Scheda Tecnica Display LED LTP-2157AKY-01 - Altezza Matrice 2.0 pollici (50.8mm) - Giallo Ambra - Array 5x7 Punti - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTP-2157AKY-01 è un modulo display alfanumerico a matrice di punti 5x7 con altezza matrice di 2.0 pollici (50.8 mm). È progettato per fornire una rappresentazione di caratteri chiara e ad alto contrasto per applicazioni che richiedono un output numerico o alfanumerico limitato. Il dispositivo utilizza chip LED avanzati in AS-AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) cresciuti su substrato di GaAs, noti per la loro alta efficienza e luminosità eccellente. Il display presenta una facciata nera con punti bianchi, migliorando il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. La sua applicazione principale è nell'ambito della strumentazione industriale, dell'elettronica di consumo e altri dispositivi dove è necessaria una soluzione di display compatta, affidabile e a basso consumo.

1.1 Vantaggi Principali

• Alta Luminosità & Contrasto:La tecnologia AlInGaP combinata con il design faccia nera/punti bianchi garantisce una visibilità superiore.
• Basso Requisito di Potenza:Progettato per un funzionamento efficiente, lo rende adatto per applicazioni alimentate a batteria o attente al consumo energetico.
• Affidabilità allo Stato Solido:Rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione, i LED offrono una lunga vita operativa, resistenza agli urti e prestazioni costanti.
• Aspetto Eccellente dei Caratteri:Il formato a matrice di punti 5x7 fornisce caratteri ben definiti e facilmente riconoscibili.
• Architettura di Selezione X-Y:La matrice è organizzata in una configurazione a righe (anodo) e colonne (catodo), consentendo un efficiente multiplexing e controllo con un numero ridotto di piedini di pilotaggio.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi valori è fondamentale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Limite Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliato operare al di fuori di questi limiti.

• Dissipazione di Potenza Media per Punto:35 mW. Questo limite è cruciale per la gestione termica. Superarlo può portare a surriscaldamento, riduzione dell'output luminoso e degrado accelerato del chip LED.
• Corrente Diretta di Picco per Punto:60 mA (a 1 kHz, ciclo di lavoro 25%). Questo valore si riferisce al funzionamento in impulso. La corrente media in queste condizioni è di 15 mA (60 mA * 0.25), che deve comunque rimanere al di sotto del valore nominale di corrente media.
• Corrente Diretta Media per Punto:Il valore base è 13 mA a 25°C. È importante notare che si riduce di 0.17 mA/°C. Ad esempio, a una temperatura ambiente (Ta) di 85°C, la corrente media massima ammissibile sarebbe: 13 mA - [0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 13 mA - 10.2 mA =2.8 mA. Questa forte riduzione evidenzia la necessità di un'attenta progettazione termica in ambienti ad alta temperatura.
• Tensione Inversa per Punto:5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare la rottura della giunzione.
• Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Condizioni di Saldatura:260°C per 3 secondi, con la punta del saldatore almeno 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Ciò impedisce che il calore eccessivo risalga i terminali danneggiando i chip LED interni.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche (Ta = 25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici nelle condizioni di test specificate.

• Intensità Luminosa Media per Punto (I_V):1650 (Min), 3600 (Tip) µcd. Testato a una corrente di picco (I_p) di 32 mA con un ciclo di lavoro 1/16. La corrente media effettiva è di 2 mA. L'ampio intervallo indica una potenziale selezione (binning) per la luminosità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):595 nm (Tip). Definisce la lunghezza d'onda alla quale l'output spettrale è massimo, collocandola nella regione giallo-ambra dello spettro visibile.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):592 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che corrisponde strettamente alla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm (Tip). Indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore più saturo e puro.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):
  • 2.05V (Min), 2.6V (Tip) a I_F= 20 mA.
  • 2.3V (Min), 2.8V (Tip) a I_F= 80 mA. L'aumento con la corrente è dovuto alla resistenza in serie del diodo.
• Corrente Inversa (I_R):100 µA (Max) a V_R= 5V. Una bassa corrente inversa è desiderabile.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Max). Specifica il rapporto massimo ammissibile tra il punto più luminoso e quello più debole nell'array, garantendo un aspetto uniforme.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Sebbene la scheda tecnica fornita non dettagli una struttura formale di binning commerciale, gli intervalli di parametri specificati implicano una variazione intrinseca. I progettisti dovrebbero essere consapevoli delle seguenti potenziali variazioni tra unità o lotti di produzione:

• Binning Lunghezza d'Onda/Colore:La lunghezza d'onda dominante tipica è 592 nm. Le unità possono variare leggermente attorno a questo valore, influenzando la precisa tonalità del giallo-ambra.
• Binning Intensità Luminosa (Luminosità):L'intensità luminosa ha un minimo di 1650 µcd e un valore tipico di 3600 µcd. Questa ampia diffusione suggerisce che per applicazioni che richiedono una corrispondenza precisa della luminosità, potrebbe essere necessaria una selezione o un binning a livello di assemblaggio.
• Binning Tensione Diretta:L'intervallo della tensione diretta (da 2.05V a 2.6V a 20mA) indica una variazione. Questo è importante per progettare driver a corrente costante per garantire una luminosità uniforme su tutti i segmenti senza sollecitare eccessivamente quelli con V_F dots.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche. Questi grafici, sebbene non visualizzati nel testo fornito, sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard.

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

Questa curva mostrerebbe la relazione esponenziale tipica di un diodo. I punti V_Fspecificati a 20mA e 80mA forniscono due punti dati. La curva aiuta a determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una data corrente e permette il calcolo della dissipazione di potenza (V_F* I_F).

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra come l'output luminoso aumenti con la corrente. Per i LED, la relazione è generalmente lineare in un certo intervallo ma satura a correnti molto elevate a causa dell'abbassamento termico e dell'efficienza. Operare vicino alla corrente tipica (derivata dalla specifica di picco 32mA, ciclo di lavoro 1/16) garantisce efficienza e longevità ottimali.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'output luminoso del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa caratteristica, unita alla forte riduzione della corrente (0.17 mA/°C), sottolinea l'importanza cruciale di gestire la temperatura operativa del dispositivo per mantenere luminosità e affidabilità costanti.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda mostrerebbe un picco attorno a 595 nm con una tipica larghezza a mezza altezza di 15 nm, confermando il punto colore giallo-ambra.

5. Informazioni Meccaniche & sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il modulo display ha dimensioni fisiche specifiche (fornite in un diagramma nella scheda tecnica originale). Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. I progettisti devono incorporare queste dimensioni nei loro contenitori del prodotto e nei layout PCB.

5.2 Connessione dei Piedini & Identificazione della Polarità

Il dispositivo ha una configurazione a 14 piedini. Il piedinatura è la seguente: 1. Anodo Riga 5 2. Anodo Riga 7 3. Catodo Colonna 2 4. Catodo Colonna 3 5. Anodo Riga 4 6. Catodo Colonna 5 7. Anodo Riga 6 8. Anodo Riga 3 9. Anodo Riga 1 10. Catodo Colonna 4 11. Catodo Colonna 3 (Nota: Il piedino 4 è anche Catodo Colonna 3; questo è probabilmente un errore di battitura nel testo sorgente. Il piedino 11 è presumibilmente Catodo Colonna 6 o un'altra colonna. Il diagramma circuitale interno deve essere consultato per chiarimenti.) 12. Anodo Riga 4 (Duplicato del piedino 5; probabilmente un errore di documentazione) 13. Catodo Colonna 1 14. Anodo Riga 2

Nota Critica:L'elenco dei piedini fornito contiene apparenti duplicati (Piedini 4 & 11 per Colonna 3, Piedini 5 & 12 per Riga 4). IlDiagramma Circuitale Internocitato nella scheda tecnica è la fonte autorevole per la corretta mappatura piedino-segmento e deve essere utilizzato per la progettazione. Il display utilizza una configurazione a gruppo di catodo comune secondo la descrizione \"Catodo Colonna\" e \"Anodo Riga\".

5.3 Diagramma Circuitale Interno

Lo schema mostra l'interconnessione elettrica dei 35 LED (5 colonne x 7 righe). L'anodo di ciascun LED è collegato a una linea di riga e il suo catodo a una linea di colonna. Per illuminare un punto specifico, la corrispondente linea di riga deve essere portata alta (anodo) e la linea di colonna deve essere portata bassa (catodo). Questa struttura a matrice consente il controllo di 35 punti con solo 12 linee (5 righe + 7 colonne), abilitando un multiplexing efficiente.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

• Saldatura a Rifusione:Seguire la condizione specificata: 260°C per 3 secondi. Utilizzare un profilo termico controllato per evitare shock termici.
• Saldatura Manuale:Se necessario, utilizzare un saldatore a temperatura controllata. Applicare calore al piedino, non al corpo del package, e limitare il tempo di contatto per evitare che il calore risalga nel display.
• Pulizia:Utilizzare solventi appropriati compatibili con i materiali del display (probabilmente epossidico e plastica). Evitare la pulizia ad ultrasuoni che potrebbe danneggiare i legami interni.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto, anti-statico, entro l'intervallo di temperatura specificato (-35°C a +85°C).

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Pannelli Strumenti Industriali:Visualizzazione di valori numerici per tensione, corrente, temperatura, pressione, ecc.
• Apparecchiature di Test e Misura:Display per multimetri, oscilloscopi (per impostazioni o letture di base), generatori di segnale.
• Elettrodomestici:Timer, bilance, display per apparecchi audio.
• Dispositivi Medici:Semplici display numerici su monitor o strumenti diagnostici dove l'affidabilità è fondamentale.
• Apparecchiature per il Commercio:Display dei prezzi, terminali di transazione di base.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Circuito di Pilotaggio:È necessario un microcontrollore con un numero sufficiente di pin GPIO o un IC driver LED dedicato con supporto al multiplexing. Il driver deve essere in grado di erogare corrente per le righe anodo e assorbire corrente per le colonne catodo. Resistenze di limitazione della corrente sono obbligatorie per ogni linea di riga o colonna per impostare la corrente diretta.
• Calcolo della Corrente:A causa del multiplexing, la corrente istantanea (di picco) per LED sarà più alta della corrente media desiderata. Per N righe multiplexate, la corrente di picco dovrebbe essere circa N volte la corrente media desiderata. Assicurarsi che questa corrente di picco non superi il valore limite assoluto di 60 mA.
• Gestione Termica:Rispettare la curva di riduzione della corrente. In alte temperature ambiente, ridurre la corrente di pilotaggio o migliorare la ventilazione. La facciata nera può assorbire più calore ambientale.
• Angolo di Visione:Considerare la posizione di visione prevista. I display a matrice di punti LED hanno spesso un angolo di visione ottimale limitato.
• Protezione ESD:Implementare protezioni ESD standard sulle linee di controllo, specialmente se il display è accessibile all'utente.

8. Confronto Tecnico & Differenziazione

Rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione della sua epoca (come display a fluorescenza sotto vuoto (VFD) o LCD più piccoli), il LTP-2157AKY-01 offre vantaggi distinti:

• vs. VFD:Tensione operativa più bassa, nessun filamento o driver ad alta tensione richiesto, più robusto, vita più lunga e prestazioni migliori in ambienti a bassa temperatura.
• vs. LCD:Luminosità e contrasto molto più elevati, auto-illuminante (nessun retroilluminazione necessario), intervallo di temperatura operativa più ampio e tempo di risposta più veloce. Il compromesso è un consumo energetico più elevato e una capacità limitata di visualizzare grafica complessa.
• vs. LED Standard GaP o GaAsP:L'uso della tecnologia AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa e una luminosità significativamente più elevate, risultando in una migliore visibilità in condizioni di luce intensa.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo display con una corrente costante di 20mA per punto?

R: Non direttamente in modalità statica per tutti i punti contemporaneamente, poiché ciò supererebbe il limite di dissipazione di potenza media (35 mW/punto * 35 punti = 1.225W, e 20mA * 2.6V = 52mW/punto). È necessario utilizzare il multiplexing. In un multiplexing con ciclo di lavoro 1/7 (illuminando una riga alla volta), la corrente di picco per punto potrebbe essere ~140mA per ottenere una media di 20mA, il che supera il valore nominale di picco di 60mA. Pertanto, è necessario progettare attentamente lo schema di multiplexing e la corrente di picco per rimanere entro i limiti sia medi che di picco.

D2: Perché ci sono assegnazioni duplicate dei piedini nell'elenco?

R: L'elenco testuale dei piedini nel contenuto fornito probabilmente contiene errori di documentazione. Il riferimento definitivo è ilDiagramma Circuitale Internonella scheda tecnica originale. Utilizzare sempre lo schema per il vostro progetto PCB.

D3: Come calcolo la resistenza di limitazione della corrente necessaria?

R: Per un'alimentazione a tensione costante (V_CC), utilizzare la Legge di Ohm: R = (V_CC- V_F- V_CE(sat)) / I_F. Dove V_Fè la tensione diretta del LED (utilizzare il valore massimo per sicurezza, es. 2.8V), V_CE(sat)è la tensione di saturazione del transistor di pilotaggio della colonna (se utilizzato), e I_Fè la corrente diretta desiderata. Per un progetto multiplexato, I_Fè lacorrente di picco current.

D4: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco (λ_p) è il punto fisico di massima emissione spettrale. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è il correlato psicofisico, che rappresenta la singola lunghezza d'onda che corrisponderebbe al colore percepito. Sono spesso molto vicine per i LED monocromatici.

10. Studio di Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettare un semplice display per voltmetro digitale utilizzando il LTP-2157AKY-01, pilotato da un sistema a microcontrollore a 5V in un ambiente fino a 50°C.

1. Selezione del Driver:Scegliere un microcontrollore con almeno 12 pin GPIO liberi oppure abbinare un MCU più piccolo a un registro a scorrimento seriale-parallelo e array di transistor per il pilotaggio righe/colonne.
2. Limite di Corrente:Determinare la corrente media massima per punto a 50°C: 13 mA - [0.17 mA/°C * (50-25)] = 13 mA - 4.25 mA =8.75 mA.
3. Schema di Multiplexing:Utilizzare multiplexing righe 1:7. Per ottenere una media di 8.75 mA, la corrente di picco durante il suo tempo di riga attiva dovrebbe essere ~61.25 mA (8.75 * 7). Questo è leggermente superiore al valore nominale di picco di 60 mA. Pertanto, ridurre la media target a ~8.5 mA, ottenendo un picco di 59.5 mA.
4. Calcolo della Resistenza:Assumendo una V_CE(sat)del driver di colonna di 0.2V e una V_F(max)di 2.8V. Per un'alimentazione a 5V che pilota l'anodo: R = (5V - 2.8V - 0.2V) / 0.0595 A ≈ 33.6Ω. Utilizzare una resistenza standard da 33Ω. Potenza nominale: P = I²* R = (0.0595)²* 33 ≈ 0.117W. Una resistenza da 1/4W è sufficiente.
5. Software:Implementare un interrupt di timer per ciclare attraverso le 7 righe, attivando i driver di colonna appropriati per ciascuna riga in base alla mappa dei caratteri.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo funziona sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di semiconduttore. Quando una tensione di polarizzazione diretta superiore alla tensione di soglia del diodo viene applicata a una singola cella LED (anodo riga positivo, catodo colonna negativo), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva di AlInGaP, rilasciando energia sotto forma di fotoni a una lunghezza d'onda determinata dal bandgap del materiale (~592-595 nm, giallo-ambra). La matrice 5x7 viene indirizzata attivando selettivamente una riga (anodo) alla volta mentre si forniscono percorsi di sink sulle colonne (catodi) per i punti che devono essere illuminati in quella riga. Questo processo (multiplexing) avviene più velocemente di quanto l'occhio umano possa percepire, creando un'immagine stabile di tutti i punti desiderati.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene questo prodotto specifico utilizzi la tecnologia matura AlInGaP-su-GaAs, il campo più ampio dei display LED si è evoluto significativamente. Le tendenze attuali rilevanti per questa categoria di prodotto includono:

• Miniaturizzazione:I display a matrice di punti sono disponibili con pitch dei pixel e dimensioni del package molto più piccoli.
• Matrici RGB a Colori Completi:I display moderni spesso integrano LED rosso, verde e blu in ogni pixel, abilitando grafica a colori completi.
• Driver Integrati:I moduli più recenti spesso includono l'IC driver e il controller a bordo, comunicando tramite interfacce seriali (I2C, SPI), semplificando notevolmente la progettazione del sistema host rispetto al multiplexing diretto via GPIO.
• Materiali a Maggiore Efficienza:Il passaggio da AlInGaP a materiali ancora più efficienti come InGaN per certi colori, e i continui miglioramenti nell'efficienza quantica interna e nell'estrazione della luce.
• Tecnologie Alternative:Per display alfanumerici, la tecnologia OLED (LED Organico) offre benefici auto-emissivi simili con fattori di forma potenzialmente più sottili e angoli di visione più ampi, sebbene storicamente con considerazioni diverse su vita utile e costo.

Il LTP-2157AKY-01 rappresenta una soluzione robusta e collaudata per applicazioni dove la sua specifica combinazione di dimensioni, colore, semplicità e affidabilità soddisfa i requisiti di progettazione.