LSHD-F101 - Scheda Tecnica Display LED Rosso a Singola Cifra da 0.39 Pollici - Altezza Cifra 10.0mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LSHD-F101 è un modulo display LED a singola cifra, a sette segmenti più punto decimale. Utilizza avanzati strati epitassiali di Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) cresciuti su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs) per produrre un'emissione di luce rossa ad alta efficienza. L'applicazione principale di questo dispositivo è in apparecchiature elettroniche dove sono richiesti display numerici chiari, luminosi e affidabili, come nei pannelli strumentazione, elettrodomestici e controlli industriali. I suoi vantaggi principali includono un'ottima resa dei caratteri grazie ai segmenti uniformi e continui, un'elevata luminosità e contrasto per una visibilità superiore e l'affidabilità dello stato solido che garantisce una lunga vita operativa.

1.1 Caratteristiche Principali

• Altezza della Cifra: 0.39 pollici (10.0 mm).
• Segmenti Uniformi e Continui per un aspetto del carattere omogeneo.
• Basso Requisito di Potenza, che migliora l'efficienza energetica.
• Alta Luminosità & Alto Contrasto per un'ottima leggibilità.
• Ampio Angolo di Visione, adatto per varie posizioni di montaggio.
• Affidabilità allo Stato Solido senza parti in movimento.
• Categorizzato per Intensità Luminosa, permettendo l'abbinamento della luminosità in applicazioni multi-cifra.
• Confezionamento Senza Piombo conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

2. Parametri Tecnici: Interpretazione Oggettiva Approfondita

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è raccomandato operare a o vicino a questi limiti per prestazioni affidabili.

• Dissipazione di Potenza per Segmento: 70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza da un singolo segmento LED senza causare danni termici.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento: 90 mA. Questo valore si applica in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) ed è superiore al valore di corrente continua.
• Corrente Diretta Continua per Segmento: 25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente di 0.28 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C. È necessario un adeguato dissipatore di calore o una riduzione della corrente a temperature più elevate.
• Tensione Inversa per Segmento: 5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare un guasto immediato e catastrofico.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio: -35°C a +105°C. Il dispositivo è classificato per funzionare e essere stoccato entro questo ampio intervallo di temperatura industriale.
• Condizioni di Saldatura: Il package può resistere alla saldatura a 260°C per un massimo di 5 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici misurati in condizioni di test specificate (Ta=25°C).

• Intensità Luminosa Media per Segmento (Iv): Varia da 200-750 ucd a 1mA di corrente di pilotaggio a 3400-9750 ucd a 10mA. Questa elevata intensità garantisce un'uscita del display luminosa.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λp): 650 nm (tipico). Specifica la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd): 639 nm (tipico). Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il colore come rosso.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ): 20 nm (tipico). Indica la purezza spettrale della luce rossa emessa.
• Tensione Diretta per Chip (Vf): Da 2.10V a 2.60V a una corrente di test di 20mA. Il progetto del circuito deve accogliere questo intervallo per garantire una corrente di pilotaggio costante.
• Corrente Inversa per Segmento (Ir): Massimo 100 µA a una tensione inversa di 5V. Questo parametro è solo per scopi di test; è vietato il funzionamento in polarizzazione inversa continua.
• Rapporto di Abbinamento dell'Intensità Luminosa: Massimo 2:1 tra i segmenti quando pilotati a 1mA. Ciò garantisce una luminosità uniforme su tutto il display.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning in cui i display vengono suddivisi in base alla luce emessa misurata a una corrente di test standard (es. 1mA o 10mA). Questo permette ai progettisti di selezionare componenti dallo stesso bin di intensità o da bin adiacenti per garantire uniformità visiva nei display multi-cifra, evitando che alcune cifre appaiano più luminose o più scure di altre. Sebbene i dettagli specifici dei codici bin non siano forniti in questo estratto, questa categorizzazione è un passo critico di controllo qualità per la coerenza estetica e funzionale nell'applicazione finale.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche" essenziali per un progetto dettagliato. Queste tipicamente includono:

• Curva IV (Corrente Diretta vs. Tensione Diretta): Mostra la relazione esponenziale, cruciale per progettare piloti a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta: Dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente, aiutando nella calibrazione della luminosità e nei calcoli di efficienza.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente: Mostra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura, importante per la gestione termica.
• Distribuzione Spettrale: Un grafico che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, confermando le lunghezze d'onda dominante e di picco e la larghezza spettrale.

I progettisti dovrebbero consultare queste curve per ottimizzare le condizioni di pilotaggio, comprendere le dipendenze dalla temperatura e prevedere le prestazioni nell'ambiente operativo reale.

5. Informazioni Meccaniche & sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il display ha una faccia grigio chiaro con segmenti bianchi. Le note dimensionali chiave includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25mm salvo diversa specifica.
• La tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.40 mm.
• Il diametro del foro PCB raccomandato per i pin è 1.0 mm.
• Le specifiche di qualità limitano la presenza di materiali estranei, bolle nel segmento, piegature del riflettore e contaminazioni dell'inchiostro superficiale per garantire la chiarezza ottica e l'integrità meccanica.

5.2 Configurazione dei Pin e Schema Circuitale

Il dispositivo ha una configurazione a 10 pin con architettura ad anodo comune. Lo schema circuitale interno mostra due pin di anodo comune (Pin 1 e Pin 6) collegati internamente, fornendo ridondanza e potenzialmente una migliore distribuzione della corrente. I catodi dei segmenti (A-G e DP) sono collegati a pin individuali. Questa configurazione è standard per il multiplexing di più cifre, sebbene questa sia un'unità a cifra singola. Il pinout è il seguente: 1-Anodo Com, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Anodo Com, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

6.1 Saldatura Automatica

Condizione raccomandata: 260°C per 5 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del package. La temperatura del corpo del componente non deve superare il suo valore massimo durante questo processo.

6.2 Saldatura Manuale

Condizione raccomandata: 350°C ±30°C per un massimo di 5 secondi, con la punta del saldatore posizionata 1.6mm sotto il piano di appoggio. Bisogna prestare attenzione per evitare un'esposizione prolungata al calore.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è destinato a normali apparecchiature elettroniche, inclusi apparecchi per ufficio, dispositivi di comunicazione ed elettrodomestici. La sua alta luminosità e leggibilità lo rendono adatto per strumenti a pannello, display per orologi, indicatori per unità di controllo semplici ed elettronica di consumo dove è necessario un indicatore numerico chiaro.

7.2 Considerazioni Critiche di Progetto

• Metodo di Pilotaggio:È fortemente raccomandato il pilotaggio a corrente costante rispetto a quello a tensione costante per garantire un'intensità luminosa costante e longevità, poiché la luminosità del LED è una funzione della corrente, non della tensione.
• Limitazione della Corrente:Il circuito di pilotaggio deve limitare la corrente per ogni segmento entro il valore massimo assoluto (25mA continuo, ridotto con la temperatura). Superare questo valore causa un rapido degrado.
• Intervallo di Tensione:Il circuito deve essere progettato per accogliere l'intero intervallo della tensione diretta (Vf) da 2.10V a 2.60V per fornire la corrente desiderata a tutte le unità.
• Protezione dalla Tensione Inversa:Il circuito di pilotaggio dovrebbe incorporare protezioni (es. diodi in serie o funzionalità dei circuiti integrati) per prevenire che tensioni inverse o picchi di tensione vengano applicati ai catodi dei LED durante l'accensione, lo spegnimento o in condizioni di guasto.
• Gestione Termica:La corrente operativa sicura deve essere ridotta in base alla massima temperatura ambiente dell'ambiente applicativo, utilizzando il fattore di riduzione di 0.28 mA/°C sopra i 25°C.

8. Test di Affidabilità

Il dispositivo è sottoposto a una serie completa di test di affidabilità basati su standard militari (MIL-STD), industriali giapponesi (JIS) e interni. Questi test ne convalidano robustezza e longevità:

• Vita Operativa (RTOL):1000 ore alla corrente massima nominale a temperatura ambiente.
• Stress Ambientale:Include Stoccaggio ad Alta Temperatura/Umidità (500 ore a 65°C/90-95% UR), Stoccaggio ad Alta e Bassa Temperatura (1000 ore a 105°C e -35°C), Cicli Termici e test di Shock Termico.
• Robustezza del Processo:I test di Resistenza alla Saldatura e Saldabilità assicurano che il package possa resistere ai processi di assemblaggio standard.

9. Avvertenze e Limitazioni d'Uso

Il dispositivo non è progettato per applicazioni critiche per la sicurezza in cui un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (es. aviazione, supporto vitale medico, sistemi di sicurezza dei trasporti). Per tali applicazioni, è obbligatoria la consultazione con il produttore per componenti qualificati in modo speciale. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per danni derivanti dal funzionamento al di fuori dei valori massimi assoluti o contrario alle istruzioni fornite. È richiesta particolare attenzione per evitare la polarizzazione inversa, che può indurre migrazione metallica e portare a un aumento della corrente di dispersione o al guasto.

10. Confronto e Differenziazione Tecnica

Il LSHD-F101 si differenzia grazie all'uso della tecnologia AlInGaP su substrato GaAs. Rispetto a tecnologie più datate come il GaAsP o GaP standard, i LED AlInGaP offrono un'efficienza luminosa significativamente superiore, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. La caratteristica dei "segmenti uniformi e continui" indica un design dello stampo e del diffusore di alta qualità che elimina spazi visibili o punti caldi all'interno di un segmento, portando a un aspetto del carattere più professionale e leggibile. L'ampio angolo di visione e l'intensità luminosa categorizzata sono ulteriori vantaggi per applicazioni che richiedono prestazioni visive consistenti da diverse prospettive o su più unità.

11. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Posso pilotare questo display con un'alimentazione a 5V e una semplice resistenza?

R: Sì, ma è necessario un calcolo attento. Usando la Legge di Ohm (R = (V_alimentazione - Vf_led) / I_led), e assumendo un caso peggiore di Vf di 2.6V a 20mA, il valore della resistenza sarebbe (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohm. Tuttavia, a causa della variazione di Vf, la luminosità potrebbe variare tra segmenti/display. Un pilota a corrente costante è preferibile per la coerenza.

D: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La Lunghezza d'Onda di Picco (650nm) è il picco fisico dello spettro di luce emessa. La Lunghezza d'Onda Dominante (639nm) è l'unica lunghezza d'onda che produrrebbe la stessa percezione di colore per l'occhio umano. La lunghezza d'onda dominante è più rilevante per la specifica del colore.

D: Perché ci sono due pin di Anodo Comune?

R: Questo fornisce simmetria meccanica, semplifica il layout del PCB e può aiutare a distribuire la corrente in modo più uniforme, potenzialmente migliorando l'affidabilità e l'uniformità della luminosità.

12. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettare un display per un semplice voltmetro digitale.

Un progettista seleziona il LSHD-F101 per un display voltmetrico a 2 cifre (richiedendo due unità). Prima controlla le informazioni di binning dell'intensità per procurarsi due display dallo stesso bin per uniformità di luminosità. Il microcontrollore opera a 3.3V. Per pilotare ogni segmento a un obiettivo di 10mA per una buona luminosità, progetta un pilota a corrente costante (sink) utilizzando un array di transistor IC. Il circuito di pilotaggio include diodi di protezione per limitare eventuali picchi di tensione induttiva dai cavi lunghi che collegano al pannello display. Il layout del PCB posiziona i display con spaziatura adeguata per i fori di montaggio raccomandati da 1.0mm e include un piano di massa per la dissipazione termica. Durante i test, verifica la luminosità dei segmenti alla massima temperatura ambiente prevista di 50°C e conferma che la corrente sia opportunamente ridotta a circa 18mA per segmento (25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C)).

13. Introduzione al Principio Operativo

L'emissione di luce nel LSHD-F101 si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttore realizzata con materiali AlInGaP. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale interno della giunzione, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva. Qui, si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica composizione della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa – in questo caso, rossa. Il substrato GaAs è otticamente assorbente, quindi il chip è progettato per emissione dalla parte superiore, che viene poi diffusa dal package plastico stampato per formare i segmenti uniformi.

14. Tendenze e Contesto Tecnologico

La tecnologia AlInGaP rappresenta una soluzione matura e altamente efficiente per LED rossi, arancioni e gialli. Mentre tecnologie più recenti come i LED basati su Nitruro di Gallio (GaN) dominano i mercati dell'illuminazione blu, verde e bianca, l'AlInGaP rimane il materiale di scelta per indicatori e display rossi ad alte prestazioni grazie alla sua efficienza superiore e purezza del colore in quella regione spettrale. Le tendenze nella tecnologia dei display includono il passaggio a package per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato e una maggiore densità. Sebbene il LSHD-F101 sia un componente a foro passante, i suoi principi di progettazione di alta luminosità, affidabilità e prestazioni categorizzate rimangono fondamentali. Gli sviluppi futuri potrebbero concentrarsi su ulteriori guadagni di efficienza, intervalli di temperatura più ampi e integrazione con l'elettronica di pilotaggio.