Scheda Tecnica Display LED a 7 Segmenti LTS-3361JG - Altezza Cifra 0.3 pollici (7.62mm) - Tensione Diretta 2.6V - Verde (572nm) - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-3361JG è un modulo display alfanumerico a una cifra e 7 segmenti che utilizza la tecnologia a semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). La funzione principale di questo dispositivo è fornire un output numerico e alfanumerico limitato altamente leggibile nelle apparecchiature elettroniche. La sua applicazione principale risiede in strumentazione, elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali e qualsiasi dispositivo che richieda una visualizzazione numerica chiara e luminosa.

Il dispositivo è caratterizzato da un'altezza della cifra di 0.3 pollici (7.62 mm), che offre un eccellente equilibrio tra dimensioni del display e compattezza. Presenta una faccia grigia con segmenti bianchi, una combinazione progettata per fornire un alto contrasto per una leggibilità ottimale in varie condizioni di illuminazione. L'uso del materiale AlInGaP cresciuto su un substrato non trasparente di GaAs è fondamentale per le sue prestazioni, consentendo alta luminosità ed efficienza nello spettro di lunghezza d'onda verde.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

L'LTS-3361JG offre diversi vantaggi distintivi che ne definiscono la posizione sul mercato:

• Alta Luminosità e Contrasto:I chip AlInGaP producono un'intensità luminosa compresa tra 200 e 800 µcd a una bassa corrente di pilotaggio di 1mA, garantendo la visibilità anche in ambienti molto luminosi.
• Basso Consumo Energetico:Progettato per l'efficienza, richiede una potenza minima, rendendolo adatto per applicazioni alimentate a batteria o sensibili al consumo.
• Aspetto del Carattere e Uniformità Eccellenti:I segmenti sono continui e uniformi, fornendo una cifra pulita e dall'aspetto professionale senza spazi o irregolarità.
• Ampio Angolo di Visuale:Il design ottico consente una chiara leggibilità da un'ampia gamma di angoli, migliorando l'esperienza utente.
• Affidabilità allo Stato Solido:Essendo un dispositivo a LED, offre una lunga vita operativa, resistenza agli uroni e un'affidabilità superiore alle tecnologie più datate come i display a filamento.
• Intensità Luminosa Categorizzata:I dispositivi sono classificati per intensità, consentendo ai progettisti di selezionare componenti per una luminosità uniforme tra più unità in un prodotto.

Il mercato di riferimento include i progettisti di apparecchiature di test e misura, cruscotti automobilistici (display secondari), elettrodomestici, dispositivi medici e sistemi di controllo industriale dove è richiesto un display numerico affidabile, chiaro ed efficiente.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e obiettiva dei principali parametri tecnici specificati nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Questi parametri definiscono l'emissione luminosa e le proprietà cromatiche del display.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 200 µcd (Min) a 800 µcd (Tip) a una corrente diretta (I_F) di 1mA. Questa è la luminosità percepita misurata da un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE). L'ampio intervallo indica un processo di classificazione; i progettisti devono tenere conto di questa variazione o specificare una classificazione più stretta per un aspetto uniforme.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm. Questo è il colore percepito della luce, collocandolo nella regione verde dello spettro. È un parametro chiave per applicazioni specifiche del colore.
• Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_p):571 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale è massima, molto vicina alla lunghezza d'onda dominante, indicando un'emissione verde spettralmente pura.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm (Tip). Questo misura la larghezza di banda spettrale. Un valore di 15 nm è relativamente stretto, confermando una buona purezza del colore per un LED verde.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Max). Questo è il rapporto massimo consentito tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di un singolo dispositivo. Un rapporto di 2:1 o inferiore garantisce un'uniformità accettabile sulla cifra.

2.2 Caratteristiche Elettriche

Questi parametri sono critici per il design del circuito e la gestione dell'alimentazione.

• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.6V (Max) a I_F=20mA. Il valore tipico è circa 2.05V. Questa caduta di tensione deve essere considerata quando si progetta il circuito di limitazione della corrente. Il circuito di pilotaggio deve fornire almeno 2.6V per garantire una corretta illuminazione del segmento alla corrente nominale.
• Corrente Diretta Continua per Segmento (I_F):25 mA (Max) a 25°C. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuo a un singolo segmento senza rischiare danni.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA (Max) in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Ciò consente schemi di multiplexing o sovrapilotaggi brevi per una luminosità percepita più alta.
• Derating della Corrente:La corrente continua massima deve essere ridotta linearmente di 0.33 mA/°C per temperature ambiente (T_a) superiori a 25°C. Questa è una considerazione cruciale per la gestione termica.
• Tensione Inversa per Segmento (V_R):5V (Max). Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare permanentemente la giunzione LED.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 µA (Max) a V_R=5V. Questa è la corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Dissipazione di Potenza per Segmento (P_D):70 mW (Max). Calcolata come V_F* I_F, questo limite governa il carico termico di ciascun segmento.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C. Il dispositivo è adatto per ambienti industriali e commerciali estesi.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a un massimo di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Ciò è compatibile con i profili standard di rifusione senza piombo.

3. Spiegazione del Sistema di Classificazione

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di classificazione.

• Classificazione per Intensità Luminosa:L'ampio intervallo di I_V (200-800 µcd) suggerisce che i LED vengono suddivisi in diverse classi di intensità dopo la produzione. Per applicazioni che richiedono una luminosità uniforme tra più display (ad esempio, un pannello a più cifre), è essenziale specificare componenti della stessa classe di intensità.
• Classificazione per Tensione Diretta:Sebbene non dichiarato esplicitamente come classificato, l'intervallo fornito (2.05V Tip, 2.6V Max) indica una variazione naturale. In applicazioni di precisione o grandi array, anche la corrispondenza della tensione può essere una considerazione per una distribuzione uniforme della corrente.
• Classificazione per Lunghezza d'Onda:La lunghezza d'onda dominante è specificata come un singolo valore tipico (572 nm). Per questo prodotto, la classificazione per lunghezza d'onda è probabilmente molto stretta o non è un criterio di ordinamento primario, poiché è specificato un singolo colore verde.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve standard per tali dispositivi includerebbero tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):This non-linear curve shows the relationship between applied voltage and resulting current. The \"knee\" voltage is around 2.0V, after which current increases rapidly with small voltage increases, necessitating constant-current drive for stable brightness.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Questa curva è generalmente lineare su un ampio intervallo. L'intensità luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta, consentendo di controllare la luminosità tramite PWM (Modulazione a Larghezza di Impulso) o regolazione analogica della corrente.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Per i LED AlInGaP, l'emissione luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. La specifica di derating per la corrente diretta è direttamente collegata alla gestione di questo effetto termico per mantenere luminosità e longevità.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra un picco vicino a 571-572 nm con la larghezza a mezza altezza dichiarata di 15 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il package è un contorno standard per display LED a 7 segmenti a una cifra. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Le dimensioni chiave includono l'altezza, la larghezza e la profondità complessive del package, l'altezza della cifra (7.62mm) e la spaziatura tra i segmenti. L'impronta esatta è fondamentale per il layout del PCB (Circuito Stampato).

5.2 Piedinatura e Identificazione della Polarità

L'LTS-3361JG è un dispositivo aCatodo Comune. Ciò significa che tutti i catodi dei segmenti LED sono collegati internamente a piedini comuni (Piedino 1 e Piedino 6), mentre ogni anodo di segmento ha il proprio piedino. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente piedino anodo deve essere portato a LIVELLO ALTO (tensione positiva attraverso una resistenza di limitazione), e il/i piedino/i di catodo comune devono essere collegati a MASSIMO (LIVELLO BASSO).

Collegamento dei Piedini:

1. Catodo Comune

2. Anodo F (Segmento in alto a destra)

3. Anodo G (Segmento centrale)

4. Anodo E (Segmento in basso a destra)

5. Anodo D (Segmento inferiore)

6. Catodo Comune

7. Anodo DP (Punto Decimale)

8. Anodo C (Segmento in basso a sinistra)

9. Anodo B (Segmento in alto a sinistra)

10. Anodo A (Segmento superiore)

Nota: I piedini 1 e 6 sono entrambi catodi comuni e dovrebbero essere collegati insieme sul PCB per garantire una distribuzione uniforme della corrente.

5.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema interno mostra dieci piedini collegati agli otto elementi LED (segmenti A-G più DP). I due piedini di catodo comune (1 e 6) sono collegati insieme internamente. Questa configurazione è standard per un display a una cifra a catodo comune.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

• Saldatura a Rifusione:Compatibile con i processi standard SMT a rifusione. La temperatura massima nominale di saldatura è di 260°C per 3 secondi. Si consiglia un profilo standard senza piombo con una temperatura di picco tra 245-250°C per rimanere entro questo limite.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata impostato al massimo a 350°C e limitare il tempo di contatto a meno di 3 secondi per piedino per prevenire danni termici al package plastico e ai fili di collegamento interni.
• Pulizia:Utilizzare solo agenti pulenti compatibili con l'epossidico dei LED e i materiali plastici. Evitare la pulizia a ultrasuoni a meno che non sia verificata come sicura per il package specifico.
• Precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica):Sebbene non dichiarato esplicitamente, i LED sono generalmente sensibili all'ESD. Maneggiare con appropriate precauzioni ESD (postazioni di lavoro messe a terra, braccialetti antistatici).
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura specificato (-35°C a +85°C).

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è ilmultiplexing. Per display a più cifre, un microcontrollore attiva sequenzialmente il catodo comune di ciascuna cifra mentre invia il pattern dei segmenti per quella cifra sulle linee anodo comuni. Ciò riduce significativamente il numero di piedini di pilotaggio necessari. Spesso viene utilizzato un driver a corrente costante o un array di transistor per fornire corrente sufficiente ai segmenti.

Calcolo della Resistenza di Limitazione:Essenziale per il pilotaggio diretto. Formula: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Esempio: Per un'alimentazione di 5V, V_F=2.2V, e I_F=10mA: R = (5 - 2.2) / 0.01 = 280 Ω. Utilizzare il valore standard più vicino (ad esempio, 270 Ω o 330 Ω). È necessaria una resistenza per ogni anodo di segmento se pilotato direttamente.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Controllo della Luminosità:Utilizzare il PWM sui driver di catodo o anodo per attenuare il display. Questo è più efficace ed efficiente che variare la corrente continua.
• Angolo di Visuale:Posizionare il display considerando il suo ampio angolo di visuale per garantire una visibilità ottimale per l'utente finale.
• Gestione Termica:Rispettare le linee guida di derating della corrente per applicazioni ad alta temperatura ambiente. Assicurare un'adeguata area di rame sul PCB o ventilazione se si pilota a correnti massime o vicine al massimo.
• Disaccoppiamento:Posizionare un piccolo condensatore ceramico (ad esempio, 100nF) vicino ai piedini di alimentazione del display per sopprimere il rumore, specialmente nei design multiplexati.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a tecnologie più datate come iLED rossi GaAsP, l'LTS-3361JG basato su AlInGaP offre una luminosità ed efficienza significativamente più elevate a parità di corrente. Rispetto ad alcuni moderniLED bianchi o blu con fosfori, fornisce un colore verde puro e saturo senza la complessità e la perdita di efficienza della conversione con fosfori.

La sua differenziazione principale risiede nella sua combinazione specifica:altezza cifra 0.3 pollici, configurazione a catodo comune, emissione verde pura AlInGaP e classi di intensità caratterizzate. I prodotti concorrenti potrebbero utilizzare tecnologie di chip diverse (ad esempio, InGaN per blu/verde), avere colori del package diversi (ad esempio, faccia nera) o essere ad anodo comune.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo display direttamente da un piedino di un microcontrollore a 3.3V?

R: Possibilmente, ma con cautela. Il tipico V_Fè 2.05V, e la tensione alta di uscita di un piedino GPIO (V_OH) potrebbe essere bassa fino a 2.64V con alimentazione a 3.3V. Il margine di tensione (3.3V - 2.6V = 0.7V) è minimo per una resistenza di limitazione. È più sicuro utilizzare un transistor o un driver IC per interfacciare il microcontrollore.

D2: Perché ci sono due piedini di catodo comune (1 e 6)?

R: Questo è per simmetria meccanica e una migliore distribuzione della corrente. Collegare entrambi i piedini a massa sul PCB aiuta a bilanciare il carico di corrente, potenzialmente migliorando l'uniformità della luminosità dei segmenti e l'affidabilità a lungo termine.

D3: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λ_p) è il picco fisico dello spettro luminoso emesso. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore della sorgente luminosa. Per una sorgente monocromatica come questo LED verde, sono molto vicine.

D4: Come posso ottenere una luminosità uniforme in un design a più cifre?

R: 1) Utilizzare un circuito di pilotaggio a corrente costante. 2) Implementare, se necessario, una calibrazione software o una regolazione PWM per cifra. 3) Più importante, specificare e utilizzare LED della stessa classe di intensità luminosa dal proprio fornitore.

10. Studio di Caso di Progettazione

Scenario: Progettazione di un semplice display voltmetrico a 4 cifre.

1. Selezione dei Componenti:Vengono selezionati quattro display LTS-3361JG per la loro leggibilità e il colore verde, spesso associato allo stato "acceso" o "normale".
2. Schema di Pilotaggio:Viene scelto uno schema di multiplexing. Un microcontrollore con 12 pin I/O (8 per gli anodi dei segmenti A-G, DP, e 4 per i catodi delle cifre) può pilotare l'intero display.
3. Progettazione del Circuito:Le linee anodo dei segmenti sono collegate in parallelo su tutte e quattro le cifre. I piedini di catodo comune (1 e 6) di ciascuna cifra sono collegati insieme e poi a un transistor NPN come sink. Il microcontrollore accende un transistor (cifra) alla volta mentre invia il corrispondente codice a 7 segmenti sulle linee anodo. La frequenza di refresh è impostata sopra i 60 Hz per evitare lo sfarfallio.
4. Calcolo della Corrente:Per un display multiplexato, la corrente istantanea per segmento può essere più alta per ottenere la stessa luminosità media. Se il ciclo di lavoro è 1/4 (4 cifre), per ottenere una I_{F_media}di 5mA, la corrente istantanea durante il suo tempo attivo dovrebbe essere I_{F_inst}= I_{F_media}/ Ciclo di Lavoro = 5mA / 0.25 = 20mA. Questo è entro il rating continuo ma deve essere verificato rispetto al rating di picco per la frequenza di multiplexing scelta.
5. Layout PCB:I display sono posizionati con spaziatura precisa secondo il disegno dimensionale. Le tracce per le connessioni di catodo comune sono rese più larghe per gestire la corrente cumulativa dei segmenti quando una cifra è completamente accesa (ad esempio, il numero '8').

11. Introduzione al Principio Tecnologico

L'LTS-3361JG è basato sul materiale semiconduttoreAlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Questo è un semiconduttore composto III-V in cui atomi di alluminio, indio, gallio e fosforo sono disposti in un reticolo cristallino. Quando polarizzato direttamente, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva della giunzione PN, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). Il rapporto specifico di Al, In, Ga e P nel cristallo determina l'energia del bandgap, che detta direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per l'emissione verde intorno a 572 nm, è richiesta una composizione precisa.

I chip sono fabbricati su unsubstrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio). Questo substrato assorbe parte della luce generata, ma il sistema di materiali AlInGaP stesso è altamente efficiente. La luce è emessa dalla superficie superiore del chip. La faccia grigia e il diffusore bianco dei segmenti del package aiutano a migliorare il contrasto assorbendo la luce ambientale e disperdendo efficientemente la luce verde emessa dal chip, rispettivamente.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene questo prodotto specifico utilizzi la tecnologia AlInGaP matura e affidabile, le tendenze più ampie del mercato dei display LED includono:

• Maggiore Efficienza:La ricerca in corso nella scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantistica interna (IQE) e l'efficienza di estrazione della luce (LEE) di tutti i colori dei LED, riducendo il consumo energetico a parità di luminosità.
• Miniaturizzazione:C'è una tendenza verso pitch di pixel più piccoli e display ad alta densità, sebbene per dispositivi a 7 segmenti autonomi, la dimensione di 0.3 pollici rimanga uno standard popolare per la leggibilità.
• Integrazione:Sempre più display integrano il driver IC direttamente nel package del modulo, semplificando il circuito esterno per i progettisti.
• Tecnologie Alternative:Per applicazioni a colori completi o ad alta risoluzione, tecnologie come MicroLED e OLED avanzati si stanno evolvendo. Tuttavia, per display numerici a una cifra semplici, robusti, luminosi e a basso costo, i LED basati su AlInGaP e InGaN rimangono dominanti grazie alla loro affidabilità, longevità e semplicità.

L'LTS-3361JG rappresenta una soluzione ben ottimizzata nella sua nicchia, bilanciando prestazioni, costo e affidabilità basandosi su fisica dei semiconduttori e tecniche di packaging consolidate.