Scheda Tecnica Display LED Blu LTS-3401TBE da 0.8 Pollici - Altezza Cifra 20.32mm - Tensione Diretta 3.8V - Potenza 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-3401TBE è un modulo di visualizzazione alfanumerica a sette segmenti a stato solido, progettato per applicazioni che richiedono indicazioni numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente cifre (0-9) e alcune lettere utilizzando segmenti LED indirizzabili individualmente. Il dispositivo utilizza chip LED blu basati su epitassia InGaN (Nitruro di Indio e Gallio) su substrato di zaffiro. Il display presenta una facciata grigio chiaro e un colore dei segmenti bianco, che garantisce un elevato contrasto per un'ottima leggibilità. È classificato come display di tipo anodo comune, il che significa che gli anodi di tutti i segmenti sono collegati internamente a piedini comuni, richiedendo una configurazione di pilotaggio a sink di corrente.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo display è progettato per un funzionamento a basso consumo, rendendolo adatto a dispositivi alimentati a batteria o attenti all'energia. I vantaggi chiave includono il basso requisito di corrente, con segmenti in grado di essere pilotati efficacemente con correnti fino a 1mA, e un'ottima corrispondenza dell'intensità luminosa tra i segmenti per un aspetto uniforme. L'elevata luminosità e l'ampio angolo di visuale garantiscono la visibilità da varie prospettive. La sua costruzione a stato solido offre un'elevata affidabilità e una lunga vita operativa rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione. I mercati target principali includono strumentazione portatile, elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali, apparecchiature di test e qualsiasi dispositivo che richieda un display numerico compatto e affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. In una condizione di test standard con una corrente diretta (I_F) di 10mA per segmento, l'intensità luminosa media (I_V) varia da un minimo di 6.4 millicandele (mcd) a un valore tipico di 10 mcd. Questa intensità è misurata utilizzando un sensore filtrato per corrispondere alla curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo che il valore sia correlato alla percezione umana. La lunghezza d'onda dominante (λ_d) è specificata a 470 nanometri (nm), posizionando l'emissione nella regione blu dello spettro visibile. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λ_p) è tipicamente di 468 nm, e la semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 25 nm, indicando un colore blu relativamente puro. Il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa tra i segmenti è al massimo 2:1, garantendo un' uniformità accettabile sulla cifra.

2.2 Parametri Elettrici

Le caratteristiche elettriche definiscono i requisiti e i limiti di pilotaggio. La corrente diretta continua assoluta massima per segmento è di 20 mA a 25°C, che si riduce linearmente di 0.25 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente. La corrente diretta di picco, per un funzionamento impulsivo con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms, può raggiungere 100 mA. La tensione diretta (V_F) per segmento, misurata a I_F=20mA, ha un valore massimo di 3.8 volt, con un valore tipico di 3.3 volt. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. La dissipazione di potenza massima per segmento è di 70 mW. La corrente inversa (I_R) è limitata a un massimo di 100 µA a una tensione inversa (V_R) di 5V, sebbene il dispositivo non sia destinato a un funzionamento in polarizzazione inversa continua.

2.3 Specifiche 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 lo rende adatto a varie condizioni ambientali. Una specifica di gestione critica è il limite di temperatura di saldatura: il dispositivo può resistere a un massimo di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurato 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio, informazione essenziale per l'assemblaggio PCB utilizzando processi di saldatura a rifusione.

3. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

3.1 Dimensioni e Tolleranze

Il display ha un'altezza della cifra di 0.8 pollici (20.32 mm). Tutte le dimensioni del package sono fornite in millimetri. Le tolleranze generali sono ±0.25 mm salvo diversa specifica. Le note meccaniche chiave includono una tolleranza di spostamento della punta del piedino di ±0.4 mm, limiti per materiale estraneo e contaminazione da inchiostro sulla superficie del segmento, e un limite per la flessione del riflettore (≤1% della sua lunghezza). Il diametro consigliato del foro PCB per i piedini è di 1.0 mm per garantire un corretto inserimento.

3.2 Piedinatura e Schema di Collegamento

Il dispositivo ha 18 piedini in configurazione dual-in-line (DIP). Lo schema circuitale interno conferma un'architettura ad anodo comune. Il collegamento dei piedini è il seguente: i piedini 4, 6, 12 e 17 sono collegamenti Anodo Comune. I catodi dei segmenti sono distribuiti sugli altri piedini: A (Piedino 2), B (Piedino 15), C (Piedino 13), D (Piedino 11), E (Piedino 5), F (Piedino 3) e G (Piedino 14). Inoltre, ci sono i catodi per il punto decimale sinistro (L.D.P, Piedino 7) e destro (R.D.P, Piedino 10). I piedini 1, 8, 9, 16 e 18 sono indicati come non collegati (NO PIN). Questa piedinatura è essenziale per progettare il layout PCB e il circuito di pilotaggio.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettriche e ottiche, standard per i componenti LED. Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, queste curve includono tipicamente la relazione tra corrente diretta (I_F) e tensione diretta (V_F), che è non lineare e cruciale per il progetto del driver. Un'altra curva comune mostra l'intensità luminosa in funzione della corrente diretta, dimostrando come la luminosità aumenti con la corrente. Una terza curva tipica illustra lo spostamento della lunghezza d'onda dominante o della tensione diretta rispetto alla temperatura di giunzione. Analizzare queste curve consente ai progettisti di ottimizzare le prestazioni, comprendere l'efficienza e prevedere il comportamento in diverse condizioni operative, come variazioni di temperatura o schemi di dimmerazione.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Parametri per la Saldatura a Rifusione

Come notato nelle specifiche assolute massime, il dispositivo può resistere a una temperatura di picco di saldatura di 260°C per una durata massima di 3 secondi. Ciò è in linea con i tipici profili di saldatura a rifusione senza piombo. I progettisti devono assicurarsi che il profilo termico utilizzato durante l'assemblaggio PCB non superi questo limite per prevenire danni ai chip LED interni, ai fili di connessione (bonding) o al package plastico.

5.2 Precauzioni contro le Scariche Elettrostatiche (ESD)

I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Per prevenire danni da ESD durante la manipolazione e l'assemblaggio, si raccomanda vivamente di adottare le seguenti misure: il personale dovrebbe utilizzare braccialetti conduttivi o guanti antistatici. Tutte le attrezzature, i banchi di lavoro e gli scaffali di stoccaggio devono essere correttamente messi a terra. Dovrebbe essere utilizzato un ionizzatore (soffiatore ionico) per neutralizzare le cariche statiche che possono accumularsi sulla superficie del package plastico a causa dell'attrito durante la manipolazione o lo stoccaggio. Queste precauzioni sono vitali per mantenere un'alta resa e affidabilità nella produzione.

5.3 Condizioni di Conservazione

Il dispositivo dovrebbe essere conservato entro il suo intervallo di temperatura specificato di -35°C a +85°C. È consigliabile conservare i componenti in sacchetti barriera all'umidità con essiccante se sono sensibili all'assorbimento di umidità, sebbene questo requisito specifico non sia indicato nella scheda tecnica fornita. È anche importante una manipolazione corretta per evitare stress meccanici sui piedini o sulla facciata del display.

6. Suggerimenti Applicativi

6.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTS-3401TBE è ideale per qualsiasi applicazione che richieda un display numerico compatto e a basso consumo. Usi comuni includono multimetri digitali, contatori di frequenza, display per orologi, bilance, apparecchiature di monitoraggio medico, indicatori sul cruscotto automobilistico (per informazioni non critiche) e indicatori di processo industriali. Il suo colore blu offre una buona visibilità e può essere scelto per differenziazione estetica o funzionale rispetto ai tradizionali display rossi o verdi.

6.2 Considerazioni Progettuali e Circuito

Quando si progetta un circuito di pilotaggio, deve essere considerata la configurazione ad anodo comune. Ciò comporta tipicamente il collegamento dei piedini dell'anodo comune a una tensione di alimentazione positiva (V_CC) eventualmente attraverso una resistenza di limitazione per la linea comune. Ogni catodo di segmento è quindi collegato a un IC driver in grado di assorbire la corrente di segmento richiesta. La corrente per ogni segmento deve essere limitata in base alla luminosità desiderata e alle specifiche massime. Utilizzando la tensione diretta tipica di 3.3V-3.8V, il valore della resistenza limitatrice può essere calcolato come R = (V_CC- V_F) / I_F. Per il multiplexing di più cifre, la corrente di picco deve essere gestita per rimanere entro il valore nominale di corrente impulsiva mantenendo la luminosità media. I progettisti dovrebbero anche tenere conto della specifica di diafonia massima del 2.5%, che definisce l'illuminazione non intenzionale di un segmento non selezionato.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai vecchi display a incandescenza o fluorescenti a vuoto (VFD), questo display LED offre un consumo energetico significativamente inferiore, una maggiore durata e un'affidabilità superiore grazie alla sua natura a stato solido. All'interno del segmento dei display LED, i suoi fattori di differenziazione chiave sono la specifica ottimizzazione a bassa corrente (fino a 1mA per segmento), inferiore a molti display standard, e la sua categorizzazione per intensità luminosa, che fornisce una migliore uniformità di luminosità. Il colore blu, ottenuto con la tecnologia InGaN, offre tipicamente un'efficienza più elevata e diverse opzioni estetiche rispetto ai vecchi LED rossi GaAsP. L'inclusione di punti decimali sia a sinistra che a destra aggiunge flessibilità per diverse esigenze di formattazione numerica.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra anodo comune e catodo comune?

R: In un display ad anodo comune, tutti gli anodi dei segmenti LED sono collegati insieme a un piedino comune (o più piedini), che è collegato all'alimentazione positiva. I segmenti vengono accesi applicando un segnale BASSO (massa) ai rispettivi piedini del catodo. In un display a catodo comune, i catodi sono comuni e collegati a massa, e i segmenti vengono accesi applicando un segnale ALTO ai loro anodi. L'LTS-3401TBE è di tipo anodo comune.

D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 5V?

R: Sì, ma devi utilizzare resistenze di limitazione della corrente. Poiché la tensione diretta è di circa 3.3-3.8V, è necessaria una resistenza per dissipare la tensione rimanente (es. 5V - 3.5V = 1.5V) e limitare la corrente al valore desiderato (es. per 10mA servirebbe una resistenza da 150Ω). I pin di pilotaggio del microcontrollore devono essere in grado di assorbire la corrente di segmento richiesta.

D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa"?

R: Significa che i display vengono testati e suddivisi in lotti (binning) in base alla loro emissione luminosa misurata. Ciò garantisce una luminosità più uniforme tra diverse unità dello stesso modello, portando a un aspetto più omogeneo se più display sono utilizzati in un singolo prodotto.

D: Come collego i quattro piedini dell'anodo comune?

R: Tutti i piedini dell'anodo comune (4, 6, 12, 17) dovrebbero essere collegati insieme alla stessa linea di alimentazione positiva, tipicamente attraverso una singola resistenza di limitazione se si pilotano tutti i segmenti di una singola cifra contemporaneamente. Ciò garantisce che tutti i segmenti abbiano la stessa tensione di riferimento.

9. Esempio Pratico di Progetto e Utilizzo

Consideriamo la progettazione di un semplice display per voltmetro digitale. Il convertitore analogico-digitale del microcontrollore legge una tensione, la elabora e deve visualizzare un valore a 3 cifre (es. 5.12V). Verrebbero utilizzati tre display LTS-3401TBE. I piedini dell'anodo comune di tutte e tre le cifre sarebbero collegati a tre pin I/O separati del microcontrollore configurati come uscite digitali per il controllo multiplexing. Tutti i catodi di segmento corrispondenti (tutti i segmenti 'A', tutti i segmenti 'B', ecc.) attraverso le tre cifre sarebbero collegati insieme e poi a otto pin I/O del microcontrollore (sette segmenti + un punto decimale) tramite appropriate resistenze di limitazione della corrente, probabilmente utilizzando un array di transistor o un IC driver di display dedicato per gestire l'assorbimento di corrente. Il microcontrollore cicla rapidamente (multiplexing) attraverso ogni cifra, accendendo un anodo comune alla volta mentre imposta il pattern dei catodi per quella cifra specifica. La persistenza della visione fa apparire tutte le cifre continuamente accese. Il punto decimale destro sulla cifra centrale sarebbe illuminato per mostrare la posizione decimale. La capacità a bassa corrente consente a questo schema di multiplexing di funzionare in modo efficiente senza un eccessivo assorbimento di potenza.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un display LED a sette segmenti è un assemblaggio di diodi emettitori di luce disposti in un pattern a forma di otto. Ciascuno dei sette segmenti (etichettati da A a G) è un LED individuale. Alimentando selettivamente diverse combinazioni di questi segmenti, è possibile formare i pattern per i numeri 0-9 e alcune lettere. Nell'LTS-3401TBE, questi LED sono realizzati in materiale semiconduttore InGaN depositato su un substrato di zaffiro. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo, gli elettroni e le lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica degli strati InGaN determina la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, in questo caso blu. Il design ad anodo comune semplifica il circuito di pilotaggio in molte applicazioni in cui l'alimentazione è positiva rispetto alla massa della logica di controllo.

11. Tendenze Tecnologiche e Contesto

I display LED a sette segmenti rappresentano una tecnologia di visualizzazione matura e affidabile. Mentre i display a matrice di punti e OLED/LCD grafici offrono maggiore flessibilità per mostrare caratteri e grafica arbitrari, i display a sette segmenti rimangono molto rilevanti grazie alla loro semplicità, basso costo, elevata luminosità, eccellente leggibilità in varie condizioni di illuminazione (inclusa la luce solare diretta) e consumo energetico estremamente basso in scenari statici o a basso multiplexing. La tendenza in questo segmento è verso LED più efficienti (più lumen per watt), che consentono correnti di pilotaggio ancora più basse o luminosità più elevate, e verso package a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato, sebbene package DIP a foro passante come questo siano ancora ampiamente utilizzati per prototipazione, riparazione e alcune applicazioni industriali. Il passaggio a imballaggi senza piombo e conformi RoHS, come si vede con questo dispositivo, è ormai un requisito standard del settore.