Scheda Tecnica Display LED LTD-2701JD - Altezza Cifra 0.28 Pollici - Iper Rosso - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-2701JD è un modulo display a diodi luminosi (LED) a due cifre e sette segmenti. La sua funzione principale è fornire una lettura numerica chiara e leggibile per vari dispositivi e apparecchiature elettronici. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre un'emissione Iper Rossa, caratterizzata da elevata luminosità ed eccellente purezza del colore. Il dispositivo presenta una faccia grigia con segmenti bianchi, migliorando il contrasto e la leggibilità in diverse condizioni di illuminazione. È progettato come tipo a catodo comune, una configurazione standard per semplificare i circuiti di pilotaggio a multiplex nelle applicazioni multi-cifra.

1.1 Caratteristiche Chiave e Vantaggi Principali

• Altezza della Cifra:0.28 pollici (7.0 mm), offrendo una dimensione bilanciata per una buona visibilità senza consumo eccessivo di spazio.
• Uniformità dei Segmenti:Segmenti continui e uniformi garantiscono un aspetto dei caratteri coerente su entrambe le cifre.
• Efficienza Energetica:Basso fabbisogno di potenza, rendendolo adatto per applicazioni alimentate a batteria o attente al consumo energetico.
• Prestazioni Ottiche:Elevata luminosità e alto rapporto di contrasto contribuiscono a un'ottima leggibilità dei caratteri.
• Angolo di Visione:Ampio angolo di visione che consente la leggibilità da varie posizioni.
• Affidabilità:La costruzione a stato solido offre una lunga vita operativa e resistenza a urti e vibrazioni.
• Binning:I dispositivi sono categorizzati (binnati) per intensità luminosa, consentendo una luminosità uniforme in configurazioni multi-display.
• Conformità Ambientale:Package privo di piombo conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.2 Mercato di Riferimento e Applicazioni

Questo display è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie. Le aree applicative tipiche includono, ma non sono limitate a:

• Strumenti di test e misura (multimetri, alimentatori).
• Elettrodomestici (forni a microonde, forni, lavatrici).
• Quadri di controllo industriali e timer.
• Display di stato per apparecchiature di comunicazione.
• Accessori per il mercato dei ricambi automobilistici (es. monitor di tensione).
• Terminali di vendita e letture numeriche di base.

Si nota specificamente che è richiesta consultazione per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio vite o salute, come in sistemi di aviazione, medicali o di sicurezza critica.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Oggettiva

2.1 Valori Nominali Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a o sotto questi limiti non è garantito.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW. Superare questo valore può portare a surriscaldamento e degrado accelerato del chip LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1 ms). Questo valore nominale è per impulsi di breve durata, non per funzionamento continuo.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente deve essere deratata linearmente di 0.33 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) sale sopra i 25°C per prevenire la fuga termica.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo può resistere a questi estremi ma le prestazioni ottiche varieranno con la temperatura.
• Condizione di Saldatura:260°C per 3 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Questo guida i processi di saldatura a onda o rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C in condizioni di test specificate.

• Intensità Luminosa Media (I_V):200-600 µcd a I_F=1mA. Questo ampio intervallo indica l'effetto del processo di binning; i progettisti dovrebbero considerare il valore minimo per i calcoli di visibilità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica emessa è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano per corrispondere al colore della luce, con una tolleranza di ±1 nm.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm. Questo definisce la purezza spettrale; una larghezza più stretta indica un colore più monocromatico.
• Tensione Diretta per Chip (V_F):2.1V (Min), 2.6V (Tip) a I_F=20mA, con una tolleranza di ±0.1V. Questo è critico per il progetto del circuito di pilotaggio, specialmente quando si multiplexano più cifre, per garantire una corrente costante.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA a V_R=5V. La scheda tecnica avverte esplicitamente che la tensione inversa è solo per scopi di test e deve essere evitato il funzionamento continuo in polarizzazione inversa.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:Massimo 2:1 per aree luminose simili a I_F=10mA. Questo specifica la massima variazione di luminosità ammissibile tra i segmenti all'interno di un display.
• Cross Talk (Diafonia):≤ 2.5%. Questo si riferisce all'illuminazione indesiderata di un segmento non pilotato a causa di dispersione elettrica o accoppiamento ottico.

2.3 Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica afferma che il prodotto è \"Categorizzato per Intensità Luminosa\". Ciò implica un processo di binning in cui i LED sono ordinati in base all'output luminoso misurato (in µcd) a una corrente di test standard (probabilmente 1mA o 10mA). Si raccomanda vivamente di utilizzare display dello stesso bin di intensità in un'assemblaggio per evitare differenze di luminosità evidenti (disuniformità di tonalità) tra unità adiacenti. I progettisti dovrebbero specificare il bin richiesto o lavorare con i fornitori per garantire la coerenza per applicazioni multi-display.

3. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

3.1 Dimensioni del Package

Il display è conforme a un formato standard DIP (Dual In-line Package) a foro passante. Note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri (mm).
• La tolleranza standard è ±0.25 mm salvo diversa specificazione.
• La tolleranza di spostamento della punta del piedino è ±0.4 mm, importante per l'allineamento dei fori del PCB.
• Difetti ammissibili sulla faccia del display: materiale estraneo sul segmento ≤10 mils, contaminazione da inchiostro ≤20 mils, bolle nel segmento ≤10 mils.
• La flessione del riflettore è limitata a ≤1% della sua lunghezza.

3.2 Connessione dei Piedini e Identificazione della Polarità

Il dispositivo ha 10 piedini in una singola fila. Il piedinatura è la seguente:

• Piedino 1: Anodo per il segmento E
• Piedino 2: Anodo per il segmento D
• Piedino 3: Anodo per il segmento C
• Piedino 4: Anodo per il segmento G (segmento centrale)
• Piedino 5: Anodo per il Punto Decimale (DP)
• Piedino 6: Catodo Comune per la Cifra 2 (cifra di destra)
• Piedino 7: Anodo per il segmento A
• Piedino 8: Anodo per il segmento B
• Piedino 9: Catodo Comune per la Cifra 1 (cifra di sinistra)
• Piedino 10: Anodo per il segmento F

La descrizione \"Punto Decimale a Destra\" conferma che il punto decimale è associato alla cifra di destra. La configurazione a catodo comune significa che tutti i catodi dei LED per una cifra sono collegati internamente. Per illuminare un segmento, deve essere applicata una tensione positiva al suo rispettivo piedino anodo mentre il piedino catodo comune della cifra corrispondente è portato a massa.

3.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema interno mostra due set indipendenti di sette LED (più un LED per il punto decimale), ciascun set che condivide una connessione a catodo comune (Piedini 6 e 9). Questa struttura è fondamentale per il multiplexing: abilitando sequenzialmente un catodo (cifra) alla volta e presentando il pattern per quella cifra sulle linee anodo, più cifre possono essere controllate con meno pin I/O.

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 tipiche per tali dispositivi includerebbero:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta (V_F) e corrente diretta (I_F). La curva si sposterà con la temperatura.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Mostra che l'output luminoso è approssimativamente lineare con la corrente su un intervallo, ma saturerà a correnti più elevate e si degraderà più velocemente a causa del calore.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra la diminuzione dell'output luminoso all'aumentare della temperatura di giunzione, evidenziando la necessità di gestione termica e derating della corrente.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~650nm e la larghezza a mezza altezza di ~20nm.

Queste curve sono essenziali per progettare driver che forniscano una luminosità stabile nell'intervallo di temperatura operativa previsto.

5. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Stoccaggio

5.1 Saldatura e Assemblaggio

• Seguire il profilo di saldatura specificato (260°C per 3 secondi).
• Evitare l'uso di strumenti o metodi inadatti che applicano una forza anomala al corpo del display.
• Se viene applicata una pellicola decorativa, evitare che sia a diretto contatto con un pannello frontale/copertura, poiché una forza esterna potrebbe spostarla.

5.2 Condizioni di Stoccaggio

Uno stoccaggio corretto è fondamentale per prevenire l'ossidazione dei piedini.

• Display LED Standard (A Foro Passante):Nella confezione originale. Temperatura: 5°C a 30°C. Umidità: Inferiore al 60% UR. Lo stoccaggio a lungo termine al di fuori di queste condizioni potrebbe richiedere la ri-placcatura dei piedini ossidati. Se la busta barriera all'umidità viene aperta per >6 mesi, si consiglia di eseguire un baking a 60°C per 48 ore prima dell'uso, con assemblaggio entro una settimana.
• Display LED SMD (Nota per riferimento):In busta sigillata: 5-30°C,<60% UR. Una volta aperta: stesse condizioni, ma deve essere utilizzato entro 168 ore (7 giorni, MSL Livello 3).

6. Considerazioni Progettuali e Precauzioni per l'Applicazione

6.1 Progettazione del Circuito di Pilotaggio

• Pilotaggio a Corrente Costante:Fortemente raccomandato rispetto al pilotaggio a tensione costante per garantire un'intensità luminosa costante indipendentemente dalle variazioni di V_Ftra i segmenti e con la temperatura.
• Limitazione di Corrente:Il circuito deve limitare la corrente entro il valore nominale continuo (25mA a 25°C, deratato). Superare questo valore causa un degrado rapido.
• Intervallo di Tensione:Il driver deve adattarsi all'intero intervallo di V_F(circa 2.0V a 2.7V per segmento) per fornire la corrente desiderata.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Il circuito dovrebbe proteggere da tensioni inverse o transitori durante i cicli di alimentazione per prevenire la migrazione metallica e l'aumento della dispersione.
• Gestione Termica:Considerare la temperatura ambiente massima (T_a) per selezionare una corrente operativa sicura. Dissipatori di calore possono essere necessari in ambienti ad alta T_a environments.

6.2 Precauzioni Ambientali e di Manipolazione

• Evitare rapidi cambiamenti di temperatura ambiente in ambienti umidi per prevenire la condensa sul display.
• Selezionare display dello stesso bin di intensità luminosa quando se ne utilizzano due o più in un unico assemblaggio per garantire una luminosità uniforme.

7. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto alle vecchie tecnologie LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) utilizzato nel LTD-2701JD offre vantaggi significativi:

• Maggiore Efficienza & Luminosità:L'AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa superiore, risultando in una luminosità più elevata a parità di corrente di pilotaggio.
• Migliore Purezza del Colore:L'emissione Iper Rossa (639-650nm dominante) è più satura e visivamente distinta rispetto ai LED rossi standard.
• Stabilità alla Temperatura Migliorata:Sebbene tutti i LED perdano efficienza con il calore, l'AlInGaP generalmente ha una migliore ritenzione delle prestazioni rispetto ai materiali più vecchi.
• Il design a catodo comune con catodi di cifra separati è un approccio standard ma efficace per il multiplexing, differenziandolo dai tipi ad anodo comune o dai display con controller multiplexati internamente.

8. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. Senza una resistenza di limitazione di corrente, collegare 5V direttamente a un anodo probabilmente distruggerebbe il LED a causa della corrente eccessiva. È necessario utilizzare una resistenza in serie o, preferibilmente, un driver a corrente costante. Il valore della resistenza dipende dalla tensione di alimentazione, dalla V_Fdel LED e dalla I_F.

desiderata.

D: Perché è raccomandato il pilotaggio a corrente costante?_FR: La luminosità del LED è principalmente una funzione della corrente, non della tensione. La tensione diretta (V

) può variare da chip a chip e diminuisce con l'aumentare della temperatura. Una sorgente di corrente costante garantisce una luminosità stabile regolando automaticamente la tensione per mantenere la corrente impostata, compensando queste variazioni.

D: Cosa significa \"Duty Cycle 1/10, Larghezza Impulso 0.1ms\" per il valore nominale di Corrente di Picco?

R: Significa che puoi impulsare brevemente il LED fino a 90mA, ma l'impulso non deve essere più largo di 0.1 millisecondi e la corrente media nel tempo non deve superare l'equivalente di un duty cycle di 1/10 (es. 0.1ms acceso, 0.9ms spento). Questo non è per l'illuminazione continua.

D: Come controllo le due cifre in modo indipendente?

R: Si utilizza il multiplexing. In un ciclo: 1) Imposta i piedini anodo (1,2,3,4,5,7,8,10) sul pattern per la Cifra 1. 2) Porta il Piedino Catodo 9 (Cifra 1) a basso (massa) mantenendo il Piedino Catodo 6 (Cifra 2) alto (disconnesso). 3) Illumina per un breve tempo (es. 5ms). 4) Spegni la Cifra 1. 5) Imposta gli anodi sul pattern per la Cifra 2. 6) Porta il Piedino Catodo 6 a basso e il Piedino 9 alto. 7) Illumina. Ripeti questo ciclo rapidamente (>60Hz) per creare l'illusione che entrambe le cifre siano accese continuamente.

9. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

1. Caso: Progettare una Lettura per Voltmetro Digitale Semplice (0-99V).Selezione dei Componenti:
2. Il LTD-2701JD è scelto per la sua capacità a 2 cifre, la buona luminosità e il package a foro passante per il prototipaggio.Circuito di Pilotaggio:
3. Viene utilizzato un microcontrollore (es. ATmega328P). I suoi pin I/O non possono fornire/assorbire corrente sufficiente per tutti i segmenti contemporaneamente. Pertanto, viene implementato uno schema di multiplexing utilizzando due transistor NPN (es. 2N3904) per assorbire le correnti di catodo per le Cifre 1 e 2. Gli anodi dei segmenti sono collegati al microcontrollore tramite resistenze di limitazione di corrente (es. 150Ω per un'alimentazione a 5V, mirando a ~20mA per segmento: R = (5V - 2.6V) / 0.02A ≈ 120Ω, usando 150Ω per sicurezza).Software:
4. Il firmware legge la tensione tramite un ADC, la converte in due cifre BCD e pilota il display utilizzando un interrupt del timer per il multiplexing a 100Hz.Considerazioni:

La tolleranza della tensione diretta significa che la luminosità può variare leggermente tra i segmenti. L'uso di driver a corrente costante (come IC dedicati per LED) invece delle resistenze migliorerebbe l'uniformità. Il consiglio di stoccaggio è seguito ordinando piccole quantità per evitare scorte a lungo termine.

10. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un diodo a emissione luminosa (LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore. L'AlInGaP ha un bandgap corrispondente alla luce rossa. In un display a sette segmenti, più chip LED individuali sono montati e cablati per formare i segmenti standard (A-G e DP). La configurazione a catodo comune collega internamente tutti i catodi dei LED appartenenti a una cifra.

11. Tendenze Tecnologiche

• L'industria dei display LED continua a evolversi. Sebbene display a foro passante come il LTD-2701JD rimangano rilevanti per prototipaggio, riparazioni e alcune applicazioni, tendenze più ampie includono:Miniaturizzazione & Dominanza SMD:
• I package a montaggio superficiale (SMD) stanno diventando standard per l'assemblaggio automatizzato, offrendo dimensioni più piccole e profilo più basso.Controller Integrati:
• Display con driver IC integrati (come moduli compatibili MAX7219) semplificano l'interfacciamento con il microcontrollore gestendo internamente il multiplexing e la decodifica.Materiali a Maggiore Efficienza:
• Lo sviluppo continuo di materiali come InGaN per blu/verde e AlInGaP migliorati e LED bianchi a conversione di fosfori spinge l'efficienza (lumen per watt) più in alto.Form Factor Flessibili e Innovativi:

Gli sviluppi in substrati flessibili e micro-LED consentono nuove forme di display e densità ultra elevate.