Scheda Tecnica Display LED LTS-4301JG - Altezza Cifra 0.4 Pollici - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-4301JG è un modulo di visualizzazione numerica compatta e ad alte prestazioni a singola cifra, progettato per applicazioni che richiedono letture numeriche chiare, luminose e affidabili. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre 0-9 e alcuni caratteri alfanumerici limitati utilizzando i suoi sette segmenti controllabili individualmente e un punto decimale. Il dispositivo è progettato per l'integrazione in una vasta gamma di apparecchiature elettroniche dove lo spazio è prezioso ma la leggibilità è fondamentale.

Il display utilizza la tecnologia avanzata dei semiconduttori in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio (AlInGaP) per i suoi elementi emettitori di luce. Questo sistema di materiali è rinomato per produrre emissione luminosa ad alta efficienza nello spettro del rosso, arancione, ambra e giallo-verde. In questo dispositivo specifico, è sintonizzato per produrre un colore verde distinto. L'uso dell'AlInGaP su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs) contribuisce all'elevato rapporto di contrasto del display, poiché il substrato aiuta a prevenire la dispersione interna della luce, facendo apparire scura la "faccia grigia" non illuminata e luminosi e vividi i "segmenti bianchi" illuminati.

Il mercato target per questo componente è ampio, comprendendo pannelli di controllo industriali, apparecchiature di test e misura, elettrodomestici, cruscotti automobilistici (per display secondari), dispositivi medici e terminali di punto vendita. La sua proposta di valore principale risiede nell'offrire un pacchetto di prestazioni visive superiore - caratterizzato da alta luminosità, eccellente contrasto e ampi angoli di visione - mantenendo al contempo l'affidabilità dello stato solido e un consumo energetico relativamente basso rispetto a tecnologie di visualizzazione più datate come i display a fluorescenza sotto vuoto (VFD) o le lampade a incandescenza.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. LaIntensità Luminosa Media (Iv)è specificata con un valore tipico di 850 µcd (microcandele) a una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Il minimo è 320 µcd, e non è specificato un massimo nella tabella, indicando una specifica orientata al target. Questo parametro definisce la luminosità percepita di un segmento in condizioni operative standard. La misurazione viene eseguita utilizzando un sensore e un filtro calibrati sulla funzione di luminosità fotopica CIE, che imita la sensibilità spettrale dell'occhio umano in condizioni di illuminazione normali, garantendo che il valore riportato sia direttamente correlato alla percezione visiva.

Le caratteristiche cromatiche sono definite dai parametri di lunghezza d'onda. LaLunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p)è di 571 nm, che è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima. LaLunghezza d'Onda Dominante (λ_d)è di 572 nm; questa è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponde più da vicino al colore percepito dell'output del LED. La vicinanza di questi due valori (571 nm vs. 572 nm) indica un colore verde spettralmente puro con uno spostamento minimo tra il picco fisico e la tonalità percepita. LaSemilarghezza della Linea Spettrale (Δλ)è di 15 nm, rappresentando la larghezza di banda su cui l'intensità della luce emessa è almeno la metà del suo valore di picco. Una semilarghezza più stretta indica generalmente un colore più saturo e puro.

Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m)è specificato come massimo 2:1. Questo è un parametro critico per l'uniformità del display, garantendo che la differenza di luminosità tra il segmento più debole e quello più luminoso all'interno di una singola cifra non superi un fattore due quando pilotati in condizioni identiche. Questo rapporto è vitale per ottenere un carattere numerico dall'aspetto uniforme e professionale.

2.2 Caratteristiche Elettriche

Le specifiche elettriche definiscono i limiti e le condizioni operative per un uso affidabile. LaTensione Diretta per Segmento (V_F)ha un valore tipico di 2.6V e un massimo di 2.6V a I_F=20 mA. Il minimo è elencato come 2.05V. Questa tensione diretta è caratteristica della tecnologia AlInGaP ed è cruciale per progettare il circuito limitatore di corrente, tipicamente resistenze, per ogni segmento.

LaCorrente Inversa per Segmento (I_R)è un massimo di 100 µA a una Tensione Inversa (V_R) di 5V. Questo parametro indica il livello di corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente, che è generalmente molto basso per i dispositivi a stato solido.

Valori Massimi Assolutistabiliscono i limiti invalicabili per la sopravvivenza del dispositivo. Le specifiche chiave includono:
- Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA (deratata linearmente da 25°C).
- Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA (consentita in condizioni pulsate: ciclo di lavoro 1/10, larghezza di impulso 0.1 ms).
- Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW.
- Tensione Inversa per Segmento:5 V.
Operare o superare questi limiti rischia di danneggiare permanentemente i chip LED.

2.3 Caratteristiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per unIntervallo di Temperatura Operativada -35°C a +85°C. Questo ampio intervallo lo rende adatto per applicazioni in ambienti ostili, dalle condizioni esterne gelide agli ambienti industriali caldi. L'Intervallo di Temperatura di Stoccaggioè identico (-35°C a +85°C).

Un parametro critico di assemblaggio è la specifica dellaTemperatura di Saldatura: il dispositivo può resistere a 260°C per 3 secondi in un punto a 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Questo è un riferimento standard per i processi di saldatura a onda o rifusione, guidando i produttori nella configurazione del profilo termico per evitare di danneggiare l'involucro plastico o i bonding interni.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo èCategorizzato per Intensità Luminosa. Ciò indica che il produttore utilizza un processo di binning o selezione. Nella produzione dei LED, esistono variazioni naturali nell'output dovute a lievi differenze nella crescita epitassiale e nella lavorazione del chip. Per garantire coerenza ai clienti, i LED vengono testati dopo la produzione e suddivisi in diversi "bin" in base a parametri chiave.

Per l'LTS-4301JG, il criterio principale di binning è l'intensità luminosa a una corrente di test fissa (probabilmente 1 mA o 20 mA). I dispositivi vengono raggruppati in modo che tutte le unità all'interno di un ordine o lotto specifico abbiano intensità luminose comprese in un intervallo definito (ad esempio, l'intervallo 320-850 µcd menzionato nelle specifiche potrebbe rappresentare un bin standard, oppure potrebbero essere disponibili sub-bin più stretti). Ciò consente ai progettisti di selezionare display con una luminosità minima garantita, assicurando un aspetto uniforme su tutte le cifre in un'installazione multi-digit. Sebbene non dettagliato in questa breve scheda tecnica, altri parametri comuni di binning per LED colorati possono includere la lunghezza d'onda dominante (per garantire la coerenza del colore) e la tensione diretta.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento alleCurve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel frammento di testo, le curve standard per un tale dispositivo includerebbero tipicamente:

Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe come l'output luminoso aumenta con la corrente di pilotaggio. Per i LED, questa relazione è generalmente lineare in un intervallo significativo ma satura a correnti molto elevate a causa degli effetti termici e del calo di efficienza. La curva consente ai progettisti di scegliere una corrente operativa che fornisca la luminosità desiderata senza stressare eccessivamente il dispositivo o ridurne la durata.

Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa curva mostra la relazione esponenziale tipica di un diodo. È essenziale per determinare i requisiti dell'alimentatore e per calcolare la necessaria caduta di tensione su una resistenza limitatrice di corrente in serie.

Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:L'output luminoso di un LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva quantifica questa derating, mostrando la percentuale di output luminoso rimanente a temperature elevate (ad esempio, a 85°C). Ciò è fondamentale per le applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura per garantire che il display rimanga sufficientemente luminoso.

Curva di Distribuzione Spettrale:Questo sarebbe un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra la curva a campana centrata attorno a 571-572 nm con la semilarghezza di 15 nm. Conferma visivamente la purezza del colore della luce emessa.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

L'LTS-4301JG è fornito in un package LED standard a sette segmenti singola cifra. Viene fatto riferimento alDisegno Dimensionale del Package, con tutte le dimensioni fornite in millimetri e tolleranze standard di ±0.25 mm salvo diversa indicazione. L'impronta fisica e la disposizione dei segmenti seguono schemi standard del settore per una facile sostituzione e layout PCB.

LaConnessione dei Piediniè chiaramente definita per la configurazione a 10 pin. È un design aCatodo Comune, il che significa che i catodi (terminali negativi) di tutti i segmenti e del punto decimale sono collegati internamente e portati a due pin comuni (Pin 3 e Pin 8). Ogni anodo di segmento (terminale positivo) ha il suo pin dedicato (Pin 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Il Pin 6 è specificamente per l'anodo del Punto Decimale (D.P.). Questa configurazione a catodo comune è ampiamente utilizzata e semplifica il circuito di pilotaggio, specialmente quando si utilizzano tecniche di multiplexing con porte I/O di microcontrollori.

IlSchema Circuitale Internorappresenta visivamente questa configurazione elettrica, mostrando gli otto LED individuali (segmenti A-G più DP) con i loro anodi separati e i loro catodi collegati insieme ai pin comuni.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Come menzionato nelle caratteristiche termiche, la linea guida chiave è il limite di temperatura di saldatura:260°C per 3 secondi a 1/16 di pollice (1.6mm) sotto il piano di appoggio. Questo è un parametro critico per gli ingegneri di processo che configurano forni per saldatura a rifusione o macchine per saldatura a onda. Il profilo termico deve essere progettato in modo che la temperatura ai terminali del dispositivo non superi questo limite per più del tempo specificato per prevenire la rottura dell'involucro, la delaminazione o danni al die attach interno e ai bonding.

Dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (scarica elettrostatica) durante la manipolazione e l'assemblaggio, poiché i chip LED sono sensibili all'elettricità statica. Si raccomanda di conservare e manipolare i dispositivi in imballaggi antistatici e utilizzare postazioni di lavoro messe a terra.

Per la pulizia dopo la saldatura, dovrebbero essere utilizzati processi standard compatibili con il materiale plastico del dispositivo (probabilmente epossidico o simile). L'alcol isopropilico o detergenti elettronici dedicati sono tipicamente sicuri, ma la compatibilità dovrebbe essere verificata se si utilizzano solventi aggressivi.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune per un display a catodo comune come l'LTS-4301JG è utilizzare un microcontrollore. Ogni pin anodo di segmento è collegato a un pin di output del microcontrollore tramite una resistenza limitatrice di corrente. Il valore di questa resistenza (R_limit) è calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V, una V_Fdi 2.6V e una I_Fdesiderata di 10 mA, la resistenza sarebbe (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ohm. I due pin di catodo comune sono collegati insieme e poi a un pin del microcontrollore configurato come output impostato a livello logico BASSO (0V) per abilitare il display. Per pilotare più cifre, si utilizza il multiplexing: le linee dei segmenti per tutte le cifre sono collegate in parallelo, e il catodo comune di ogni cifra è controllato individualmente, accendendo solo una cifra alla volta in rapida successione. Ciò risparmia un numero significativo di pin I/O.

Per il pilotaggio a corrente costante o applicazioni a più alte prestazioni, possono essere utilizzati circuiti integrati driver LED dedicati (come il MAX7219 o il TM1637). Questi chip gestiscono il multiplexing, la regolazione della corrente e talvolta anche la decodifica delle cifre internamente, semplificando notevolmente il design software e hardware.

7.2 Considerazioni di Progettazione

Limitazione della Corrente:Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione senza un meccanismo di limitazione della corrente (resistenza o driver a corrente costante). La tensione diretta non è una soglia fissa ma una caratteristica del flusso di corrente; senza limitazione, la corrente aumenterà in modo distruttivo.

Controllo della Luminosità:La luminosità può essere controllata in due modi principali: 1) Regolando la corrente diretta (tramite il valore della resistenza limitatrice in uno schema di pilotaggio a tensione). 2) Utilizzando la Modulazione a Larghezza di Impulso (PWM) sulle linee dei segmenti o del catodo comune. La PWM è più efficiente e fornisce un intervallo di attenuazione più ampio e lineare.

Angolo di Visione:La scheda tecnica dichiara un "Ampio Angolo di Visione". Per una leggibilità ottimale, il display dovrebbe essere montato in modo che la direzione di visione primaria sia approssimativamente perpendicolare alla faccia del display. L'ampio angolo fornisce flessibilità per la visione fuori asse.

Dissipazione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa (70 mW max), in un'applicazione multiplexata dove più segmenti sono accesi simultaneamente, la potenza totale nel package può sommarsi. Assicurare un'adeguata ventilazione se il display è racchiuso, specialmente in ambienti ad alta temperatura.

8. Confronto Tecnico e Vantaggi

Rispetto alle tecnologie a sette segmenti più datate, l'LTS-4301JG offre vantaggi distinti:
- vs. Display a Incandescenza/Lampada:Consumo energetico molto inferiore, durata molto più lunga (decine di migliaia di ore vs. centinaia/migliaia), maggiore resistenza a urti e vibrazioni e funzionamento più freddo.
- vs. Display a Fluorescenza Sotto Vuoto (VFD):Tensione operativa più bassa (2-5V vs. decine di volt per i VFD), elettronica di pilotaggio più semplice, nessun requisito per un'alimentazione del filamento e generalmente prestazioni migliori in ambienti ad alta umidità. I VFD possono offrire angoli di visione più ampi e un colore diverso (spesso blu-verde), ma i LED sono generalmente più robusti.
- vs. Display a Cristalli Liquidi (LCD):I LED sono emissivi e quindi auto-luminosi, fornendo un'ottima visibilità in condizioni di scarsa luce e senza luce senza retroilluminazione. Hanno un tempo di risposta molto più veloce e un intervallo di temperatura operativa più ampio. Gli LCD, tuttavia, consumano significativamente meno energia in modalità di visualizzazione statica e possono visualizzare grafiche più complesse.

L'uso della tecnologiaAlInGaPspecificamente, rispetto ai vecchi LED verdi in GaP (Fosfuro di Gallio), fornisce un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in display più luminosi per la stessa corrente di ingresso, o la stessa luminosità a potenza inferiore. Il colore è anche più saturo e visivamente accattivante.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo di avere due pin di catodo comune (Pin 3 e Pin 8)?
R: Questo è principalmente per simmetria meccanica ed elettrica sul package dual-in-line. Aiuta a bilanciare la distribuzione della corrente se più segmenti sono accesi simultaneamente e fornisce flessibilità nel routing del PCB. Internamente, questi due pin sono collegati, quindi puoi usarne uno o entrambi collegati insieme.

D: Posso pilotare questo display con un sistema a microcontrollore da 3.3V?
R: Sì, ma devi ricalcolare la resistenza limitatrice di corrente. Con una V_supplydi 3.3V e una V_Fdi 2.6V, la tensione ai capi della resistenza è solo 0.7V. Per una corrente di 10 mA, avresti bisogno di una resistenza da 70 Ohm (0.7V / 0.01A). Assicurati che il pin di output del microcontrollore possa assorbire/fornire la corrente richiesta.

D: L'intensità luminosa è data in µcd. Quanto è luminosa nella pratica?
R: 850 µcd (0.85 mcd) è una luminosità standard per un piccolo LED indicatore. Per un display a sette segmenti visto all'interno sotto luce ambiente normale, questo fornisce caratteri chiari e facilmente leggibili. Per applicazioni leggibili alla luce del sole, sarebbe richiesta una luminosità molto più alta (decine di mcd per segmento).

D: Cosa significa "Rt. Hand Decimal" nella descrizione?
R: Indica che il punto decimale è posizionato sul lato destro della cifra, che è il posizionamento standard e più comune per i display numerici.

10. Principi di Funzionamento

Il principio operativo fondamentale si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Il chip AlInGaP consiste di strati di materiali semiconduttori di tipo p e tipo n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera il potenziale intrinseco della giunzione (approssimativamente la V_F), gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'AlInGaP, una porzione significativa di queste ricombinazioni rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La lunghezza d'onda specifica (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap del materiale semiconduttore, che viene ingegnerizzata durante il processo di crescita del cristallo regolando i rapporti di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo.

Il formato a sette segmenti è un modo semplice ed efficiente per rappresentare cifre numeriche utilizzando un numero minimo di elementi controllati indipendentemente (sette segmenti più un punto decimale). Illuminando specifiche combinazioni di questi segmenti, si possono formare tutte e dieci le cifre decimali (0-9) e alcune lettere (come A, C, E, F, H, L, P, ecc.).

11. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display LED a sette segmenti discreti come l'LTS-4301JG rimangano altamente rilevanti per le letture numeriche dedicate grazie alla loro semplicità, robustezza e convenienza, le tendenze tecnologiche più ampie nel campo dei display stanno influenzando il loro spazio applicativo.

Integrazione:C'è una tendenza verso moduli di visualizzazione integrati che includono le cifre LED, il driver IC e talvolta un microcontrollore in un unico package, comunicando tramite interfacce seriali (I2C, SPI). Ciò riduce il numero di componenti e la complessità di progettazione per l'utente finale.

Evoluzione dei Materiali:La tecnologia AlInGaP è matura ed eccellente per i colori rosso-ambra-giallo-verde. Per il verde puro e il blu-verde, la tecnologia Nitruro di Indio Gallio (InGaN) spesso offre un'efficienza più alta. I display futuri potrebbero utilizzare LED avanzati a conversione di fosforo o array di micro-LED per prestazioni ancora migliori.

Cambiamento Applicativo:Per informazioni alfanumeriche o grafiche complesse, vengono sempre più utilizzati display LED a matrice di punti, OLED o LCD TFT. Tuttavia, il vantaggio imbattibile del display a sette segmenti risiede nella estrema chiarezza per i numeri, nel costo ultra-basso e nella facilità d'uso nelle applicazioni dove devono essere mostrati solo numeri, garantendone l'uso continuo in strumentazione, controlli industriali ed elettrodomestici per il futuro prevedibile. La tendenza qui è verso una luminosità più alta, un consumo energetico più basso e possibilmente versioni più intelligenti e indirizzabili di questo classico fattore di forma.