LTS-5701AKF LED Display Datasheet - Altezza Cifra 0.56 Pollici - Colore Giallo-Arancio - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione di Potenza 70mW - Documento Tecnico in Inglese

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-5701AKF è un display alfanumerico a sette segmenti e cifra singola, progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica o alfanumerica limitata, chiara e luminosa. La sua funzione principale è fornire un output visivo illuminando selettivamente i suoi segmenti (da A a G e un punto decimale) per formare caratteri. Il dispositivo è realizzato utilizzando la tecnologia a semiconduttore in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), cresciuto su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs). Questo sistema di materiali è scelto specificamente per la sua efficienza nella produzione di luce giallo-arancio ad alta luminosità. Il display presenta un frontalino grigio, che migliora il contrasto riducendo la riflessione della luce ambientale, e contorni dei segmenti bianchi per una chiara definizione dei caratteri quando spento. È classificato come tipo ad anodo comune, il che significa che gli anodi di tutti i segmenti LED sono collegati internamente, semplificando l'approvvigionamento di corrente nei tipici circuiti pilotati da microcontrollore.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I principali vantaggi di questo display derivano dalla sua costruzione e progettazione in AlInGaP. Offre un'elevata intensità luminosa e un eccellente contrasto, garantendo la leggibilità anche in ambienti ben illuminati. L'ampio angolo di visione è una caratteristica fondamentale per le applicazioni in cui il display può essere visto da diverse posizioni. La sua affidabilità allo stato solido, senza parti in movimento e con una robusta costruzione a semiconduttore, comporta una lunga durata operativa e resistenza a urti e vibrazioni. Il basso consumo energetico lo rende adatto per dispositivi alimentati a batteria o attenti al risparmio energetico. Questa combinazione di caratteristiche si rivolge a mercati che includono strumentazione industriale (ad esempio, misuratori da pannello, timer, contatori), elettrodomestici (ad esempio, forni a microonde, macchine per caffè), cruscotti automobilistici (per display ausiliari), apparecchiature di test e misurazione e qualsiasi sistema embedded che richieda una visualizzazione numerica semplice e affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e obiettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non rappresentano condizioni di funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento (70 mW): Questa è la quantità massima di potenza elettrica che può essere convertita in calore (e luce) da un singolo segmento senza rischio di danni. Superare questo limite, tipicamente applicando una corrente o una tensione diretta troppo elevata, può portare a surriscaldamento, invecchiamento accelerato (deprezzamento del lumen) o guasto catastrofico.
• Corrente di Picco in Avanti per Segmento (60 mA a ciclo di lavoro 1/10, impulso 0.1ms): Questa specifica consente brevi impulsi di corrente superiori al valore continuo. È utile per schemi di multiplexing o per ottenere una luminosità momentaneamente più elevata. Il ciclo di lavoro e la larghezza dell'impulso specificati sono critici; operare al di fuori di queste condizioni d'impulso a 60mA non è sicuro.
• Corrente Continua in Avanti per Segmento (25 mA): La massima corrente continua che può essere applicata a un segmento indefinitamente in condizioni di temperatura ambiente specificate. Il datasheet fornisce un fattore di derating di 0,33 mA/°C al di sopra dei 25°C. Ad esempio, a una temperatura ambiente (Ta) di 85°C, la massima corrente continua ammissibile sarebbe: 25 mA - [(85°C - 25°C) * 0,33 mA/°C] = 25 mA - 19,8 mA = 5.2 mAQuesto derating è essenziale per la gestione termica.
• Reverse Voltage per Segment (5 V): La massima tensione che può essere applicata in direzione inversa (catodo positivo rispetto all'anodo) senza causare rottura. Superarla può danneggiare la giunzione PN del LED.
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): Definisce i limiti ambientali per un funzionamento affidabile e per la conservazione in stato di non funzionamento.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in specifiche condizioni di prova (Ta=25°C salvo diversa indicazione).

• Intensità Luminosa Media (I_V): Min: 800 µcd, Tip: 1667 µcd a I_F=1mA. Questa è una misura della luminosità percepita del segmento illuminato. L'ampio intervallo indica un sistema di binning (vedere Sezione 3). I progettisti devono utilizzare il valore minimo per i calcoli di luminosità nel caso peggiore.
• Tensione diretta per segmento (V_F): Tip: 2.05V, Max: 2.6V a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce la corrente specificata. È cruciale per calcolare il valore della resistenza di limitazione di corrente richiesta: R = (V_{di alimentazione} - V_F) / I_FUtilizzando la V massima_F garantisce un margine di tensione sufficiente.
• Lunghezza d'onda di picco di emissione (λ_p): 661 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'emissione spettrale del LED è massima. Per i LED giallo-arancio AlInGaP, questa tipicamente ricade nella parte ambra/rosso-arancio dello spettro.
• Lunghezza d'onda dominante (λ_d): 605 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore della luce del LED. È un parametro più rilevante per la specifica del colore rispetto alla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ): 17 nm. Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Un valore più piccolo significa un'emissione più monocromatica (colore puro).
• Corrente Inversa per Segmento (I_R): Max: 100 µA a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo rating massimo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa: 2:1 (max). Questo specifica il rapporto massimo consentito tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di una singola cifra o tra le cifre in un sistema multi-digit. Un rapporto di 2:1 significa che il segmento più luminoso non può essere più del doppio più luminoso del più debole, garantendo un aspetto uniforme.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica afferma che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione. A causa delle variazioni intrinseche nella crescita epitassiale del semiconduttore e nella fabbricazione del chip, i LED presentano variazioni nei parametri chiave. Per garantire coerenza all'utente finale, i produttori testano e selezionano (bin) i LED in gruppi con caratteristiche strettamente corrispondenti.

Binning dell'Intensità Luminosa: L'ampio intervallo indicato per l'Intensità Luminosa Media (da 800 a 1667 µcd) suggerisce che i dispositivi vengono suddivisi in diverse categorie di intensità. Un ordine di acquisto per l'LTS-5701AKF può specificare un particolare codice di categoria di intensità (ad esempio, un livello di intensità minimo) per garantire un certo livello di luminosità per l'applicazione. I progettisti dovrebbero consultare la documentazione dettagliata del produttore sulla classificazione per i codici disponibili.

Classificazione per Lunghezza d'Onda/Colore: Sebbene non siano dettagliati esplicitamente con intervalli min/tip/max per la lunghezza d'onda dominante oltre il tipico 605 nm, i dispositivi AlInGaP sono comunemente classificati anche per il colore (lunghezza d'onda dominante o coordinate di cromaticità) per garantire una tonalità uniforme su tutti i segmenti e le cifre di un display. Variazioni al di fuori di una categoria specificata sarebbero visivamente percepibili come diverse sfumature di giallo-arancio.

4. Analisi della Curva di Prestazione

Il datasheet fa riferimento alle "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto standard e l'importanza.

Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F Curve): Questa curva non lineare mostra come V_F aumenti con I_F. Dimostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. Il "ginocchio" di questa curva si trova intorno al tipico V_F (2.05V-2.6V). Questo grafico è fondamentale per comprendere la resistenza dinamica del LED e per progettare circuiti di pilotaggio efficienti, specialmente quando si utilizza la PWM per la regolazione dell'intensità luminosa.

Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_V-I_F Curve): Questa curva mostra che l'emissione luminosa è approssimativamente proporzionale alla corrente diretta nell'intervallo di funzionamento normale. Tuttavia, l'efficienza (lumen per watt) spesso raggiunge il picco a una corrente inferiore alla massima nominale. Pilotare il LED a correnti molto elevate porta a una saturazione termica e a una ridotta efficienza.

Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a Curve): Per i LED AlInGaP, l'intensità luminosa tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva quantifica tale derating, che è fondamentale per le applicazioni che operano ad alte temperature ambientali. È direttamente correlata al fattore di derating della corrente specificato nelle Specifiche Assolute Massime.

Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda (Curva di Distribuzione Spettrale): Questa curva a campana mostrerebbe l'intensità della luce emessa lungo lo spettro, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco (661 nm) con una larghezza definita dalla semiampiezza (17 nm). Conferma le caratteristiche cromatiche del LED.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

5.1 Dimensioni del Package e Disegno

Il dispositivo utilizza un package LED standard a sette segmenti, singola cifra, a 10 pin. Le note dimensionali chiave tratte dal datasheet includono: tutte le dimensioni sono in millimetri, con tolleranze generali di ±0,25 mm salvo diversa specifica. Viene fornita una tolleranza specifica per lo spostamento della punta del pin: +/- 0,4 mm, importante per il design dell'impronta sul PCB per garantire un corretto allineamento e saldabilità. Le dimensioni esatte per altezza, larghezza, altezza della cifra (14,22 mm), dimensione del segmento e spaziatura dei pin sono definite nel disegno del package (citato ma non dettagliato nel testo). Gli ingegneri devono ottenere il disegno meccanico completo per un layout PCB accurato.

5.2 Connessione dei Pin e Identificazione della Polarità

Il pinout è chiaramente definito:

• Pin 3 e 8: Anodo Comune (CA). Questi sono internamente collegati e devono essere connessi alla tensione di alimentazione positiva.
• Pin 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10: Catodi per i segmenti E, D, C, DP (Decimal Point), B, A, F, G rispettivamente. Questi pin sono collegati a massa (o a un sink di corrente) tramite una resistenza di limitazione della corrente per illuminare il segmento corrispondente.

La descrizione "Rt. Hand Decimal" nel numero di parte suggerisce che il punto decimale si trova sul lato destro della cifra. La polarità è chiaramente indicata dalla designazione Anodo Comune. Applicare una polarità inversa (collegando CA a massa e un catodo a V+) non illuminerà il segmento e, se la tensione inversa supera i 5V, potrebbe danneggiare il dispositivo.

5.3 Schema Circuitale Interno

The referenced diagram would show the internal electrical connections: eight individual LED chips (seven segments plus decimal point), each with its anode connected to the common anode pins (3 & 8) and its cathode connected to its respective dedicated pin. This confirms the common anode topology.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il datasheet fornisce una condizione di saldatura specifica: "1/16 di pollice sotto il piano di appoggio per 3 secondi a 260°C". Questa è una specifica per la saldatura a onda. Significa che i terminali possono essere immersi in un'onda di stagno fino a una profondità di circa 1,6 mm (1/16") sotto il corpo in plastica del display per un massimo di 3 secondi, con il bagno di stagno a 260°C. Ciò impedisce che un calore eccessivo risalga lungo i terminali danneggiando i chip LED interni o l'involucro in plastica.

Considerazioni importanti:

• Saldatura a rifusione: Se si utilizza la saldatura a rifusione (comune per i componenti SMT, ma questo è un componente through-hole), il profilo termico deve essere controllato con attenzione. La temperatura massima ammissibile dell'unità durante l'assemblaggio non deve essere superata. La temperatura di picco del corpo del componente dovrebbe generalmente essere mantenuta al di sotto della temperatura massima di conservazione (85°C) o secondo un profilo di rifusione più specifico se fornito dal produttore.
• Pulizia: Dopo la saldatura, utilizzare esclusivamente agenti di pulizia compatibili con il materiale plastico del display per evitare crepe o opacizzazione.
• Manipolazione: Evitare sollecitazioni meccaniche sui piedini. Adottare le opportune precauzioni ESD (scarica elettrostatica) durante la manipolazione e l'assemblaggio.
• Conservazione: Conservare nell'intervallo di temperatura specificato (-35°C a +85°C) in un ambiente a bassa umidità e antistatico.

7. Suggerimenti applicativi e considerazioni di progettazione

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

The most common drive method is multiplexing, especially for multi-digit displays. Since it's a common anode display, the anodes (pins 3 & 8) would be connected to a microcontroller's I/O pins configured as outputs set HIGH (or to a transistor used as a high-side switch). The cathodes for all segments (A-G, DP) would be connected to current sink drivers, which could be discrete transistors, dedicated LED driver ICs (like 74HC595 shift registers with constant current, or MAX7219), or microcontroller pins with sufficient sink capability. A current-limiting resistor is required in series with each cathode path (or a single resistor per common anode if current is regulated per digit). The resistor value is calculated as: R = (V_{di alimentazione} - V_F - V_CE(sat) o V_caduta) / I_F. Utilizzare il V massimo_F per un design sicuro.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente: Utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente o un driver a corrente costante. Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione.
• Frequenza di Multiplexing: For multiplexed displays, use a refresh rate high enough to avoid visible flicker (typically >60 Hz per digit). The duty cycle determines the average current. For N digits, the peak current per segment can be up to N times the desired average current, but must not exceed the peak current rating (60mA under specified conditions).
• Angolo di Visione: Posizionare il display considerando il suo ampio angolo di visuale per garantire la visibilità all'utente finale.
• Miglioramento del Contrasto: La faccia grigia aiuta, ma in condizioni di luce ambientale elevata, considerare l'aggiunta di un filtro per il contrasto o di una protezione parasole.
• Gestione Termica: Rispettare le attuali regole di derating alle alte temperature ambientali. Garantire un'adeguata ventilazione se vengono utilizzati più display in uno spazio confinato.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altre tecnologie di display a sette segmenti:

• vs. LED standard GaAsP o GaP (Rosso, Verde): L'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore (più luce emessa per mA) e una migliore stabilità termica, garantendo display più luminosi e prestazioni più uniformi.
• vs. LCD: I LED sono emissivi (producono la propria luce), rendendoli chiaramente visibili al buio senza retroilluminazione, mentre gli LCD riflettenti richiedono luce ambientale. I LED hanno anche un tempo di risposta molto più rapido e un intervallo di temperatura operativa più ampio. Tuttavia, gli LCD consumano tipicamente molta meno energia per display statici.
• vs. VFD (Vacuum Fluorescent Displays): I VFD possono offrire alta luminosità e ampi angoli di visione, ma richiedono tensioni di pilotaggio relativamente elevate e sono più fragili. I LED sono più robusti, richiedono tensioni inferiori e hanno una durata di vita più lunga.
• All'interno dei Display AlInGaP: L'LTS-5701AKF si distingue per la sua specifica altezza cifra di 0.56", il colore giallo-arancio, la configurazione ad anodo comune, il punto decimale a destra e la sua intensità luminosa categorizzata (binned), garantendo un livello di qualità e coerenza per applicazioni professionali.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

Q1: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 5V senza una resistenza di limitazione di corrente se utilizzo il limite di corrente del pin I/O?
A: No. Fare affidamento esclusivamente sul limite di corrente interno del pin del microcontrollore non è sicuro né affidabile per il LED. Il limite del pin è per la protezione, non per impostare un punto di lavoro preciso. La tensione diretta del LED è di circa 2,1-2,6V. Collegarlo direttamente a un pin a 5V tenterebbe di forzare una corrente molto elevata, rischiando di danneggiare sia il pin del microcontrollore che il LED. È obbligatorio un resistore esterno di limitazione della corrente.

Q2: Perché ci sono due pin di anodo comune (3 e 8)?
A: Questa è una pratica progettuale comune per migliorare la distribuzione della corrente e l'affidabilità. La corrente totale di tutti i segmenti accesi confluisce nell'anodo comune. Avere due pin in parallelo riduce il carico di corrente e lo stress termico su ciascun pin singolo e sui fili di connessione interni, migliorando la longevità e consentendo una luminosità complessiva più elevata.

Q3: L'intensità luminosa è fornita a 1mA, ma la tensione diretta è fornita a 20mA. Quale devo usare per la progettazione?
A: Usare entrambi, ma per calcoli diversi. Usare la V_F @ 20mA (o la corrente operativa scelta) per calcolare il valore della resistenza in serie. Usare la I_V vs. I_F relazione (dalla curva caratteristica) per stimare la luminosità alla corrente operativa scelta. Il punto di 1mA I_V è un punto di test standardizzato per il confronto e la classificazione.

Q4: Cosa significa "Confezionamento senza piombo (secondo RoHS)"?
A: Significa che i materiali utilizzati nella costruzione del dispositivo, compresa la stagnatura dei terminali, sono conformi alla direttiva Restriction of Hazardous Substances (RoHS). Nello specifico, indica l'assenza di piombo (Pb), mercurio, cadmio, cromo esavalente e alcuni ritardanti di fiamma (PBB, PBDE) al di sopra dei livelli consentiti. Ciò è importante per la conformità ambientale nella maggior parte dei mercati globali.

10. Esempi Pratici di Progettazione e Utilizzo

Esempio 1: Display Semplice per Voltmetro a 4 Cifre. Quattro display LTS-5701AKF potrebbero essere utilizzati per visualizzare una tensione da 0,000 a 19,99V. Un microcontrollore con un ADC misurerebbe la tensione. Il display sarebbe multiplexato: il microcontrollore calcolerebbe quali segmenti accendere per ogni cifra e ciclerebbe rapidamente tra i quattro anodi comuni mentre pilota le linee catodiche condivise per i segmenti della cifra attiva. È necessario prestare attenzione a limitare la corrente di picco per segmento in base al ciclo di lavoro del multiplexing (ad es., duty cycle 1/4 = la corrente di picco può essere 4 volte la corrente media desiderata per la luminosità).

Esempio 2: Timer/Contatore Industriale. In un ambiente industriale, un dispositivo potrebbe contare gli articoli su una linea di produzione. L'alta luminosità e l'ampio angolo di visione dell'LTS-5701AKF lo rendono adatto affinché gli operatori possano vedere il conteggio da una distanza. La sua robusta costruzione allo stato solido resiste alle vibrazioni. Il progetto dovrebbe garantire che il display sia leggibile nelle condizioni di illuminazione della fabbrica, potendo richiedere l'uso di una protezione anti-riflesso.

11. Introduzione ai Principi Tecnologici

L'LTS-5701AKF è basato su Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (Al_xIn_yGa_1-x-yTecnologia dei semiconduttori AlInGaP. Questo è un semiconduttore composto III-V in cui le proporzioni relative di Alluminio (Al), Indio (In) e Gallio (Ga) determinano l'energia del bandgap del materiale. L'energia del bandgap determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa quando gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso la giunzione. L'AlInGaP è particolarmente efficiente nella produzione di luce nelle regioni gialla, arancione, ambra e rossa dello spettro. Gli strati epitassiali vengono cresciuti su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs). Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, gli elettroni vengono iniettati nella regione P e le lacune nella regione N. La loro ricombinazione nella regione attiva rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). Il frontale grigio assorbe la luce ambientale per migliorare il contrasto, mentre i contorni bianchi dei segmenti forniscono un riferimento per i segmenti non illuminati.

12. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Sebbene i display LED tradizionali a sette segmenti come l'LTS-5701AKF rimangano estremamente rilevanti per applicazioni specifiche grazie alla loro semplicità, affidabilità e convenienza, sono evidenti tendenze più ampie nella tecnologia di visualizzazione. Si osserva un generale spostamento verso una maggiore integrazione e indirizzabilità. Ciò include la proliferazione di display LED a matrice di punti e OLED che offrono capacità alfanumeriche e grafiche complete. Le soluzioni driver integrate (come i chip driver LED controllati via I2C o SPI) stanno diventando lo standard, semplificando l'interfacciamento con i microcontrollori. Per quanto riguarda i materiali, sebbene l'AlInGaP sia maturo ed efficiente per la sua gamma di colori, la ricerca continua a migliorare l'efficienza (lumen per watt), la resa cromatica e la stabilità in funzione della temperatura e della durata. Per applicazioni di nicchia che richiedono estrema semplicità, robustezza e un output numerico specifico, i display a sette segmenti discreti continueranno a essere una soluzione valida e spesso ottimale. La tendenza per tali componenti è verso consumi energetici ancora più bassi, una maggiore efficienza di luminosità e potenzialmente fattori di forma più piccoli, pur mantenendo la leggibilità.