Scheda Tecnica Display LED LTA-1000KR - Barra Luminosa Rettangolare - Colore Rosso Super - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTA-1000KR è un modulo display a diodi emettitori di luce (LED) allo stato solido, progettato come una barra luminosa rettangolare a dieci segmenti. La sua funzione principale è fornire un'ampia, luminosa e uniforme area di illuminazione per applicazioni che richiedono un indicatore visivo continuo o una sorgente luminosa. Il dispositivo è progettato per affidabilità ed efficienza, utilizzando materiali semiconduttori avanzati per garantire prestazioni costanti.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi chiave di questo prodotto includono la sua ampia e uniforme superficie emissiva, ideale per indicatori di stato, illuminazione di pannelli o retroilluminazione dove è desiderato un distinto pattern rettangolare. Opera con un basso fabbisogno di potenza, contribuendo a un design di sistema energeticamente efficiente. L'alta luminosità e il rapporto di contrasto garantiscono un'eccellente visibilità anche in ambienti ben illuminati. La sua costruzione allo stato solido offre un'affidabilità e una longevità superiori rispetto agli indicatori tradizionali a incandescenza o fluorescenti, senza filamenti che possano rompersi o gas che possano degradarsi. Il dispositivo è classificato per intensità luminosa, consentendo un abbinamento di luminosità costante in produzione. Inoltre, è conforme ai requisiti di confezionamento senza piombo, allineandosi con le moderne normative ambientali (RoHS). Questa combinazione di caratteristiche lo rende adatto per pannelli di controllo industriali, strumentazione, elettronica di consumo e applicazioni per cruscotti automobilistici dove una segnalazione visiva affidabile e chiara è fondamentale.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

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

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzione del dispositivo. I chip LED utilizzati sono basati sulla tecnologia AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) su un substrato GaAs non trasparente, noto per l'alta efficienza nello spettro delle lunghezze d'onda rosso/arancio. La tipica lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) è di 639 nm quando pilotato da una corrente diretta (IF) di 20 mA, collocandolo nella gamma di colore "Rosso Super". La lunghezza d'onda dominante (λd) è specificata a 631 nm. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 20 nm, indicando una banda di luce emessa relativamente stretta, che contribuisce alla purezza del colore.

L'intensità luminosa media (Iv) per segmento è un parametro chiave. In una condizione di test di IF=1 mA, l'intensità varia da un minimo di 200 μcd a un valore tipico di 675 μcd. Il rapporto di abbinamento dell'intensità luminosa tra aree luminose simili è specificato come massimo 2:1, importante per garantire un aspetto uniforme su tutti e dieci i segmenti quando sono illuminati simultaneamente.

2.2 Parametri Elettrici e Valori Limite Assoluti

Comprendere i limiti elettrici è cruciale per un progetto di circuito affidabile. I valori limite assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW. Questa è la massima potenza che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:Massimo 25 mA a 25°C. Questo valore si riduce linearmente di 0,33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente (Ta) sopra i 25°C. I progettisti devono calcolare la corrente massima ridotta alla massima temperatura operativa della loro applicazione.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo 90 mA, ma solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza di impulso 0,1 ms). Ciò consente una breve sovra-pilotazione per ottenere una luminosità istantanea più elevata.
• Tensione Diretta per Segmento (VF):Tipicamente 2,6 V a IF=20 mA, con un massimo di 2,6 V. Il minimo è 2,0 V. Questa caduta di tensione è importante per calcolare i valori delle resistenze di limitazione della corrente in serie.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione LED.
• Corrente Inversa per Segmento (IR):Massimo 100 μA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5 V.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -35°C a +105°C. L'intervallo di temperatura di stoccaggio è identico. Questa ampia gamma garantisce la funzionalità in ambienti ostili. La riduzione della corrente diretta con la temperatura (0,33 mA/°C) è una diretta conseguenza delle caratteristiche termiche del LED; temperature più elevate riducono l'efficienza e la massima corrente operativa sicura. La condizione di saldatura specificata è un processo a onda o a rifusione in cui la temperatura del corpo del package non supera i 260°C per 3 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1,6 mm) sotto il piano di appoggio. Questa linea guida è critica per l'assemblaggio per prevenire danni termici al package plastico o ai bonding interni.

3. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

3.1 Dimensioni Fisiche e Costruzione

Il dispositivo è descritto come una barra luminosa rettangolare. Il package ha una faccia grigia e segmenti bianchi, il che probabilmente migliora il contrasto fornendo uno sfondo scuro per i segmenti accesi. Le dimensioni esatte sono fornite in un disegno (riferito nella scheda tecnica ma non dettagliato nel testo). Tutte le dimensioni sono in millimetri, con tolleranze standard di ±0,25 mm salvo diversa indicazione. Una tolleranza specifica per lo spostamento della punta del piedino è di ±0,4 mm, importante per il design dell'impronta PCB e l'assemblaggio automatizzato.

3.2 Collegamento dei Piedini e Circuito Interno

L'LTA-1000KR ha una configurazione a 20 piedini. Il piedinatura è chiaramente definita: i piedini da 1 a 10 sono gli anodi per i segmenti da A a K (nota: 'I' è saltato, si usano J e K). I piedini da 11 a 20 sono i corrispondenti catodi in ordine inverso (Catodo K a Catodo A). Questa disposizione suggerisce una connessione in stile catodo comune per ogni segmento, ma con accesso individuale sia all'anodo che al catodo di ogni LED. Ciò fornisce la massima flessibilità per il multiplexing o il controllo individuale dei segmenti. Viene fatto riferimento a un diagramma del circuito interno, che tipicamente mostra dieci elementi LED indipendenti.

4. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progetto

4.1 Scenari Applicativi Tipici

Questa barra luminosa è progettata per applicazioni che richiedono un array lineare di indicatori luminosi. Usi potenziali includono:

• Indicatori di Livello:Per misuratori di intensità del segnale, volume, pressione o temperatura, dove la lunghezza illuminata corrisponde a un valore.
• Barre di Progresso:In strumentazione o dispositivi consumer per mostrare lo stato di completamento.
• Retroilluminazione:Per pannelli illuminati ai bordi o segnaletica dove è necessaria un'illuminazione rettangolare uniforme.
• Display di Stato Industriali:Su pannelli di controllo per mostrare lo stato della macchina o condizioni di allarme su più canali.

4.2 Progettazione del Circuito e Considerazioni di Pilotaggio

Per far funzionare l'LTA-1000KR in modo sicuro ed efficace, devono essere seguite diverse regole di progettazione:

1. Limitazione della Corrente:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una resistenza in serie deve essere utilizzata con ogni segmento (o un circuito di pilotaggio a corrente regolata) per limitare la corrente diretta a un valore sicuro, tipicamente pari o inferiore al valore nominale continuo di 25 mA. Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (Vsupply - VF) / IF, dove VF è la tensione diretta del LED (usare il valore massimo per il calcolo della corrente nel caso peggiore).
2. Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa (max 70 mW), il totale per dieci segmenti può essere di 700 mW. Un'adeguata area di rame sul PCB o altri dissipatori di calore possono essere necessari se tutti i segmenti sono pilotati continuamente ad alta corrente, specialmente ad alte temperature ambientali.
3. Multiplexing:L'accesso individuale ad anodo e catodo rende il dispositivo ben adatto a schemi di pilotaggio multiplexati. Ciò riduce il numero di pin I/O del microcontrollore richiesti. Bisogna fare attenzione a garantire che la corrente di picco durante l'impulso di multiplexing non superi il valore nominale di 90 mA e che la corrente media nel tempo rispetti il valore nominale continuo.
4. Protezione dalla Tensione Inversa:Nei circuiti dove sono possibili transitori di tensione inversa, potrebbero essere necessari diodi di protezione esterni, poiché il valore nominale di tensione inversa del LED stesso è di soli 5V.

4.3 Montaggio e Manipolazione

L'aderenza al profilo di saldatura (max 260°C per 3 secondi) è obbligatoria per prevenire la rottura o la delaminazione del package. Durante la manipolazione e l'assemblaggio devono essere osservate le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica), poiché i chip LED sono sensibili all'elettricità statica. Lo stoccaggio deve avvenire entro gli intervalli di temperatura e umidità specificati per prevenire l'assorbimento di umidità, che può causare il fenomeno del "popcorning" durante la saldatura a rifusione.

5. Analisi delle Prestazioni e Confronto Tecnico

5.1 Analisi dei Parametri Chiave

L'uso della tecnologia AlInGaP è un fattore significativo. Rispetto a tecnologie più vecchie come i LED rossi standard GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa sostanzialmente più alta, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. Il substrato GaAs non trasparente aiuta a dirigere la luce verso l'alto, migliorando l'emissione luminosa utile dalla superficie superiore. Il rapporto di abbinamento dell'intensità luminosa specificato di 2:1 è un grado standard per tali display, garantendo un' uniformità visiva accettabile. I progettisti che richiedono un' uniformità più stretta dovrebbero implementare una calibrazione elettrica o selezionare parti binnate se disponibili.

5.2 Confronto con Soluzioni Alternative

Rispetto a un cluster di LED discreti, questa barra luminosa integrata fornisce una soluzione più uniforme e meccanicamente robusta, con un assemblaggio semplificato (un componente contro dieci). Rispetto ai display a fluorescenza sotto vuoto o elettroluminescenti, i LED offrono una durata di vita molto più lunga, una tensione operativa più bassa e nessun rischio di perdita di gas o degradazione del fosforo. Il principale compromesso potrebbe essere l'angolo di visione e il punto colore specifico, che per questo modello è fissato nello spettro del rosso intenso.

6. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare tutti e dieci i segmenti a 25 mA simultaneamente?

R: Sì, elettricamente è possibile, poiché ogni segmento è indipendente. Tuttavia, è necessario considerare la dissipazione di potenza totale (fino a 700 mW) e assicurarsi che il PCB e l'ambiente circostante possano gestire il calore risultante per mantenere l'affidabilità, specialmente vicino al limite superiore di temperatura.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco e lunghezza d'onda dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco (λp=639nm) è la lunghezza d'onda alla quale lo spettro di emissione ha la massima intensità. La lunghezza d'onda dominante (λd=631nm) è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che apparirebbe dello stesso colore all'occhio umano. La differenza è dovuta alla forma dello spettro di emissione del LED.

D: Come interpreto la nota "L'intensità luminosa è misurata con... curva di risposta dell'occhio CIE"?

R: Questa nota conferma che i valori di intensità (in microcandele, μcd) sono unità fotometriche, ponderate dalla curva standard di sensibilità visiva fotopica (adattata alla luce diurna) umana. Ciò rende i numeri significativi per prevedere la luminosità percepita, a differenza delle unità radiometriche (watt) che misurano la potenza luminosa totale indipendentemente dal colore.

D: Il piedinatura mostra anodi e catodi individuali. Posso cablarlo come un display ad anodo comune o a catodo comune?

R: Il piedinatura fisico è fisso. Per simulare un display a catodo comune, si collegherebbero insieme tutti i piedini catodo (11-20) sul proprio PCB. Per simulare un display ad anodo comune, si collegherebbero insieme tutti i piedini anodo (1-10). La configurazione fornita offre la flessibilità di implementare entrambi in hardware.

7. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Indicatore del Livello di Carica della Batteria

Un progettista sta creando un caricabatterie per una batteria di attrezzi. Desidera un grafico a barre a 10 segmenti per mostrare il livello di carica da 0% a 100%. L'LTA-1000KR è selezionato per il suo colore rosso brillante e la forma rettangolare dei segmenti, facile da leggere.

Implementazione:Il microcontrollore di sistema ha un numero limitato di pin I/O. Il progettista utilizza uno schema di multiplexing. Collega i dieci anodi (piedini 1-10) a dieci pin individuali del microcontrollore configurati come uscite. Collega insieme i dieci catodi (piedini 11-20) e collega questo nodo comune attraverso un singolo MOSFET a canale N controllato da un altro pin del microcontrollore. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente pin anodo viene impostato alto (attraverso una resistenza di limitazione della corrente) e il MOSFET del catodo comune viene acceso. Il microcontrollore cicla rapidamente attraverso ogni segmento (es. 1ms per segmento). La corrente di picco per segmento è impostata a 20 mA tramite il calcolo della resistenza: R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohm (usare un valore standard di 120Ω o 150Ω). La corrente media per segmento è di 2 mA (20 mA * ciclo di lavoro 1/10), ben all'interno del valore nominale continuo. Il display appare uniformemente illuminato grazie alla persistenza della visione. La luminosità è facilmente regolabile via software variando il ciclo di lavoro del multiplexing.

8. Introduzione al Principio Tecnico

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a giunzione p-n semiconduttori. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, l'energia viene rilasciata. In materiali come l'AlInGaP, questa energia viene rilasciata principalmente come fotoni (luce) piuttosto che calore. La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che viene ingegnerizzata durante il processo di crescita del cristallo regolando i rapporti di alluminio, indio, gallio e fosforo. Il substrato non trasparente assorbe la luce emessa verso il basso, migliorando l'efficienza complessiva riducendo le perdite interne e incoraggiando la luce a uscire dalla superficie superiore del chip. La faccia grigia e i segmenti bianchi del package agiscono rispettivamente come riflettore e diffusore, per creare un aspetto rettangolare uniforme dai chip LED discreti montati sotto.

9. Tendenze e Contesto Tecnologico

L'LTA-1000KR rappresenta una tecnologia di display LED matura. La tendenza più ampia del settore è stata verso una maggiore efficienza e una maggiore integrazione. Mentre barre luminose LED discrete come questa rimangono vitali per specifici fattori di forma, stanno emergendo tecnologie più recenti. Gli array LED a montaggio superficiale (SMD) offrono impronte ancora più piccole e sono più adatti per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place. Inoltre, lo sviluppo di LED organici (OLED) e micro-LED consente display completamente indirizzabili, flessibili e ad altissima risoluzione. Tuttavia, per applicazioni che richiedono indicatori semplici, robusti e ad alta luminosità in un formato a barra specifico, gli array LED inorganici come l'LTA-1000KR basato su AlInGaP continuano a offrire un equilibrio ottimale tra prestazioni, affidabilità e costo. Il passaggio al confezionamento senza piombo, come visto in questo dispositivo, riflette il cambiamento dell'intero settore verso processi di produzione ambientalmente sostenibili guidati da normative globali come RoHS e REACH.