Scheda Tecnica Display LED LTS-4801JG - Altezza Cifra 0.4 Pollici - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-4801JG è un display numerico a una cifra e sette segmenti che utilizza la tecnologia a semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre luce verde. È progettato come dispositivo ad anodo comune, il che significa che gli anodi di tutti i segmenti LED sono collegati internamente e portati a piedini comuni, mentre il catodo di ciascun segmento è accessibile individualmente. Questa configurazione è comune nelle applicazioni di display multiplexati. Il display presenta una faccia grigia con segmenti bianchi, che migliora il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. La sua applicazione principale è in apparecchiature elettroniche dove è richiesta una chiara e luminosa lettura numerica a cifra singola, come nei pannelli strumentazione, elettrodomestici e controlli industriali.

1.1 Vantaggi Principali

• Elevata Luminosità e Contrasto:Il sistema di materiale AlInGaP fornisce un'elevata efficienza luminosa, risultando in un'ottima luminosità. Il design faccia grigia/segmenti bianchi migliora ulteriormente il contrasto per un aspetto dei caratteri superiore.
• Basso Consumo Energetico:Il dispositivo opera a correnti dirette relativamente basse, rendendolo adatto per applicazioni alimentate a batteria o ad alta efficienza energetica.
• Affidabilità allo Stato Solido:Essendo un dispositivo a LED, offre una lunga vita operativa, resistenza agli urti e tempi di commutazione rapidi rispetto a tecnologie obsolete come i display a incandescenza o fluorescenti a vuoto.
• Prestazioni Categorizzate:L'intensità luminosa è categorizzata, consentendo un abbinamento uniforme della luminosità in display multi-cifra.
• Ampio Angolo di Visione:Il package e il design del chip forniscono un ampio angolo di visione, garantendo la leggibilità del display da varie posizioni.
• Package Senza Piombo:Il dispositivo è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

1.2 Applicazioni Target

Questo display è destinato all'uso in apparecchiature elettroniche ordinarie. Applicazioni tipiche includono apparecchiature per l'automazione d'ufficio (es. fotocopiatrici, stampanti), dispositivi di comunicazione, elettrodomestici (es. microonde, forni, lavatrici), strumenti di test e misura e pannelli di controllo industriali. Non è progettato per applicazioni che richiedono un'affidabilità eccezionale dove un guasto potrebbe mettere a rischio la vita o la salute (es. aviazione, supporto vitale medico) senza preventiva consultazione e qualifica.

2. Approfondimento Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata da un singolo segmento LED senza causare danni.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA. Questo è consentito solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) per prevenire il surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente deve essere deratata linearmente di 0.33 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) aumenta sopra i 25°C.
• Intervallo di Temperatura Operativa e di Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo può essere stoccato e operato in questo intervallo completo.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per 5 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri operativi tipici misurati a Ta=25°C, che definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni normali.

• Intensità Luminosa Media (I_V):320 a 850 μcd (microcandele) a una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Questo ampio intervallo indica che il dispositivo è categorizzato (binning) per l'intensità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):571 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'intensità della luce emessa è massima, nella regione verde dello spettro.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm (tipico). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che corrisponde strettamente alla lunghezza d'onda di picco.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):15 nm (tipico). Questo specifica la larghezza di banda della luce emessa, indicando un colore verde relativamente puro.
• Tensione Diretta per Chip (V_F):2.05V a 2.6V a I_F=20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. Il design del circuito deve tenere conto di questo intervallo.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 μA a una tensione inversa (V_R) di 5V. Questo parametro è solo per scopi di test; il funzionamento in polarizzazione inversa continua non è consentito.
• Rapporto di Abbinamento Intensità Luminosa:Massimo 2:1 per segmenti all'interno dell'\"area di luce simile\". Ciò garantisce uniformità nell'aspetto sulla cifra.
• Diafonia:La specifica è inferiore al 2.5%. Si riferisce all'illuminazione indesiderata di un segmento non pilotato a causa di dispersione elettrica o accoppiamento ottico.

3. Spiegazione Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che l'intensità luminosa è \"categorizzata\". Questo significa tipicamente che i dispositivi vengono testati e ordinati (binning) dopo la produzione in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di test standard (1mA in questo caso). Il binning garantisce che i display utilizzati insieme in un'applicazione multi-cifra avranno una luminosità abbinata, impedendo che una cifra appaia notevolmente più scura o più luminosa delle vicine. I progettisti dovrebbero specificare o essere consapevoli del bin di intensità quando ordinano per garantire la coerenza nella loro applicazione.

4. Analisi Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a \"Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche\". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nell'estratto del testo, tali curve illustrano tipicamente la relazione tra parametri chiave. Sulla base del comportamento standard dei LED, le curve attese includono:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione esponenziale tra tensione diretta (V_F) e corrente diretta (I_F). La curva mostrerà una tensione di soglia intorno a 2V e poi un aumento relativamente ripido.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (I_Vvs I_F):Mostra come l'emissione luminosa aumenta con la corrente. È generalmente lineare in un intervallo ma satura a correnti molto elevate a causa degli effetti termici.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_Vvs T_a):Illustra la diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa è una considerazione critica per ambienti ad alta temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra un picco intorno a 571-572 nm con una larghezza di circa 15 nm a metà dell'intensità massima.

5. Informazioni Meccaniche e Package

5.1 Dimensioni del Package

Il display ha un'altezza della cifra di 0.4 pollici (10.0 mm). Il disegno meccanico dettagliato fornisce tutte le dimensioni critiche, inclusa la lunghezza totale, larghezza, altezza, dimensione e spaziatura dei segmenti e posizioni dei piedini. Note chiave dal disegno includono:

• Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25mm se non specificato diversamente.
• La tolleranza di spostamento della punta del piedino è ±0.40 mm.
• Il diametro consigliato del foro PCB per i piedini è 1.10 mm.
• I criteri di qualità sono definiti per materiali estranei, bolle nel segmento, piegatura del riflettore e contaminazione dell'inchiostro superficiale.

5.2 Connessione Piedini e Schema Circuitale

Il dispositivo ha una configurazione a 10 piedini in fila singola. Lo schema circuitale interno mostra una struttura ad anodo comune. Il piedinatura è la seguente: Piede 1 (Catodo G), Piede 2 (Catodo F), Piede 3 (Anodo Comune), Piede 4 (Catodo E), Piede 5 (Catodo D), Piede 6 (Catodo Punto Decimale), Piede 7 (Catodo C), Piede 8 (Anodo Comune), Piede 9 (Catodo B), Piede 10 (Catodo A). Nota che ci sono due piedini anodo comune (3 e 8), che sono collegati internamente. Ciò consente flessibilità nel layout del PCB e può aiutare nella distribuzione della corrente.

6. Linee Guida Saldatura e Assemblaggio

6.1 Profilo di Saldatura Automatica

Per saldatura a onda o a rifusione, la condizione specificata è 260°C massimo per 5 secondi, misurata 1.6mm (1/16 pollice) sotto il piano di appoggio del package. La temperatura del corpo del componente durante l'assemblaggio non deve superare la sua massima temperatura nominale. Il rispetto di questo profilo è cruciale per prevenire danni al package plastico o ai fili di connessione interni.

6.2 Saldatura Manuale

Se è necessaria la saldatura manuale, la punta del saldatore deve essere applicata al piedino 1.6mm sotto il piano di appoggio. La temperatura di saldatura dovrebbe essere 350°C ±30°C e il tempo di contatto non deve superare i 5 secondi. L'uso di una temperatura più alta per un tempo molto breve minimizza il trasferimento di calore ai sensibili chip LED.

7. Considerazioni di Progettazione Applicativa

Vengono fornite diverse importanti precauzioni e raccomandazioni per un funzionamento affidabile:

• Protezione del Circuito di Pilotaggio:Il circuito deve proteggere i LED da tensioni inverse e picchi di tensione transitori durante l'accensione o lo spegnimento, poiché questi possono causare guasti immediati.
• Pilotaggio a Corrente Costante:Questo è fortemente raccomandato rispetto al pilotaggio a tensione costante. Una sorgente di corrente costante garantisce una luminosità uniforme e protegge il LED dalla fuga termica, poiché la tensione diretta diminuisce con l'aumentare della temperatura.
• Considerare la Variazione di V_F:Il circuito di pilotaggio deve essere progettato per fornire la corrente prevista su tutto l'intervallo della tensione diretta (2.05V a 2.6V per chip a 20mA).
• Derating della Corrente:La corrente continua di funzionamento sicura deve essere scelta dopo aver considerato la massima temperatura ambiente dell'applicazione, utilizzando il fattore di derating di 0.33 mA/°C sopra i 25°C.
• Evitare Polarizzazione Inversa:Il funzionamento in polarizzazione inversa continua deve essere rigorosamente evitato in quanto può portare a migrazione metallica e guasto prematuro del dispositivo.

8. Test di Affidabilità

Il dispositivo è sottoposto a una serie di test di affidabilità standardizzati per garantirne la robustezza. Il piano di test include:

• Test di Vita Operativa (RTOL):1000 ore alla massima corrente nominale a temperatura ambiente.
• Test Ambientali:Stoccaggio Alta Temperatura/Umidità (500 ore a 65°C/90-95% UR), Stoccaggio Alta Temperatura (1000 ore a 105°C), Stoccaggio Bassa Temperatura (1000 ore a -35°C).
• Test di Stress:Cicli Termici (30 cicli tra -35°C e 105°C) e Shock Termico (30 cicli tra -35°C e 105°C).
• Test di Compatibilità di Processo:Resistenza alla Saldatura (10 sec a 260°C) e Saldabilità (5 sec a 245°C).

Questi test fanno riferimento a standard militari (MIL-STD), industriali giapponesi (JIS) e interni consolidati, fornendo fiducia nella durabilità del componente in varie condizioni di stoccaggio e funzionamento.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo display direttamente con un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. La tensione diretta è circa 2.6V max, ed è obbligatorio un resistore limitatore di corrente in serie. Collegarlo direttamente a 5V distruggerebbe il LED a causa dell'eccessiva corrente. Calcolare il valore del resistore usando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

D: Perché ci sono due piedini anodo comune?

R: Sono collegati internamente. Questo design consente un routing PCB più flessibile, può aiutare a bilanciare la corrente se si pilotano più segmenti simultaneamente e fornisce stabilità meccanica.

D: Come posso ottenere una luminosità uniforme in un display multi-cifra?

R: Utilizzare driver a corrente costante e assicurarsi di utilizzare display dello stesso o di bin di intensità luminosa strettamente abbinati. Implementare il multiplexing con corrente di segmento e ciclo di lavoro appropriati.

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

R: La lunghezza d'onda di picco è la lunghezza d'onda fisica della massima potenza spettrale. La lunghezza d'onda dominante è il punto di colore percepito sul diagramma di cromaticità CIE. Per una sorgente monocromatica come questo LED verde, sono molto vicine.

10. Caso di Studio di Progettazione

Consideriamo la progettazione di un semplice display per termometro digitale utilizzando l'LTS-4801JG. Il sistema utilizza un microcontrollore con uscita multiplexata. I passi di progettazione includono:

1. Selezione del Driver:Scegliere un IC driver LED a corrente costante o progettare circuiti discreti a transistor in grado di assorbire la corrente di segmento richiesta (es. 10-15 mA per una buona luminosità).
2. Impostazione della Corrente:Determinare la corrente operativa. Ad esempio, selezionare 10 mA fornisce una buona luminosità rimanendo ben al di sotto del massimo di 25 mA, consentendo un margine per il derating termico.
3. Schema di Multiplexing:Configurare il microcontrollore per ciclare rapidamente tra le cifre. Gli anodi comuni sono pilotati da transistor PNP (o driver high-side) commutati dal MCU, mentre i catodi dei segmenti sono collegati alle uscite di sink di corrente del driver IC.
4. Layout PCB:Posizionare il display sulla scheda, assicurandosi di utilizzare i fori consigliati da 1.10mm. Instradare separatamente le due linee anodo comune per bilanciare la distribuzione della corrente. Mantenere le tracce per le linee dei segmenti ad alta corrente corte e larghe.
5. Gestione Termica:Se il dispositivo deve essere utilizzato in un ambiente ad alta temperatura ambiente (es. >50°C), ricalcolare la massima corrente continua ammissibile utilizzando il fattore di derating: I_F(max)= 25 mA - [0.33 mA/°C * (T_a- 25°C)].

11. Introduzione Tecnologia e Principio

L'LTS-4801JG è basato sulla tecnologia a semiconduttore AlInGaP cresciuta su un substrato GaAs non trasparente. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia della banda proibita, che a sua volta definisce la lunghezza d'onda della luce emessa—in questo caso, verde (~572 nm). Il substrato non trasparente aiuta a migliorare il contrasto assorbendo la luce diffusa. Il formato a sette segmenti è un modo standardizzato per rappresentare cifre numeriche (0-9) e alcune lettere illuminando selettivamente sette barre LED indipendenti (segmenti A-G) più un punto decimale.

12. Tendenze del Settore

Sebbene i display a sette segmenti rimangano vitali per letture numeriche semplici, la tendenza del settore è verso l'integrazione e la miniaturizzazione. C'è un uso crescente di package a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato. Inoltre, display multi-cifra monolitici e display intelligenti con driver integrati (I2C, SPI) stanno diventando più comuni per semplificare il design del sistema e ridurre il numero di componenti. Tuttavia, componenti discreti a cifra singola come l'LTS-4801JG continuano a servire applicazioni sensibili al costo, prototipazione e design che richiedono caratteristiche meccaniche o ottiche specifiche non offerte da moduli integrati. La tendenza verso una maggiore efficienza e una gamma di colori più ampia nella tecnologia LED influenza anche i componenti display, sebbene per display monocromatici come questo, efficienza e affidabilità siano i fattori principali.