Scheda Tecnica Display LED Giallo LTS-5703AJS da 0.56 Pollici - Altezza Cifra 14.22mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 40mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-5703AJS è un modulo display LED a sette segmenti ad alte prestazioni e basso consumo. La sua funzione principale è fornire un output numerico e alfanumerico limitato, chiaro e luminoso, nei dispositivi elettronici. L'applicazione principale è in strumentazione, elettronica di consumo e pannelli di controllo industriali dove sono richiesti display digitali affidabili e a bassa corrente.

Il dispositivo si posiziona come una soluzione che offre un'eccellente leggibilità ed efficienza energetica. I suoi vantaggi principali derivano dall'uso del materiale semiconduttore avanzato AlInGaP, che fornisce un'elevata luminosità e una buona purezza del colore a correnti di pilotaggio relativamente basse rispetto alle tecnologie più datate.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Le caratteristiche chiave che definiscono la posizione di mercato di questo prodotto includono un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm), che offre un buon equilibrio tra dimensioni e visibilità. I segmenti sono continui e uniformi, garantendo un aspetto esteticamente gradevole dei caratteri. Il dispositivo richiede una bassa potenza, rendendolo adatto per applicazioni alimentate a batteria o attente al consumo energetico. Offre un'elevata luminosità e un alto contrasto, abbinati a un ampio angolo di visione, garantendo la leggibilità da varie posizioni. La costruzione a stato solido offre un'affidabilità intrinseca. Infine, i dispositivi sono categorizzati per intensità luminosa, consentendo un abbinamento uniforme della luminosità nei display multi-cifra.

Il mercato di riferimento include i progettisti di apparecchiature di test portatili, multimetri digitali, sveglie radio, pannelli di controllo per elettrodomestici e qualsiasi sistema embedded che richieda un display numerico semplice a pilotaggio diretto.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici del dispositivo come definiti nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzione del display. Il dispositivo utilizza chip LED gialli in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Questi sono realizzati su un substrato di GaAs non trasparente, che aiuta a dirigere la luce in avanti e può migliorare il contrasto. Il package ha una faccia grigio chiaro con segmenti bianchi, una combinazione progettata per migliorare il contrasto quando i segmenti sono spenti.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da un minimo di 320 µcd a un valore tipico di 700 µcd con una corrente diretta (I_F) di soli 1mA. Questa corrente di pilotaggio eccezionalmente bassa per una tale luminosità è una specifica chiave, che consente un consumo energetico di sistema molto basso.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 588 nm, collocandola nella regione gialla dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):Tipicamente 15 nm, indicando una larghezza di banda spettrale relativamente stretta, che contribuisce a un colore giallo puro.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 587 nm, corrispondente strettamente alla lunghezza d'onda di picco.
• Rapporto di Abbinamento dell'Intensità Luminosa:Specificato come massimo 2:1 in condizioni di area luminosa simile a I_F=1mA. Ciò significa che la luminosità di segmenti diversi in un dispositivo, o tra dispositivi, non varierà di più di un fattore due, garantendo un aspetto uniforme.

È importante notare che l'intensità luminosa è misurata utilizzando un sensore e un filtro che approssimano la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, assicurando che i valori siano correlati alla percezione visiva umana.

2.2 Parametri Elettrici

Le caratteristiche elettriche definiscono l'interfaccia tra il display e il circuito di pilotaggio.

• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Tipicamente 2.6V con un massimo di 2.6V a I_F=20mA. Il minimo è 2.05V. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire almeno 2.6V per raggiungere la luminosità nominale a 20mA.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 µA a una Tensione Inversa (V_R) di 5V. Questo parametro è importante per la protezione del circuito; superare la tensione inversa nominale può danneggiare il LED.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:Il valore assoluto massimo è 25 mA. Tuttavia, si applica un fattore di derating di 0.33 mA/°C linearmente da 25°C. Ciò significa che a temperature ambiente più elevate, la corrente continua massima consentita deve essere ridotta per prevenire surriscaldamento e guasti prematuri.
• Corrente Diretta di Picco:Può essere impulsata fino a 60 mA in condizioni specifiche (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Ciò consente schemi di multiplexing o sovrapilotaggi brevi per aumentare la luminosità.
• Dissipazione di Potenza per Segmento:Il massimo assoluto è 40 mW. Questo limite termico, combinato con il derating di corrente, è critico per l'affidabilità.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

I limiti operativi del dispositivo sono definiti da intervalli di temperatura.

• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +105°C. Questo ampio intervallo lo rende adatto all'uso in vari ambienti, dalla refrigerazione industriale agli involucri di apparecchiature calde.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:-35°C a +105°C.
• Condizioni di Saldatura:Specifica che durante l'assemblaggio, la temperatura del corpo del dispositivo non deve superare la temperatura massima nominale. La linea guida è saldare a 260°C per 3 secondi con il punto di saldatura almeno 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio del package.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "categorizzati per intensità luminosa". Ciò si riferisce a un processo di binning. Sebbene codici bin specifici non siano forniti in questo documento, la categorizzazione tipica per tali display comporta l'ordinamento delle unità prodotte in base all'intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. 1mA o 20mA).

Le unità sono raggruppate in bin con valori di intensità minimi e massimi definiti. Ciò consente ai clienti di selezionare i bin per la loro applicazione, garantendo coerenza nella luminosità tra tutte le cifre in un display multi-cifra. Ad esempio, un progettista potrebbe specificare che tutti i display devono provenire da un bin con I_Vtra 500 µcd e 600 µcd a 1mA. Il rapporto di abbinamento dell'intensità 2:1 specificato è la variazione nel caso peggiore consentita all'interno di un singolo dispositivo o potenzialmente all'interno di un bin standard.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

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

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva fondamentale mostra la relazione tra la corrente che scorre attraverso un segmento LED e la tensione ai suoi capi. È non lineare. Il tipico V_Fdi 2.6V a 20mA è un punto su questa curva. La curva aiuta i progettisti a dimensionare correttamente le resistenze limitatrici di corrente e a comprendere i requisiti di tensione del circuito di pilotaggio, specialmente in condizioni di multiplexing dove la corrente media differisce dalla corrente istantanea.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico è cruciale per il controllo della luminosità. Mostra come l'output luminoso aumenta con la corrente. È tipicamente lineare in un intervallo ma satura a correnti molto elevate. La capacità di pilotare i segmenti a soli 1mA è una caratteristica chiave, e questa curva mostrerebbe la luminosità relativa in quel punto rispetto al tipico pilotaggio a 20mA.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'output luminoso del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva quantifica quel derating. È essenziale per le applicazioni che operano ad alte temperature ambiente per garantire che il display rimanga sufficientemente luminoso su tutto l'intervallo operativo.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico che mostra l'intensità luminosa relativa attraverso le lunghezze d'onda, centrato attorno al picco di 588 nm con la larghezza a mezza altezza di 15 nm. Questo definisce la tonalità esatta del giallo.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Disegno

Il dispositivo ha un footprint standard da 10 pin per display a sette segmenti a cifra singola. La scheda tecnica include un disegno dimensionato dettagliato. Le note chiave specificano che tutte le dimensioni sono in millimetri, con tolleranze standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Una nota specifica menziona una tolleranza di spostamento della punta del pin di +0.4 mm, importante per il posizionamento dei fori PCB e i processi di saldatura a onda.

5.2 Connessione dei Pin e Identificazione della Polarità

Il dispositivo utilizza una configurazione acatodo comune. Ciò significa che tutti i catodi (terminali negativi) dei singoli segmenti LED sono collegati insieme internamente. Ci sono due pin di catodo comune (pin 3 e 8), che sono collegati internamente. Questo design a doppio pin aiuta nella distribuzione della corrente e nel layout PCB. Gli anodi (terminali positivi) per ogni segmento (A, B, C, D, E, F, G e il Punto Decimale) sono su pin separati. Il piedinamento specifico è: 1:E, 2:D, 3:Catodo Comune, 4:C, 5:P.D., 6:B, 7:A, 8:Catodo Comune, 9:F, 10:G.

5.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema fornito conferma visivamente l'architettura a catodo comune, mostrando tutti i LED di segmento con i loro anodi su pin individuali e i loro catodi collegati insieme ai pin 3 e 8.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La sezione dei valori assoluti massimi fornisce dati critici per l'assemblaggio. La condizione di saldatura specificata è lo standard del settore per i componenti through-hole: una temperatura massima del saldatore di 260°C per una durata non superiore a 3 secondi, con il giunto di saldatura situato almeno 1.6mm sotto il corpo del package per minimizzare il trasferimento di calore ai chip LED e ai legami interni. Durante qualsiasi processo di assemblaggio che coinvolga calore (come saldatura a onda o riparazione manuale), la temperatura dell'unità display stessa non deve superare la sua temperatura massima di conservazione nominale. Una manipolazione adeguata per evitare scariche elettrostatiche (ESD) è anche una precauzione standard, sebbene non esplicitamente dichiarata, per i dispositivi LED.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Per un display a catodo comune, il circuito di pilotaggio tipicamente collega i pin di catodo comune a massa. Ogni pin anodo di segmento è collegato a una tensione di alimentazione positiva (V_CC) attraverso una resistenza limitatrice di corrente. Il valore della resistenza è calcolato usando R = (V_CC- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, un V_Fdi 2.6V e una I_Fdesiderata di 10mA, la resistenza sarebbe (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ohm. Il display può essere pilotato direttamente dai pin I/O di un microcontrollore se possono erogare la corrente richiesta (es. 10-20mA per segmento), spesso richiedendo transistor driver esterni o IC driver LED dedicati per il multiplexing di più cifre.

7.2 Considerazioni e Note di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre resistenze in serie. Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione.
• Multiplexing:Per pilotare più cifre, si utilizza uno schema di multiplexing in cui le cifre sono illuminate una alla volta rapidamente. La corrente di picco può essere più alta (fino al valore nominale di 60mA) per compensare il ciclo di lavoro inferiore, mantenendo la luminosità percepita.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma considerare la posizione prevista dell'utente quando si monta il display.
• Abbinamento della Luminosità:Per display multi-cifra, utilizzare dispositivi dello stesso bin di intensità luminosa o implementare una calibrazione software della luminosità utilizzando PWM se la variazione è evidente.
• Progettazione a Basso Consumo:Sfruttare la capacità di pilotaggio a 1mA per applicazioni sensibili alla batteria. La luminosità a 1mA (min 320 µcd) è spesso sufficiente per l'uso interno.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il LTS-5703AJS si differenzia principalmente attraverso la suatecnologia AlInGaPe il suofunzionamento a corrente molto bassa. Rispetto ai vecchi LED rossi GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre una maggiore efficienza, portando a una luminosità maggiore alla stessa corrente o a una luminosità equivalente a corrente molto inferiore. Rispetto ai LED rossi ad alta luminosità contemporanei, il colore giallo può offrire una migliore visibilità o minore affaticamento degli occhi in alcune applicazioni. Il suo basso V_F(rispetto ai LED blu o bianchi) è anche un vantaggio nei sistemi a bassa tensione. La categorizzazione per intensità fornisce un vantaggio nelle applicazioni che richiedono uniformità rispetto ai semplici display commodity non binnati.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display con logica a 3.3V?

R: Sì. Il tipico V_Fè 2.6V, quindi un'alimentazione a 3.3V fornisce un margine sufficiente. Calcolare la resistenza in serie di conseguenza: es. per 10mA, R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 Ohm.

D: Qual è lo scopo di avere due pin di catodo comune?

R: Sono collegati internamente. Avere due pin aiuta a distribuire la corrente totale del catodo (che è la somma delle correnti di tutti i segmenti illuminati) su due tracce PCB e giunti di saldatura, migliorando l'affidabilità e potenzialmente riducendo la caduta di tensione.

D: Le specifiche mostrano una corrente continua massima di 25mA ma una condizione di test di 20mA per V_F. Quale dovrei usare per la progettazione?

R: La cifra di 20mA è la condizione di test standard per riportare caratteristiche tipiche come V_Fe lunghezza d'onda. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, è prudente progettare per una corrente continua pari o inferiore a 20mA, specialmente se si prevede che la temperatura ambiente sia superiore a 25°C, rispettando la curva di derating.

D: Come posso ottenere la stessa luminosità se multiplexo 4 cifre?

R: Con un ciclo di lavoro di 1/4, è necessario moltiplicare la corrente istantanea del segmento per 4 per ottenere la stessa corrente media e quindi una luminosità percepita simile. Se si desidera una media di 5mA per segmento, si dovrebbe impulsare ogni segmento a 20mA. Assicurarsi che questa corrente impulsata (20mA) e la conseguente dissipazione di potenza istantanea siano entro i valori assoluti massimi (picco 60mA, 40mW).

10. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Caso di Progettazione: Un Termometro Digitale Portatile a 4 Cifre.

L'obiettivo di progettazione è una lunga durata della batteria e una chiara leggibilità. Il microcontrollore ha I/O e budget di potenza limitati.

Implementazione:Utilizzare quattro display LTS-5703AJS in una configurazione multiplexata. Collegare tutti gli anodi di segmento corrispondenti (A, B, C...) insieme attraverso le quattro cifre. Il catodo comune di ogni cifra è controllato da un transistor NPN separato pilotato da un pin del microcontrollore. Il microcontrollore cicla accendendo il catodo di una cifra alla volta mentre invia il pattern del segmento per quella cifra sulle linee anodo comuni. Per risparmiare energia, la corrente di pilotaggio è impostata a 5mA di media. Utilizzando il multiplexing con un ciclo di lavoro di 1/4, la corrente istantanea per segmento è impostata a 20mA (5mA * 4). Questo è entro il valore nominale di picco di 60mA. La luminosità percepita sarà buona e il consumo di potenza medio per segmento è molto basso, estendendo significativamente la durata della batteria rispetto all'uso di display che richiedono 10-20mA di corrente continua per segmento.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTS-5703AJS è basato sul materiale semiconduttoreAlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio)cresciuto su un substrato diGaAs (Arseniuro di Gallio). In un LED, quando viene applicata una tensione diretta attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. L'emissione gialla (~587-588 nm) è ottenuta con un rapporto specifico di alluminio, indio e gallio. Il substrato di GaAs non trasparente assorbe la luce dispersa, migliorando il contrasto prevenendo la riflessione interna che potrebbe illuminare segmenti spenti. La configurazione a catodo comune semplifica il circuito di pilotaggio consentendo a un singolo interruttore (es. un transistor) di controllare lo stato on/off dell'intera cifra durante il multiplexing.

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

Sebbene i display LED a sette segmenti rimangano vitali per applicazioni specifiche, la tendenza più ampia nella tecnologia dei display si è spostata verso formati a matrice di punti (per alfanumerici e grafica) e moduli integrati basati su controller (come OLED o TFT). Tuttavia, la nicchia per display numerici semplici, robusti, a basso costo, a basso consumo, ad alta luminosità e a pilotaggio diretto persiste. L'evoluzione all'interno di questa nicchia si concentra sulla scienza dei materiali (come l'AlInGaP che sostituisce i materiali più vecchi per una migliore efficienza), tensioni e correnti operative più basse, imballaggi migliorati per una maggiore affidabilità e intervalli di temperatura più ampi e versioni surface-mount per l'assemblaggio automatizzato. Il LTS-5703AJS rappresenta un punto maturo in questa evoluzione, offrendo un equilibrio tra prestazioni e praticità per i suoi usi previsti. Gli sviluppi futuri potrebbero integrare resistenze limitatrici di corrente o logica semplice internamente, ma per molte applicazioni semplici, la semplicità del componente base rimane un vantaggio chiave.