Scheda Tecnica Display LED LTS-3861JE - Altezza Cifra 0.3 Pollici - Rosso AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-3861JE è un modulo display ad alta prestazione, a cifra singola e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono una chiara visualizzazione numerica. Il suo componente principale è un materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), responsabile della caratteristica emissione di luce rossa brillante. Il dispositivo presenta una facciata grigio chiaro con marcature dei segmenti bianche, offrendo un eccellente contrasto per una migliore leggibilità. Con un'altezza della cifra di 0.3 pollici (7.62 mm), offre una soluzione di visualizzazione compatta ma facilmente leggibile, adatta a una vasta gamma di apparecchiature elettroniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il display è progettato per affidabilità ed efficienza. I vantaggi chiave includono basso consumo energetico, elevata luminosità e un ampio angolo di visione, garantendo prestazioni costanti da diverse prospettive. Utilizza la tecnologia LED a stato solido, che offre una longevità e una resistenza agli urti superiori rispetto alle tecnologie di visualizzazione più datate come i display a incandescenza o fluorescenti a vuoto. Il dispositivo è categorizzato per intensità luminosa, consentendo un abbinamento uniforme della luminosità in applicazioni multi-cifra. I suoi principali mercati di riferimento includono pannelli di controllo industriali, apparecchiature di test e misura, elettrodomestici e strumentazione dove è richiesta un'indicazione numerica chiara e affidabile.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Le prestazioni del LTS-3861JE sono definite da una serie di parametri elettrici e ottici misurati in condizioni standard (Ta=25°C). Comprendere questi parametri è cruciale per un corretto design del circuito e per garantire l'affidabilità a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza da un singolo segmento illuminato.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA. Questa è la massima corrente impulsiva ammissibile, tipicamente specificata in condizioni come un ciclo di lavoro 1/10 e una larghezza d'impulso di 0.1 ms, utilizzata per il multiplexing o una breve sovralimentazione.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente ad un tasso di 0.28 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente sopra i 25°C.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +105°C.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata a 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio del componente.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni operative normali.

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 320 μcd (min) a 800 μcd (tip) con una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Misura la luminosità percepita dall'occhio umano.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):Tipicamente 632 nm a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):Tipicamente 624 nm a I_F=20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che definisce il colore.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):Tipicamente 20 nm. Indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Tipicamente 2.6 V (max 2.6V) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 μA con una tensione inversa (V_R) di 5V.
• Rapporto di Abbinamento Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1. Specifica la massima variazione di luminosità ammissibile tra i diversi segmenti dello stesso dispositivo a I_F=1mA, garantendo un aspetto uniforme.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il LTS-3861JE utilizza un sistema di categorizzazione per l'intensità luminosa. Ciò significa che i dispositivi vengono testati e suddivisi in specifici bin in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente di test standard (tipicamente 1mA o 20mA). Questo consente ai progettisti di selezionare display con livelli di luminosità uniformi, fondamentale per display multi-cifra dove un'illuminazione irregolare sarebbe visivamente fastidiosa. Sebbene i codici bin specifici non siano dettagliati in questa scheda tecnica, la pratica garantisce che tutti i segmenti all'interno di un display e tra più display in un sistema abbiano prestazioni strettamente abbinate.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettriche/ottiche. Questi grafici sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo oltre i dati puntuali nelle tabelle.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Questa curva mostra la relazione tra la corrente che scorre attraverso il LED e la tensione ai suoi capi. È non lineare, presentando una tensione di soglia (circa 2V per il rosso AlInGaP) al di sotto della quale scorre pochissima corrente. Al di sopra di questa soglia, la corrente aumenta rapidamente con un piccolo aumento di tensione. Questa caratteristica rende necessario l'uso di una resistenza limitatrice di corrente o di un driver a corrente costante in serie con il LED per prevenire la fuga termica e la distruzione.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questo grafico illustra come l'emissione luminosa (in millicandele o microcandele) varia con la corrente di pilotaggio. In generale, l'intensità luminosa aumenta con la corrente, ma la relazione potrebbe non essere perfettamente lineare, specialmente a correnti più elevate dove l'efficienza può diminuire a causa degli effetti termici.

4.3 Dipendenza dalla Temperatura

Sebbene non sia esplicitamente rappresentato in un grafico qui, la riduzione della corrente diretta continua (0.28 mA/°C) indica una forte dipendenza dalla temperatura. La tensione diretta del LED tipicamente diminuisce con l'aumentare della temperatura, mentre l'efficienza luminosa diminuisce anch'essa. Una corretta gestione termica nell'applicazione è vitale per mantenere prestazioni e longevità.

5. Informazioni Meccaniche & Package

5.1 Dimensioni del Package

Il LTS-3861JE è fornito in un package standard a 10 piedini per cifra singola. Tutte le dimensioni critiche come altezza complessiva, larghezza, dimensione della finestra della cifra e spaziatura dei piedini sono fornite in un disegno dettagliato. Le tolleranze per queste dimensioni sono tipicamente ±0.25 mm (0.01 pollice) salvo diversa specifica. Queste informazioni sono cruciali per il design dell'impronta PCB e per garantire un corretto montaggio all'interno dell'involucro del prodotto finale.

5.2 Connessione dei Piedini e Polarità

Il dispositivo ha una configurazione ad anodo comune. Ciò significa che gli anodi (terminali positivi) di tutti i segmenti LED sono collegati internamente a piedini comuni (Piedino 1 e Piedino 6). I catodi (terminali negativi) per ciascun segmento (A, B, C, D, E, F, G e Punto Decimale DP) sono portati a piedini individuali (Piedini 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10). Per illuminare un segmento, il/i piedino/i dell'anodo comune devono essere collegati a una sorgente di tensione superiore alla tensione diretta del LED, e il corrispondente piedino catodo deve essere collegato a massa (o a una tensione inferiore) attraverso una resistenza limitatrice di corrente.

5.3 Schema Circuitale Interno

La scheda tecnica include uno schema circuitale interno che conferma visivamente l'architettura ad anodo comune. Mostra l'interconnessione dei dieci piedini con gli anodi e i catodi dei sette segmenti principali (A-G) e del punto decimale (DP). Questo diagramma è un riferimento prezioso per la risoluzione dei problemi e la comprensione del layout elettrico.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

Il valore massimo assoluto per la saldatura è chiaramente indicato: una temperatura di picco di 260°C per una durata massima di 3 secondi, misurata in un punto a 1.6mm sotto il corpo del package. Questo è compatibile con i profili standard di rifusione senza piombo. È fondamentale rispettare questi limiti per prevenire danni ai chip LED interni, ai fili di connessione (wire bond) o al materiale plastico del package. Un'esposizione prolungata ad alte temperature può causare ingiallimento della lente, delaminazione o un aumento della tensione diretta. Le condizioni di stoccaggio raccomandate sono all'interno dell'intervallo di temperatura specificato da -35°C a +105°C in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune per un display ad anodo comune come il LTS-3861JE è il multiplexing, specialmente quando si utilizzano più cifre. Un microcontrollore attiva sequenzialmente l'anodo comune di ciascuna cifra mentre invia il pattern dei segmenti per quella cifra sulle linee catodiche. Ciò riduce significativamente il numero di pin I/O richiesti. Ogni linea catodica deve avere una resistenza limitatrice di corrente in serie. Il valore della resistenza è calcolato utilizzando la formula: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F, dove V_Fè la tensione diretta del LED (es. 2.6V) e I_Fè la corrente diretta desiderata (es. 10-20 mA).

7.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre una resistenza limitatrice di corrente o un driver a corrente costante. Collegare il LED direttamente a una sorgente di tensione causerà un flusso di corrente eccessivo e un guasto immediato.
• Dissipazione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa, in applicazioni multiplexate con alte correnti di picco, assicurarsi di rispettare la potenza media e la riduzione della corrente in funzione della temperatura.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma durante il design meccanico considerare la direzione di visione primaria per massimizzare contrasto e leggibilità.
• Protezione ESD:I LED AlInGaP possono essere sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD). Implementare le precauzioni standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.

8. Confronto Tecnologico

Rispetto alle tecnologie LED rosse più datate come il Fosfuro di Arseniuro di Gallio (GaAsP), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore, risultando in display più luminosi a parità di corrente, o luminosità simile a potenza inferiore. Offre anche una migliore purezza del colore (un rosso più saturo) e stabilità nel tempo e con la temperatura. Rispetto a display a emissione laterale o a matrice di punti, il formato a sette segmenti è ottimizzato per la visualizzazione numerica e di caratteri alfanumerici limitati con una complessità di pilotaggio minima.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo dei due piedini di anodo comune (Piedino 1 e Piedino 6)?

R: Sono collegati internamente. Avere due piedini aiuta a distribuire la corrente totale dell'anodo (che può essere la somma delle correnti per più segmenti accesi) e migliora la stabilità meccanica sul PCB.

D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V senza un level shifter?

R: Possibilmente, ma devi verificare la tensione diretta. Con un tipico V_Fdi 2.6V, la caduta di tensione su una resistenza limitatrice sarebbe solo di 0.7V (3.3V - 2.6V). Per una corrente di 10mA, ciò richiede una resistenza molto piccola (70 ohm). Piccole variazioni in V_Fo nella tensione di alimentazione possono causare grandi cambiamenti nella corrente. Un'alimentazione a 5V è più tipica e fornisce un margine migliore per un controllo stabile della corrente.

D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa" per il mio design?

R: Significa che puoi ordinare dispositivi dallo stesso bin di intensità per garantire una luminosità uniforme su tutte le cifre del tuo prodotto. Se l'uniformità non è critica, potresti ricevere display da un intervallo più ampio di bin.

10. Caso d'Uso Pratico

Caso: Progettazione del Display per un Multimetro Digitale:Un progettista sta creando un multimetro a 3.5 cifre. Utilizzerebbe quattro display LTS-3861JE (tre cifre intere e una per la cifra "mezza", che tipicamente mostra solo i segmenti '1' e possibilmente altri). Il microcontrollore multiplexerebbe i display. L'elevata luminosità e contrasto garantiscono la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. Il basso consumo energetico è in linea con l'obiettivo di massimizzare la durata della batteria in uno strumento portatile. La categorizzazione per intensità luminosa è qui fondamentale per evitare che una cifra appaia notevolmente più scura o più luminosa delle altre, il che degraderebbe l'aspetto professionale e la leggibilità dello strumento.

11. Principio di Funzionamento

Il LTS-3861JE si basa sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. Il materiale attivo è l'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 dove si ricombinano. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'AlInGaP, questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che definisce direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa - in questo caso, rosso a circa 624-632 nm. Il substrato di GaAs non trasparente aiuta a riflettere la luce verso l'alto, migliorando l'efficienza complessiva di estrazione della luce dalla parte superiore del dispositivo.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia AlInGaP rappresenta una soluzione matura e altamente efficiente per LED rossi, arancioni e gialli. Le tendenze attuali nella tecnologia dei display per tali indicatori includono una continua spinta verso una maggiore efficienza (più lumen per watt) per consentire sistemi a basso consumo. C'è anche uno sviluppo continuo nel packaging per consentire fattori di forma ancora più piccoli o caratteristiche di visione diverse. Sebbene non direttamente applicabile a questo display segmentato, l'industria LED più ampia sta vedendo l'integrazione dell'elettronica di pilotaggio direttamente con il die LED (ad es., in pacchetti COB - Chip-on-Board o IC-LED integrati), il che semplifica il design del sistema. Per i display a sette segmenti, la tecnologia AlInGaP di base rimane la scelta dominante per applicazioni rosse ad alta luminosità grazie alla sua affidabilità e prestazioni comprovate.