Scheda Tecnica Display LED a Sette Segmenti da 0,56 Pollici - Altezza Cifra 14,22mm - Tensione Diretta 2,6V - Potenza 70mW - Colore Rosso Super - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questo documento dettaglia le specifiche per un display LED a sette segmenti con altezza cifra di 0,56 pollici (14,22mm). Il dispositivo è progettato per applicazioni che richiedono visualizzazioni numeriche chiare e affidabili con basso consumo energetico. La sua filosofia di progettazione si concentra sul fornire prestazioni visive eccellenti grazie all'alta luminosità e al contrasto, mantenendo al contempo l'affidabilità tipica dello stato solido.

Il display utilizza la tecnologia semiconduttrice avanzata AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i suoi segmenti emettitori di luce. Questo sistema di materiali è noto per produrre luce rossa e ambra ad alta efficienza. I chip specifici utilizzati sono fabbricati su un substrato di GaAs (Arseniuro di Gallio) non trasparente, che aiuta a migliorare il contrasto minimizzando la diffusione e la riflessione interna della luce. Il prodotto finale presenta un frontale grigio chiaro con segmenti bianchi, una combinazione scelta per migliorare la leggibilità in varie condizioni di illuminazione.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono caratterizzate in condizioni di test standard a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Il parametro chiave, l'Intensità Luminosa Media (Iv), ha un valore tipico di 700 µcd (microcandele) quando pilotato con una corrente diretta (IF) di 1mA per segmento, con un valore minimo specificato di 320 µcd. Questa misurazione viene effettuata utilizzando un sensore e un filtro calibrati sulla curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo che il valore corrisponda alla percezione visiva umana.

Le caratteristiche cromatiche sono definite dalla lunghezza d'onda. La Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λp) è tipicamente di 639 nm, mentre la Lunghezza d'Onda Dominante (λd) è tipicamente di 631 nm, entrambe misurate a IF=20mA. La differenza tra questi due valori e la Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ) di 20 nm descrivono la purezza spettrale e la specifica tonalità di luce rossa emessa, che rientra nella categoria "rosso super", offrendo un'elevata visibilità.

È specificato un Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (IV-m) di 2:1 (massimo). Questo rapporto indica la massima variazione consentita nella luminosità tra i diversi segmenti di un singolo dispositivo quando pilotati in condizioni identiche, garantendo un aspetto uniforme durante la visualizzazione dei numeri.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Termiche

I parametri elettrici evidenziano l'idoneità del dispositivo per sistemi a basso consumo. La Tensione Diretta per Segmento (VF) varia da 2,0V a 2,6V con una corrente di pilotaggio di 1mA. La Corrente Inversa per Segmento (IR) è limitata a un massimo di 100 µA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 5V, indicando le caratteristiche di dispersione della giunzione.

I limiti termici e di potenza sono definiti nei Valori Massimi Assoluti. La Corrente Diretta Continua per Segmento è nominale a 25 mA, ma questa deve essere ridotta linearmente da 25°C a un tasso di 0,33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente. La Dissipazione di Potenza per Segmento non deve superare i 70 mW. Per il funzionamento in impulsi, è consentita una Corrente Diretta di Picco di 90 mA con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0,1ms. Il dispositivo è classificato per un Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Conservazione da -35°C a +85°C.

3. Sistema di Binning e Selezione

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "Categorizzati per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning in cui le unità prodotte vengono suddivise in base alla loro emissione luminosa misurata (Iv) in diversi gruppi o "bin". Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità coerenti per la loro applicazione, fondamentale per display multi-cifra dove l'uniformità è chiave. Sebbene codici bin specifici non siano elencati in questo riepilogo, i bin tipici definirebbero intervalli per l'intensità luminosa (es. 500-600 µcd, 600-700 µcd) e possibilmente per la tensione diretta.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, le curve standard per tali dispositivi includerebbero tipicamente:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. È tipicamente non lineare, con l'efficienza che spesso diminuisce a correnti molto elevate.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Mostra la caratteristica I-V del diodo, importante per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva dimostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione, un fattore critico per la gestione termica nei progetti.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra l'intensità relativa della luce emessa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di ~639 nm.

Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard e per ottimizzare il circuito di pilotaggio per efficienza e longevità.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni Fisiche e Contorno

Le dimensioni del package del dispositivo sono fornite in un disegno (citato ma non dettagliato nel testo). Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri con una tolleranza standard di ±0,25 mm salvo diversa indicazione. L'altezza cifra di 0,56 pollici (14,22mm) definisce la dimensione complessiva del carattere. Il package è una configurazione standard a singola cifra, a 10 pin, comune per i display a sette segmenti con punto decimale a destra.

5.2 Configurazione dei Pin e Identificazione della Polarità

Il display ha una configurazione a Catodo Comune, il che significa che i catodi (terminali negativi) di tutti i segmenti LED sono collegati internamente e portati a pin comuni. Questo è un design comune per il pilotaggio multiplexato. Il collegamento dei pin è definito esplicitamente:

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

I pin 3 e 8 sono entrambi Catodi Comuni. Lo schema circuitale interno mostra il layout standard a sette segmenti più punto decimale, con l'anodo di ciascun segmento collegato al rispettivo pin e tutti i catodi collegati insieme ai pin comuni.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Un parametro chiave di montaggio specificato è il profilo di temperatura di saldatura. Il dispositivo può sopportare una temperatura di saldatura di 260°C per 3 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1,59mm) sotto il piano di appoggio del package. Questo è un parametro critico per i processi di saldatura a onda o rifusione per prevenire danni termici ai chip LED o al package plastico. I progettisti devono assicurarsi che il loro processo di montaggio non superi questa combinazione tempo-temperatura. Per la conservazione, l'intervallo specificato da -35°C a +85°C deve essere mantenuto in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è ideale per dispositivi portatili a batteria, pannelli strumentazione, elettronica di consumo e controlli industriali dove è richiesta una visualizzazione numerica chiara e a basso consumo. Esempi includono multimetri, timer, bilance, dispositivi medici e pannelli di controllo degli elettrodomestici. La sua operazione a bassa corrente (fino a 1mA per segmento) lo rende adatto per sistemi pilotati da microcontrollori dove i pin GPIO possono spesso fornire o assorbire una corrente limitata.

7.2 Considerazioni Progettuali e Circuiti

Quando si progetta il circuito di pilotaggio, i seguenti punti sono cruciali:

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre resistori di limitazione della corrente in serie per ciascun anodo di segmento. Il valore del resistore è calcolato in base alla tensione di alimentazione (Vcc), alla tensione diretta del LED (Vf, utilizzare il valore massimo per sicurezza) e alla corrente diretta desiderata (If): R = (Vcc - Vf) / If.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, uno schema di pilotaggio multiplexato è standard. I catodi comuni di ciascuna cifra vengono commutati sequenzialmente (scansionati) mentre gli anodi per i segmenti desiderati sono pilotati in sincronia. Ciò riduce il numero di pin del microcontrollore richiesti e il consumo totale di potenza. La corrente di picco durante il breve tempo di accensione può essere superiore alla specifica in DC, come consentito dalla specifica della corrente di picco (90mA a ciclo di lavoro 1/10).
• Interfaccia con Microcontrollore:Il display può essere pilotato direttamente dai pin GPIO di un microcontrollore se la corrente per segmento è entro la capacità di pilotaggio del pin dell'MCU (tipicamente 20-25mA). Per una luminosità maggiore o multiplexing con più cifre, sono consigliati driver esterni (es. array di transistor o IC driver LED dedicati).
• Angolo di Visione:La caratteristica "Ampio Angolo di Visione" significa che il display rimane leggibile da posizioni fuori asse, importante per pannelli visualizzati da varie angolazioni.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione di questo display sono l'uso della tecnologia AlInGaP e le sue prestazioni ottimizzate a bassa corrente. Rispetto alle vecchie tecnologie LED GaAsP o GaP, l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in un'emissione più brillante alla stessa corrente o una luminosità equivalente a corrente inferiore. I test espliciti e la selezione per "eccellenti caratteristiche a bassa corrente" e la corrispondenza dei segmenti sono garanzie di qualità chiave. La capacità di operare efficacemente a correnti fino a 1mA per segmento è un vantaggio distinto per progetti ultra-basso consumo rispetto a display che richiedono 5-20mA per una luminosità adeguata.

9. Domande Frequenti (FAQ)

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

R: La lunghezza d'onda di picco (λp) è la lunghezza d'onda alla quale lo spettro della luce emessa ha la massima intensità. La lunghezza d'onda dominante (λd) è la lunghezza d'onda di una luce monocromatica pura che apparirebbe dello stesso colore all'occhio umano della luce del LED. La λd è più rilevante per la percezione del colore.

D: Posso pilotare questo display senza resistori di limitazione della corrente?

R: No. I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Collegarli direttamente a una sorgente di tensione causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il LED istantaneamente a causa di sovraccarico termico. Un resistore in serie o un circuito a corrente costante è obbligatorio.

D: La scheda tecnica mostra due pin di catodo comune (3 e 8). Devo collegarli entrambi?

R: Sì, per prestazioni ottimali e distribuzione della corrente, entrambi i pin di catodo comune dovrebbero essere collegati a massa (o al sink di corrente) nel tuo circuito. Ciò aiuta a bilanciare il carico termico e garantisce una luminosità uniforme dei segmenti.

D: Come calcolo il valore del resistore appropriato per un'alimentazione a 5V e una corrente di segmento di 10mA?

R: Utilizzando il Vf massimo di 2,6V: R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohm. Verrebbe utilizzato il valore standard più vicino (220 o 270 Ohm). Verificare sempre che la luminosità effettiva soddisfi le proprie esigenze.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un timer digitale a 4 cifre alimentato a batteria.

L'obiettivo è massimizzare la durata della batteria mantenendo una buona leggibilità. Il display sarà pilotato da un microcontrollore a basso consumo utilizzando uno schema di multiplexing.

Implementazione:I catodi comuni delle quattro cifre sono collegati a quattro transistor NPN (o un IC array di transistor) controllati da pin MCU. I sette anodi dei segmenti (A-G) e il punto decimale sono collegati ai pin di uscita dell'MCU tramite singoli resistori di limitazione della corrente. L'MCU esegue un interrupt timer (es. a 1kHz). In ogni ciclo di interrupt, spegne tutti i catodi delle cifre, imposta i pin anodo al pattern di segmenti per la cifra successiva in sequenza, quindi accende il transistor di catodo di quella cifra. Questo ciclo si ripete rapidamente per tutte e quattro le cifre, creando l'illusione che tutte le cifre siano accese simultaneamente.

Ottimizzazione della Potenza:Pilotando ciascun segmento a soli 2-3mA (ben entro le specifiche) e utilizzando un ciclo di lavoro di multiplexing 1:4, la corrente media per segmento è molto bassa, estendendo significativamente la durata della batteria rispetto al pilotaggio statico (non multiplexato). L'alta efficienza dei LED AlInGaP garantisce che il display rimanga chiaramente visibile anche a queste basse correnti medie.

11. Introduzione al Principio Tecnico

Un display LED a sette segmenti è un assemblaggio di singoli Diodi Emettitori di Luce (LED) disposti in un pattern a forma di otto. Ciascuno dei sette segmenti principali (etichettati da A a G) è un LED separato, e un LED aggiuntivo funge da punto decimale (DP). Illuminando selettivamente specifiche combinazioni di questi segmenti, è possibile formare tutte le cifre decimali (0-9) e alcune lettere.

Il principio sottostante dell'emissione di luce è l'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di bandgap del diodo, gli elettroni dalla regione di tipo n si ricombinano con le lacune dalla regione di tipo p nello strato attivo (in questo caso, realizzato in AlInGaP). Questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica lunghezza d'onda (colore) della luce è determinata dall'energia di bandgap del materiale semiconduttore. L'AlInGaP ha un bandgap corrispondente alla luce rossa/arancione/ambra. Il substrato di GaAs non trasparente assorbe la luce dispersa, migliorando il contrasto impedendole di diffondersi attraverso i lati o il retro del chip.

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

Sebbene esistano tecnologie di visualizzazione più recenti come OLED e LED a matrice di punti ad alta risoluzione, il display LED a sette segmenti rimane una soluzione robusta, conveniente e altamente affidabile per applicazioni che richiedono un output numerico semplice. La tendenza all'interno di questo segmento è verso una maggiore efficienza (più luce per watt), tensioni operative più basse per adattarsi ai livelli logici moderni e una migliore coerenza (binning più stretto). La tecnologia AlInGaP rappresenta un passo significativo in termini di efficienza rispetto ai materiali più vecchi. Inoltre, c'è una crescente enfasi sui display che performano bene con correnti di pilotaggio molto basse per abilitare dispositivi Internet of Things (IoT) ad alta efficienza energetica e alimentati a batteria. Il dispositivo descritto in questa scheda tecnica, con il suo focus sull'operazione a bassa corrente e l'intensità luminosa categorizzata, si allinea bene con queste tendenze del settore verso efficienza, affidabilità e flessibilità progettuale per l'elettronica portatile.