperatura più ampio, ma è limitato a caratteri predefiniti 5x7. La sua nicchia è nelle applicazioni che richiedono estrema affidabilità, semplicità e basso costo per la visualizzazione di caratteri.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Posso pilotare questo display con una corrente continua costante su ogni punto?
  R: Tecnicamente sì, ma richiederebbe 35 driver indipendenti, il che è inefficiente. Il multiplexing è il metodo standard e previsto, utilizzando l'architettura di selezione X-Y.
• D: Perché la corrente di picco (90mA) è così più alta della corrente media (15mA)?
  R: Nel multiplexing, ogni LED è alimentato solo per una frazione di tempo (ciclo di lavoro). Per ottenere una luminosità media percepita equivalente a 15mA in DC, viene utilizzata una corrente pulsata più elevata durante il suo slot di tempo attivo. Il valore nominale di 90mA garantisce che il LED possa sopportare questi brevi impulsi.
• D: Cosa significa un "Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa di 2:1" per il mio progetto?
  R: Significa che il punto più debole nell'array potrebbe essere la metà luminoso del punto più brillante nelle stesse condizioni di pilotaggio. Per caratteri dall'aspetto uniforme, potrebbe essere necessario selezionare dispositivi da un bin più stretto o implementare una compensazione software della luminosità se il driver lo consente.
• D: Come interfaccio questo dispositivo a 14 pin a un microcontrollore con meno pin I/O?
  R: È necessario utilizzare registri a scorrimento esterni (come il 74HC595), espansori di I/O o un IC driver LED dedicato con supporto al multiplexing. Non è possibile ridurre il numero di linee di controllo richieste al di sotto di 12 per il controllo completo della matrice 5x7.

10. Caso di Studio Pratico di Progettazione

Scenario:Progettazione di un display a cifra singola per la lettura della temperatura per un controller di forno industriale che opera fino a 70°C ambiente.

• Luminosità:Selezionare un bin di intensità luminosa dall'estremità superiore (es. 2000+ µcd) per garantire la visibilità in un ambiente potenzialmente luminoso.
• Corrente di Pilotaggio:Determinare la corrente media ridotta. A Ta=70°C, la riduzione è (70-25)°C * 0.2 mA/°C = 9 mA. Pertanto, la corrente media continua massima sicura per punto è 15 mA - 9 mA = 6 mA. Il progetto deve utilizzare una corrente pulsata entro il ciclo di lavoro di 1/16 per ottenere la luminosità richiesta mantenendo lacorrentemedia a o al di sotto di 6mA per punto.
• Circuito:Utilizzare un microcontrollore per generare i segnali di multiplexing. Impiegare MOSFET N-channel lato basso per assorbire le correnti delle colonne e MOSFET P-channel lato alto o un IC driver per fornire le correnti delle righe. Calcolare le resistenze di limitazione della corrente in base alla tensione di alimentazione (es. 5V), alla V_Fdel LED alla corrente pulsata e al valore di corrente pulsata desiderato necessario per ottenere una luminosità media efficace.
• Layout:Posizionare il display lontano da altri componenti che generano calore sul PCB. Assicurarsi che il profilo di rifusione durante l'assemblaggio aderisca rigorosamente al limite di 260°C per 3 secondi.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo funziona sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione PN di un semiconduttore. Quando una tensione di polarizzazione diretta superiore alla tensione di soglia del diodo (~2.1V) viene applicata a una singola cella LED (anodo della riga alto, catodo della colonna basso), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva di AlInGaP, rilasciando energia sotto forma di fotoni con una lunghezza d'onda centrata a 650 nm (luce rossa). La disposizione a matrice 5x7 e l'architettura ad anodo/catodo comune consentono a ciascuno dei 35 punti di essere indirizzato singolarmente selezionando le appropriate linee di riga e colonna, permettendo la formazione di caratteri attraverso il multiplexing.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene display a matrice di punti LED discreti come l'LTP-1557AKD rimangano rilevanti per specifiche applicazioni robuste e sensibili al costo, la tendenza più ampia è verso l'integrazione e tecnologie avanzate. Moduli LCD e OLED a caratteri integrati con controller incorporati sono diventati standard per display più complessi. Per applicazioni che richiedono ancora LED, array LED SMD (Surface-Mount Device) e matrici LED RGB indirizzabili ad alta densità e multicolore (es. utilizzando LED tipo WS2812B) sono sempre più popolari per la loro flessibilità e facilità d'uso. Tuttavia, la semplicità, l'elevata affidabilità, l'ampio intervallo di temperatura e l'output monocromatico distinto e luminoso dei tradizionali LED a matrice di punti through-hole ne garantiscono l'uso continuo in applicazioni industriali, automobilistiche e in ambienti ostili dove le tecnologie più recenti potrebbero non soddisfare tutti i requisiti.