Scheda Tecnica Display LED a 7 Segmenti Singola Cifra da 0.56 Pollici - Altezza Cifra 14.22mm - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il dispositivo è un display alfanumerico a sette segmenti e cifra singola, progettato per applicazioni che richiedono indicazioni numeriche chiare e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre da 0 a 9 e alcune lettere utilizzando segmenti controllabili individualmente. La tecnologia di base si basa sul materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP), specificamente progettato per un'emissione luminosa ad alta efficienza nello spettro verde-giallo. Questo sistema di materiali è cresciuto su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs), che aiuta a gestire l'emissione luminosa e il contrasto. Il display presenta una mascherina frontale di colore grigio che serve ad aumentare il rapporto di contrasto tra i segmenti verdi illuminati e lo sfondo, migliorando la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. Il dispositivo è categorizzato per la sua intensità luminosa, garantendo coerenza nei livelli di luminosità per applicazioni in cui un aspetto uniforme tra più unità è critico.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce una suddivisione dettagliata dei limiti operativi e delle caratteristiche prestazionali del dispositivo in condizioni specificate.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi parametri 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 e a lungo termine.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la massima quantità di potenza che può essere convertita in calore e luce da un singolo segmento senza rischiare danni termici.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA. Questo valore si applica in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Consente brevi periodi di corrente più elevata per ottenere una luminosità molto alta per applicazioni di multiplexing o stroboscopiche.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente deve essere deratata linearmente al ritmo di 0.33 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) sale sopra i 25°C per prevenire il surriscaldamento.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può causare la rottura della giunzione.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per ambienti a temperatura di grado industriale.
• Temperatura di Saldatura:Il dispositivo può resistere a una temperatura di saldatura di 260°C per 3 secondi a una distanza di 1/16 di pollice (circa 1.59 mm) al di sotto del piano di appoggio del package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche (Ta=25°C)

Questi sono i parametri prestazionali tipici misurati in condizioni di prova standard, che forniscono il comportamento atteso del dispositivo in funzionamento normale.

• Intensità Luminosa Media (I_V):320 μcd (Min), 900 μcd (Tip) a I_F=1mA. Questo quantifica la luminosità percepita del segmento. L'ampio intervallo indica un processo di binning per l'intensità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):571 nm (Tip) a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima, posizionando l'emissione nella regione verde-gialla dello spettro visibile.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ):15 nm (Tip) a I_F=20mA. Questo parametro descrive la purezza spettrale della luce emessa; una larghezza a metà altezza più stretta indica un colore più monocromatico.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm (Tip) a I_F=20mA. Questa è l'unica lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano che meglio corrisponde al colore della luce emessa, strettamente correlata alla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05V (Min), 2.6V (Tip) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione attraverso il segmento LED quando conduce la corrente specificata. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (Max) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il segmento è polarizzato inversamente.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Tip) a I_F=1mA. Questo rapporto definisce la massima variazione di luminosità consentita tra diversi segmenti della stessa cifra o tra diversi dispositivi, garantendo uniformità visiva.

Nota sulla Misurazione:L'intensità luminosa viene misurata utilizzando una combinazione di sensore e filtro che approssima la funzione di luminosità fotopica CIE, che modella la sensibilità dell'occhio umano standard a diverse lunghezze d'onda.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione basato sulla misura dell'emissione luminosa.

• Binning per Intensità Luminosa:Il valore tipico specificato di 900 μcd con un minimo di 320 μcd suggerisce che i dispositivi vengono testati e raggruppati (binnati) in base alla loro luminosità effettiva misurata alla corrente di prova standard di 1mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità coerenti per la loro applicazione, aspetto vitale per display multi-cifra dove una luminosità disomogenea sarebbe fastidiosa.
• Consistenza della Lunghezza d'Onda:Sebbene non dichiarato esplicitamente come parametro binnato, i valori tipici stretti per la Lunghezza d'Onda di Picco (571 nm) e la Lunghezza d'Onda Dominante (572 nm) indicano un processo produttivo che garantisce un'emissione di colore altamente uniforme, un vantaggio caratteristico del sistema di materiali AlInGaP.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

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

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I_F-V_F):Questa curva non lineare mostra come la tensione diretta cambi all'aumentare della corrente. È essenziale per determinare la tensione di pilotaggio richiesta e per progettare driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I_V-I_F):Questo grafico mostra la relazione tra corrente di pilotaggio e emissione luminosa. È generalmente sub-lineare; raddoppiare la corrente non raddoppia la luminosità e aumenta la generazione di calore.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva dimostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione del LED. Comprendere questa derating è fondamentale per applicazioni che operano ad alte temperature ambiente.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra la potenza ottica relativa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno alla lunghezza d'onda di picco di ~571 nm, con una tipica larghezza a metà altezza di 15 nm.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo ha un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm). Le dimensioni del package sono fornite in un disegno con tutte le misure in millimetri. La tolleranza standard per le dimensioni è ±0.25 mm (±0.01 pollici) salvo diversa specifica sul disegno. Questa informazione è fondamentale per il design dell'impronta PCB e per garantire un corretto montaggio all'interno dell'involucro del prodotto finale.

5.2 Collegamento dei Piedini e Schema Circuitale

Il display ha una configurazione a 10 piedini con un design a catodo comune. Lo schema circuitale interno mostra che tutti i catodi dei segmenti LED (da A a G e il Punto Decimale) sono collegati internamente a due piedini di catodo comune (Piedino 3 e Piedino 8). Questa è una configurazione standard per semplificare il circuito di pilotaggio nelle applicazioni multiplexate.

Piedinatura:

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

I due piedini di catodo comune (3 & 8) sono tipicamente collegati insieme sul PCB per fornire un percorso di corrente migliore e una migliore dissipazione termica.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

I valori massimi assoluti specificano un parametro chiave di saldatura: il dispositivo può resistere a un profilo di saldatura a ferro o a rifusione che raggiunge i 260°C in un punto a 1/16 di pollice (1.59 mm) al di sotto del piano di appoggio del package per una durata massima di 3 secondi. Questa linea guida è intesa a prevenire danni termici ai chip LED e ai fili di connessione interni durante il processo di assemblaggio. Per la saldatura a onda, il tempo di esposizione alla lega di saldatura dovrebbe essere minimizzato. Dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (scarica elettrostatica) durante la manipolazione e l'assemblaggio per prevenire danni alle giunzioni dei semiconduttori.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è adatto a un'ampia gamma di applicazioni che richiedono un singolo indicatore numerico altamente visibile:

• Strumenti di Test e Misura:Multimetri digitali, contatori di frequenza, alimentatori, dove è necessaria un'indicazione chiara e luminosa.
• Controlli Industriali:Quadri di misura, indicatori di processo, display di timer su macchinari.
• Elettronica di Consumo:Contatori autonomi, tabelloni segnapunti, display per elettrodomestici (es. forni a microonde, vecchie apparecchiature stereo).
• Aftermarket Automobilistico:Manometri e strumenti diagnostici (sebbene le specifiche ambientali debbano essere verificate per i requisiti automobilistici specifici).

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:I LED sono dispositivi pilotati in corrente. Una resistenza di limitazione in serie o un circuito driver a corrente costante è obbligatorio per ogni anodo di segmento per evitare di superare la massima corrente diretta continua (25 mA a 25°C). Il valore della resistenza può essere calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta tipica (es. 2.6V).
• Multiplexing:Per display multi-cifra, viene utilizzato uno schema di multiplexing in cui le cifre vengono illuminate una alla volta rapidamente. Il valore di corrente diretta di picco (60 mA) consente correnti pulsate più elevate per compensare il ridotto ciclo di lavoro, mantenendo la luminosità percepita.
• Gestione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa, in applicazioni in cui tutti i segmenti sono accesi continuamente (es. visualizzando '8.'), la potenza totale può avvicinarsi a 0.5W. Assicurare un'adeguata ventilazione o dissipazione termica se si opera ad alte temperature ambiente e ricordarsi di deratare la corrente continua.
• Angolo di Visione:La scheda tecnica dichiara un "ampio angolo di visione", tipico per i display LED a sette segmenti. Questo dovrebbe essere verificato per il cono di visione richiesto dall'applicazione specifica.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

I fattori chiave di differenziazione di questo display, in base ai dati forniti, sono la sua tecnologia dei materiali e le specifiche caratteristiche prestazionali.

• AlInGaP vs. Materiali Tradizionali:Rispetto a tecnologie più vecchie come i LED verdi standard in GaP (Fosfuro di Gallio), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa e una luminosità significativamente maggiori. Ciò si traduce in una migliore visibilità in condizioni di luce ambiente elevata o a correnti di pilotaggio inferiori, migliorando l'efficienza energetica.
• Colore e Contrasto:La combinazione di segmenti verdi AlInGaP e una mascherina grigia fornisce un display ad alto contrasto e facilmente leggibile. Il verde è spesso scelto per la sua alta efficacia luminosa percepita dall'occhio umano, facendolo apparire molto luminoso per un dato ingresso elettrico.
• Affidabilità allo Stato Solido:Come tutti i LED, offre vantaggi rispetto ai display a incandescenza o fluorescenti a vuoto (VFD), inclusa resistenza a urti/vibrazioni, tempo di risposta più rapido, tensione operativa più bassa e maggiore durata.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

1. D: Qual è lo scopo dei due piedini di catodo comune (3 e 8)?
   
   R: Sono collegati internamente. Fornire due piedini aiuta a distribuire la corrente totale del catodo (che può essere la somma di fino a 8 segmenti), riduce la densità di corrente nelle piste del PCB e può migliorare la dissipazione termica dal package.
2. D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?
   
   R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. Per un'alimentazione di 5V e una corrente target di 20 mA con una V_Fdi 2.6V, il valore della resistenza sarebbe R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω. Anche il pin del microcontrollore deve essere in grado di assorbire o fornire la corrente di segmento richiesta.
3. D: Cosa significa "Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa di 2:1"?
   
   R: Significa che il segmento (o dispositivo) più luminoso non sarà più del doppio più luminoso del segmento (o dispositivo) più debole nelle stesse condizioni di prova. Ciò garantisce uniformità visiva sul display.
4. D: Come posso ottenere la luminosità tipica di 900 μcd?
   
   R: L'intensità luminosa tipica è specificata a una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Per ottenere questo livello di luminosità nel tuo design, dovresti pilotare ogni segmento con 1 mA. Per una luminosità maggiore, puoi aumentare la corrente fino al valore massimo continuo (25 mA a 25°C), ma fare riferimento alla curva I_V-I_Fpoiché la relazione non è lineare.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Indicatore per Voltmetro Digitale Semplice

Un progettista sta creando un voltmetro DC da 0-99V. Ha bisogno di due di questi display. L'ADC del microcontrollore legge la tensione e la converte in due cifre. Il progettista utilizza una tecnica di multiplexing: la Cifra 1 (decine) viene illuminata per 5ms, poi la Cifra 2 (unità) per 5ms, ripetendo continuamente. Per mantenere una buona luminosità percepita durante il ciclo di lavoro del 50% per cifra, decide di pilotare ogni segmento con una corrente pulsata di 15 mA (ben al di sotto del valore di picco di 60 mA). Utilizza un transistor sul lato del catodo comune per ogni cifra, controllato dal microcontrollore, e resistenze di limitazione della corrente su ogni anodo di segmento collegato ai pin di porta del microcontrollore configurati come uscite. La mascherina grigia e i segmenti verdi assicurano che la lettura sia chiara anche in un ambiente di officina moderatamente illuminato. Il progettista seleziona componenti dallo stesso bin di intensità luminosa per garantire che entrambe le cifre abbiano la stessa luminosità.

11. Principio di Funzionamento

Un display a sette segmenti è un assemblaggio di sette diodi a emissione luminosa (LED) disposti in un pattern a forma di otto. Ogni LED forma un segmento (etichettato da A a G). Un LED aggiuntivo è utilizzato per il punto decimale (DP). Applicando selettivamente una polarizzazione diretta (accendendo) specifiche combinazioni di questi segmenti, si possono formare i pattern per i numeri da 0 a 9. Ad esempio, per visualizzare un "7", vengono illuminati i segmenti A, B e C. In una configurazione a catodo comune come questa, tutti i catodi (terminali negativi) dei LED di segmento sono collegati insieme a uno o più piedini comuni. Per accendere un segmento, il suo corrispondente piedino anodo viene portato a una tensione positiva (attraverso una resistenza di limitazione della corrente), mentre il catodo comune è collegato a massa. Il materiale semiconduttore AlInGaP emette luce quando gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso la giunzione p-n del dispositivo, rilasciando energia sotto forma di fotoni con una lunghezza d'onda caratteristica del bandgap del materiale, in questo caso, luce verde.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display LED a sette segmenti discreti rimangano rilevanti per applicazioni specifiche, le tendenze più ampie nella tecnologia dei display sono degne di nota. C'è un generale spostamento verso display a matrice di punti integrati (sia LED che LCD/OLED) che offrono capacità alfanumeriche e grafiche complete in package di dimensioni simili. Questi offrono maggiore flessibilità ma spesso richiedono elettronica di pilotaggio più complessa. Per applicazioni in cui sono necessari solo numeri, il formato a sette segmenti rimane altamente efficiente ed economico. I progressi nei materiali LED, come l'uso di AlInGaP in questa scheda tecnica, continuano a migliorare l'efficienza, la luminosità e la purezza del colore. Inoltre, le versioni a montaggio superficiale (SMD) dei display a sette segmenti stanno diventando più comuni, consentendo un assemblaggio automatizzato e fattori di forma più piccoli rispetto ai design a foro passante come quello probabilmente descritto in questo documento. I vantaggi fondamentali dei LED - lunga durata, robustezza e basso consumo - garantiscono che rimarranno un punto fermo nelle applicazioni di indicazione e visualizzazione semplice per il prossimo futuro.