Scheda Tecnica Display LED LTS-2801AJR - Altezza Cifra 0.28 Pollici - Colore Rosso Super - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-2801AJR è un modulo display alfanumerico ad alte prestazioni, a cifra singola e sette segmenti. La sua funzione principale è fornire una rappresentazione chiara e affidabile di numeri e caratteri alfanumerici limitati nei dispositivi elettronici. L'applicazione principale è in strumentazione a basso consumo, elettronica di consumo, pannelli di controllo industriali e qualsiasi dispositivo che richieda un indicatore numerico luminoso e facilmente leggibile.

Il dispositivo è realizzato con l'avanzata tecnologia LED AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Questo sistema di materiale semiconduttore è rinomato per la sua alta efficienza e l'eccellente purezza del colore nello spettro dal rosso-arancio all'ambra. L'uso di un substrato di GaAs trasparente migliora ulteriormente l'estrazione della luce, contribuendo all'elevata luminosità del display. Il display presenta una faccia grigia con marcature dei segmenti bianche, che fornisce un alto contrasto quando i segmenti sono illuminati, migliorando la leggibilità in varie condizioni di illuminazione.

La caratteristica distintiva di questo display è la sua ottimizzazione per il funzionamento a bassa corrente. È specificamente testato e selezionato per performare eccezionalmente bene con correnti di pilotaggio fino a 1mA per segmento, rendendolo ideale per applicazioni alimentate a batteria o sensibili al consumo energetico. I segmenti sono anche abbinati per un'intensità luminosa uniforme a queste basse correnti, garantendo un aspetto omogeneo sulla cifra.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Dimensione della Cifra:Presenta un'altezza del carattere di 0.28 pollici (7.0 mm), offrendo un'area di visualizzazione compatta ma leggibile.
• Qualità del Segmento:Fornisce un'emissione di luce continua e uniforme su ciascun segmento, senza spazi visibili o punti caldi.
• Efficienza Energetica:Progettato per requisiti di potenza molto bassi, consentendo il funzionamento da 1mA per segmento in su.
• Prestazioni Ottiche:Offre un aspetto del carattere eccellente con alta luminosità e alto contrasto contro la sua faccia grigia.
• Angolo di Visione:Offre un ampio angolo di visione grazie alla costruzione del chip LED e al design del package.
• Affidabilità:Beneficia dell'affidabilità a stato solido, senza parti in movimento e con una lunga durata operativa tipica della tecnologia LED.
• Uniformità:I dispositivi sono categorizzati (binning) per intensità luminosa, garantendo livelli di luminosità prevedibili in produzione.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici del dispositivo come definiti nella scheda tecnica. Comprendere queste specifiche è cruciale per un corretto design del circuito e per garantire prestazioni affidabili.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre 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:Massimo 90 mA, ma solo in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Ciò consente brevi periodi di alta luminosità, come nei display multiplexati o per effetti stroboscopici.
• 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. Ad esempio, a 50°C, la corrente continua massima sarebbe circa 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. I LED hanno una bassa tensione di breakdown inversa. Superare questo valore può causare un guasto immediato della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a un massimo di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questo è critico per i processi di saldatura a rifusione.

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

Questi sono i parametri operativi tipici in condizioni di test specificate. Il design dovrebbe basarsi su questi valori.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 200 μcd (min) a 480 μcd (tip) a una corrente diretta (I_F) di 1mA. Ciò conferma la sua idoneità per applicazioni a corrente molto bassa. L'intensità scala con la corrente.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 639 nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è maggiore, collocandola nella regione dello spettro del "rosso super".
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Tipicamente 20 nm. Questo indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore più monocromatico (puro).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 631 nm. Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che può differire leggermente dalla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Varia da 2.0V (min) a 2.6V (tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando illuminato. È sempre richiesto un resistore limitatore di corrente in serie con ciascun segmento o anodo comune.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 μA a una tensione inversa (V_R) di 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Rapporto di Abbinamento Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1 a I_F=1mA. Questo specifica che la luminosità del segmento più debole non sarà inferiore alla metà della luminosità del segmento più luminoso all'interno della stessa cifra, garantendo uniformità.

Nota sulla Misurazione:L'intensità luminosa è misurata utilizzando un sensore e un filtro calibrati sulla funzione di luminosità fotopica CIE, che approssima la sensibilità dell'occhio umano.

3. Sistema di Binning e Categorizzazione

La scheda tecnica afferma che i dispositivi sono "categorizzati per intensità luminosa". Questo si riferisce a una pratica comune nella produzione di LED nota come "binning".

• Binning per Intensità Luminosa:A causa delle variazioni naturali nella crescita epitassiale del semiconduttore e nel processo di fabbricazione, i LED dello stesso lotto di produzione possono avere output di luminosità leggermente diversi. I produttori testano ogni dispositivo e li suddividono in diversi "bin" in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. 1mA o 20mA). Ciò consente ai clienti di selezionare un bin che soddisfi i loro specifici requisiti di luminosità, garantendo uniformità nell'aspetto del prodotto finale. Il tipico I_Vdi 480 μcd dell'LTS-2801AJR rappresenta probabilmente un bin specifico o il centro della distribuzione.
• Binning per Tensione Diretta:Sebbene non esplicitamente menzionato per questo componente, è anche comune categorizzare i LED in base alla tensione diretta (V_F). Questo è importante per i design in cui la tensione di alimentazione è strettamente vincolata o dove è critico un preciso abbinamento di corrente tra più LED.
• Binning per Lunghezza d'Onda:Per applicazioni critiche per il colore, i LED sono anche categorizzati per lunghezza d'onda dominante o di picco per garantire una tonalità uniforme. I valori tipici stretti per λ_p(639nm) e λ_d(631nm) suggeriscono una buona consistenza di colore intrinseca per questa tecnologia AlInGaP.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto standard e l'importanza.

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe come l'output di luce aumenta con la corrente diretta. È tipicamente non lineare, specialmente a correnti molto basse. La curva conferma l'usabilità del dispositivo a 1mA e mostra il guadagno in luminosità ottenibile aumentando la corrente fino al valore massimo nominale.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa curva mostra la relazione tra la tensione ai capi del LED e la corrente che lo attraversa. È essenziale per progettare il valore del resistore limitatore di corrente. La curva è di natura esponenziale, ma a fini progettuali, si utilizza il tipico V_Falla corrente operativa prevista.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:L'output luminoso del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva è critica per comprendere la derating termica. La riduzione lineare specificata per la corrente continua (0.33 mA/°C) è una semplificazione pratica di questa relazione per prevenire il surriscaldamento.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra la potenza ottica relativa attraverso le lunghezze d'onda. Illustrerebbe il picco a ~639nm e la larghezza a mezza altezza di 20nm, confermando l'emissione rossa stretta e pura.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha un'impronta standard per package LED a sette segmenti a cifra singola. Note dimensionali chiave dalla scheda tecnica:

• Tutte le dimensioni primarie sono fornite in millimetri (mm).
• La tolleranza standard sulle dimensioni è ±0.25 mm (equivalente a ±0.01 pollici).
• Le dimensioni specifiche (non elencate nell'estratto del testo) definirebbero la lunghezza, larghezza e altezza complessive del package, la dimensione della finestra della cifra, la spaziatura dei terminali (pin) e la lunghezza e il diametro dei terminali. Queste sono critiche per il design dell'impronta PCB e il montaggio meccanico all'interno di un contenitore.

5.2 Connessione dei Pin e Polarità

L'LTS-2801AJR è un display adanodo comune. Ciò significa che l'anodo (lato positivo) di tutti i segmenti LED è collegato internamente a pin comuni. I catodi (lato negativo) dei singoli segmenti sono portati su pin separati.

Piedinatura (configurazione a 10 pin):

1. Pin 1: Catodo per il segmento E
2. Pin 2: Catodo per il segmento D
3. Pin 3: Anodo Comune 1
4. Pin 4: Catodo per il segmento C
5. Pin 5: Catodo per il Punto Decimale (D.P.)
6. Pin 6: Catodo per il segmento B
7. Pin 7: Catodo per il segmento A
8. Pin 8: Anodo Comune 2
9. Pin 9: Catodo per il segmento G
10. Pin 10: Catodo per il segmento F

Schema Circuitale Interno:Lo schema mostra due pin di anodo comune (3 e 8) collegati internamente. Questo design a doppio anodo aiuta a distribuire la corrente e può essere utilizzato per ridondanza o in specifici schemi di multiplexing. Tutti i catodi dei segmenti e il catodo del punto decimale sono indipendenti.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il rispetto di queste linee guida è essenziale per l'affidabilità e per prevenire danni durante il processo di assemblaggio.

• Saldatura a Rifusione:Il dispositivo può resistere a una temperatura di picco di 260°C per una durata massima di 3 secondi. Questa temperatura dovrebbe essere misurata 1.6mm sotto il corpo del package (il piano di appoggio sul PCB). I profili standard di rifusione senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020) sono generalmente applicabili, ma il limite specifico di 260°C/3s deve essere rispettato.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, utilizzare un saldatore a temperatura controllata. Limitare il tempo di contatto per pin a 3-5 secondi per prevenire un eccessivo trasferimento di calore al chip LED attraverso i terminali.
• Pulizia:Utilizzare solventi appropriati e non aggressivi per la pulizia post-saldatura. Evitare la pulizia a ultrasuoni a meno che non sia verificata come sicura per il package.
• Precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica):Sebbene non esplicitamente dichiarato, i LED sono dispositivi a semiconduttore e possono essere sensibili all'ESD. Si raccomandano le procedure standard di manipolazione ESD (postazioni di lavoro messe a terra, braccialetti) durante l'assemblaggio.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare nella busta barriera all'umidità originale in un ambiente entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato (-35°C a +85°C) e a bassa umidità per prevenire l'ossidazione dei terminali.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Pilotaggio Diretto con Microcontrollore:Per un display ad anodo comune, i pin comuni sono collegati a una tensione di alimentazione positiva (es. +5V) attraverso un resistore limitatore di corrente, o più comunemente, collegati a un pin GPIO di un microcontrollore configurato come uscita impostata a un livello logico "alto" (o pilotato da un transistor PNP per correnti più elevate). Ogni pin catodo del segmento è collegato a un pin GPIO del microcontrollore. Per illuminare un segmento, il corrispondente pin catodo viene portato a un livello logico "basso" (massa), completando il circuito.

Calcolo del Resistore Limitatore di Corrente:Questo è obbligatorio per ogni connessione di anodo comune o per ogni catodo di segmento (a seconda della topologia di pilotaggio). Utilizzando la tensione diretta tipica (V_F= 2.6V) e una corrente diretta desiderata (I_F), il valore del resistore R è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e I_F=10mA: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω. La potenza nominale del resistore dovrebbe essere almeno I_F²* R.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Multiplexing:Per controllare più cifre con meno pin del microcontrollore, si utilizza il multiplexing. Le cifre vengono accese una alla volta a una velocità elevata (es. 1-5 ms per cifra). La capacità dell'LTS-2801AJR di gestire correnti di picco (90mA pulsati) lo rende adatto per applicazioni multiplexate dove la luminosità istantanea deve essere più alta per compensare il ridotto duty cycle.
• Progetto a Basso Consumo:Sfruttare la capacità operativa di 1mA per dispositivi alimentati a batteria. A 1mA per segmento e un'alimentazione di 5V, il consumo di potenza per segmento illuminato è circa (5V - 2.6V) * 0.001A = 2.4 mW.
• Angolo di Visione:Posizionare il display considerando il suo ampio angolo di visione per garantire la leggibilità per l'utente finale.
• Gestione del Calore:Nelle applicazioni che funzionano ad alta corrente continua o in alte temperature ambientali, assicurare un'adeguata ventilazione. Rispettare la curva di derating della corrente sopra i 25°C.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Sebbene non sia fornito un confronto diretto con altri numeri di parte, i principali fattori di differenziazione dell'LTS-2801AJR possono essere dedotti dalle sue specifiche:

• vs. LED Rossi Standard GaAsP/GaP:L'uso della tecnologia AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa significativamente più alta (più luce in uscita per mA di corrente) e una migliore purezza del colore (rosso più saturo) rispetto ai materiali LED più vecchi. Ciò si traduce in maggiore luminosità e minore consumo energetico.
• vs. Display con Cifre più Grandi:La cifra da 0.28 pollici offre un equilibrio tra dimensioni e leggibilità, adatta per dispositivi compatti dove un display più grande (es. 0.5 pollici o 1 pollice) sarebbe fisicamente impraticabile.
• vs. Display senza Test a Bassa Corrente:Il test esplicito e la selezione per eccellenti caratteristiche a bassa corrente (1mA) sono una caratteristica chiave. Non tutti i display a sette segmenti garantiscono uniformità di luminosità e corretto funzionamento a livelli di pilotaggio così bassi.
• vs. Display a Catodo Comune:La configurazione ad anodo comune è spesso preferita quando si interfaccia con microcontrollori che forniscono corrente meglio di quanto la assorbano (sebbene molti MCU moderni siano simmetrici). La scelta dipende dal design del circuito di pilotaggio.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display direttamente da un sistema a microcontrollore a 3.3V?

R: Sì, ma devi ricalcolare il resistore limitatore di corrente. Usando V_{alimentazione}=3.3V, V_F=2.6V, e I_F=5mA: R = (3.3V - 2.6V) / 0.005A = 140 Ω. Verifica che l'output luminoso a 5mA sia sufficiente per la tua applicazione.

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

R: Sono collegati internamente. Ciò consente flessibilità nel routing del PCB e aiuta a distribuire la corrente totale dell'anodo (che è la somma delle correnti di tutti i segmenti accesi) su due pin, riducendo la densità di corrente per pin e migliorando l'affidabilità.

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco (639nm) e lunghezza d'onda dominante (631nm)?

R: La lunghezza d'onda di picco è dove la potenza ottica in uscita è fisicamente più alta. La lunghezza d'onda dominante è l'unica lunghezza d'onda che produrrebbe la stessa percezione di colore per l'occhio umano, calcolata dallo spettro completo. La sensibilità dell'occhio umano influenza questo calcolo, causando la differenza tra i valori.

D: Come faccio a ottenere un punto decimale?

R: Il punto decimale è un LED separato con il proprio catodo sul Pin 5. Per illuminarlo, collega gli anodi comuni a V+, e porta il Pin 5 a massa (attraverso un resistore limitatore di corrente, condiviso con i segmenti o separato).

10. Esempio di Applicazione Pratica

Scenario: Progettare un semplice termometro digitale alimentato a batteria.

1. Selezione dei Componenti:L'LTS-2801AJR è scelto per il suo funzionamento a bassa corrente per massimizzare la durata della batteria. Viene selezionato un microcontrollore con almeno 8 pin I/O (7 per i segmenti, 1 per il controllo dell'anodo comune).
2. Progettazione del Circuito:I pin di anodo comune (3 & 8) sono collegati insieme e poi a un pin GPIO del microcontrollore tramite un transistor PNP (per gestire la corrente combinata dei segmenti se tutti sono accesi). Ogni catodo di segmento (Pin 1,2,4,5,6,7,9,10) è collegato a un pin GPIO separato del microcontrollore. Un resistore limitatore di corrente è posizionato tra il rail positivo di alimentazione del microcontrollore e l'emettitore del transistor PNP (o in serie con ogni catodo se pilotato direttamente). Il valore è calcolato per una luminosità desiderata a, ad esempio, 2mA per segmento.
3. Software:Il microcontrollore legge il sensore di temperatura, converte il valore in un numero decimale e cerca i pattern di segmenti corrispondenti (es. una tabella "carattere a 7 segmenti"). Quindi porta i pin catodo appropriati a livello basso mentre imposta il pin di controllo dell'anodo comune a livello alto per visualizzare la cifra.
4. Risultato:Un display della temperatura chiaro e leggibile con consumo di potenza minimo, adatto per un dispositivo portatile.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

La tecnologia di base è il LED AlInGaP. La luce è prodotta attraverso un processo chiamato elettroluminescenza. Quando una tensione diretta è applicata attraverso la giunzione P-N del semiconduttore, gli elettroni dal materiale di tipo N si ricombinano con le lacune dal materiale di tipo P nella regione attiva. Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (particelle di luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che è ingegnerizzata controllando con precisione i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro durante la crescita del cristallo. Il substrato di GaAs trasparente permette a più della luce generata di uscire dal chip rispetto ai substrati assorbenti, aumentando l'efficienza esterna complessiva. La luce da questi minuscoli chip viene poi modellata e diretta dal package in plastica per formare il riconoscibile pattern a sette segmenti.

12. Tendenze e Sviluppi del Settore

L'evoluzione dei display a sette segmenti segue le tendenze più ampie della tecnologia LED. Sebbene il fattore di forma di base rimanga utilissimo, la tecnologia sottostante continua ad avanzare. L'AlInGaP stesso rappresentò un salto significativo rispetto ai materiali più vecchi. Le tendenze attuali potrebbero includere:

• Efficienza Ancora Più Alta:La ricerca continua sulle strutture epitassiali e sulle tecniche di estrazione della luce spinge per più lumen per watt, consentendo display più luminosi alla stessa corrente o una maggiore durata della batteria.
• Integrazione:Alcuni display moderni integrano il circuito integrato di pilotaggio (un "controller") direttamente nel package, semplificando l'interfacciamento per il progettista del sistema (sebbene ciò sia più comune nei display a matrice di punti e alfanumerici che nelle unità a sette segmenti di base).
• Colori Alternativi & Materiali:Mentre questo componente utilizza AlInGaP per il rosso, altri materiali come l'InGaN sono utilizzati per LED blu, verdi e bianchi. Il principio di funzionamento a bassa corrente e alta luminosità si applica a queste tecnologie.
• Durata di Nicchia:Per ambienti ostili, gli sviluppi nella sigillatura del package e nei materiali migliorano la resistenza all'umidità, alle sostanze chimiche e alle temperature estreme.

L'LTS-2801AJR, con il suo focus sulla tecnologia AlInGaP collaudata e ottimizzata per le prestazioni a bassa corrente, rappresenta una soluzione matura, affidabile e altamente pratica all'interno di questo panorama tecnologico in evoluzione.