Scheda Tecnica Display LED LTS-3401LJF - Altezza Cifra 0.8 Pollici - Colore Giallo Arancio - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-3401LJF è un display a cifra singola a sette segmenti a diodo a emissione luminosa (LED), progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica nitida e a bassa potenza. La sua tecnologia di base si fonda sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), noto per produrre luce ad alta efficienza nello spettro che va dall'ambra al rosso-arancio. Questo dispositivo specifico emette un colore giallo-arancio. Il display presenta una facciata grigia e segmenti bianchi, il che migliora il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. Gli obiettivi di progettazione primari per questo componente sono il basso consumo energetico, un'ottima resa dei caratteri con illuminazione uniforme dei segmenti e l'affidabilità tipica dello stato solido, rendendolo adatto a un'ampia gamma di dispositivi elettronici consumer e industriali dove i dati numerici devono essere presentati in modo chiaro ed efficiente.

1.1 Vantaggi Principali

• Funzionamento a Basso Consumo:Progettato per un assorbimento di potenza minimo, ideale per applicazioni alimentate a batteria o sensibili al consumo energetico.
• Elevata Visibilità:Offre un'ottima resa dei caratteri con segmenti continui e uniformi e un ampio angolo di visione, garantendo la leggibilità da varie posizioni.
• Affidabilità allo Stato Solido:Essendo un dispositivo a LED, vanta una lunga vita operativa, resistenza agli urti e prestazioni costanti rispetto a display meccanici o a filamento.
• Interfaccia Standard:I requisiti di pilotaggio compatibili con circuiti integrati semplificano l'integrazione con comuni microcontrollori e circuiti logici.
• Prestazioni Categorizzate:I dispositivi sono classificati (binning) in base all'intensità luminosa, consentendo un abbinamento coerente della luminosità in applicazioni multi-cifra.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e fisici definiti nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Elettriche

I parametri elettrici definiscono i limiti e le condizioni operative del display.

• Valori Massimi Assoluti:Sono limiti di stress che non devono essere superati in nessuna condizione per prevenire danni permanenti.
  • Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW. Questo limita l'effetto combinato della corrente diretta e della caduta di tensione su ciascun segmento LED.
  • Corrente Diretta Continua per Segmento:Massimo 25 mA a 25°C. Viene applicato un fattore di derating lineare di 0.33 mA/°C man mano che la temperatura ambiente sale sopra i 25°C.
  • Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo 60 mA, ma solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1 ms). Ciò consente una sovra-pilotaggio breve per ottenere una luminosità di picco più elevata in applicazioni multiplexate.
  • Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione PN del LED.
  • Intervallo di Temperatura Operativa e di Stoccaggio:Da -35°C a +85°C.
  • Temperatura di Saldatura:260°C per 3 secondi a una distanza di 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Questo è un parametro critico per i processi di saldatura a onda o a rifusione.
• Caratteristiche Elettriche/Ottiche (a T_A=25°C):Questi sono i parametri operativi tipici.
  • Tensione Diretta (V_F):2.05V (Min), 2.6V (Tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione su un segmento attivo quando pilotato con la corrente specificata.
  • Corrente Inversa (I_R):Massimo 100 µA a V_R=5V. Indica la minima corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.

2.2 Caratteristiche Ottiche

I parametri ottici quantificano l'emissione luminosa e le proprietà cromatiche del display.

• Intensità Luminosa Media (I_V):320 µcd (Min), 900 µcd (Tip) a I_F=1mA. È una misura della luminosità percepita di un segmento, misurata da un sensore filtrato per corrispondere alla risposta fotopica dell'occhio umano (curva CIE). L'ampio intervallo indica un processo di classificazione (binning).
• Rapporto di Uniformità dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1 a I_F=10mA. Specifica la massima variazione di luminosità ammissibile tra segmenti diversi della stessa cifra o tra unità diverse, garantendo uniformità visiva.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):611 nm (Tip) a I_F=20mA. È la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605 nm (Tip) a I_F=20mA. È la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce emessa, definendo la sua tonalità giallo-arancio.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):17 nm (Tip) a I_F=20mA. Indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa; un valore più piccolo significa un colore più monocromatico (puro).

3. Spiegazione del Sistema di Classificazione (Binning)

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "Categorizzati per Intensità Luminosa". Ciò si riferisce a un processo di selezione post-produzione (binning).

• Classificazione per Intensità Luminosa:Dopo la produzione, i LED vengono testati e raggruppati in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di prova standard (es. 1mA o 10mA). Il valore tipico specificato di 900 µcd e il minimo di 320 µcd definiscono le possibili classi. L'uso di componenti classificati garantisce livelli di luminosità coerenti su tutti i segmenti di un display multi-cifra, aspetto critico per l'uniformità estetica e funzionale nel prodotto finale. I progettisti dovrebbero consultare il produttore per la disponibilità di codici di classe specifici e le relative specifiche per l'approvvigionamento.

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. Tipicamente, tali curve includerebbero:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe come l'emissione luminosa aumenta con la corrente di pilotaggio, tipicamente in modo sub-lineare, evidenziando i cambiamenti di efficienza.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Illustra la relazione esponenziale I-V del diodo, cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Mostra come l'emissione luminosa diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione, aspetto vitale per la gestione termica in applicazioni ad alta temperatura o alta luminosità.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa in funzione della lunghezza d'onda, che mostra visivamente le lunghezze d'onda di picco e dominante e la larghezza a mezza altezza spettrale.

I progettisti dovrebbero sempre fare riferimento alla scheda tecnica completa con i grafici per comprendere appieno queste relazioni e realizzare un progetto di circuito robusto.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche

Il dispositivo è descritto come un display con altezza cifra di 0.8 pollici, che corrisponde a 20.32 mm per l'altezza del carattere numerico stesso. Il disegno dimensionale del package (citato ma non dettagliato nel testo) specificherebbe la lunghezza, larghezza e altezza complessive del package plastico, la spaziatura dei terminali e il posizionamento dei segmenti. Le tolleranze sono tipicamente ±0.25 mm salvo indicazione contraria. I disegni meccanici precisi sono essenziali per il progetto dell'impronta sul PCB e per garantire un corretto montaggio all'interno di un contenitore.

5.2 Configurazione dei Pin e Circuito Interno

Il LTS-3401LJF è un display adanodo comune. Ciò significa che gli anodi di tutti i segmenti LED (e dei punti decimali) sono collegati internamente e portati a pin comuni (4, 6, 12, 17). I catodi dei singoli segmenti (A-G, e punti decimali sinistro/destro) hanno i propri pin. Per illuminare un segmento, il corrispondente pin catodo deve essere portato a livello basso (collegato a massa o a un sink di corrente) mentre il pin anodo comune è mantenuto alto (collegato a V_CCattraverso una resistenza di limitazione). La tabella dei pinout è fondamentale per un corretto layout del PCB e lo sviluppo della routine software di pilotaggio. Diversi pin (1, 8, 9, 16, 18) sono elencati come "NO PIN", il che significa che sono fisicamente presenti ma non collegati elettricamente (N/C).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La scheda tecnica fornisce un parametro chiave di saldatura: il package può sopportare una temperatura di saldatura di 260°C per 3 secondi, misurata a 1/16 di pollice (1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Questo è un riferimento standard per la saldatura a onda. Per la saldatura a rifusione, sarebbe applicabile un profilo standard senza piombo con una temperatura di picco intorno ai 260°C, ma il tempo sopra il liquidus dovrebbe essere controllato. Si raccomanda di seguire le linee guida standard JEDEC/IPC per la gestione di dispositivi sensibili all'umidità (se applicabile) e di evitare stress meccanici sui terminali durante l'assemblaggio. Lo stoccaggio dovrebbe avvenire nell'intervallo di temperatura specificato da -35°C a +85°C in un ambiente asciutto.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Strumentazione di Test e Misura:Multimetri digitali, frequenzimetri, alimentatori.
• Elettronica di Consumo:Orologi, timer, elettrodomestici da cucina, display per apparecchi audio.
• Controlli Industriali:Quadrimetri, indicatori di processo, display per sistemi di controllo.
• Aftermarket Automobilistico:Cruscotti e display dove sono richieste alta visibilità e affidabilità.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie per ogni connessione ad anodo comune (o per ogni segmento in uno schema multiplexato) per impostare la corrente diretta. Calcolare il valore della resistenza usando R = (V_CC- V_F) / I_F. Utilizzare il valore massimo di V_Fdalla scheda tecnica per un progetto sicuro.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, è comune un circuito di pilotaggio multiplexato. Ciò implica l'alternanza rapida dell'alimentazione (tramite l'anodo comune) a ciascuna cifra mentre si presentano i dati di segmento corrispondenti per quella cifra. Ciò riduce notevolmente il numero di pin I/O richiesti. In tali configurazioni, assicurarsi di non superare la corrente di picco nominale (60 mA a 1/10 di duty cycle).
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma considerare la linea di vista dell'utente previsto quando si monta il display.
• Gestione Termica:Sebbene a bassa potenza, in ambienti ad alta temperatura o in impostazioni ad alta luminosità, assicurarsi che la temperatura del package rimanga entro i limiti considerando il layout della scheda e il flusso d'aria.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il principale elemento distintivo del LTS-3401LJF è l'utilizzo della tecnologiaAlInGaPper l'emissione giallo-arancio. Rispetto a tecnologie più datate come i LED standard in GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore, risultando in un'emissione più brillante a parità di corrente di pilotaggio o in un consumo energetico inferiore a parità di luminosità. In genere offre anche una migliore stabilità e coerenza cromatica in funzione della temperatura e della durata. Rispetto ai LED bianchi (tipicamente LED blu con rivestimento al fosforo), questo dispositivo monocromatico offre una maggiore efficacia per applicazioni in cui è desiderato un colore ambra/arancio specifico, come in ambienti a bassa luminosità o compatibili con la visione notturna.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Qual è lo scopo delle connessioni "No Pin"?
  
  R: Sono segnaposto meccanici che aiutano a fissare il package durante la saldatura e forniscono integrità strutturale. Non devono essere collegati a nessuna rete elettrica nel vostro circuito.
• D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?
  
  R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Collegare direttamente 5V al catodo (con anodo alto) tenterebbe di assorbire una corrente eccessiva, danneggiando sia il LED che possibilmente il pin del microcontrollore. Calcolare la resistenza in base alla tensione di alimentazione e alla corrente di segmento desiderata.
• D: Cosa significa "Anodo Comune" per il mio progetto di circuito?
  
  R: Significa che si fornisce tensione positiva (V_CC) al pin dell'anodo comune, e si scarica corrente a massa attraverso i singoli pin catodo per accendere i segmenti. Il circuito di pilotaggio (es. un microcontrollore) attiverà un segmento impostando il suo pin I/O collegato al catodo a uno stato logico BASSO (0V).
• D: Come posso ottenere una luminosità uniforme in un progetto multi-cifra?
  
  R: Acquistare componenti con lo stesso codice di classe di intensità luminosa dal produttore. Inoltre, assicurarsi che i valori delle resistenze di limitazione della corrente siano identici per tutti i segmenti e utilizzare una corrente di pilotaggio costante nello schema di pilotaggio statico o multiplexato.

10. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Display per Voltmetro Digitale Semplice.

Un progettista sta creando un display per voltmetro DC a 3 cifre utilizzando il LTS-3401LJF. Utilizza un microcontrollore con convertitore analogico-digitale (ADC) per misurare la tensione. Vengono utilizzati tre display. I pin del microcontrollore non sono sufficienti per pilotare direttamente tutti i segmenti (3 cifre * 8 segmenti = 24 linee), quindi viene scelto un progetto multiplexato. Viene utilizzato un singolo registro a scorrimento a 8 bit con uscite a sink di corrente costante (es. 74HC595 con transistor esterni o un driver LED dedicato) per controllare tutti i catodi dei segmenti (A-G, DP) per tutte le cifre. Tre pin I/O del microcontrollore vengono utilizzati per abilitare selettivamente l'anodo comune di ciascuna cifra tramite piccoli transistor PNP o MOSFET. Il software cicla rapidamente abilitando ciascuna cifra (1, 2, 3) mentre invia al registro a scorrimento il pattern di segmenti corrispondente per quella cifra. La persistenza retinica fa apparire tutte le cifre continuamente accese. Il progettista calcola le resistenze di limitazione per le linee ad anodo comune basandosi su un'alimentazione di 5V, una V_Fdi 2.6V e una corrente media di segmento desiderata di 10mA, adeguandola per il ciclo di lavoro di 1/3 del multiplexing a tre cifre.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTS-3401LJF si basa sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione PN semiconduttrice realizzata in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni del materiale di tipo N si ricombinano con le lacune del materiale di tipo P nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega AlInGaP determina l'energia della banda proibita del semiconduttore, che a sua volta determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, giallo-arancio (~605 nm lunghezza d'onda dominante). L'uso di un substrato di GaAs non trasparente aiuta a migliorare il contrasto assorbendo la luce parassita, contribuendo all'ottima resa dei caratteri del display. I sette segmenti individuali sono formati da più piccoli chip LED AlInGaP disposti in un pattern, ciascuno isolato elettricamente e indirizzabile separatamente.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display LED a sette segmenti rimangano una soluzione robusta ed economica per le letture numeriche, il panorama più ampio della tecnologia dei display è in evoluzione. C'è una tendenza verso una maggiore integrazione, come display con controller integrati (interfaccia I2C o SPI) che riducono drasticamente il numero di I/O del microcontrollore richiesti e la complessità software. In termini di materiali, la tecnologia AlInGaP è matura e altamente efficiente per i colori ambra/rosso. Per applicazioni a colori completi o bianco, i LED basati su InGaN (Nitruro di Indio Gallio) per blu/verde/bianco dominano. Le tendenze future potrebbero includere tensioni operative ancora più basse, efficienza superiore (più luce per watt) e l'integrazione dei display in substrati flessibili o trasparenti, sebbene queste siano più rilevanti per tipi di display più nuovi rispetto ai tradizionali dispositivi numerici segmentati. I vantaggi fondamentali dei LED – affidabilità, longevità e funzionamento a bassa tensione – ne garantiscono l'uso continuo nelle applicazioni in cui questi fattori sono primari.