Scheda Tecnica Display LED LTS-3861JS - Altezza Cifra 0.3 Pollici - Giallo AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 40mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-3861JS è un modulo di visualizzazione alfanumerica a una cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono indicazioni numeriche o alfanumeriche limitate, chiare e ad alta visibilità. La sua funzione principale è convertire segnali elettrici in un pattern di luce segmentato visibile, che rappresenta numeri e alcune lettere. La tecnologia di base si fonda sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), specificamente progettato per emettere luce nella regione di lunghezza d'onda del giallo. 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 una facciata grigia e marcature dei segmenti bianche, che lavorano in sinergia con l'emissione gialla per creare un carattere ad alto contrasto e facilmente leggibile, specialmente in varie condizioni di illuminazione ambientale.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il display offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto a una gamma di applicazioni industriali e consumer. L'alta luminosità e l'eccellente rapporto di contrasto garantiscono la leggibilità anche in ambienti molto luminosi. L'ampio angolo di visione consente di vedere il display chiaramente da varie posizioni, aspetto cruciale per strumenti a pannello e strumentazione. L'affidabilità allo stato solido della tecnologia LED significa una lunga durata operativa, resistenza a urti e vibrazioni e un tempo di risposta rapido. Il basso requisito di potenza lo rende compatibile con circuiti logici digitali a bassa tensione o alimentati a batteria. I mercati e le applicazioni tipiche includono apparecchiature di test e misura (multimetri, oscilloscopi), pannelli di controllo industriali, indicatori per cruscotti automobilistici, elettrodomestici consumer e qualsiasi dispositivo elettronico dove sia necessario un display numerico compatto e affidabile.

2. Parametri Tecnici e Interpretazione Oggettiva

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni fotometriche sono centrali per la funzionalità del display. L'Intensità Luminosa Media (Iv) è specificata tra 200 e 600 microcandele (µcd) con una corrente diretta (If) di 1 mA. Questo intervallo indica un processo di categorizzazione o binning per la luminosità. Il valore tipico probabilmente si colloca al centro di questo range. La Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λp) è 588 nm e la Lunghezza d'Onda Dominante (λd) è 587 nm, entrambe misurate a If=20mA. Questi valori collocano saldamente l'output nella regione del giallo puro dello spettro visibile. La Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ) di 15 nm indica una larghezza di banda spettrale relativamente stretta, risultando in un colore giallo saturo e puro senza una significativa diffusione nelle lunghezze d'onda verdi o arancioni adiacenti. Il Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa massimo di 2:1 specifica la variazione ammissibile di luminosità tra i diversi segmenti della stessa cifra, garantendo un aspetto uniforme.

2.2 Parametri Elettrici

Le caratteristiche elettriche definiscono l'interfaccia tra il display e il circuito di pilotaggio. La Tensione Diretta per Segmento (Vf) ha un valore tipico di 2.6V e un massimo di 2.6V a If=20mA. Questo è un parametro critico per progettare le resistenze limitatrici di corrente o i circuiti driver a corrente costante. La bassa tensione diretta è vantaggiosa per la progettazione di sistemi a bassa tensione. La Corrente Inversa per Segmento (Ir) è un massimo di 100 µA con una Tensione Inversa (Vr) di 5V, indicando la corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente, aspetto importante per circuiti multiplexati. I Valori Assoluti Massimi forniscono limiti invalicabili: una Corrente Diretta Continua per Segmento di 25 mA (deratata sopra i 25°C), una Corrente Diretta di Picco di 60 mA in condizioni pulsate e una Dissipazione di Potenza Massima per Segmento di 40 mW. Superare questi valori può causare un degrado immediato o graduale del chip LED.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per un Intervallo di Temperatura Operativa da -35°C a +85°C. Questo ampio range lo rende adatto all'uso in ambienti severi, sia interni che esterni. L'Intervallo di Temperatura di Stoccaggio è identico. La classificazione della temperatura di saldatura è cruciale per l'assemblaggio: il dispositivo può sopportare una temperatura massima di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata in un punto 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del package. Questo definisce il profilo di saldatura a rifusione che deve essere utilizzato durante l'assemblaggio del PCB per prevenire danni termici al die interno, ai bond dei fili o al package plastico.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è \"Categorizzato per Intensità Luminosa\". Questo si riferisce a un processo di binning o selezione eseguito durante la produzione. A causa delle variazioni intrinseche nei processi di crescita epitassiale del semiconduttore e di fabbricazione del chip, i LED dello stesso lotto di produzione possono avere output ottici leggermente diversi. Per garantire coerenza all'utente finale, le unità prodotte vengono testate e suddivise in diversi \"bin\" in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (probabilmente 1mA o 20mA). L'intervallo specificato di 200-600 µcd rappresenta la distribuzione tra i bin offerti per questo prodotto. I progettisti devono essere consapevoli che la luminosità effettiva di un'unità specifica rientrerà in questo intervallo predefinito. Le specifiche spettrali strette (lunghezza d'onda) suggeriscono che anche il binning del colore è strettamente controllato, garantendo una tonalità gialla uniforme su tutte le unità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve tipiche per un tale dispositivo sarebbero essenziali per una progettazione approfondita. Normalmente includerebbero:Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V): Questa curva non lineare mostra la relazione tra la tensione applicata al LED e la corrente risultante. È cruciale per determinare il valore appropriato della resistenza in serie per ottenere la corrente operativa desiderata.Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva L-I): Questo grafico mostra come l'output luminoso aumenta con l'aumentare della corrente di pilotaggio. È generalmente lineare in un certo intervallo ma satura ad alte correnti.Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente: Questa curva mostra come l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione del LED. Comprendere questa derating è vitale per applicazioni che operano ad alte temperature ambientali.Curva di Distribuzione Spettrale: Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che conferma visivamente la stretta larghezza a mezza altezza di 15nm e il picco a 588nm.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

Il dispositivo utilizza un formato standard DIP (Dual In-line Package) a una cifra, 10 pin, visione laterale. Le dimensioni del package sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm. L'altezza della cifra di 0.3 pollici (7.62mm) si riferisce alla dimensione fisica del carattere illuminato. La facciata grigia e i segmenti bianchi fanno parte dello stampaggio plastico. Lo Schema di Connessione dei Pin è critico: mostra una configurazione ad anodo comune con due pin di anodo comune (1 e 6) per ridondanza o minore densità di corrente per pin. Gli altri pin (2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) sono i catodi rispettivamente per i segmenti F, G, E, D, Punto Decimale, C, B e A. Lo schema circuitale interno conferma che tutti i segmenti LED della cifra condividono una connessione positiva comune (anodo) e ogni segmento ha la propria connessione negativa (catodo). Questa configurazione è tipicamente pilotata da un driver IC di tipo \"sink\" che mette a massa il catodo del segmento da accendere.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La linea guida chiave per l'assemblaggio è la specifica della temperatura di saldatura: 260°C massimo per 3 secondi a 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questo si traduce in un profilo standard di saldatura a rifusione senza piombo (es. IPC/JEDEC J-STD-020). Il profilo deve garantire che il corpo del componente non superi questo limite di temperatura/tempo per prevenire danni alla resina epossidica, al chip LED o ai bond interni dei fili. Per la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata e il tempo di contatto dovrebbe essere minimizzato. Dovrebbero essere osservate le normali precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione e l'assemblaggio, poiché i chip LED sono sensibili all'elettricità statica. Lo stoccaggio dovrebbe avvenire in un ambiente asciutto e a temperatura ambiente entro l'intervallo specificato di -35°C a +85°C, preferibilmente in sacchetti per dispositivi sensibili all'umidità (MSD) se la durata di conservazione è prolungata.

7. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

Il numero di parte è LTS-3861JS. Il prefisso \"LTS\" probabilmente denota un prodotto display Lite-On, \"3861\" è la serie/modello specifico e \"JS\" può indicare il colore (Giallo) e lo stile del package. La scheda tecnica non specifica i dettagli del confezionamento sfuso (tubi, vassoi o bobine), ma tali display sono comunemente forniti in tubi antistatici o ammo pack per l'inserimento automatizzato, o in bobine per il posizionamento automatizzato tape-and-reel. L'etichetta sul confezionamento includerebbe tipicamente il numero di parte, la quantità, il codice data e, se applicabile, il codice del bin di intensità luminosa.

8. Raccomandazioni per l'Applicazione

Circuiti di Applicazione Tipici: La configurazione ad anodo comune è meglio pilotata da un microcontrollore o da un driver IC dedicato con uscite open-drain o open-collector. Una resistenza limitatrice di corrente deve essere collegata in serie con ogni pin catodico (o ogni uscita del driver). Il valore della resistenza è calcolato usando R = (Vcc - Vf) / If, dove Vcc è la tensione di alimentazione, Vf è la tensione diretta del LED (usare 2.6V per il margine di progetto) e If è la corrente diretta desiderata (es. 10-20 mA per piena luminosità). Per multiplexare più cifre, gli anodi comuni vengono commutati sequenzialmente (scansionati) mentre i catodi appropriati vengono pilotati per ogni cifra.Considerazioni di Progettazione: 1)Limitazione di Corrente: Utilizzare sempre resistenze in serie o driver a corrente costante. 2)Gestione del Calore: Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata ventilazione se si opera ad alte temperature ambientali o ad alta corrente continua. 3)Angolo di Visione: Montare il display considerando la linea di vista dell'utente previsto rispetto all'ampio angolo di visione specificato. 4)Controllo della Luminosità: La luminosità può essere regolata variando la corrente diretta (entro i limiti) o utilizzando la modulazione di larghezza di impulso (PWM) sul driver.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il principale elemento di differenziazione del LTS-3861JS è l'uso del materiale AlInGaP per l'emissione gialla. Rispetto alla vecchia tecnologia GaP:Y (Fosfuro di Gallio drogato per il giallo), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio, o luminosità simile a potenza inferiore. Fornisce anche una purezza e saturazione del colore superiori. Rispetto a un LED bianco filtrato o a conversione di fosfori utilizzato dietro un filtro colorato per ottenere il giallo, il giallo a emissione diretta AlInGaP è più efficiente e ha un punto colore più stabile al variare della temperatura e della corrente. L'altezza della cifra di 0.3 pollici è una dimensione standard, che offre un buon equilibrio tra leggibilità e consumo di spazio sulla scheda, posizionandosi tra display più piccoli da 0.2 pollici e quelli più grandi da 0.5 o 0.56 pollici.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Che valore di resistenza devo usare per un'alimentazione a 5V?R: Per una corrente target di 20mA e una Vf di 2.6V, R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohm. Una resistenza standard da 120Ω o 150Ω sarebbe adatta.D: Posso pilotarlo direttamente da un pin di un microcontrollore?R: Non è consigliato alimentare la corrente per l'anodo comune da un pin MCU, poiché la corrente totale della cifra (es. 8 segmenti * 20mA = 160mA) supera le specifiche del pin. Utilizzare l'MCU per controllare un transistor o un driver IC. Sinkare la corrente catodica (per segmento) tramite un pin MCU può essere possibile se la specifica di sink di corrente del pin (es. 25mA) non viene superata per segmento.D: Perché ci sono due pin di anodo comune (1 e 6)?R: Per ridondanza e per distribuire la corrente totale dell'anodo. Quando tutti i segmenti sono accesi, la corrente totale fluisce nell'anodo comune. Avere due pin riduce la densità di corrente per pin, migliora l'affidabilità e fornisce una connessione di backup. Dovrebbero essere collegati insieme sul PCB.D: Cosa significa il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa di 2:1?R: Significa che il segmento più luminoso della cifra non sarà più del doppio più luminoso del segmento più debole nelle stesse condizioni di test, garantendo uniformità visiva.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Indicatore Digitale per Voltmetro Semplice: Un progettista sta creando un display voltmetro DC a 3 cifre. Sceglie tre display LTS-3861JS. L'ADC del microcontrollore legge la tensione, la converte in un valore e pilota i display. Viene utilizzato un driver IC dedicato per display a 7 segmenti (come il MAX7219 o un registro a scorrimento multiplexato) per interfacciare i pochi pin I/O dell'MCU con le 24 linee dei segmenti (3 cifre * 8 segmenti) e le 3 linee di anodo comune. Il driver IC gestisce la scansione multiplexata, aggiornando sequenzialmente ogni cifra ad alta frequenza per evitare lo sfarfallio. Il progettista calcola le resistenze in serie in base alla tensione di uscita del driver e alla luminosità desiderata. Il layout del PCB posiziona i display in fila, con un'attenta disposizione delle tracce per evitare diafonia. La facciata grigia e i segmenti gialli forniscono un aspetto classico e ad alto contrasto da strumento. L'ampio intervallo di temperatura operativa garantisce la funzionalità in un ambiente di officina.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il principio di funzionamento fondamentale si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Il chip AlInGaP consiste di strati di composti di alluminio, indio, gallio e fosfuro cresciuti epitassialmente su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs). Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale intrinseco della giunzione (circa 2V), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica energia del bandgap della lega AlInGaP determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, che in questo caso è gialla (~587-588 nm). Il substrato GaAs non trasparente assorbe qualsiasi luce emessa verso il basso, migliorando il contrasto prevenendo riflessioni interne che potrebbero sbiadire i segmenti.

13. Tendenze e Contesto Tecnologico

La tecnologia AlInGaP rappresenta un avanzamento significativo nell'efficienza dei LED visibili per i colori rosso, arancione, ambra e giallo. Ha largamente sostituito le vecchie tecnologie GaAsP e GaP nelle applicazioni critiche per le prestazioni. La tendenza nella tecnologia dei display è verso una maggiore integrazione e miniaturizzazione. Mentre display discreti a 7 segmenti come il LTS-3861JS rimangono vitali per molte applicazioni, c'è un uso crescente di display LED a matrice di punti e OLED per una maggiore flessibilità nella visualizzazione di grafica e testo. Tuttavia, per indicazioni numeriche semplici, luminose, a basso costo e altamente affidabili, i LED dedicati a 7 segmenti come questo, specialmente con materiali efficienti come l'AlInGaP, continuano a svolgere un ruolo forte e duraturo nel design elettronico grazie alla loro semplicità, robustezza ed eccellente leggibilità.