Scheda Tecnica Display LED LTS-3861JD 0.3 Pollici Hyper Red - Altezza Cifra 7.62mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-3861JD è un display compatto, a singola cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica chiara con basso consumo energetico. La sua funzione principale è fornire una lettura numerica altamente leggibile. Il dispositivo utilizza la tecnologia avanzata dei semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), in particolare chip Hyper Red cresciuti su substrato di GaAs. Questa scelta tecnologica è fondamentale per ottenere le sue caratteristiche prestazionali chiave di elevata luminosità ed efficienza nello spettro del rosso. Il design visivo presenta una faccia grigio chiaro con segmenti bianchi, una scelta deliberata per migliorare il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. Il prodotto è classificato come display a bassa corrente, rendendolo adatto per sistemi elettronici alimentati a batteria o attenti al consumo energetico.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il display incorpora diverse caratteristiche progettuali che contribuiscono alle sue prestazioni e affidabilità:

• Altezza Cifra 0.30 Pollici (7.62 mm):Fornisce una dimensione del carattere standard e facilmente leggibile per strumenti da pannello, strumentazione ed elettronica di consumo.
• Segmenti Uniformi e Continui:Garantisce un'illuminazione uniforme su ciascun segmento, portando a un aspetto del carattere professionale e pulito senza punti scuri o irregolarità.
• Basso Requisito di Potenza:Progettato per l'efficienza, consente il funzionamento in circuiti dove il budget di potenza è un vincolo critico.
• Eccellente Aspetto del Carattere ed Alto Contrasto:La combinazione dell'emissione Hyper Red, della faccia grigio chiaro e dei segmenti bianchi produce cifre nitide e ben definite.
• Elevata Luminosità:Il sistema di materiali AlInGaP è noto per la sua alta efficienza luminosa, risultando in un'uscita luminosa anche a correnti di pilotaggio inferiori.
• Ampio Angolo di Visione:Il package e il design del chip facilitano la visibilità da un'ampia gamma di angoli, essenziale per display che possono essere visualizzati fuori asse.
• Affidabilità allo Stato Solido:Essendo un dispositivo a LED, offre una lunga vita operativa, resistenza agli urti e nessuna parte mobile, a differenza dei display meccanici.
• Categorizzato per Intensità Luminosa:Le unità sono classificate o testate per la consistenza dell'output luminoso, aiutando nella progettazione dove è richiesta una luminosità uniforme su più cifre.
• Package Senza Piombo (Conforme RoHS):Prodotto in conformità con le normative ambientali che limitano le sostanze pericolose.

1.2 Identificazione del Dispositivo

Il numero di parte LTS-3861JD denota specificamente un dispositivo con chip AlInGaP Hyper Red in configurazione ad anodo comune, dotato di punto decimale a destra. Questa convenzione di denominazione consente ai progettisti di selezionare con precisione il colore, la polarità e le caratteristiche opzionali desiderate.

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi valori è fondamentale per una corretta progettazione del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Nominali 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:70 mW. Questa è la potenza massima ammissibile che può essere dissipata come calore da un singolo segmento LED in funzionamento continuo in DC. Superarla può portare a surriscaldamento e degrado accelerato del materiale semiconduttore.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA (a ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Questo valore nominale è solo per funzionamento impulsivo. La breve larghezza dell'impulso e il basso ciclo di lavoro prevengono un accumulo significativo di calore, consentendo una corrente istantanea più alta rispetto al valore nominale in DC.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA (a 25°C), derating lineare di 0.28 mA/°C. Questo è il parametro chiave per il funzionamento in DC o ad alto ciclo di lavoro. Il fattore di derating è cruciale: all'aumentare della temperatura ambiente (Ta), la massima corrente continua sicura diminuisce. Ad esempio, a 85°C, la corrente max sarebbe circa: 25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA = 8.2 mA.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +105°C. Il dispositivo può essere operato e stoccato funzionalmente in questo intervallo completo, sebbene le prestazioni elettriche varieranno con la temperatura.
• Condizioni di Saldatura:La saldatura a rifusione deve essere eseguita con il punto di saldatura a 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio, per un massimo di 3 secondi a 260°C. Ciò previene stress termici eccessivi sul package plastico e sui bond interni dei fili.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri prestazionali tipici misurati in condizioni di test standard di Ta=25°C. Definiscono come si comporterà il dispositivo in un circuito.

• Intensità Luminosa Media (I_V):200-600 μcd (microcandele) a I_F=1mA. Questo è l'output luminoso. L'ampio intervallo (200-600) indica un processo di binning; unità specifiche rientreranno in questo intervallo. I progettisti devono tenere conto di questa variazione se una luminosità uniforme è critica.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. Rientra nella regione del rosso profondo dello spettro.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm (tipico). Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che corrisponde al colore della luce. Spesso è più vicina alla percezione visiva rispetto alla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Misura la diffusione delle lunghezze d'onda emesse. Un valore di 20 nm indica un colore rosso relativamente puro e monocromatico.
• Tensione Diretta per Chip (V_F):2.10 (Min), 2.60 (Tip) Volt a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. Il driver deve fornire almeno 2.6V per superare questa caduta prima che la corrente fluisca significativamente.
• 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. La scheda tecnica nota esplicitamente che questa condizione è solo per scopi di test e il dispositivo non deve essere operato continuamente in polarizzazione inversa.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:2:1 (Max). Per segmenti all'interno della stessa cifra (area luminosa simile), la luminosità del segmento più debole non sarà inferiore alla metà della luminosità del segmento più luminoso. Ciò garantisce uniformità visiva.
• Cross Talk (Diafonia Ottica):< 2.5%. Specifica la quantità di emissione luminosa indesiderata da un segmento che dovrebbe essere spento, quando un segmento adiacente è pilotato. Un valore basso è importante per una definizione chiara del carattere.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning, sebbene codici bin specifici non siano forniti in questo documento. In generale, i produttori di LED testano e ordinano (bin) i prodotti in base a parametri chiave per garantire consistenza. Per un display come l'LTS-3861JD, i criteri di binning primari probabilmente includono:

• Binning per Intensità Luminosa:Poiché l'intervallo di I_Vè 200-600 μcd, le unità sono probabilmente raggruppate in bin di intensità più stretti (es. 200-300, 300-400 μcd, ecc.). L'acquisto dallo stesso bin garantisce una luminosità uniforme su un display multi-cifra.
• Binning per Tensione Diretta (V_F):Sebbene non esplicitamente menzionato, anche V_Fpuò essere binnata. Abbinare V_Faiuta a progettare circuiti di pilotaggio della corrente più semplici e uniformi, specialmente quando più segmenti/cifre sono pilotati in parallelo.
• Binning per Lunghezza d'Onda/Colore:Le lunghezze d'onda dominante (639nm) e di picco (650nm) sono date come tipiche. Potrebbero essere disponibili bin di colore più stretti per garantire una tonalità di rossa consistente in tutte le unità di un'applicazione.

I progettisti dovrebbero consultare il produttore per informazioni dettagliate sul binning se i requisiti dell'applicazione richiedono un'elevata uniformità.

4. Analisi delle Curve Prestazionali

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche" essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard. Sebbene le curve specifiche non siano incluse nel testo fornito, il loro contenuto tipico e importanza sono analizzati di seguito:

• Curva Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I_F-V_F):Questa curva non lineare mostra la relazione tra tensione applicata e corrente risultante. Dimostra la caratteristica di accensione esponenziale di un LED. Il "ginocchio" di questa curva è attorno alla V_Ftipica (2.6V). Questa curva è vitale per progettare driver a corrente costante, poiché una piccola variazione di tensione può causare una grande variazione di corrente e, di conseguenza, di luminosità e dissipazione di potenza.
• Curva Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_V-I_F):Mostra come l'output luminoso aumenta con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare su un ampio intervallo ma satura a correnti molto elevate a causa del droop termico e di efficienza. Questa curva aiuta i progettisti a scegliere la corrente operativa per ottenere la luminosità desiderata rimanendo entro i limiti di potenza.
• Curva Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a):L'output luminoso del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva quantifica quel derating. È critica per applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura, poiché il display potrebbe apparire più debole.
• Curva di Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra la curva a campana centrata attorno a 650nm con una larghezza a metà altezza di 20nm. Definisce le precise caratteristiche cromatiche dell'emissione "Hyper Red".

5. Informazioni Meccaniche e di Packaging

5.1 Dimensioni del Package e Tolleranze

Il disegno meccanico specifica le dimensioni fisiche e il layout dei pin. Note chiave dalla scheda tecnica includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri, con tolleranze generali di ±0.25mm salvo diversa indicazione.
• La tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.40 mm, importante per il posizionamento dei fori sul PCB.
• Il diametro del foro PCB raccomandato è 1.10 mm per accogliere i pin con sufficiente gioco per la saldatura.
• I criteri di controllo qualità sono specificati per difetti visivi: materiale estraneo su un segmento (≤10 mils), bolle nel segmento (≤10 mils), piegatura del riflettore (≤1% della lunghezza) e contaminazione dell'inchiostro superficiale (≤20 mils).

5.2 Connessione dei Pin e Identificazione della Polarità

Il dispositivo ha una configurazione a 10 pin in fila singola. Lo schema circuitale interno e la tabella dei pin confermano che è di tipoanodo comune. Ciò significa che gli anodi (lati positivi) di tutti i segmenti LED sono collegati internamente e portati ai pin 1 e 6 (anch'essi collegati tra loro). Ogni catodo del segmento (lato negativo) ha il suo pin dedicato (A, B, C, D, E, F, G, DP). Per illuminare un segmento, il/i pin di anodo comune devono essere collegati a un'alimentazione positiva (attraverso una resistenza di limitazione della corrente o un driver), e il corrispondente pin catodo deve essere portato a una tensione inferiore (tipicamente massa). Il punto decimale a destra (DP) è sul pin 7.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta è essenziale per l'affidabilità. Basandosi sui Valori Nominali Massimi Assoluti:

• Saldatura a Rifusione:Seguire il profilo specificato: la temperatura massima del corpo del componente non deve superare il valore nominale, con il tempo di saldatura alla temperatura di picco (260°C) limitato a 3 secondi. La regola del piano di appoggio a 1/16 di pollice aiuta a prevenire l'esposizione diretta al calore del corpo plastico.
• Saldatura Manuale:Se necessario, utilizzare un saldatore a temperatura controllata con punta fine. Limitare il tempo di contatto a 3 secondi per pin. Evitare di applicare stress meccanico ai pin o al package durante la saldatura.
• Pulizia:Utilizzare agenti di pulizia compatibili con il materiale plastico del display. Evitare la pulizia ad ultrasuoni a meno che non sia esplicitamente approvata, poiché può danneggiare la struttura interna.
• Condizioni di Stoccaggio:Conservare nell'intervallo di temperatura specificato (-35°C a +105°C) in un ambiente a bassa umidità e anti-statico per prevenire l'assorbimento di umidità e danni da scariche elettrostatiche.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTS-3861JD è ben adatto per applicazioni che richiedono una singola lettura numerica chiara con basso assorbimento di potenza:

• Strumenti da Pannello e Strumentazione:Display per tensione, corrente, temperatura o frequenza su apparecchiature di test, alimentatori o controllori industriali.
• Elettronica di Consumo:Display per orologi, timer, elettrodomestici da cucina o apparecchiature audio.
• Dispositivi Medici:Letture semplici su monitor portatili o da comodino dove basso consumo e affidabilità sono chiave.
• Aftermarket Automobilistico:Display per strumenti ausiliari (voltmetro, temperatura olio).

7.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• La Limitazione di Corrente è Obbligatoria:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una resistenza di limitazione della corrente in serie deve essere utilizzata per ogni pin catodo (o un driver IC dedicato per LED) per impostare la corrente diretta (I_F). Il valore della resistenza è calcolato come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Utilizzare sempre la V_Fmassima (2.6V) dalla scheda tecnica per un progetto conservativo per garantire che la corrente non superi il limite.
• Gestione Termica:Rispettare la curva di derating della corrente con la temperatura. In ambienti ad alta temperatura, ridurre di conseguenza la corrente di pilotaggio. Assicurare un'adeguata ventilazione attorno al display sul PCB.
• Multiplexing per Cifre Multiple:Sebbene sia una parte a singola cifra, il design ad anodo comune è intrinsecamente adatto al multiplexing. In un sistema multi-cifra, l'anodo comune di ciascuna cifra è pilotato sequenzialmente ad alta frequenza, mentre i catodi dei segmenti sono condivisi. Ciò riduce notevolmente il numero di pin I/O richiesti su un microcontrollore.
• Angolo di Visione:Posizionare il display considerando il suo ampio angolo di visione per garantire la leggibilità per l'utente finale.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ad altre tecnologie di display a sette segmenti, l'uso di chip AlInGaP Hyper Red dell'LTS-3861JD offre vantaggi distinti:

• vs. LED Rossi Tradizionali GaAsP o GaP:La tecnologia AlInGaP offre tipicamente una maggiore efficienza luminosa e luminosità alla stessa corrente di pilotaggio, insieme a una migliore stabilità termica e una vita più lunga.
• vs. LED Rossi ad Alta Efficienza (HER):Il termine "Hyper Red" spesso denota un punto di colore rosso specifico e più profondo (attorno a 639-650nm di lunghezza d'onda dominante) che può apparire più vibrante e saturo rispetto ad alcuni LED rossi standard.
• vs. Display LCD:A differenza degli LCD, questo display LED è emissivo: produce la propria luce. Ciò lo rende chiaramente visibile in condizioni di scarsa illuminazione o al buio senza retroilluminazione, e offre un angolo di visione molto più ampio e un tempo di risposta più veloce.
• vs. Display con Cifre più Grandi:La dimensione di 0.3 pollici offre un buon equilibrio tra leggibilità e compattezza, adattandosi dove cifre più grandi da 0.5 o 0.8 pollici sarebbero troppo grandi.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. Non è consigliabile collegare un LED direttamente a un pin logico. Il pin del microcontrollore non può fornire una limitazione di corrente precisa e potrebbe essere danneggiato dalla richiesta di sink/source di corrente. Utilizzare sempre una resistenza di limitazione della corrente o un circuito driver dedicato. Per un'alimentazione di 5V e un I_Fobiettivo di 10mA, la resistenza sarebbe R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohm.

D2: Perché ci sono due pin di anodo comune (1 e 6)?

R: Sono collegati internamente. Avere due pin fornisce stabilità meccanica, una migliore distribuzione della corrente se più segmenti sono accesi simultaneamente e flessibilità di layout sul PCB. Puoi collegare uno o entrambi alla tua alimentazione positiva.

D3: Cosa significa il "Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa di 2:1" per il mio progetto?

R: Significa che all'interno di un'unità fisica, il segmento più debole potrebbe essere la metà luminoso del segmento più luminoso. Se il tuo progetto utilizza più cifre LTS-3861JD, dovresti richiedere parti dallo stesso bin di intensità luminosa al tuo fornitore per garantire l'uniformità della luminositàtrale cifre, poiché il rapporto 2:1 si applica solo internamente.

D4: Il valore nominale della corrente inversa è 100µA a 5V. Va bene polarizzare inversamente il display occasionalmente?

R: La scheda tecnica afferma che la condizione di tensione inversa è "solo per test IR" e che "non può continuare a operare in questa situazione". Devi progettare il tuo circuito per prevenire la polarizzazione inversa durante il normale funzionamento, poiché una tensione inversa sostenuta può degradare il LED.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di una Lettura di Voltmetro DC a Singola Cifra (0-9V)

Un progettista sta creando un semplice voltmetro per visualizzare 0-9V in passi di 1V utilizzando un microcontrollore (MCU). L'MCU ha un ADC per leggere la tensione e pin GPIO per pilotare il display.

1. Progettazione del Circuito:I pin di anodo comune (1 & 6) sono collegati al rail positivo dell'alimentazione dell'MCU (es. 3.3V o 5V) attraverso una singola resistenza di limitazione della corrente?No.Una pratica migliore è utilizzare un transistor (es. un PNP o un N-FET a livello logico) commutato da un pin MCU per controllare l'anodo comune, consentendo al software di accendere/spegnere l'intera cifra. Ogni catodo di segmento (pin 2,3,4,5,7,8,9,10) è collegato a un pin GPIO dell'MCU, ciascuno attraverso la suapropriaresistenza di limitazione della corrente. Ciò consente il controllo della luminosità per segmento ed è più sicuro di una singola resistenza sull'anodo comune.
2. Calcolo della Resistenza:Per un'alimentazione di 5V, I_Fobiettivo=10mA, e utilizzando V_Fmax=2.6V: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohm (usare valori standard 220 o 270 Ohm). Posizionare una resistenza su ciascuna delle 8 linee catodiche.
3. Software:Il codice MCU converte la lettura ADC in una cifra (0-9). Utilizza una tabella di ricerca per mappare la cifra al pattern dei catodi dei segmenti (A-G) che devono essere attivati (portati a livello basso). Accende il transistor dell'anodo comune, quindi imposta i pin catodo di conseguenza. Per il multiplexing di più cifre simili, il codice ciclerebbe rapidamente attraverso ciascuna cifra.
4. Controllo Termico:A 10mA per segmento e Ta=25°C, potenza per segmento = 10mA * 2.6V = 26mW, ben al di sotto del massimo di 70mW. Se tutti i 7 segmenti della cifra '8' sono accesi, la dissipazione totale del dispositivo è ~182mW, accettabile ma richiede la verifica dell'aumento di temperatura locale del PCB.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

L'LTS-3861JD opera sul principio fondamentale dellaelettroluminescenza in una giunzione p-n di semiconduttore. La regione attiva utilizza un'eterostruttura AlInGaP. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale intrinseco della giunzione (circa 2.6V), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Lì, si ricombinano in modo radiativo, il che significa che l'energia rilasciata da un elettrone che cade in una lacuna viene convertita direttamente in un fotone (particella di luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina la lunghezza d'onda (colore) dei fotoni emessi, in questo caso, nell'intervallo di ~639-650 nm (rosso). Ogni segmento della cifra è un chip LED separato o un insieme di chip collegati in serie/parallelo, controllato dal proprio pin catodo.

12. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Il campo dei display LED continua a evolversi. Sebbene l'LTS-3861JD rappresenti una tecnologia matura e affidabile, tendenze più ampie che influenzano questa categoria di prodotto includono:

• Efficienza Aumentata:La ricerca in scienza dei materiali mira a migliorare l'efficienza quantica interna (IQE) e l'efficienza di estrazione della luce dell'AlInGaP e di altri semiconduttori composti, portando a display più luminosi a correnti inferiori o con una maggiore durata della batteria.
• Miniaturizzazione:C'è una spinta costante per pitch di pixel più piccoli e densità più elevate, sebbene per i display a sette segmenti standard, la dimensione di 0.3 pollici rimanga un cavallo di battaglia popolare.
• Integrazione:Le tendenze includono l'integrazione del circuito driver LED (sink di corrente costante, logica di multiplexing) direttamente nel modulo o package del display, semplificando la progettazione esterna per l'ingegnere finale.
• Espansione della Gamma di Colori:Sebbene questo sia un display rosso monocromatico, la scienza dei materiali sottostante per i LED rossi supporta direttamente lo sviluppo di display LED a colori completi e array micro-LED, dove micro-LED rossi, verdi e blu sono combinati.
• Form Factor Flessibili e Innovativi:La ricerca su substrati flessibili potrebbe eventualmente portare a display a sette segmenti pieghevoli o curvi, sebbene ciò sia più rilevante per le tecnologie OLED o micro-LED più recenti rispetto ai LED tradizionali impacchettati.

L'LTS-3861JD, con la sua tecnologia AlInGaP collaudata e specifiche chiare, rimane una soluzione robusta ed efficace per applicazioni dove è richiesto un display numerico semplice, affidabile e a basso consumo.