Scheda Tecnica Display LED LTS-3861JF - Altezza Cifra 0.3 Pollici (7.62mm) - AlInGaP Giallo Arancio - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-3861JF è un modulo display LED a singola cifra, a 7 segmenti più punto decimale a destra. La sua funzione principale è fornire un output numerico e alfanumerico limitato, chiaro e altamente visibile, nei dispositivi elettronici. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per i chip LED, noto per produrre luce ad alta efficienza nella regione giallo-arancio dello spettro. Il dispositivo presenta una faccia grigia con segmenti bianchi, migliorando contrasto e leggibilità. È progettato con una configurazione ad anodo comune, semplificando il circuito di pilotaggio in molte applicazioni basate su microcontrollore.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo display derivano dalla sua costruzione e design in AlInGaP. Offre elevata luminosità ed eccellente contrasto, rendendolo adatto per applicazioni dove la visibilità in varie condizioni di illuminazione è critica. L'ampio angolo di visione garantisce che il display rimanga leggibile anche da posizioni fuori asse. Il suo basso consumo energetico e l'affidabilità allo stato solido lo rendono ideale per un uso a lungo termine nell'elettronica di consumo e industriale. I mercati principali includono pannelli di strumentazione, apparecchiature punto vendita, elettrodomestici, unità di controllo industriale e dispositivi di comunicazione dove è necessario un semplice e affidabile display numerico.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva delle caratteristiche elettriche e ottiche specificate nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

L'intensità luminosa è categorizzata, con un valore tipico di 600 microcandele (ucd) a una corrente diretta di 1mA. Questo parametro è misurato utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo che il valore sia correlato alla percezione umana della luminosità. La lunghezza d'onda dominante è di 605 nanometri (nm), posizionando l'output saldamente nella gamma di colore giallo-arancio. La semilarghezza della linea spettrale è di 17 nm, indicando un colore relativamente puro e saturo con una diffusione spettrale minima. Il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa tra i segmenti è specificato a 2:1, garantendo un aspetto uniforme sulla cifra.

2.2 Parametri Elettrici

La tensione diretta per chip LED è tipicamente di 2.60 Volt a 20mA. I progettisti devono tenere conto dell'intervallo della tensione diretta (da 2.05V a 2.60V) quando progettano il circuito limitatore di corrente per garantire una luminosità uniforme tra i lotti di produzione. La corrente inversa è specificata con un massimo di 100 microampere a 5V di polarizzazione inversa. È di fondamentale importanza notare che questa condizione di tensione inversa è solo per scopi di test; il dispositivo non è progettato per un funzionamento continuo in polarizzazione inversa. I valori massimi assoluti definiscono i limiti operativi: dissipazione di potenza di 70mW per segmento, una corrente diretta di picco di 90mA in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, impulso 0.1ms) e una corrente diretta continua di 25mA a 25°C, ridotta linearmente di 0.33 mA/°C al di sopra di tale temperatura.

2.3 Classificazioni Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -35°C a +85°C, con un identico intervallo di temperatura di conservazione. Questo ampio intervallo supporta l'impiego in ambienti soggetti a significative variazioni di temperatura. La classificazione della temperatura di saldatura è cruciale per l'assemblaggio: la temperatura del corpo del componente non deve superare il suo valore massimo durante la saldatura, con una linea guida di 260°C per 5 secondi per i terminali a 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio.

3. Sistema di Binning e Categorizzazione

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono categorizzati per intensità luminosa. Ciò significa che le unità sono testate e suddivise in diversi bin in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di test standard (tipicamente 1mA o 20mA). Questo consente ai progettisti di selezionare componenti con luminosità uniforme per una data applicazione. Sebbene codici bin specifici non siano dettagliati in questo estratto, la specifica del rapporto di corrispondenza dell'intensità 2:1 garantisce che i segmenti all'interno di un singolo dispositivo abbiano una luminosità ragionevolmente uniforme. I progettisti dovrebbero consultare il produttore per informazioni dettagliate sul binning se è richiesta un'elevata uniformità di luminosità tra più display.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Nella scheda tecnica sono referenziate le tipiche curve di prestazione. Questi grafici sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo oltre le specifiche puntuali a 25°C. Tipicamente includono:

• Curva IV (Corrente vs. Tensione):Mostra la relazione tra tensione diretta e corrente diretta. Questa curva è non lineare e cruciale per progettare il corretto resistore limitatore di corrente o driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Illustra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente. Aiuta a determinare la corrente di pilotaggio ottimale per un livello di luminosità desiderato, considerando la dissipazione di potenza e la durata.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione. Questo è critico per applicazioni che operano ad alte temperature ambiente o ad alte correnti di pilotaggio.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a 611nm e la larghezza spettrale.

Queste curve consentono agli ingegneri di prevedere le prestazioni in condizioni reali, non ideali.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il display ha un'altezza della cifra di 0.3 pollici (7.62 mm). Il disegno delle dimensioni del package fornisce dati meccanici critici per il design dell'impronta PCB e il montaggio nel contenitore. Sono indicate le tolleranze chiave: ±0.25mm per la maggior parte delle dimensioni e una tolleranza di spostamento della punta del pin di ±0.4 mm. Il diametro del foro PCB consigliato per i pin è di 1.40 mm. La scheda tecnica include anche note sul controllo qualità riguardanti i livelli accettabili di materiale estraneo, bolle nel segmento, piegatura del riflettore e contaminazione dell'inchiostro superficiale.

5.1 Pinout e Schema Circuitale

Il dispositivo ha una configurazione a 10 pin in fila singola. Lo schema circuitale interno mostra un design ad anodo comune, dove gli anodi di tutti i LED per una data cifra sono collegati insieme. La tabella di connessione dei pin è essenziale per un cablaggio corretto:
Pin 1: Anodo Comune
Pin 2: Catodo F (segmento)
Pin 3: Catodo G (segmento)
Pin 4: Catodo E (segmento)
Pin 5: Catodo D (segmento)
Pin 6: Anodo Comune (collegato internamente al Pin 1)
Pin 7: Catodo D.P. (Punto Decimale)
Pin 8: Catodo C (segmento)
Pin 9: Catodo B (segmento)
Pin 10: Catodo A (segmento)
I due pin anodo (1 e 6) aiutano nella distribuzione della corrente e possono essere collegati insieme sul PCB.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Rifusione e Saldatura Manuale

Per i processi di saldatura automatizzati, la condizione specificata è di 260°C per 5 secondi, misurata a 1.6mm sotto il piano di appoggio. Per la saldatura manuale, è consentita una temperatura del saldatore più alta di 350°C ±30°C, ma il tempo di contatto deve essere limitato a 5 secondi. Superare questi profili tempo-temperatura può danneggiare l'epossidica interna, i chip LED o i bonding dei fili.

6.2 Conservazione e Manipolazione

Sebbene non dettagliato esplicitamente nell'estratto, si applicano le normali precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) ai dispositivi LED. Dovrebbero essere conservati in imballaggio anti-statico in un ambiente controllato entro l'intervallo di temperatura di conservazione specificato (da -35°C a +85°C) per prevenire l'assorbimento di umidità e altri degradi.

7. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Essendo un display ad anodo comune, gli anodi sono tipicamente collegati a una tensione di alimentazione positiva (Vcc) attraverso un resistore limitatore di corrente o, preferibilmente, pilotati da una sorgente di corrente costante o da un pin di microcontrollore configurato come sorgente di corrente (se entro le sue capacità). I pin catodo sono collegati a massa (sink di corrente) per accendere un segmento. Questo è l'opposto di un display a catodo comune. Il multiplexing di più cifre è una tecnica comune per risparmiare pin I/O, dove gli anodi vengono commutati rapidamente mentre vengono presentati i pattern catodo corrispondenti.

7.2 Avvertenze Critiche di Progetto

La sezione "Avvertenze" evidenzia diversi punti vitali:
1. La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. È sempre necessario un resistore in serie o un circuito attivo a corrente costante per prevenire la fuga termica e la distruzione.
2. Considerare la Variazione della Tensione Diretta:Il circuito deve essere progettato per fornire la corrente di pilotaggio desiderata su tutto l'intervallo di VF (da 2.05V a 2.60V).
3. Evitare la Polarizzazione Inversa:Il circuito di pilotaggio dovrebbe incorporare una protezione (come un diodo in parallelo) per prevenire picchi di tensione inversa durante i cicli di accensione.
4. Gestione Termica:La corrente di pilotaggio deve essere ridotta per alte temperature ambiente. Una corrente eccessiva o un'alta temperatura operativa portano a un degrado accelerato dell'emissione luminosa e a un guasto prematuro.
5. Ambito di Applicazione:Il dispositivo è destinato a equipaggiamenti elettronici standard. Per applicazioni critiche per la sicurezza (aviazione, medicale, ecc.), sono necessarie consultazione e qualificazione specifiche.

8. Affidabilità e Test

Il dispositivo è sottoposto a una serie completa di test di affidabilità basati su standard militari (MIL-STD), giapponesi (JIS) e interni. Questi includono:
- Test di Vita Operativa (RTOL):1000 ore alla corrente massima nominale.
- Test di Stress Ambientale:Conservazione ad Alta Temperatura/Umidità, Conservazione ad Alta/Bassa Temperatura, Ciclatura Termica e Shock Termico.
- Test di Robustezza del Processo:Test di Resistenza alla Saldatura e Saldabilità.
Questi test convalidano la capacità del dispositivo di resistere alle sollecitazioni della produzione, conservazione e funzionamento a lungo termine.

9. Confronto e Differenziazione

La differenziazione primaria del LTS-3861JF risiede nell'uso della tecnologia AlInGaP per l'emissione giallo-arancio. Rispetto a tecnologie più vecchie come il GaAsP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta e una migliore stabilità termica, risultando in un'emissione più luminosa e uniforme. Il design faccia grigia/segmenti bianchi fornisce un contrasto superiore rispetto ai package completamente diffusi. La sua dimensione della cifra di 0.3 pollici mira a una nicchia specifica tra display più piccoli e meno leggibili e quelli più grandi e ad alto consumo.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la differenza tra anodo comune e catodo comune?
R: In un display ad anodo comune, tutti gli anodi dei LED sono collegati insieme a Vcc, e i segmenti vengono accesi facendo sink di corrente (portando il catodo a livello basso). Nel catodo comune, tutti i catodi sono collegati a massa, e i segmenti vengono accesi facendo source di corrente (portando l'anodo a livello alto). Il circuito di pilotaggio deve corrispondere al tipo.

D: Come calcolo il valore del resistore limitatore di corrente?
R: Usa la Legge di Ohm: R = (V_alimentazione - VF_LED) / I_desiderata. Usa il VF massimo dalla scheda tecnica (2.60V) per garantire corrente sufficiente all'estremo basso dell'intervallo VF. Per un'alimentazione a 5V e una corrente desiderata di 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohm. Controlla sempre la potenza nominale del resistore: P = I^2 * R.

D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore?
R: Dipende dalla capacità di source/sink di corrente del pin del MCU. Molti MCU possono fare sink di più corrente di quanta ne possano fare source. Per un display ad anodo comune (sink di corrente), potresti essere in grado di pilotarlo direttamente se la corrente del segmento (es. 10-20mA) rientra nella specifica di sink corrente per pin del MCU e nel limite totale del package. Spesso viene utilizzato un IC driver (es. registro a scorrimento 74HC595 con driver sink TPIC6B595, o un driver LED dedicato) per il multiplexing e per fornire corrente più elevata.

11. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progettare un semplice display per timer digitale.
Vengono utilizzate quattro cifre LTS-3861JF per mostrare minuti e secondi (MM:SS). Viene scelto un microcontrollore con un numero limitato di pin I/O.Implementazione:Utilizza il multiplexing. Collega insieme tutti i catodi di segmento corrispondenti (A, B, C, D, E, F, G, DP) delle quattro cifre. Queste otto linee si collegano a otto pin del microcontrollore configurati come uscite (per fare sink di corrente). Il pin anodo comune di ogni cifra è collegato a un pin separato del microcontrollore tramite un piccolo transistor NPN (es. 2N3904) in grado di gestire la corrente totale della cifra (fino a 8 segmenti * 20mA = 160mA). Il microcontrollore cicla rapidamente accendendo un transistor (abilitando una cifra) mentre invia il pattern di segmenti per quella cifra sulle linee catodo. Una frequenza di refresh >100Hz previene il flicker visibile. I resistori limitatori di corrente sono posizionati sulle linee catodo o sui percorsi anodo.

12. Principio Tecnologico

L'AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) è un semiconduttore composto III-V. Quando polarizzato direttamente, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Il rapporto specifico di Al, In, Ga e P nel reticolo cristallino determina l'energia della banda proibita, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per la luce giallo-arancio (~605nm), viene utilizzata una composizione specifica. L'AlInGaP viene cresciuto su un substrato di GaAs. È noto per l'alta efficienza quantistica interna e le buone prestazioni a temperature elevate rispetto ad altri sistemi di materiali per i colori rosso-giallo.

13. Tendenze del Settore

La tendenza nei display LED discreti è verso una maggiore efficienza, gamme di colori più ampie e l'integrazione con la tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Mentre l'AlInGaP rimane dominante per l'ambra e il rosso ad alte prestazioni, i dispositivi basati su AllnGaN si stanno spingendo ulteriormente nello spettro del verde e del giallo. C'è anche un generale spostamento del settore verso moduli LED a visione diretta con passo più fine per display di grandi dimensioni, riducendo la domanda di cifre segmentate discrete in alcune applicazioni. Tuttavia, per display numerici semplici, a basso costo e altamente affidabili in dispositivi industriali e di consumo, i display LED segmentati come il LTS-3861JF rimangono una soluzione robusta e pratica grazie alla loro semplicità, durata e facilità di interfaccia.