Scheda Tecnica Display LED LTS-4801JR 0.39 Pollici Super Rosso - Altezza Cifra 10.0mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-4801JR è un modulo display alfanumerico a una cifra e sette segmenti. Presenta un'altezza della cifra di 0.39 pollici (10.0 millimetri), rendendolo adatto per applicazioni che richiedono una lettura numerica chiara e di media grandezza. Il dispositivo utilizza la tecnologia avanzata dei semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre un'emissione di colore super rosso. Il package presenta una faccia grigia con marcature dei segmenti bianche, garantendo un alto contrasto per un'ottima leggibilità dei caratteri. Questo display è progettato come tipo ad anodo comune, una configurazione standard per semplificare il circuito di pilotaggio nelle applicazioni multiplexate.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Altezza Cifra 0.39 Pollici:Offre una dimensione bilanciata per una buona visibilità senza consumi eccessivi.
• Segmenti Uniformi e Continui:Garantisce un'emissione luminosa uniforme su ciascun segmento per un aspetto professionale.
• Basso Requisito di Potenza:L'efficiente tecnologia AlInGaP consente un'uscita luminosa brillante con correnti dirette relativamente basse.
• Alta Luminosità e Alto Contrasto:I chip AlInGaP super rossi combinati con il design faccia grigia/segmenti bianchi garantiscono un'ottima leggibilità in varie condizioni di illuminazione.
• Ampio Angolo di Visione:Fornisce luminosità e colore consistenti su un ampio range di osservazione.
• Categorizzato per Intensità Luminosa:Le unità sono selezionate per intensità, permettendo una luminosità uniforme nei display multi-cifra.
• Package Senza Piombo (Conforme RoHS):Prodotto in conformità alle normative ambientali che limitano le sostanze pericolose.
• Affidabilità allo Stato Solido:Rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione, i LED offrono lunga vita operativa, resistenza agli urti e tolleranza alle vibrazioni.

1.2 Applicazioni Target e Mercato

Questo display è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie. Le aree applicative tipiche includono pannelli strumentazione, elettronica di consumo, display per controlli industriali, apparecchiature di test e misura, ed elettrodomestici dove è richiesto un display numerico chiaro. È adatto per applicazioni dove affidabilità, leggibilità e funzionamento a basso consumo sono considerazioni chiave. La scheda tecnica sconsiglia esplicitamente l'uso in sistemi critici per la sicurezza (es. avionica, supporto vitale medico) senza preventiva consultazione, indicando che il suo mercato primario è l'elettronica commerciale e industriale.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Oggettiva

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è raccomandato far funzionare il display continuativamente a o vicino a questi limiti.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la massima potenza che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA. Consentita solo in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per il multiplexing.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente (Ta) sopra i 25°C. Ad esempio, a 50°C, la corrente continua massima sarebbe circa 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo può resistere e operare entro questo ampio intervallo di temperatura.
• Temperatura di Saldatura:260°C max per 5 secondi, misurata 1/16 di pollice (≈1.6mm) sotto il piano di appoggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Intensità Luminosa Media (I_V):200 ucd (Min), 520 ucd (Tip) a I_F=1mA. Questa è l'emissione luminosa per segmento. Il rapporto di accoppiamento 2:1 garantisce che all'interno di un lotto, il segmento più luminoso non sia più del doppio del più debole, importante per un aspetto uniforme.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):639 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza spettrale in uscita è massima, definendo il colore "super rosso".
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):631 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che può differire leggermente dalla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (Tip). Indica la purezza del colore; un valore più piccolo significa una luce più monocromatica.
• Tensione Diretta per Chip (V_F):2.10V (Min), 2.60V (Tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi di un LED in funzionamento. Il progetto del circuito deve tenere conto di questo intervallo.
• Corrente Inversa (I_R):100 µA (Max) a V_R=5V. Questo parametro è solo per scopi di test; il dispositivo non deve essere operato in polarizzazione inversa continua.
• Cross Talk:< 2.5%. Specifica la minima quantità di luce che fuoriesce da un segmento spento adiacente a uno acceso.

3. Sistema di Binning e Classificazione

La scheda tecnica indica che l'LTS-4801JR è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning in cui i display sono ordinati in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di test standard (tipicamente 1mA o 20mA). Questo garantisce che quando più cifre sono usate affiancate, la loro luminosità appaia uniforme all'utente. I progettisti dovrebbero specificare se per la loro applicazione è richiesto un accoppiamento stretto dell'intensità. Il documento non specifica codici di bin dettagliati o soglie per la lunghezza d'onda (colore) o la tensione diretta, suggerendo che la selezione primaria è basata sull'intensità luminosa.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto di testo fornito faccia riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Tipicamente, una tale scheda tecnica includerebbe le seguenti curve essenziali per l'analisi di progetto:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Mostra la relazione non lineare, cruciale per progettare circuiti limitatori di corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente, mostrando spesso una relazione quasi lineare entro l'intervallo operativo.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Mostra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura, critica per applicazioni in ambienti ad alta temperatura.
• Distribuzione Spettrale di Potenza Relativa:Un grafico che traccia l'intensità rispetto alla lunghezza d'onda, mostrando il picco a ~639nm e la larghezza spettrale.

I progettisti dovrebbero consultare il PDF completo per questi grafici per fare previsioni accurate sulle prestazioni in specifiche condizioni operative.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il display ha un fattore di forma standard DIP (Dual In-line Package) a foro passante. Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25mm salvo diversa specifica.
• La tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.40 mm, che deve essere considerata per il posizionamento dei fori sul PCB.
• Il diametro del foro PCB raccomandato è 1.0 mm per una saldatura affidabile.
• Le specifiche di qualità limitano la presenza di materiali estranei, bolle nel segmento, piegature del riflettore e contaminazioni dell'inchiostro superficiale per garantire chiarezza ottica e qualità estetica.

5.2 Configurazione dei Pin e Schema Circuitale

L'LTS-4801JR è un dispositivo a 10 pin con configurazione ad anodo comune. Lo schema circuitale interno mostra tutti e sette i segmenti (A-G) e il punto decimale (DP) con i loro catodi collegati a pin individuali. Gli anodi di tutti i segmenti sono collegati insieme internamente e portati a due pin (Pin 3 e Pin 8), anch'essi collegati internamente. Ciò consente flessibilità nel layout del PCB e nella connessione di alimentazione.

Piedinatura:

1: Catodo G

2: Catodo F

3: Anodo Comune (collegato internamente al Pin 8)

4: Catodo E

5: Catodo D

6: Catodo D.P. (Punto Decimale)

7: Catodo C

8: Anodo Comune (collegato internamente al Pin 3)

9: Catodo B

10: Catodo A

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

6.1 Saldatura Automatica (Ondulata/Reflow)

La condizione raccomandata è 260°C per 5 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del package. La temperatura del corpo del componente stesso non deve superare il suo valore massimo durante questo processo.

6.2 Saldatura Manuale

Per la saldatura a mano, può essere utilizzata una temperatura di 350°C ±30°C, ma il tempo di saldatura deve essere limitato a 5 secondi per pin, sempre misurato da 1.6mm sotto il piano di appoggio. Bisogna fare attenzione a evitare un'esposizione prolungata al calore.

6.3 Condizioni di Stoccaggio

Sebbene non esplicitamente dichiarato per lo stoccaggio, l'intervallo di temperatura di funzionamento e stoccaggio è -35°C a +85°C. È buona pratica conservare i componenti in un ambiente asciutto e controllato per prevenire l'assorbimento di umidità che può causare il fenomeno del "popcorning" durante la saldatura.

7. Test di Affidabilità

Il dispositivo è sottoposto a una serie completa di test di affidabilità basati su standard militari (MIL-STD), giapponesi (JIS) e interni. Ciò garantisce robustezza sotto vari stress ambientali.

• Test di Vita Operativa (RTOL):1000 ore a corrente massima nominale a temperatura ambiente.
• Test di Stress Ambientale:Include Stoccaggio ad Alta Temperatura/Umidità (65°C/90-95% UR per 500h), Stoccaggio ad Alta Temperatura (105°C per 1000h), Stoccaggio a Bassa Temperatura (-35°C per 1000h), Cicli Termici (-35°C a 105°C per 30 cicli) e Shock Termico.
• Test Meccanici/Saldabilità:Test di Resistenza alla Saldatura (260°C per 10s) e Saldabilità (245°C per 5s) verificano l'integrità dei pin durante i processi di assemblaggio.

8. Note Applicative e Considerazioni di Progetto

8.1 Precauzioni Critiche per l'Applicazione

• Valori Massimi Assoluti:Superare i valori nominali per corrente, potenza o temperatura causerà un grave degrado dell'emissione luminosa o un guasto catastrofico.
• Protezione del Circuito di Pilotaggio:Il circuito deve proteggere i LED da tensioni inverse e transitori di tensione durante le sequenze di accensione/spegnimento. Una resistenza in serie è insufficiente per questo; sono raccomandati diodi di clamp o circuiti integrati driver con funzioni di protezione.
• Pilotaggio a Corrente Costante:Per una luminosità e longevità consistenti, si raccomanda vivamente di pilotare i segmenti con una sorgente di corrente costante piuttosto che con una semplice sorgente di tensione con resistenza in serie, specialmente in ambienti con temperatura variabile.
• Intervallo della Tensione Diretta:Il circuito driver deve essere progettato per fornire la corrente richiesta su tutto l'intervallo di V_F(da 2.10V a 2.60V a 20mA).
• Gestione Termica:La corrente continua massima deve essere ridotta in base alla temperatura ambiente operativa effettiva. Una ventilazione adeguata o un dissipatore di calore possono essere necessari in ambienti chiusi o ad alta temperatura.
• Evitare la Polarizzazione Inversa:Una polarizzazione inversa continua può causare migrazione metallica all'interno del semiconduttore, portando a un guasto prematuro.

8.2 Circuiti Applicativi Tipici

Per un display ad anodo comune come l'LTS-4801JR, gli anodi (Pin 3 & 8) sono collegati a una tensione di alimentazione positiva (V_CC). Ogni pin catodo è collegato a un sink di corrente. Ciò può essere ottenuto utilizzando:

1. Sink a Transistor:Transistor NPN o MOSFET a canale N controllati da un microcontrollore.
2. Circuiti Integrati Driver:Chip driver LED dedicati o pin di porta del microcontrollore con sufficiente capacità di sink di corrente (ricordando il limite di 25mA per segmento). Una resistenza limitatrice di corrente è tipicamente posta in serie con ogni segmento o nel percorso dell'anodo comune quando si usa una sorgente di tensione, ma un circuito a corrente costante è superiore.

Per il multiplexing di più cifre, gli anodi comuni di cifre diverse vengono commutati sequenzialmente ad alta frequenza, mentre i pattern di catodo appropriati vengono visualizzati per ciascuna cifra. Ciò riduce il numero di pin I/O richiesti.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

L'LTS-4801JR si differenzia attraverso diversi attributi chiave:

• Tecnologia del Materiale (AlInGaP):Rispetto ai vecchi LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre efficienza e luminosità significativamente maggiori, specialmente nello spettro rosso/arancio/ambra, risultando in un consumo energetico inferiore a parità di emissione luminosa.
• Colore Super Rosso:La lunghezza d'onda dominante/di picco di 631-639 nm fornisce un colore rosso vibrante e profondo, altamente saturo e visibile.
• Binning per Intensità:Non tutti i display offrono una corrispondenza garantita dell'intensità luminosa, che è critica per applicazioni multi-cifra per evitare luminosità irregolare.
• Ampio Intervallo di Temperatura:L'intervallo operativo da -35°C a +85°C è robusto per applicazioni industriali e automobilistiche (non critiche per la sicurezza).

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

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

R: Non direttamente per il sink di corrente. Un pin di microcontrollore può tipicamente assorbire (sink) 20-25mA, che è il massimo assoluto per un segmento. Questo non lascia alcun margine di sicurezza e rischia di danneggiare sia il LED che il microcontrollore. È sempre meglio usare un transistor o un circuito integrato driver. Per fornire corrente (all'anodo comune), un pin potrebbe non fornire corrente sufficiente per tutti i segmenti accesi simultaneamente (7*20mA=140mA).

D: Perché ci sono due pin anodo comune (3 e 8)?

R: Sono collegati internamente. Ciò fornisce flessibilità di layout, permette di collegare l'anodo da entrambi i lati del PCB per una resistenza inferiore e può aiutare nella dissipazione del calore utilizzando entrambi i pin.

D: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (λ_p) è il picco fisico dello spettro di emissione luminosa. La Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d) è calcolata in base alla risposta cromatica dell'occhio umano (curva CIE) e rappresenta il colore percepito. Sono spesso vicine ma non identiche.

D: Come calcolo il valore della resistenza in serie?

R: Se si utilizza una semplice sorgente di tensione (V_alim), la formula è R = (V_alim- V_F) / I_F. Usare la V_Fmassima dal datasheet (2.60V) per garantire che sia raggiunta la corrente minima. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V e una I_Fdesiderata di 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohm. Ricalcolare sempre per diverse tensioni di alimentazione e correnti.

11. Esempio Pratico di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettare un display voltmetrico a 4 cifre.

1. Selezione dei Componenti:Utilizzare quattro display LTS-4801JR. Assicurarsi che provengano dallo stesso bin di intensità se una luminosità uniforme è critica.
2. Metodo di Pilotaggio:Implementare il multiplexing. Collegare insieme tutti i catodi dei segmenti corrispondenti (A, B, C,... DP) attraverso i quattro display. Utilizzare quattro transistor NPN (es. 2N3904) per controllare individualmente l'anodo comune di ciascuna cifra.
3. Controllo della Corrente:Posizionare una singola resistenza limitatrice di corrente nel percorso comune dei collettori dei transistor (prima degli anodi). Poiché solo una cifra è accesa alla volta, il valore della resistenza è calcolato per la corrente totale di una cifra (es. 8 segmenti * 5mA ciascuno = 40mA). In alternativa, utilizzare un circuito integrato driver a corrente costante per ogni linea catodica per una maggiore precisione.
4. Interfaccia con il Microcontrollore:Utilizzare 7-8 pin del microcontrollore per i pattern dei segmenti (catodi) e 4 pin per controllare i transistor di selezione cifra (anodi).
5. Software:Nel ciclo principale, accendere sequenzialmente un transistor di cifra, inviare il pattern dei segmenti per quella cifra, attendere un breve tempo (1-5ms), quindi passare alla cifra successiva. La frequenza di aggiornamento dovrebbe essere superiore a 60Hz per evitare lo sfarfallio.
6. Protezione:Aggiungere resistenze di piccolo valore (es. 100Ω) in serie con la base di ciascun transistor e i pin del microcontrollore per limitare la corrente. Assicurarsi che l'alimentazione sia pulita e priva di picchi.

12. Principio di Funzionamento

Un Diodo Emettitore di Luce (LED) è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia del diodo (V_F), gli elettroni del materiale di tipo n si ricombinano con le lacune del materiale di tipo p nella regione di svuotamento. Questo evento di ricombinazione rilascia energia. Nei diodi standard, questa energia è principalmente termica. Nei materiali LED come l'AlInGaP, l'energia di bandgap del semiconduttore è tale che l'energia rilasciata è sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce è direttamente determinata dall'energia di bandgap del materiale semiconduttore. L'AlInGaP ha un bandgap che produce fotoni nella parte rossa e ambra dello spettro visibile. Il display a sette segmenti semplicemente impacchetta più di tali chip LED (uno per segmento e il punto decimale) in una disposizione standard, con le loro connessioni elettriche portate ai pin per il controllo esterno.

13. Tendenze Tecnologiche

L'uso dell'AlInGaP rappresenta un progresso rispetto ai precedenti materiali LED per i colori rosso/arancio. Le tendenze attuali nella tecnologia dei display rilevanti per tali componenti includono:

• Aumento dell'Efficienza:La ricerca in scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantica interna (IQE) e l'efficienza di estrazione della luce dei LED, portando a una maggiore luminosità a correnti più basse.
• Miniaturizzazione:Sebbene 0.39 pollici sia una dimensione standard, c'è una tendenza verso display più piccoli e ad alta densità che utilizzano package SMD (Surface-Mount Device) piuttosto che package DIP a foro passante per l'assemblaggio automatizzato.
• Integrazione:L'elettronica di pilotaggio è sempre più integrata nel modulo display stesso (display intelligenti) o in circuiti integrati driver a corrente costante multi-canale più sofisticati che semplificano la progettazione del sistema.
• Gamut di Colori più Ampio:Sebbene questo sia un display monocromatico, lo sviluppo della tecnologia dei materiali per i LED rossi beneficia anche i display RGB a colori completi, spingendo verso colori più puri e saturi.
• Focus su Affidabilità e Standardizzazione:Man mano che i LED penetrano in applicazioni più impegnative, test standardizzati (come visto nella sezione affidabilità) e specifiche di vita più dettagliate (valutazioni L70, L90) stanno diventando comuni.

Nonostante queste tendenze, display a sette segmenti discreti come l'LTS-4801JR rimangono altamente rilevanti per applicazioni che richiedono un'uscita numerica semplice, affidabile, a basso costo e altamente leggibile dove un display grafico completo non è necessario.