Scheda Tecnica Display LED LTD-2601JS - Altezza Cifra 0.28 Pollici - Giallo AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-2601JS è un modulo display alfanumerico a doppia cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida e luminosa. La sua funzione principale è rappresentare visivamente numeri e alcuni caratteri limitati attraverso segmenti indirizzabili individualmente. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), appositamente progettato per emettere luce nello spettro di lunghezza d'onda gialla. Questa scelta del materiale offre vantaggi in termini di efficienza e purezza del colore rispetto alle tecnologie più datate. Il dispositivo presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, garantendo un elevato contrasto per una leggibilità ottimale in varie condizioni di illuminazione. È configurato come anodo comune, un design standard che semplifica il multiplexing nelle applicazioni multi-cifra.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il display vanta diversi vantaggi chiave che ne definiscono la posizione sul mercato. L'altezza della cifra di 0.28 pollici (7 mm) offre un formato compatto ma leggibile, adatto per strumenti da pannello, apparecchiature di misura, elettrodomestici e interfacce di controllo industriale dove lo spazio è prezioso. L'uso della tecnologia AlInGaP garantisce un'elevata intensità luminosa e un'ottima resa dei caratteri, assicurando la visibilità anche in ambienti molto luminosi. Un ampio angolo di visione è un'altra caratteristica fondamentale, che permette di leggere il display accuratamente da diverse posizioni, essenziale per le apparecchiature montate su pannello. Il dispositivo è inoltre classificato per intensità luminosa, il che significa che le unità sono selezionate per garantire una luminosità uniforme, ed è fornito in un contenitore senza piombo conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), rendendolo adatto per i mercati globali con normative ambientali stringenti. Il mercato di riferimento include i progettisti di apparecchiature di test e misura, terminali punto vendita, cruscotti automobilistici (display secondari) ed elettrodomestici che richiedono indicatori numerici affidabili e a bassa manutenzione.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita dei parametri elettrici e ottici è cruciale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono per il funzionamento continuo.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza sotto forma di calore da un singolo segmento LED. Superare questo limite rischia il degrado termico della giunzione semiconduttrice.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA. Questa è la massima corrente impulsiva istantanea che un segmento può gestire, tipicamente rilevante per schemi di multiplexing con impulsi ad alto duty cycle.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa è la corrente massima consigliata per il funzionamento in regime stazionario (DC). È specificato un fattore di derating di 0.28 mA/°C, il che significa che la corrente continua massima ammissibile diminuisce man mano che la temperatura ambiente (Ta) sale sopra i 25°C per prevenire il surriscaldamento.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare la rottura e danneggiare il LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +105°C. Il dispositivo è classificato per funzionare e essere stoccato entro questo ampio intervallo di temperatura, adatto alla maggior parte degli ambienti industriali e consumer.

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

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test specificate.

• Intensità Luminosa Media (Iv):200 (Min), 600 (Tip) µcd a una corrente diretta (If) di 1 mA. Questo parametro, misurato con un filtro che simula la risposta dell'occhio umano (curva CIE), quantifica la luminosità percepita. L'ampio intervallo indica che viene utilizzato un sistema di selezione (binning).
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λp):588 nm (Tip) a If=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima, definendo il colore giallo.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm (Tip). Questo indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore giallo più saturo e puro.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):587 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano come corrispondente al colore del LED, strettamente correlata alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Segmento (Vf):2.05 (Min), 2.6 (Tip) V a If=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando è in conduzione. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa per Segmento (Ir):100 µA (Max) a Vr=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente al suo valore massimo nominale.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:2:1 (Max). Questo specifica la massima variazione di luminosità ammissibile tra i segmenti all'interno della stessa cifra o tra le cifre, garantendo un aspetto uniforme.
• Cross Talk (Diafonia Ottica):≤2.5%. Questo parametro misura l'illuminazione non intenzionale di un segmento adiacente quando un segmento vicino è alimentato, causata da riflessione ottica interna o dispersione elettrica.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "Classificato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione.

• Binning per Intensità Luminosa:La specifica Iv mostra un minimo di 200 µcd e un valore tipico di 600 µcd a 1mA. Le unità vengono testate e suddivise in diverse categorie di intensità (es. alta luminosità, luminosità standard). I progettisti possono selezionare una categoria specifica per applicazioni che richiedono una luminosità uniforme su più display o su diverse produzioni.
• Binning per Lunghezza d'Onda/Colore:Sebbene non dettagliato esplicitamente con più categorie, le specifiche strette per la lunghezza d'onda di picco (588 nm) e dominante (587 nm) indicano un controllo di processo rigoroso. Per applicazioni critiche di corrispondenza del colore, un'ulteriore selezione per lunghezza d'onda potrebbe essere disponibile come opzione personalizzata.
• Binning per Tensione Diretta:L'intervallo Vf (da 2.05V a 2.6V) suggerisce una certa variazione naturale. Per progetti sensibili alla tensione di alimentazione o che mirano a una corrispondenza precisa della corrente in array multiplexati, selezionare LED da una categoria Vf stretta può essere importante.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto PDF fornito menzioni "CURVE CARATTERISTICHE ELETTRICHE / OTTICHE TIPICHE", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Basandosi sul comportamento standard dei LED, queste curve includerebbero tipicamente:

• Curva Corrente vs. Tensione (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe la relazione esponenziale tra corrente diretta (If) e tensione diretta (Vf). È essenziale per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente desiderata e per progettare driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva L-I):Questo grafico mostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente. È generalmente lineare a correnti più basse ma può saturarsi a correnti più elevate a causa del droop termico e di efficienza. Questa curva aiuta a ottimizzare la corrente di pilotaggio per la luminosità e l'efficienza desiderate.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva illustra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione. Comprendere questo derating è fondamentale per applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura.
• Curva di Distribuzione Spettrale:Un grafico della potenza ottica relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~588 nm e la larghezza a mezza altezza spettrale di ~15 nm, confermando le caratteristiche del colore giallo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Tolleranze

Il display è conforme al formato standard through-hole DIP (Dual In-line Package). Le note dimensionali chiave della scheda tecnica includono: tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25 mm se non diversamente specificato. La tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.4 mm, importante per il posizionamento dei fori sul PCB. Sono indicate specifiche verifiche di qualità: materiale estraneo su un segmento deve essere ≤10 mils, contaminazione da inchiostro sulla superficie ≤20 mils, la curvatura deve essere ≤1/100 e le bolle all'interno del materiale del segmento devono essere ≤10 mils.

5.2 Connessioni dei Pin e Circuito Interno

Il dispositivo ha 10 pin in una singola fila. Lo schema del circuito interno mostra che è di tipo anodo comune con due pin anodo comune separati (Pin 6 per la Cifra 2, Pin 9 per la Cifra 1). Ogni segmento (A, B, C, D, E, F, G e Punto Decimale) ha il proprio pin catodo dedicato. Questa configurazione è standard per il multiplexing: abilitando sequenzialmente un anodo comune (cifra) alla volta e pilotando i pin catodo appropriati per i segmenti di quella cifra, più cifre possono essere controllate con un numero ridotto di pin I/O.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

La scheda tecnica fornisce condizioni di saldatura specifiche per prevenire danni termici durante l'assemblaggio del PCB: "Condizioni di saldatura: 1/16 di pollice sotto il piano di appoggio per 3 secondi a 260°C." Questo si riferisce alla saldatura a onda. La punta del saldatore dovrebbe essere posizionata a 1.6mm (1/16") sotto il corpo in plastica del display, e il tempo di contatto non dovrebbe superare i 3 secondi a una temperatura massima di 260°C. Ciò impedisce che l'involucro di plastica si fonda o che i bond interni dei fili vengano danneggiati dal calore eccessivo. Per la saldatura a rifusione, il profilo non deve superare la temperatura massima nominale derivata dalla temperatura di stoccaggio (+105°C) più un margine di sicurezza, sebbene non venga fornito un profilo di rifusione specifico. I componenti dovrebbero essere stoccati nelle loro originali sacchetti barriera all'umidità in un ambiente controllato per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è il multiplexing. Un microcontrollore utilizzerebbe due pin I/O come selettori di cifra (assorbendo corrente per gli anodi comuni tramite transistor) e 8 pin I/O (o un registro a scorrimento) per assorbire corrente per i catodi dei segmenti. È necessaria una resistenza di limitazione della corrente in serie con ogni catodo di segmento o con ogni anodo comune. Il valore della resistenza si calcola usando R = (Vcc - Vf_led) / I_desiderata. Dato che Vf è tipicamente 2.6V a 20mA, con un'alimentazione di 5V, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ohm. Per il funzionamento multiplexato, la corrente istantanea per segmento può essere più alta (es. 20mA) ma la corrente media, considerando il duty cycle, deve rimanere entro il valore nominale continuo.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre resistenze in serie o driver a corrente costante. Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione.
• Frequenza di Multiplexing:Utilizzare una frequenza di refresh sufficientemente alta per evitare lo sfarfallio visibile (tipicamente >60 Hz per cifra). La persistenza della visione integra la luce.
• Angolo di Visione:Posizionare il display in modo che la direzione di visione primaria sia entro l'ampio angolo di visione specificato per il miglior contrasto.
• Protezione dalle Scariche Elettrostatiche (ESD):Sebbene non esplicitamente dichiarato, i LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Maneggiare con precauzioni ESD durante l'assemblaggio.
• Dissipazione del Calore:In applicazioni ad alta luminosità o ad alta temperatura ambiente, assicurarsi che il layout del PCB permetta una certa dissipazione del calore dal package del LED, specialmente se si pilota vicino alla corrente continua massima.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto ai vecchi display LED rossi in GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), la tecnologia AlInGaP nel LTD-2601JS offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi a parità di corrente, o luminosità equivalente a potenza inferiore. Il colore giallo (587-588 nm) si trova in una regione di alta sensibilità per la visione fotopica (diurna) umana, facendolo apparire soggettivamente più luminoso di LED rossi o verdi di simile potenza radiante. Rispetto ai display contemporanei a luce laterale o a matrice di punti, il formato a sette segmenti è più semplice da pilotare e decodificare, offrendo un costo di sistema inferiore per applicazioni puramente numeriche. Il suo package through-hole fornisce un attacco meccanico robusto rispetto alle alternative surface-mount, il che è vantaggioso in applicazioni soggette a vibrazioni.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V?R: Sì. La Vf tipica è 2.6V, quindi con un'alimentazione di 3.3V, c'è un margine di 0.7V per una resistenza di limitazione della corrente. Il valore della resistenza sarebbe più piccolo: R = (3.3 - 2.6) / I_desiderata. Assicurarsi che la corrente desiderata sia raggiungibile entro le capacità di erogazione/assorbimento di corrente del pin del microcontrollore.
• D: Qual è lo scopo del fattore di derating per la corrente continua?R: Il fattore di derating (0.28 mA/°C) tiene conto della ridotta capacità di dissipazione del calore a temperature ambiente più elevate. A 85°C ambiente, la corrente continua massima consentita è 25mA - [0.28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16.8mA = 8.2mA. Operare al di sopra di questa corrente deratizzata rischia di superare la temperatura di giunzione massima.
• D: La scheda tecnica menziona un "Punto Decimale a Destra". Cosa significa?R: Questo indica la posizione del segmento del punto decimale. Un "Punto Decimale a Destra" significa che il punto decimale è posizionato alla destra della cifra, che è la convenzione standard per visualizzare numeri frazionari (es. "12.3").
• D: È necessario un dissipatore di calore?R: Per un funzionamento tipico a 20mA o meno per segmento in una temperatura ambiente moderata, un dissipatore di calore dedicato non è necessario. Il PCB stesso funge da diffusore di calore. Tuttavia, per un funzionamento continuo ai valori massimi assoluti o in ambienti ad alta temperatura, dovrebbe essere considerata una gestione termica.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di una Lettura Digitale per Voltmetro Semplice.Un progettista ha bisogno di un display a due cifre per mostrare tensioni da 0.0 a 9.9V per un alimentatore da banco. Il LTD-2601JS viene selezionato per la sua leggibilità e interfaccia semplice. L'ADC del microcontrollore legge la tensione, la converte in un numero decimale e cerca i codici a 7 segmenti per la cifra delle decine, delle unità e il punto decimale. Vengono utilizzati due transistor NPN per commutare a massa i pin anodo comune (Cifra 1 e 2). Otto pin I/O del microcontrollore, ciascuno con una resistenza in serie da 120 ohm, sono collegati ai catodi dei segmenti (A-G e DP). Il firmware effettua il multiplexing delle cifre a 100 Hz. Il frontale grigio/segmenti bianchi fornisce un eccellente contrasto contro il pannello nero dell'alimentatore. L'alta luminosità garantisce che sia visibile in un laboratorio ben illuminato. La conformità senza piombo soddisfa gli standard ambientali dell'azienda per i nuovi prodotti.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il principio fondamentale è l'elettroluminescenza in una giunzione P-N semiconduttrice. Il materiale AlInGaP è un semiconduttore a bandgap diretto. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione (approssimativamente uguale a Vf), gli elettroni dalla regione N vengono iniettati attraverso la giunzione nella regione P, e le lacune dalla regione P si muovono nella regione N. Questi portatori di minoranza iniettati (elettroni nel lato P, lacune nel lato N) si ricombinano con i portatori di maggioranza. In un materiale a bandgap diretto come l'AlInGaP, una parte significativa di queste ricombinazioni è radiativa, il che significa che rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). L'energia specifica del fotone, e quindi la sua lunghezza d'onda (colore), è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che è progettata dai rapporti precisi di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo. Il substrato di GaAs non trasparente aiuta a riflettere la luce verso l'alto, aumentando l'intensità luminosa in avanti. Ogni segmento è un chip LED separato, e la combinazione dei segmenti accesi forma il numero o il carattere desiderato.

12. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Sebbene display a sette segmenti through-hole come il LTD-2601JS rimangano rilevanti per prototipazione, kit educativi e applicazioni che richiedono un montaggio meccanico robusto, la tendenza più ampia del settore è decisamente verso i package SMD (Surface-Mount Device). I LED SMD offrono un ingombro ridotto, un profilo più basso, idoneità per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place e spesso prestazioni termiche migliori grazie all'attacco diretto al PCB. Per i display, i circuiti integrati driver integrati stanno diventando più comuni, combinando l'array LED con la logica di scansione e talvolta anche interfacce di comunicazione seriale (come I2C o SPI), riducendo drasticamente l'overhead di I/O e software del microcontrollore. In termini di materiali, mentre l'AlInGaP è eccellente per il rosso, l'arancione e il giallo, l'InGaN (Nitruro di Indio Gallio) domina i mercati dei LED blu, verdi e bianchi grazie alla sua più ampia sintonizzabilità del bandgap. Per i display futuri, le tecnologie micro-LED e mini-LED promettono densità, luminosità ed efficienza ancora più elevate, sebbene siano attualmente rivolte a schermi video ad alta risoluzione piuttosto che a semplici display a segmenti. Il principio duraturo del formato a sette segmenti, tuttavia, ne assicura l'utilità in applicazioni numeriche critiche per la leggibilità e sensibili al costo nel prossimo futuro.