LTS-547AJG - Scheda Tecnica Display LED Verde AlInGaP da 0.52 Pollici - Altezza Cifra 13.2mm - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-547AJG è un modulo di visualizzazione alfanumerico a sette segmenti e singola cifra ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica nitida e luminosa. La sua funzione principale è fornire una lettura digitale altamente leggibile. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i chip emettitori di luce, noto per produrre luce verde ad alta efficienza. Il dispositivo presenta una faccia grigia con marcature dei segmenti bianche, ottimizzando il contrasto per una migliore leggibilità in varie condizioni di illuminazione. È costruito come display di tipo a catodo comune, il che significa che tutti i catodi dei singoli segmenti LED sono collegati internamente a piedini comuni, semplificando la progettazione del circuito di pilotaggio. Questo display è classificato come componente senza piombo, conforme a direttive ambientali come la RoHS.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il display offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto a un'ampia gamma di applicazioni industriali e consumer. L'elevata luminosità e l'eccellente rapporto di contrasto ne garantiscono la visibilità anche in ambienti molto luminosi. L'ampio angolo di visione consente di leggere il carattere visualizzato da varie posizioni senza una significativa perdita di luminosità o nitidezza. Il dispositivo vanta un'affidabilità allo stato solido, il che significa che non ha parti in movimento ed è resistente a urti e vibrazioni rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione. Presenta un basso requisito di potenza, rendendolo ideale per dispositivi alimentati a batteria o ad alta efficienza energetica. I segmenti continui e uniformi forniscono un aspetto del carattere pulito e professionale. I mercati target tipici includono apparecchiature di test e misurazione, pannelli di controllo industriali, dispositivi medici, cruscotti automobilistici (per display secondari), elettrodomestici consumer e qualsiasi dispositivo elettronico che richieda una lettura numerica compatta e affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e obiettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi parametri è cruciale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

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 o oltre questi limiti non è garantito e dovrebbe essere evitato.

• 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 in funzionamento continuo. Superare questo valore può portare a surriscaldamento e degrado accelerato del chip LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo 60 mA, ma solo in condizioni di impulso specifiche (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1 ms). Questo valore è per brevi impulsi ad alta corrente utilizzati negli schemi di multiplexing, non per il funzionamento DC continuo.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:Massimo 25 mA a 25°C. Questo è il parametro chiave per progettare la corrente di pilotaggio DC. Fondamentalmente, questo valore si riduce linearmente sopra i 25°C a un tasso di 0.33 mA/°C. Ad esempio, a una temperatura ambiente (Ta) di 85°C, la corrente continua massima consentita sarebbe: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA =5.2 mA. Questa riduzione è essenziale per la gestione termica.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare rottura e guasto della giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +105°C. Il dispositivo può funzionare ed essere stoccato entro questo ampio intervallo di temperatura.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6 mm sotto il piano di appoggio. Questo è critico per i processi di saldatura a onda o rifusione per prevenire danni al package plastico o ai collegamenti interni.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri operativi tipici misurati a Ta=25°C e condizioni di test specificate. Definiscono le prestazioni attese del dispositivo.

• Intensità Luminosa Media (I_V):320 μcd (min), 750 μcd (tip) a I_F=1mA. Questa è una misura dell'output luminoso. L'ampio intervallo indica un processo di binning; i dispositivi sono categorizzati in base alla loro intensità effettivamente misurata.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):571 nm (tip) a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'intensità della luce emessa è massima, collocandola nella regione verde dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm (tip). Questo indica la purezza spettrale o la diffusione delle lunghezze d'onda emesse. Un valore di 15nm è tipico per un LED verde AlInGaP, risultando in un colore verde relativamente puro.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm (tip). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce emessa, molto vicina alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05V (min), 2.6V (max) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire tensione sufficiente per superare questa caduta alla corrente desiderata. La variazione richiede metodi di pilotaggio a limitazione di corrente, non di tensione.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (max) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (max). Questo specifica il rapporto massimo consentito tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di un singolo dispositivo quando pilotato in condizioni identiche (I_F=1mA). Un rapporto di 2:1 garantisce un aspetto uniforme della cifra.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Questo si riferisce a un processo di binning o selezione eseguito durante la produzione. A causa delle variazioni intrinseche nella crescita epitassiale del semiconduttore e nel processo di fabbricazione del chip, i LED dello stesso lotto di produzione possono avere caratteristiche ottiche ed elettriche leggermente diverse. Per garantire coerenza all'utente finale, i produttori testano e selezionano (bin) i LED in gruppi con parametri strettamente corrispondenti. Per l'LTS-547AJG, il parametro principale di binning èl'Intensità Luminosa, come evidenziato dai valori Min (320 μcd) e Tip (750 μcd). I dispositivi sono testati alla condizione standard (I_F=1mA) e raggruppati in bin di intensità. I clienti possono essere in grado di ordinare bin specifici per applicazioni che richiedono una corrispondenza di luminosità precisa tra più display. Anche la tensione diretta (V_F) ha un intervallo specificato (da 2.05V a 2.6V), che può coinvolgere un binning secondario o è garantita come specifica massima/minima.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto PDF fornito menzioni "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche" nell'ultima pagina, le curve specifiche non sono incluse nel testo fornito. Tipicamente, una tale scheda tecnica includerebbe grafici essenziali per un'analisi di progettazione approfondita. Sulla base delle convenzioni standard delle schede tecniche LED, ci si aspetterebbero le seguenti curve e la loro analisi è fornita:

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

Questo grafico mostra la relazione tra la corrente che scorre attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. Per un LED, questa è una curva esponenziale. La tensione di "ginocchio" è dove la corrente inizia ad aumentare significativamente—questo è vicino alla V_Ftipica di 2.6V a 20mA. La curva dimostra perché i LED devono essere pilotati con una sorgente a corrente limitata; un piccolo aumento della tensione oltre il ginocchio risulta in un grande, potenzialmente distruttivo, aumento della corrente. La pendenza della curva è anche correlata alla resistenza dinamica del LED.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico mostra come l'output luminoso (intensità) aumenta con la corrente di pilotaggio. Per i LED AlInGaP, la relazione è generalmente lineare su un intervallo di corrente moderato ma può diventare sub-lineare a correnti molto elevate a causa del calo di efficienza (riscaldamento e altri effetti non radiativi). Questa curva aiuta i progettisti a scegliere una corrente operativa che fornisca la luminosità richiesta senza stressare eccessivamente il LED o ridurne l'efficienza.

4.3 Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Questa è una delle curve più critiche per l'affidabilità. Mostra come l'output luminoso diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (o di giunzione). I LED AlInGaP sono particolarmente sensibili alla temperatura, con l'output che cala significativamente all'aumentare della temperatura. Questa curva, combinata con la specifica di riduzione della corrente, informa le decisioni di gestione termica. Se il display è utilizzato in un ambiente caldo, sia la corrente potrebbe dover essere ridotta (derating) e la luminosità attesa sarà inferiore.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda. Mostrerebbe un picco intorno a 571-572 nm con una larghezza caratteristica (la larghezza a mezza altezza di 15 nm). Questa curva conferma il punto di colore verde ed è importante per applicazioni in cui sono richieste coordinate cromatiche specifiche.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha un contorno standard a sette segmenti e singola cifra. Le dimensioni chiave dal disegno (non completamente dettagliate nel testo) tipicamente includono altezza, larghezza e profondità complessive, altezza della cifra (specificata come 0.52 pollici o 13.2 mm), dimensioni dei segmenti e spaziatura dei reofori (piedini). Le note specificano che tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. Una nota specifica menziona una tolleranza di spostamento della punta del piedino di +0.4 mm, importante per il posizionamento dei fori PCB e i processi di saldatura a onda per garantire un corretto allineamento.

5.2 Piedinatura e Identificazione della Polarità

Il display ha 10 piedini su passo 0.1 pollici (2.54 mm), disposti in due file. Viene fornita la tabella di connessione dei piedini:

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

Il dispositivo utilizza una configurazione acatodo comune. Ci sono due piedini di catodo comune (3 e 8), che sono collegati internamente. Ciò consente flessibilità nel routing PCB e può aiutare a distribuire la corrente. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente piedino anodo deve essere portato a una tensione positiva rispetto al/i catodo/i comune/i, che devono essere collegati a massa (o a una tensione inferiore). Il punto decimale è un LED separato con il proprio anodo (piedino 5).

5.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema fornito nella scheda tecnica conferma visivamente l'architettura a catodo comune. Mostra otto chip LED indipendenti (segmenti A-G più il punto decimale). Tutti i catodi (lati negativi) sono collegati insieme e portati ai piedini 3 e 8. Ogni anodo (lato positivo) è portato al proprio piedino. Questo diagramma è essenziale per capire come interfacciare il display con un microcontrollore o un IC driver.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il rispetto di queste linee guida è fondamentale per prevenire danni durante il processo di assemblaggio PCB.

• Metodo di Saldatura:Il dispositivo è adatto per processi di saldatura a onda o rifusione.
• Profilo di Temperatura:La temperatura massima assoluta di saldatura è 260°C. Questa temperatura non deve essere superata all'interfaccia reoforo/giunto di saldatura. Per la rifusione, il profilo standard per assemblaggi senza piombo (temperatura di picco ~245-250°C) è appropriato, ma il tempo sopra il liquidus deve essere controllato.
• Tempo di Esposizione:Il tempo massimo di esposizione alla temperatura di picco è di 3 secondi. Un'esposizione prolungata può fondere il package plastico o danneggiare i collegamenti interni a filo.
• Punto di Misurazione:La temperatura è misurata 1.6 mm sotto il piano di appoggio (il punto in cui il reoforo esce dal corpo plastico). Questo è spesso più fresco della temperatura del pad PCB.
• Pulizia:Se è richiesta la pulizia, utilizzare solventi compatibili con il materiale del package plastico del LED per evitare crepe o opacizzazione.
• Manipolazione:Evitare stress meccanici sui reofori. Utilizzare le opportune precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione e l'assemblaggio.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto, anti-statico, entro l'intervallo di temperatura specificato (-35°C a +105°C). Evitare l'esposizione a umidità eccessiva; se i dispositivi sono stoccati in ambienti ad alta umidità, potrebbe essere necessaria una cottura prima della saldatura per prevenire l'effetto "popcorn" durante la rifusione.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'LTS-547AJG richiede un meccanismo di limitazione di corrente esterno. Il metodo di pilotaggio più semplice utilizza un pin GPIO di un microcontrollore collegato all'anodo del segmento attraverso una resistenza di limitazione di corrente, con il catodo comune collegato a massa. Il valore della resistenza è calcolato usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e una I_Fdesiderata di 20mA con una V_Ftipica di 2.6V: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. Verrebbe utilizzata una resistenza da 120Ω. Per il multiplexing di più cifre, vengono utilizzati IC driver dedicati (come il MAX7219 o TM1637) o array di transistor per assorbire la corrente di catodo combinata più elevata.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre resistenze in serie o driver a corrente costante. Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione.
• Multiplexing:Quando si pilotano più cifre, il valore di corrente di picco in impulso (60mA a ciclo di lavoro 1/10) può essere utilizzato per gli anodi dei segmenti, ma la corrente media per segmento non deve superare il valore DC continuo quando mediata nel tempo.
• Dissipazione Termica:Considerare l'ambiente operativo. Se il display è in uno spazio chiuso o a temperatura ambiente elevata, ridurre la corrente operativa di conseguenza utilizzando la regola dello 0.33 mA/°C per garantire la longevità.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è un vantaggio, ma per una leggibilità ottimale, posizionare il display in modo che la linea di vista del tipico osservatore sia approssimativamente perpendicolare alla faccia.
• Layout PCB:Assicurarsi che l'impronta corrisponda al disegno dimensionale. I due piedini di catodo comune possono essere collegati insieme sul PCB per ridurre la resistenza delle tracce e migliorare la distribuzione della corrente.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Rispetto ad altre tecnologie di display a sette segmenti, l'LTS-547AJG offre vantaggi specifici:

• vs. LED Rossi GaAsP o GaP:La tecnologia AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi a parità di corrente di pilotaggio. La luce verde (intorno a 570nm) è anche vicina al picco di sensibilità della curva di visione fotopica umana, facendola apparire soggettivamente più luminosa del rosso alla stessa potenza radiante.
• vs. Display LCD:I LED sono emissivi (producono la propria luce), rendendoli chiaramente visibili al buio senza retroilluminazione. Hanno un tempo di risposta molto più veloce, un intervallo di temperatura operativo più ampio e non sono suscettibili a ritenzione d'immagine o risposta lenta a basse temperature.
• vs. VFD (Display a Fluorescenza Sottovuoto):I LED sono più robusti, richiedono tensioni operative molto più basse (3-5V vs. 20-50V per i VFD) e hanno un circuito di pilotaggio più semplice. Inoltre, non richiedono alimentazione per il filamento.
• Tra i Display AlInGaP:I differenziatori chiave dell'LTS-547AJG sono la sua specifica altezza cifra di 0.52", la configurazione a catodo comune, il design faccia grigia/segmenti bianchi per il contrasto e la sua categorizzazione garantita per l'intensità luminosa, fornendo un certo livello di coerenza di luminosità.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo display con logica a 3.3V?

R: Sì, ma devi verificare la tensione diretta. Con una V_Ftipica di 2.6V, c'è solo un margine di 0.7V (3.3V - 2.6V). Una resistenza di limitazione di corrente sarebbe molto piccola: R = (3.3 - 2.6)/0.02 = 35 Ω. A correnti basse (es. 5mA), funziona bene. Per la massima luminosità a 20mA, assicurati che il tuo rail 3.3V sia stabile e possa fornire la corrente. Un driver a corrente costante è raccomandato per sistemi a 3.3V.

D2: Perché ci sono due piedini di catodo comune?

R: Due piedini sono utilizzati per distribuire la corrente totale di catodo, che può essere la somma di fino a 8 segmenti (se tutti sono accesi). Ciò riduce la densità di corrente in un singolo piedino/traccia PCB, migliora l'affidabilità e fornisce flessibilità di layout.

D3: Come calcolo il consumo energetico del display?

R: Per un segmento: P = V_F* I_F. A 20mA tipici e 2.6V, P_segmento = 52 mW. Per l'intera cifra con tutti i 7 segmenti accesi (senza decimale), P_totale ≈ 7 * 52 mW = 364 mW. Assicurarsi sempre che questo sia al di sotto della capacità di dissipazione totale del package, considerando la riduzione termica.

D4: Cosa significa "package senza piombo" per il mio processo di assemblaggio?

R: I reofori del dispositivo sono placcati con una finitura compatibile con la saldatura senza piombo (es. stagno-argento-rame). Devi utilizzare pasta per saldatura senza piombo e un corrispondente profilo di rifusione a temperatura più alta (picco ~245-250°C) durante l'assemblaggio.

10. Caso di Studio di Progettazione Pratica

Scenario:Progettare un semplice termometro digitale per una stazione meteorologica interna/esterna. L'unità deve visualizzare temperature da -35°C a 105°C (corrispondente all'intervallo operativo del display). Sarà alimentata a batteria per la portabilità.

Scelte di Progettazione:

1. Selezione del Display:L'LTS-547AJG è adatto grazie al suo ampio intervallo di temperatura, alta luminosità (leggibile all'aperto) e basso requisito di potenza (importante per l'autonomia della batteria). Il colore verde è piacevole per gli occhi.

2. Circuito di Pilotaggio:Utilizzare un microcontrollore a basso consumo (es. ARM Cortex-M0+ o PIC) in modalità sleep la maggior parte del tempo, svegliandosi per aggiornare il display. Per risparmiare energia e piedini, utilizzare un IC driver LED dedicato con multiplexing integrato e uscite a corrente costante. Ciò consente di pilotare in modo efficiente più cifre (per le decine e le unità).

3. Impostazione della Corrente:Per uso interno, impostare la corrente del segmento a 5-10 mA per conservare la batteria. Per uso esterno in luce intensa, un pulsante potrebbe aumentare temporaneamente la corrente a 15-20 mA per la massima luminosità. L'impostazione di corrente dell'IC driver deve essere programmata di conseguenza.

4. Considerazione Termica:Se l'unità è posizionata alla luce diretta del sole, la temperatura interna potrebbe superare i 50°C. Secondo la formula di riduzione, a 50°C, la corrente continua massima è 25 mA - ((50-25)*0.33) = 25 - 8.25 = 16.75 mA. La nostra impostazione massima di 20mA supererebbe questo valore, quindi il progetto dovrebbe limitare la modalità "alta luminosità" a un ciclo di lavoro o una larghezza di impulso che mantenga la corrente media entro il limite ridotto ad alte temperature ambientali.

11. Introduzione alla Tecnologia

L'LTS-547AJG è basato sulla tecnologia semiconduttoreAlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Questo sistema di materiale è cresciuto epitassialmente su unsubstrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio). L'AlInGaP è un semiconduttore a bandgap diretto la cui energia di bandgap può essere sintonizzata variando i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo. Per l'emissione verde intorno a 570-580 nm, vengono utilizzate composizioni specifiche. Il substrato GaAs non trasparente assorbe parte della luce generata, il che è uno svantaggio rispetto ai dispositivi che utilizzano substrati trasparenti (come il GaP per alcuni vecchi LED verdi). Tuttavia, i processi moderni AlInGaP-su-GaAs raggiungono un'efficienza quantica interna molto alta, e la luce è emessa principalmente dalla superficie superiore del chip. La faccia grigia e i segmenti bianchi del package non fanno parte del semiconduttore; fanno parte dello stampaggio plastico. La faccia grigia riduce la riflessione della luce ambientale, mentre i segmenti bianchi diffondono e disperdono la luce verde dal chip LED sottostante, creando un aspetto del segmento uniforme e luminoso.

12. Tendenze Tecnologiche

Il campo dei display LED continua a evolversi. Per i display a sette segmenti discreti come l'LTS-547AJG, le tendenze si concentrano su maggiore efficienza, luminosità più elevata e gamme di colori più ampie. Mentre l'AlInGaP domina lo spettro ad alta efficienza del rosso, arancione, ambra e verde, materiali più recenti come l'InGaN (Nitruro di Indio Gallio) sono ora in grado di produrre LED verdi e persino gialli efficienti, offrendo potenzialmente diversi punti di colore e caratteristiche di efficienza. C'è anche una tendenza verso una maggiore integrazione, come display con controller integrati (interfacce I2C o SPI) che semplificano drasticamente l'interfaccia con il microcontrollore. Inoltre, la domanda di consumi energetici sempre più bassi guida lo sviluppo di LED che forniscono luminosità utilizzabile a correnti inferiori a 1 mA per dispositivi IoT ultra-basso consumo. Le normative ambientali continuano a spingere per l'eliminazione di sostanze pericolose oltre il piombo, influenzando i materiali di placcatura e imballaggio.