Scheda Tecnica Display LED 7 Segmenti LTS-5701AJF Giallo-Arancio 0.56 Pollici - Altezza Cifra 14.22mm - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-5701AJF è un modulo display LED a sette segmenti, monocifra, ad alte prestazioni. La sua funzione principale è fornire una rappresentazione chiara e luminosa di numeri e caratteri alfanumerici limitati nei dispositivi elettronici. La tecnologia di base si fonda sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), progettato specificamente per emettere luce nello spettro giallo-arancio. Questo sistema di materiali è noto per la sua alta efficienza e luminosità eccellente rispetto a tecnologie più datate come il Fosfuro di Gallio (GaP) standard. Il dispositivo presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, che migliora significativamente il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. È progettato con una configurazione ad anodo comune, semplificando la progettazione del circuito in molte applicazioni basate su microcontrollore dove pilotare la corrente in sourcing è più semplice.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il display offre diversi vantaggi distintivi che lo rendono adatto a un'ampia gamma di applicazioni:

• Dimensione Ottimale del Carattere:Con un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm), garantisce un'ottima visibilità a distanza mantenendo un ingombro compatto.
• Prestazioni Ottiche Superiori:L'uso di chip AlInGaP garantisce alta luminosità e alto contrasto. I segmenti continui e uniformi assicurano un aspetto del carattere coerente e gradevole, senza punti scuri o irregolarità.
• Ampio Angolo di Visione:Il design consente una chiara visibilità da un'ampia gamma di angoli, aspetto critico per strumenti da pannello, strumentazione ed elettronica di consumo.
• Funzionamento a Basso Consumo:Richiede una corrente diretta relativamente bassa per raggiungere una buona intensità luminosa, risultando energeticamente efficiente e adatto a dispositivi alimentati a batteria.
• Affidabilità Migliorata:Essendo un dispositivo a stato solido, offre alta affidabilità, lunga durata operativa e resistenza a urti e vibrazioni rispetto a display meccanici o a fluorescenza sotto vuoto.
• Garanzia di Qualità:I dispositivi sono categorizzati (binnati) per intensità luminosa, garantendo coerenza nella luminosità tra i lotti di produzione per un aspetto uniforme del pannello.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

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

2.1 Valori Assoluti Massimi

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 e dovrebbe essere evitato per un progetto affidabile.

• Dissipazione di Potenza per Segmento (70 mW):Questa è la massima quantità di potenza che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED in funzionamento continuo. Superare questo limite rischia di surriscaldare la giunzione del semiconduttore, portando a un degrado accelerato o a un guasto catastrofico.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento (60 mA, ciclo di lavoro 1/10, impulso 0.1ms):Questo valore consente brevi impulsi di corrente più elevata per ottenere picchi momentanei di luminosità, ad esempio in display multiplexati o per evidenziare. Le severe limitazioni sul ciclo di lavoro e sulla larghezza dell'impulso sono critiche; la corrente media deve comunque rispettare il valore continuo.
• Corrente Diretta Continua per Segmento (25 mA):La corrente massima consigliata per il funzionamento in regime stazionario, non impulsivo, di un singolo segmento. Un fattore di derating lineare di 0.33 mA/°C è specificato sopra i 25°C di temperatura ambiente (Ta). Ciò significa che se la temperatura ambiente sale a 50°C, la massima corrente continua ammissibile sarebbe: 25 mA - ((50°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 8.25 mA =16.75 mA.
• Tensione Inversa per Segmento (5 V):La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa attraverso un segmento LED. Superarla può causare breakdown e danneggiare la giunzione PN. Una corretta progettazione del circuito dovrebbe includere protezioni se sono possibili transitori di tensione inversa.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio (-35°C a +85°C):Definisce i limiti ambientali per un funzionamento affidabile e lo stoccaggio non operativo.
• Temperatura di Saldatura (260°C per 3 secondi):Fornisce indicazioni per i processi di saldatura a onda o a rifusione, specificando la temperatura massima in un punto specifico per un tempo limitato per prevenire danni al package plastico e ai bonding interni.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche (a Ta=25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test specificate. Sono utilizzati per i calcoli di progetto e le aspettative di prestazione.

• Intensità Luminosa Media (I_V):320-900 μcd a I_F=1mA. Questa è la misura della luminosità percepita dall'occhio umano. L'ampio intervallo (Min: 320, Tip: 900) indica un processo di binning. I progettisti devono utilizzare il valore minimo per i calcoli di luminosità nel caso peggiore per garantire la visibilità in tutte le condizioni.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):611 nm (tipica) a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale è più forte. Rientra nella regione giallo-arancio dello spettro visibile.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605 nm (tipica) a I_F=20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce emessa. È leggermente inferiore alla lunghezza d'onda di picco, cosa comune per LED con spettri più ampi.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):17 nm (tipica) a I_F=20mA. Questo parametro indica la purezza del colore. Un valore di 17 nm è moderatamente ampio, risultando in un colore giallo-arancio saturo ma non monocromatico.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05V (Min), 2.6V (Tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. È cruciale per calcolare il valore della resistenza di limitazione: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare il valore tipico o massimo garantisce che la corrente non superi il livello desiderato.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (Max) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Max). Specifica la massima variazione di luminosità ammissibile tra segmenti diversi della stessa cifra o tra cifre diverse in un display multi-cifra. Un rapporto di 2:1 significa che il segmento più luminoso non deve essere più del doppio più luminoso del più debole, garantendo un aspetto uniforme.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "Categorizzati per Intensità Luminosa". Questo si riferisce a un processo di binning o selezione post-produzione.

• Binning per Intensità Luminosa:A causa delle variazioni naturali nella crescita epitassiale del semiconduttore e nel processo di fabbricazione del chip, l'emissione luminosa dei LED può variare. Dopo la produzione, i dispositivi vengono testati e suddivisi in diversi bin in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. 1mA). L'intervallo specificato da 320 a 900 μcd probabilmente comprende diversi bin. I produttori possono offrire codici bin specifici per applicazioni che richiedono un abbinamento di luminosità preciso.
• Selezione per Tensione Diretta:Sebbene non menzionato esplicitamente come parametro binnato, l'intervallo dato per V_F(da 2.05V a 2.6V) è tipico. Per progetti ad altissimo volume o sensibili, i componenti possono anche essere selezionati per tensione diretta per garantire un consumo di potenza e caratteristiche termiche coerenti su un display.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto della scheda tecnica fornita menzioni "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Basandosi sul comportamento standard dei LED, queste curve illustrerebbero tipicamente le seguenti relazioni, vitali per comprendere le prestazioni del dispositivo in condizioni non standard:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione esponenziale. La curva si sposta con la temperatura; V_Fdiminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione per una data corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Generalmente mostra una relazione quasi lineare a correnti basse, con possibile saturazione o calo di efficienza a correnti molto elevate. Questo grafico è utilizzato per selezionare la corrente di funzionamento per un livello di luminosità desiderato.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente (e quindi di giunzione). Questo è critico per progetti che operano in ambienti a temperatura elevata.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~611 nm e la larghezza a mezza altezza di ~17 nm, definendo le esatte caratteristiche cromatiche.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package e Piedinatura

Il dispositivo è alloggiato in un package standard per display LED a sette segmenti, monocifra, a 10 pin. La scheda tecnica fornisce un disegno dimensionale dettagliato (non riprodotto qui) con tutte le misure critiche in millimetri. Le caratteristiche principali includono l'altezza, larghezza e profondità complessive, la dimensione della finestra della cifra, la spaziatura dei terminali (pitch) e il piano di appoggio. Le tolleranze sono tipicamente ±0.25 mm salvo diversa indicazione. La connessione dei pin è chiaramente definita:

1. Pin 1: Catodo E
2. Pin 2: Catodo D
3. Pin 3: Anodo Comune
4. Pin 4: Catodo C
5. Pin 5: Catodo D.P. (Punto Decimale)
6. Pin 6: Catodo B
7. Pin 7: Catodo A
8. Pin 8: Anodo Comune
9. Pin 9: Catodo F
10. Pin 10: Catodo G

Lo schema circuitale interno mostra che tutti i LED di segmento (A-G e DP) hanno i loro anodi collegati internamente ai due pin di anodo comune (3 e 8), che sono anch'essi collegati internamente. Questo design ad anodo comune significa che per illuminare un segmento, il suo corrispondente pin catodo deve essere portato a livello basso (collegato a massa o a una tensione inferiore) mentre i pin anodo sono mantenuti a una tensione positiva attraverso una resistenza di limitazione.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

I valori assoluti massimi specificano una condizione di saldatura: 260°C per 3 secondi, misurati 1/16 di pollice (circa 1.59 mm) sotto il piano di appoggio. Questo è un riferimento standard per la saldatura a onda. Per la saldatura a rifusione, un profilo standard senza piombo con una temperatura di picco non superiore a 260°C è appropriato. È cruciale evitare stress termici eccessivi, che possono crepare il package epossidico, danneggiare l'attacco interno del die o rompere i sottili fili di bonding che collegano il chip ai terminali. Il preriscaldamento è raccomandato per minimizzare lo shock termico. Dopo la saldatura, il dispositivo dovrebbe essere lasciato raffreddare gradualmente. Per lo stoccaggio, l'intervallo specificato di -35°C a +85°C in un ambiente asciutto e non condensante dovrebbe essere mantenuto per preservare la saldabilità e prevenire l'assorbimento di umidità (che può causare "popcorning" durante la rifusione).

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTS-5701AJF è ideale per applicazioni che richiedono letture numeriche chiare e affidabili:

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri digitali, frequenzimetri, alimentatori, display per sensori.
• Controlli Industriali:Strumenti da pannello per temperatura, pressione, portata, RPM e display di variabili di processo.
• Elettronica di Consumo:Orologi, timer, display per elettrodomestici da cucina, indicatori di livello per apparecchi audio.
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e display per sistemi ausiliari (non per strumentazione primaria a causa dei requisiti di certificazione di temperatura e affidabilità).
• Dispositivi Medici:Display di parametri semplici su apparecchiature di monitoraggio non critiche (soggetti alle opportune approvazioni normative).

7.2 Considerazioni Progettuali e Implementazione del Circuito

• Limitazione della Corrente:Una resistenza deve essere collegata in serie con l'anodo comune (o gli anodi) o con ciascun catodo per limitare la corrente diretta a un valore sicuro (es. 10-20 mA). Il valore della resistenza è calcolato utilizzando la tensione di alimentazione (V_CC), la tensione diretta del LED (V_F) e la corrente desiderata (I_F): R = (V_CC- V_F) / I_F. Utilizzare il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica per un progetto conservativo che garantisce che la corrente non superi mai il target.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, viene quasi sempre utilizzata una tecnica di multiplexing per minimizzare il numero di pin sul microcontrollore di pilotaggio. Ciò comporta l'illuminazione di una cifra alla volta in rapida sequenza. La persistenza della visione fa apparire il display continuamente acceso. Durante il multiplexing, la corrente di picco per segmento può essere più alta (entro il valore impulsivo di 60mA) per compensare il ridotto ciclo di lavoro e mantenere la luminosità media. Il progetto deve garantire che la corrente media e la dissipazione di potenza per segmento siano entro i limiti continui.
• Pilotaggio con Microcontrollore:I display ad anodo comune sono facilmente pilotabili da pin di porta di microcontrollore configurati come uscite open-drain o open-collector che assorbono corrente verso massa. In alternativa, driver LED dedicati o array di transistor (es. ULN2003) possono essere utilizzati per una maggiore capacità di corrente o una logica più semplice.
• Angolo di Visione e Montaggio:Considerare l'angolo di visione previsto dell'utente quando si progetta il foro del pannello e la profondità di montaggio per sfruttare l'ampio angolo di visione del display.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il principale elemento di differenziazione dell'LTS-5701AJF è l'uso del materiale AlInGaP per l'emissione giallo-arancio. Rispetto ai vecchi LED gialli GaP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi a parità di corrente o luminosità equivalente a potenza inferiore. Rispetto ai LED rossi GaAsP o AllnGaP, fornisce un colore distinto che può essere più facile da leggere in certe condizioni di luce ambientale e può essere preferito per specifici requisiti di codifica colore estetica o funzionale. La dimensione della cifra di 0.56 pollici lo colloca in una categoria comune per i pannelli strumenti, offrendo un buon equilibrio tra dimensione e leggibilità.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Quale valore di resistenza devo usare con un'alimentazione da 5V per pilotare un segmento a 15mA?

R1: Utilizzando il valore massimo di V_Fdi 2.6V per un progetto sicuro: R = (5V - 2.6V) / 0.015A = 2.4V / 0.015A = 160 Ω. Il valore standard più vicino di 150 Ω o 180 Ω sarebbe adatto. Verificare sempre la luminosità e la corrente effettive nel circuito.

D2: Posso collegare insieme i due pin di anodo comune?

R2: Sì, i pin 3 e 8 sono collegati internamente. Collegarli insieme sul PCB è una pratica standard e aiuta a distribuire la corrente, potenzialmente migliorando l'uniformità della luminosità.

D3: Come visualizzo il numero "7"?

R3: Per visualizzare "7", è necessario illuminare i segmenti A, B e C. Pertanto, con una configurazione ad anodo comune, applicare una tensione positiva (attraverso una resistenza di limitazione) all'anodo comune (o agli anodi), e collegare i pin catodo per A (pin 7), B (pin 6) e C (pin 4) a massa (livello logico basso).

D4: Perché la corrente continua massima derating sopra i 25°C?

R4: Il limite di dissipazione di potenza è fisso. All'aumentare della temperatura ambiente, la differenza di temperatura tra la giunzione del LED e l'aria ambiente (il gradiente termico) diminuisce, rendendo più difficile dissipare il calore. Per evitare che la temperatura di giunzione superi il suo limite di sicurezza, la potenza ammissibile (e quindi la corrente per una data V_F) deve essere ridotta.

10. Esempio Pratico di Progetto

Scenario: Progettazione di un display voltmetrico a 4 cifre.

Viene utilizzato un microcontrollore con un numero limitato di pin I/O. I quattro display LTS-5701AJF sono collegati in una configurazione multiplexata. I catodi di segmento (A-G, DP) di tutte e quattro le cifre sono collegati in parallelo. Il pin di anodo comune di ciascuna cifra è controllato da un transistor NPN separato pilotato da un pin del microcontrollore. Il microcontrollore utilizza un interrupt del timer per ciclare tra le cifre ogni 2-5 millisecondi. Calcola i dati di segmento per la cifra attiva e li invia a una porta collegata ai catodi comuni tramite resistenze di limitazione. Per mantenere una buona luminosità con un ciclo di lavoro di 1/4, la corrente di picco del segmento durante il suo tempo attivo potrebbe essere impostata a 25-30 mA (ben al di sotto del valore impulsivo di 60mA), risultando in una corrente media di ~6-7.5 mA per segmento, che è sicura e fornisce un'ampia luminosità. Il progetto deve includere il calcolo del derating se si prevede che il dispositivo operi in un ambiente caldo.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

L'LTS-5701AJF si basa su un composto semiconduttore III-V, Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (Al_xIn_yGa_1-x-yP). I rapporti specifici di questi elementi determinano l'energia della banda proibita del materiale, che determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. In questo caso, la composizione è progettata per una banda proibita corrispondente a fotoni giallo-arancio (~605-611 nm). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione PN, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. Essi si ricombinano in modo radiativo, rilasciando energia sotto forma di luce. L'uso di un substrato di GaAs non trasparente aiuta ad assorbire la luce dispersa, migliorando il contrasto. Il frontale grigio e i segmenti bianchi sono realizzati in epossidico stampato con pigmenti diffusori, che aiutano a distribuire uniformemente la luce su ciascun segmento e migliorano il contrasto rispetto allo sfondo spento.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display a sette segmenti discreti rimangano rilevanti per molte applicazioni, la tendenza generale nella tecnologia dei display è verso l'integrazione e la flessibilità. Ciò include:

Integrazione:Moduli multi-cifra con driver IC integrati (es. con interfaccia SPI/I2C) stanno diventando più comuni, semplificando l'interfacciamento con il microcontrollore.

Materiali:Sebbene l'AlInGaP sia efficiente per il rosso-arancio-giallo, materiali più recenti come l'InGaN (per blu/verde/bianco) offrono efficienze ancora più elevate. Display ibridi o matrici LED a colori indirizzabili stanno guadagnando popolarità per la visualizzazione di informazioni più complesse.

Form Factor:C'è una costante spinta verso package più sottili, luminosità più elevata per la leggibilità alla luce solare e consumi energetici più bassi per dispositivi portatili. Tuttavia, la fondamentale semplicità, robustezza e convenienza dei LED a sette segmenti standard come l'LTS-5701AJF ne garantisce l'uso continuato in una vasta gamma di applicazioni dove è richiesta una semplice uscita numerica.