Scheda Tecnica Display LED LTP-2857JD - Altezza 2.0 Pollici (50.8mm) - Rosso AlInGaP - Matrice 5x7 - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTP-2857JD è un modulo di visualizzazione alfanumerico a cifra singola, basato su una configurazione a matrice di punti 5x7. La sua funzione principale è generare caratteri e simboli visibili, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono una presentazione delle informazioni chiara e leggibile in un fattore di forma compatto. La tecnologia di base impiega materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i diodi emettitori di luce, noto per produrre un'emissione di luce rossa ad alta efficienza.

Il dispositivo presenta un frontale grigio con punti bianchi, fornendo uno sfondo ad alto contrasto per i LED rossi illuminati, il che migliora la leggibilità. Un aspetto chiave del design è la sua impilabilità, che consente di posizionare più unità affiancate orizzontalmente per formare display multi-carattere senza spazi significativi, facilitando la creazione di parole o stringhe numeriche più lunghe.

2. Approfondimento Specifiche Tecniche

2.1 Caratteristiche Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. Il dispositivo utilizza chip LED AlInGaP cresciuti su un substrato GaAs non trasparente. La tipica intensità luminosa media (Iv) per punto varia da 1300 a 3000 microcandele (µcd) quando pilotato in specifiche condizioni di test: una corrente di picco (Ip) di 32mA con un ciclo di lavoro di 1/16. Questa misura utilizza un filtro che approssima la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo che il valore corrisponda alla percezione visiva umana.

Le caratteristiche cromatiche sono definite da specifiche lunghezze d'onda. La lunghezza d'onda di emissione di picco (λp) è tipicamente di 656 nanometri (nm), mentre la lunghezza d'onda dominante (λd) è di 640 nm, definendo il colore rosso percepito. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 22 nm, indicando la purezza spettrale o la ristrettezza della banda di luce emessa.

2.2 Caratteristiche Elettriche

I parametri elettrici definiscono i limiti e le condizioni operative per il display. La tensione diretta (Vf) per qualsiasi singolo punto LED è tipicamente compresa tra 2,1 e 2,6 volt quando viene applicata una corrente diretta (If) di 20mA. La corrente inversa (Ir) è specificata con un massimo di 100 microampere (µA) quando viene applicata una tensione inversa (Vr) di 5V, indicando la dispersione nello stato di spegnimento.

La gestione della corrente è critica. I valori assoluti massimi specificano una dissipazione di potenza media per punto di 33 milliwatt (mW). La corrente diretta di picco per punto non deve superare i 90mA. La corrente diretta media per punto è nominalmente di 13mA a 25°C, con un fattore di derating di 0,17 mA/°C, il che significa che la corrente continua ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C per prevenire surriscaldamento e garantire longevità.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è progettato per un funzionamento robusto in un'ampia gamma di condizioni. L'intervallo di temperatura operativa va da -35°C a +85°C, consentendo l'impiego sia in ambienti freddi che moderatamente caldi. L'intervallo di temperatura di stoccaggio è identico. Per il montaggio, la temperatura di saldatura non deve superare i 260°C per una durata massima di 3 secondi, misurata in un punto a 1,6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del componente, una linea guida standard per i processi di saldatura a onda o a rifusione per prevenire danni ai chip LED o al package.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono categorizzati in base all'intensità luminosa. Ciò implica un processo di binning in cui le unità vengono suddivise in base alla potenza luminosa misurata (ad esempio, l'intervallo 1300-3000 µcd). Il binning garantisce coerenza all'interno di un lotto, permettendo ai progettisti di prevedere livelli di luminosità uniformi quando si utilizzano più display in un array. Sebbene non sia dettagliato esplicitamente per lunghezza d'onda o tensione in questo documento, tale categorizzazione è comune nella produzione di LED per raggruppare componenti con proprietà ottiche ed elettriche strettamente corrispondenti.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve caratteristiche elettriche/ottiche, essenziali per la progettazione dettagliata. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, tali curve includono tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione non lineare tra corrente e tensione, cruciale per progettare il circuito di pilotaggio a limitazione di corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva L-I):Illustra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente, aiutando a ottimizzare la corrente di pilotaggio per la luminosità e l'efficienza desiderate.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione del LED, aspetto vitale per la gestione termica nell'applicazione.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra l'intensità relativa della luce emessa su diverse lunghezze d'onda, confermando le lunghezze d'onda dominante e di picco.

Queste curve permettono agli ingegneri di prevedere le prestazioni in condizioni non standard e progettare sistemi robusti.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il display ha un'altezza della matrice di 2,0 pollici (50,80 mm). Il disegno delle dimensioni del package (citato ma non dettagliato nel testo) mostrerebbe la lunghezza, larghezza, spessore e passo dei piedini esatti. Tutte le tolleranze dimensionali sono ±0,25 mm (0,01 pollici) salvo diversa specifica. I dettagli di connessione dei piedini sono forniti in una tabella, che associa 14 piedini a specifiche colonne di anodo e righe di catodo della matrice 5x7. Questo piedinatura è essenziale per progettare l'impronta PCB e il circuito di pilotaggio multiplexato.

6. Schema Circuitale Interno e Metodo di Pilotaggio

Lo schema circuitale interno mostra la disposizione dei 35 singoli LED (5 colonne x 7 righe). L'anodo di ciascun LED è collegato a una linea di colonna e il suo catodo a una linea di riga. Questa architettura a matrice comune richiede un pilotaggio multiplexato. Il display non è costantemente illuminato; invece, il controller cicla rapidamente attraverso le righe (o le colonne), alimentando gli anodi di colonna appropriati per ciascun catodo di riga attivo. Il ciclo di lavoro 1/16 menzionato nella condizione di test è un tipico rapporto di multiplexing. È necessario un corretto design della frequenza di scansione per evitare sfarfallio visibile e garantire una luminosità uniforme.

7. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Come da valori assoluti massimi, il processo di saldatura deve essere controllato con attenzione. La temperatura massima di saldatura consentita è di 260°C e il tempo di esposizione al piedino non deve superare i 3 secondi. Ciò per prevenire shock termici ai chip LED, che potrebbero causare crepe nel materiale semiconduttore o degradare i bonding dei fili, portando a guasti prematuri. Si raccomanda di utilizzare una fase di pre-riscaldamento durante la saldatura a rifusione per minimizzare lo stress termico. Dovrebbero essere sempre seguite le corrette procedure di manipolazione ESD (scarica elettrostatica) durante il montaggio, poiché i LED sono sensibili all'elettricità statica.

8. Suggerimenti per l'Applicazione

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è ideale per applicazioni che richiedono un singolo carattere o simbolo altamente visibile. Usi comuni includono:

• Pannelli di controllo industriali per indicatori di stato (ad esempio, per mostrare una lettera di fase del processo).
• Apparecchiature di test e misura per visualizzare unità o identificatori di canale.
• Elettrodomestici dove è necessario un semplice codice di stato o identificatore.
• Come elemento costitutivo per display multi-carattere impilando orizzontalmente più unità.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Progettare con questo display richiede attenzione a diversi fattori:

• Circuito di Pilotaggio:È necessario un microcontrollore o un circuito integrato driver LED dedicato in grado di effettuare il multiplexing. Il circuito deve fornire corrente sufficiente (fino al valore di picco) durante il tempo di scansione attiva e includere resistori di limitazione di corrente o una sorgente a corrente costante per proteggere i LED.
• Alimentazione:La tensione di alimentazione deve essere sufficientemente alta per superare la tensione diretta dei LED più eventuali cadute nel circuito di pilotaggio. Una tensione di 5V è comunemente utilizzata con un'appropriata limitazione di corrente.
• Gestione Termica:Sebbene il display stesso possa non generare calore eccessivo, la curva di derating deve essere rispettata. In alte temperature ambientali, la corrente media deve essere ridotta. È consigliabile garantire un buon flusso d'aria attorno al display in spazi chiusi.
• Software/Firmware:Il controller deve includere una mappa dei caratteri (compatibile con ASCII o EBCDIC come indicato) e la routine di scansione multiplexata. La frequenza di aggiornamento dovrebbe essere sufficientemente alta (tipicamente >60 Hz) per prevenire sfarfallio percepibile.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione di questo specifico display, in base alla scheda tecnica, sono l'uso della tecnologia AlInGaP e la sua altezza di 2,0 pollici. Rispetto ai vecchi LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in un'emissione più brillante a parità di corrente di ingresso. L'altezza del carattere di 2,0 pollici lo rende adatto ad applicazioni in cui la distanza di visualizzazione è di diversi metri, offrendo una migliore leggibilità a lunga distanza rispetto a display più piccoli da 0,5 o 1 pollice. Il design frontale grigio/punti bianchi migliora il contrasto rispetto a package completamente neri o verdi. La sua impilabilità è una caratteristica meccanica pratica per progetti multi-cifra.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

R: Significa che ogni singolo punto LED viene alimentato solo per 1/16 del tempo totale del ciclo di scansione durante la misurazione. L'intensità specificata è il valore medio sull'intero ciclo. Nell'uso effettivo, è necessario progettare il driver multiplexato per ottenere un ciclo di lavoro effettivo simile o superiore per raggiungere la luminosità nominale.

D: Posso pilotare questo display con una corrente continua costante senza multiplexing?

R: Tecnicamente sì, collegando ciascuno dei 35 LED con il proprio resistore di limitazione di corrente a un alimentatore. Tuttavia, ciò richiederebbe 35 canali di pilotaggio, il che è altamente inefficiente in termini di numero di componenti e potenza. Il multiplexing è il metodo standard e previsto, riducendo drasticamente il numero di piedini di controllo richiesti e semplificando il progetto.

D: La tabella di connessione dei piedini sembra avere duplicati (ad esempio, Anodo Colonna 3 sui piedini 4 e 11). È un errore?

R: Probabilmente non è un errore ma una caratteristica del cablaggio interno della matrice. Potrebbe indicare che determinate linee di colonna o riga sono portate su più di un piedino del package. Ciò può fornire flessibilità di layout sul PCB, permettendo al progettista di scegliere il piedino più conveniente per la connessione. Fare sempre riferimento allo schema circuitale interno per verificare le connessioni.

D: Come calcolo il resistore di limitazione di corrente appropriato per il mio driver?

R: È necessario conoscere la tensione di alimentazione (Vs), la tensione diretta del LED (Vf, usare il massimo di 2,6V per sicurezza) e la corrente diretta desiderata (If, non superiore alla corrente media nominale di 13mA alla temperatura operativa). Il valore del resistore R = (Vs - Vf) / If. Ricorda, in una configurazione multiplexata, la corrente di picco durante il tempo di scansione attiva sarà superiore alla corrente media. Assicurarsi che la corrente di picco non superi i 90mA.

11. Esempio di Progetto e Caso d'Uso

Scenario: Costruzione di un contatore di produzione a 4 cifre per una postazione di lavoro in fabbrica.

Quattro display LTP-2857JD sono impilati orizzontalmente su un PCB. Viene utilizzato un microcontrollore a 8 bit a basso costo come controller. Il microcontrollore ha abbastanza pin I/O per pilotare direttamente le righe (7 pin) e le colonne (5 pin per cifra, ma poiché sono impilati, le linee di colonna di tutte le cifre sono collegate insieme, richiedendo solo 5 pin di colonna in totale). Il microcontrollore esegue una routine che:

1. Scansiona le sette linee di riga, attivandone una alla volta.
2. Per la riga attiva, imposta lo stato delle 5 linee di colonna per ciascuna delle 4 cifre in base al carattere da visualizzare (ad esempio, un numero).
3. Ripete questa scansione a una frequenza di 200 Hz, rendendo lo sfarfallio impercettibile.
4. Il valore del conteggio viene incrementato da un ingresso di sensore esterno.

Resistori di limitazione di corrente sono posti in serie con ciascuna linea di colonna. L'alimentazione è a 5V. La corrente media per punto LED è mantenuta al di sotto di 10mA per fornire un margine di sicurezza rispetto al valore nominale di 13mA e garantire affidabilità a lungo termine.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il principio fondamentale è l'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p si ricombinano nella regione attiva (lo strato AlInGaP). Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). La specifica composizione della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, rossa. La matrice 5x7 è formata posizionando 35 di queste microscopiche giunzioni p-n in un preciso schema a griglia. Il frontale grigio funge da diffusore e miglioratore di contrasto, mentre i punti bianchi definiscono i segmenti che diventano visibili quando illuminati.

13. Tendenze e Contesto Tecnologico

Display come il LTP-2857JD rappresentano una tecnologia matura e affidabile per la visualizzazione di informazioni basate su caratteri. Mentre i moderni OLED grafici o LCD TFT offrono una flessibilità molto maggiore per visualizzare grafica arbitraria, i display LED a matrice di punti 5x7 e simili mantengono vantaggi in nicchie specifiche: robustezza ambientale estrema (ampio intervallo di temperatura), luminosità molto elevata per la leggibilità alla luce solare, semplicità di interfaccia e lunga vita operativa senza retroilluminazione che possa guastarsi. Il passaggio dai vecchi materiali LED all'AlInGaP, come si vede in questo dispositivo, è stata una tendenza importante che ha migliorato efficienza e luminosità. Le tendenze attuali potrebbero coinvolgere l'integrazione più stretta dell'elettronica di pilotaggio con il modulo display o l'esplorazione di materiali ancora più efficienti come l'InGaN per colori diversi, ma l'architettura di base a matrice multiplexata rimane una soluzione collaudata ed efficace per molte applicazioni industriali e di strumentazione.