Scheda Tecnica Display a LED LTD-322JR - Altezza Cifra 0.3 Pollici - Tensione Diretta 2.6V - Colore Rosso Super - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-322JR è un modulo display a LED a sette segmenti e singola cifra, progettato per applicazioni che richiedono visualizzazioni numeriche chiare e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente caratteri numerici (0-9) e alcuni simboli alfanumerici limitati attraverso l'illuminazione selettiva dei singoli segmenti LED. Il dispositivo è realizzato utilizzando materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), cresciuto su un substrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio). Questa tecnologia dei materiali è scelta specificamente per la sua efficienza nella produzione di luce rossa ad alta luminosità. Il display presenta una facciata nera, che migliora significativamente il contrasto assorbendo la luce ambientale, e segmenti bianchi che si illuminano di un vivace colore rosso super quando alimentati. L'altezza fisica della cifra è di 0.3 pollici (7.62 mm), rendendolo adatto per pannelli di medie dimensioni dove la leggibilità da una distanza moderata è importante.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo display derivano dalla sua tecnologia LED AlInGaP e dal design. Offre un'elevata intensità luminosa, un'ottima resa dei caratteri con segmenti uniformi e continui, e un ampio angolo di visuale, garantendo la leggibilità da varie posizioni. Funziona con bassi requisiti di potenza, contribuendo all'efficienza energetica nell'applicazione finale. La costruzione allo stato solido garantisce un'affidabilità intrinseca e una lunga vita operativa senza parti in movimento. Questa combinazione di caratteristiche rende il LTD-322JR ideale per mercati di riferimento che includono strumentazione industriale (es. contatori da pannello, controllori di processo), elettrodomestici (es. forni a microonde, timer di lavatrici), apparecchiature di test e misura, e qualsiasi sistema embedded che richieda un'interfaccia di visualizzazione numerica resistente, luminosa e chiara.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi oggettiva e dettagliata delle specifiche del dispositivo come definite nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento illuminato in funzionamento continuo in DC.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA. Questa corrente è ammissibile solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms. Consente brevi periodi di sovralimentazione per ottenere una luminosità istantanea più elevata, come nei display multiplexati.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa è la corrente massima consigliata per il funzionamento in regime stazionario (DC) di un singolo segmento a temperatura ambiente. Il valore si riduce linearmente di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente (Ta) sopra i 25°C, il che significa che la corrente continua ammissibile diminuisce per prevenire il surriscaldamento.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può portare alla rottura della giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Conservazione:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per funzionare ed essere conservato entro questo intervallo di temperatura ambiente.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questo è un parametro critico per i processi di saldatura a onda o a rifusione per prevenire danni termici ai chip LED o al package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Intensità Luminosa Media (I_V):200 μcd (min), 600 μcd (tip) a una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Questo quantifica la luminosità percepita dell'emissione luminosa. L'ampio intervallo indica un sistema di binning per l'intensità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):639 nm (tip) a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima, collocandola nella regione del "rosso super" o "rosso-arancio" dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm (tip). Questo misura la larghezza di banda della luce emessa, indicando un colore rosso relativamente puro e monocromatico.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):631 nm (tip). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, strettamente correlata al punto colore.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.0 V (min), 2.6 V (tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi di un segmento LED quando conduce la corrente specificata. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (max) a una tensione inversa (V_R) di 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (max). Questo specifica il rapporto massimo ammissibile tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di una singola cifra, garantendo un aspetto uniforme.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

A causa delle variazioni intrinseche nel processo di fabbricazione dei semiconduttori, i singoli chip LED presentano lievi differenze nell'efficienza di emissione luminosa. Per garantire coerenza all'utente finale, i LED vengono testati e suddivisi in diversi bin di intensità in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di prova standard (es. 1mA). L'intervallo specificato da 200 a 600 μcd suggerisce l'esistenza di più bin. I progettisti possono selezionare i bin appropriati per i requisiti di uniformità di luminosità della loro applicazione. Il rapporto di corrispondenza dell'intensità di 2:1 per i segmenti all'interno di un dispositivo è una tolleranza più stretta applicata dopo il binning.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto della scheda tecnica fornito menzioni "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Sulla base del comportamento standard dei LED, queste curve illustrerebbero tipicamente le seguenti relazioni, che sono critiche per la progettazione del circuito:

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

Questo grafico mostra la relazione esponenziale tra la corrente che scorre attraverso un LED e la tensione ai suoi capi. La tensione di "ginocchio", intorno ai tipici 2.6V, è il punto in cui la corrente inizia ad aumentare significativamente. I piloti devono regolare la corrente, non la tensione, per un funzionamento stabile.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente diretta. È generalmente lineare su un ampio intervallo ma satura a correnti molto elevate a causa degli effetti termici e del calo di efficienza.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva è essenziale per le applicazioni che operano su un ampio intervallo di temperature per comprendere le esigenze di compensazione della luminosità.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~639 nm e la larghezza spettrale di ~20 nm, confermando la purezza del colore.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha un package standard a 10 piedini in linea singola (SIL). Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25 mm salvo diversa specifica. Le dimensioni chiave includono l'altezza complessiva, la larghezza, la profondità, la dimensione della finestra della cifra e la spaziatura tra i piedini (passo), che è critica per il layout del PCB.

5.2 Connessione dei Piedini e Identificazione della Polarità

Il LTD-322JR è un displayduplex a catodo comune. Ciò significa che contiene due cifre indipendenti (Cifra 1 e Cifra 2) all'interno di un unico package, ciascuna con il proprio piedino di catodo comune. Il piedinatura è la seguente:

• Piedino 1: Anodo G (Segmento G)
• Piedino 2: Nessuna Connessione
• Piedino 3: Anodo A (Segmento A)
• Piedino 4: Anodo F (Segmento F)
• Piedino 5: Catodo Comune (Cifra 2)
• Piedino 6: Anodo D (Segmento D)
• Piedino 7: Anodo E (Segmento E)
• Piedino 8: Anodo C (Segmento C)
• Piedino 9: Anodo B (Segmento B)
• Piedino 10: Catodo Comune (Cifra 1)

La configurazione a "catodo comune" significa che tutti i catodi (terminali negativi) dei LED per una data cifra sono collegati insieme internamente. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente piedino anodo deve essere portato alto (o collegato a una sorgente di corrente attraverso una resistenza), mentre il catodo comune per quella cifra deve essere collegato a massa (basso). Questa configurazione è molto comune e semplifica il multiplexing.

5.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema interno rappresenta visivamente le connessioni elettriche descritte sopra. Mostra due set di sette LED (segmenti A-G), ciascun set che condivide una connessione di catodo comune rispettivamente per la Cifra 1 e la Cifra 2. L'anodo per ogni segmento corrispondente (es. Segmento A della Cifra 1 e Segmento A della Cifra 2) ha piedini separati, consentendo un controllo indipendente.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il rispetto del profilo di saldatura specificato è fondamentale per prevenire danni.

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il valore massimo assoluto specifica una temperatura di picco di 260°C per una durata massima di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio (tipicamente la superficie del PCB). Ciò è in linea con i profili standard di rifusione senza piombo (es. IPC/JEDEC J-STD-020). Le velocità di preriscaldamento, stabilizzazione, rifusione e raffreddamento devono essere controllate secondo le specifiche di assemblaggio del PCB. Lo shock termico deve essere evitato.

6.2 Manipolazione e Conservazione

I dispositivi devono essere conservati nelle loro originali buste barriera all'umidità con essiccante in un ambiente controllato (entro l'intervallo di conservazione da -35°C a +85°C). Durante la manipolazione devono essere osservate le normali precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) per proteggere le sensibili giunzioni LED.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è ilmultiplexing. Poiché il display ha due cifre con catodi comuni separati, un microcontrollo può alternare rapidamente tra l'illuminazione della Cifra 1 e della Cifra 2. Per ogni ciclo di cifra, imposta il catodo comune appropriato a basso e applica il pattern corretto di segnali alti ai piedini anodo dei segmenti (attraverso resistenze di limitazione della corrente). La persistenza retinica dell'occhio umano fonde questi rapidi impulsi in un numero stabile a due cifre. Questo metodo riduce drasticamente il numero di pin I/O del microcontrollore richiesti rispetto al pilotaggio statico (DC).

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Resistenze di Limitazione della Corrente:Essenziali per ogni linea anodo. Il valore della resistenza (R) si calcola usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Usando il tipico V_Fdi 2.6V a 20mA e un'alimentazione di 5V, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. Spesso si usa un valore leggermente più alto (es. 150 Ω) per aumentare la longevità e tenere conto delle variazioni di V_{alimentazione} variations.
• Frequenza di Multiplexing:Dovrebbe essere abbastanza alta da evitare lo sfarfallio visibile, tipicamente sopra i 60-100 Hz. Il ciclo di lavoro per ogni cifra in un multiplex a 2 cifre è 1/2, quindi la corrente di picco può essere più alta del valore nominale DC per mantenere la luminosità media (come consentito dal valore di picco di 90mA).
• Angolo di Visuale:L'ampio angolo di visuale è vantaggioso, ma durante la progettazione del contenitore meccanico si deve considerare la direzione di visualizzazione primaria.
• Miglioramento del Contrasto:La facciata nera fornisce un contrasto intrinseco. Assicurarsi che la finestra del display o la sovrastampa non introducano riflessi o abbagliamenti che potrebbero ridurre la leggibilità.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto alle vecchie tecnologie LED come i LED rossi standard in GaAsP (Fosfuro di Arseniuro di Gallio), la tecnologia AlInGaP utilizzata nel LTD-322JR offre un'efficienza luminosa significativamente più elevata, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. Offre anche una migliore purezza del colore e stabilità nel tempo e con la temperatura. Rispetto alle alternative contemporanee, i suoi fattori di differenziazione chiave sono la specifica altezza cifra di 0.3 pollici in configurazione duplex a catodo comune, il punto colore rosso super (~639 nm) e la categorizzazione per intensità luminosa che aiuta a ottenere display uniformi quando si utilizzano più unità.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V?

Sì, ma è necessario un calcolo attento. Con un V_Fdi 2.6V, il margine di tensione (3.3V - 2.6V = 0.7V) è basso. Usando la formula R = 0.7V / I_F, per una corrente di 10mA servirebbe una resistenza da 70 Ω. A 20mA, la resistenza richiesta di 35 Ω lascia quasi nessun margine per le variazioni di V_{alimentazione}o V_F, potenzialmente oscurando il display. È più affidabile utilizzare un'alimentazione a 5V per i segmenti LED, controllata tramite transistor o un IC driver dal microcontrollore a 3.3V.

9.2 Qual è la differenza tra lunghezza d'onda "di picco" e "dominante"?

Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p):La singola lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è fisicamente la più alta.Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):La lunghezza d'onda della luce monocromatica che apparirebbe dello stesso colore dell'emissione del LED a un osservatore umano standard. È calcolata dallo spettro completo del LED e dalle funzioni di corrispondenza dei colori CIE. Per un LED a spettro stretto come questo, spesso sono valori vicini.

9.3 Come si ottiene una luminosità uniforme in multiplexing?

Assicurarsi che la routine di multiplexing abbia un tempo di accensione uguale per ogni cifra. Poiché la luminosità è proporzionale alla corrente media, è possibile regolare la corrente del segmento (tramite i valori delle resistenze o le impostazioni del driver) per compensare il ciclo di lavoro. Per un multiplex a 2 cifre con ciclo di lavoro 1/2, si potrebbe pilotare ogni segmento a 40mA di picco (entro il limite di 90mA) per ottenere una media di 20mA, corrispondente alla condizione di prova DC per la luminosità.

10. Caso di Studio di Progettazione

Scenario:Progettazione di una semplice visualizzazione a due cifre della temperatura per un controller di forno industriale. Il microcontrollore ha un numero limitato di pin I/O.
Implementazione:Il LTD-322JR è ideale. Il suo design duplex a catodo comune richiede solo 8 pin I/O per il controllo (7 anodi di segmento + 1 pin per commutare i due catodi comuni, utilizzando un transistor se necessario). L'alta luminosità e l'ampio angolo di visuale garantiscono che la temperatura sia leggibile in un ambiente di fabbrica. La tecnologia AlInGaP garantisce prestazioni stabili alle elevate temperature ambiente vicino al forno. Il progettista seleziona LED dallo stesso bin di intensità luminosa per garantire che entrambe le cifre appaiano ugualmente luminose. Le resistenze di limitazione della corrente sono calcolate per un'alimentazione di 5V e una corrente di picco multiplexata di 30mA per segmento, fornendo una visualizzazione luminosa e senza sfarfallio.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

L'AlInGaP è un semiconduttore composto III-V. Quando polarizzato direttamente, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica energia della banda proibita della lega AlInGaP determina la lunghezza d'onda della luce emessa, che in questo caso è nella regione del rosso (~639 nm). L'uso di un substrato non trasparente di GaAs aiuta a contenere la luce all'interno della struttura, dirigendone di più verso l'alto attraverso la parte superiore del chip per una maggiore efficienza di estrazione rispetto ai vecchi design con substrato trasparente. Il package in resina epossidica nera assorbe la luce diffusa, migliorando il contrasto.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene l'AlInGaP rimanga una tecnologia dominante per LED rossi, arancioni e gialli ad alta efficienza, la ricerca in corso si concentra sul miglioramento dell'efficienza a correnti di pilotaggio più elevate (riducendo il "calo di efficienza") e sull'aumento dell'affidabilità. Per i display, la tendenza è verso densità di pixel più elevate (cifre/LED discreti più piccoli) e l'integrazione dell'elettronica di pilotaggio direttamente nel package ("display intelligenti"). Tuttavia, per i display numerici segmentati standard come il LTD-322JR, la tecnologia è matura, con enfasi sulla riduzione dei costi, un binning più stretto per l'uniformità e una migliore gestione termica per applicazioni ad alta affidabilità.