Scheda Tecnica Display LED LTS-3861JG - Altezza Cifra 0.3 Pollici - Verde (AlInGaP) - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-3861JG è un modulo di visualizzazione alfanumerico compatto, a una cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica nitida, luminosa e a basso consumo energetico. La sua funzione principale è fornire una lettura digitale altamente leggibile. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP) per i chip del diodo a emissione luminosa (LED). L'AlInGaP è rinomato per la sua alta efficienza e le eccellenti prestazioni luminose nello spettro di lunghezze d'onda dall'ambra al verde. Questo dispositivo specifico emette una luce verde, offrendo un buon equilibrio tra visibilità e comfort visivo. Il display presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, che migliora il contrasto e la leggibilità quando i segmenti sono illuminati o spenti. È classificato in base all'intensità luminosa, consentendo una selezione (binning) e una coerenza di luminosità tra i lotti di produzione. Il dispositivo è costruito in configurazione ad anodo comune, semplificando la progettazione del circuito per applicazioni multiplexate.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. L'intensità luminosa media (Iv) è specificata con un valore tipico di 800 µcd a una corrente diretta (IF) di 1 mA, con un minimo di 320 µcd. Questo parametro definisce la luminosità percepita. La lunghezza d'onda dominante (λd) è di 572 nm, posizionando l'emissione saldamente nella regione verde dello spettro visibile. La lunghezza d'onda di picco dell'emissione (λp) è di 571 nm e la semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 15 nm, indicando un colore relativamente puro con una diffusione spettrale minima. Il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa tra i segmenti è specificato con un massimo di 2:1, garantendo una luminosità uniforme sulla cifra per un aspetto coerente.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Termiche

I parametri elettrici definiscono i limiti operativi e i requisiti di alimentazione. I valori massimi assoluti sono critici per un funzionamento affidabile: la dissipazione di potenza per segmento non deve superare i 70 mW. La corrente diretta continua per segmento è nominalmente di 25 mA a 25°C, con un fattore di derating di 0,33 mA/°C per temperature ambiente superiori a 25°C. È consentita una corrente diretta di picco di 60 mA in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza dell'impulso 0,1 ms). La tensione diretta (VF) per segmento ha un valore tipico di 2,6 V a IF=20 mA, con un massimo di 2,6 V. La tensione inversa nominale è di 5 V e la corrente inversa (IR) è al massimo di 100 µA a VR=5V. Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura di funzionamento e conservazione da -35°C a +85°C.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione. I LED presentano naturalmente variazioni nell'output a causa di differenze microscopiche nell'epitassia del semiconduttore. Per garantire coerenza all'utente finale, i produttori misurano l'intensità luminosa di ciascun unità e li suddividono in diversi bin o categorie in base a intervalli di intensità predefiniti (ad es., bin ad alta luminosità, bin standard). Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità minima garantita per la loro applicazione, prevenendo evidenti discrepanze di luminosità quando più display sono utilizzati affiancati. Sebbene i codici bin specifici non siano dettagliati in questo documento, la pratica garantisce prestazioni prevedibili.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto della scheda tecnica fornito faccia riferimento a "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Tipicamente, tali curve per un display LED includerebbero diversi grafici chiave. La curva Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (I-V) mostra la relazione non lineare, cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. La curva Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta dimostra come l'output luminoso aumenti con la corrente, mostrando spesso una regione di linearità prima del calo di efficienza. La curva Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente è vitale per comprendere la riduzione di luminosità ad alte temperature, informando le decisioni di gestione termica. La curva di Distribuzione Spettrale di Potenza confermerebbe visivamente le lunghezze d'onda dominante e di picco, mostrando la stretta banda di emissione caratteristica dei LED AlInGaP.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il LTS-3861JG è presentato con un disegno dettagliato delle dimensioni del package (riferito ma non completamente dettagliato nel testo). Le specifiche meccaniche chiave includono un'altezza della cifra di 0,3 pollici (7,62 mm). Le dimensioni complessive del package, la spaziatura dei terminali e il piano di appoggio sono definiti in millimetri con una tolleranza standard di ±0,25 mm salvo diversa indicazione. La costruzione fisica ospita i chip LED AlInGaP su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs) all'interno di un package plastico. Il frontale grigio con segmenti bianchi fornisce l'aspetto a display spento. La configurazione dei pin è chiaramente definita per il package a 10 pin.

6. Connessioni dei Pin e Circuito Interno

Il dispositivo ha una configurazione a 10 pin. I pin 1 e 6 sono entrambi collegati all'ANODO COMUNE. Questo design a doppio anodo aiuta nella distribuzione della corrente e può facilitare il layout del PCB. I rimanenti pin sono catodi individuali per ciascun segmento: Pin 2 (Catodo F), Pin 3 (Catodo G), Pin 4 (Catodo E), Pin 5 (Catodo D), Pin 7 (Catodo D.P. per il punto decimale), Pin 8 (Catodo C), Pin 9 (Catodo B) e Pin 10 (Catodo A). Lo schema circuitale interno (riferito) mostrerebbe questi dieci pin collegati agli anodi e ai catodi degli otto LED (sette segmenti più un punto decimale) disposti in una matrice ad anodo comune. Comprendere questo layout è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio corretto, tipicamente coinvolgendo un microcontrollore con driver di segmento o un IC driver di display dedicato.

7. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

I valori massimi assoluti includono una specifica critica di saldatura: il dispositivo può resistere a una temperatura massima di saldatura di 260°C per una durata massima di 3 secondi, misurata a 1,6 mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Questo è un vincolo standard del profilo di saldatura a rifusione. I progettisti devono assicurarsi che il loro processo di assemblaggio PCB, sia a onda che a rifusione, rispetti questo limite per prevenire danni ai chip LED interni, ai bonding wires o al package plastico. Un'esposizione prolungata ad alte temperature può causare ingiallimento della plastica, degradazione dell'epossidica o guasto delle giunzioni dei semiconduttori. È implicita anche una corretta manipolazione per evitare scariche elettrostatiche (ESD), sebbene non esplicitamente dichiarata, poiché i LED sono generalmente sensibili ai picchi di tensione.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTS-3861JG è adatto per un'ampia gamma di dispositivi a basso consumo, portatili e alimentati a rete che richiedono la visualizzazione di una singola cifra numerica. Applicazioni comuni includono: quadri strumenti (voltmetri, amperometri, timer), elettrodomestici (microonde, forni, macchine per caffè), elettronica di consumo (apparecchi audio, caricabatterie), controlli industriali (display di setpoint, contatori) e dispositivi medici. Il suo basso requisito di corrente lo rende ideale per apparecchiature alimentate a batteria.

8.2 Considerazioni di Progettazione

Quando si integra questo display, devono essere considerati diversi fattori.Limitazione della Corrente:Resistenze di limitazione della corrente esterne sono obbligatorie per ciascun catodo di segmento (o un driver a corrente costante) per impostare la corrente diretta a un valore sicuro (ad es., 10-20 mA per piena luminosità, 1-5 mA per consumo inferiore). Il valore della resistenza è calcolato usando R = (Tensione di Alimentazione - VF) / IF.Multiplexing:Per sistemi multi-cifra, questo display ad anodo comune è facilmente multiplexabile. Un microcontrollore abiliterebbe sequenzialmente l'anodo comune di ciascuna cifra tramite un transistor di commutazione mentre invia il pattern di segmenti per quella cifra sulle linee catodiche comuni.Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma è necessario considerare l'orientamento finale di montaggio.Gestione Termica:Sebbene a bassa potenza, assicurarsi che la temperatura ambiente rimanga entro le specifiche, specialmente se racchiuso in un involucro.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali vantaggi differenzianti del LTS-3861JG derivano dalla sua tecnologia AlInGaP rispetto a tecnologie più vecchie come i LED verdi standard in GaP (Fosfuro di Gallio). L'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio, o luminosità equivalente a corrente inferiore, prolungando la durata della batteria. Anche la purezza del colore (stretta larghezza spettrale) è superiore. Rispetto a display con cifre più grandi, la dimensione di 0,3 pollici offre un ingombro compatto. Il design ad anodo comune è più comune e spesso più facile da interfacciare con le porte standard dei microcontrollori configurate come sink di corrente. La categorizzazione per intensità luminosa fornisce un vantaggio rispetto a componenti non selezionati garantendo la coerenza della luminosità.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Che valore di resistenza devo usare per un'alimentazione a 5V e 10 mA per segmento?

R: Usando il tipico VF di 2,6V: R = (5V - 2,6V) / 0,01A = 240 Ohm. Una resistenza standard da 220 Ohm o 270 Ohm sarebbe adatta.

D: Posso pilotarlo direttamente da un pin di un microcontrollore?

R: Non è consigliato fornire/assorbire l'intera corrente di segmento (fino a 25 mA) direttamente dalla maggior parte dei pin MCU, che sono spesso limitati a 20 mA di massimo assoluto per pin e meno per funzionamento continuo. Utilizzare un transistor o un IC driver dedicato (ad es., registro a scorrimento 74HC595 con resistenze di limitazione, o un driver LED a corrente costante).

D: Perché ci sono due pin di anodo comune (1 e 6)?

R: Questo aiuta nel layout del PCB fornendo due punti di connessione per l'anodo comune, consentendo una migliore distribuzione dell'alimentazione e un routing più facile delle tracce, specialmente quando il display è posizionato sopra altri componenti.

D: Come influisce la temperatura sulla luminosità?

R: L'intensità luminosa del LED tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il derating della corrente continua (0,33 mA/°C sopra i 25°C) ne è un indicatore. Per un controllo preciso della luminosità in funzione della temperatura, potrebbe essere necessario un feedback o una compensazione.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Si consideri la progettazione di un semplice timer digitale utilizzando un microcontrollore. Il LTS-3861JG visualizzerebbe la cifra dei secondi (0-9). Le porte I/O del MCU sarebbero configurate: un pin per controllare un transistor PNP che commuta l'anodo comune a Vcc, e altri 7 pin (ciascuno con una resistenza in serie da 220 ohm) collegati ai catodi A-G. Il firmware conterrebbe una tabella di ricerca che converte i numeri 0-9 nel corrispondente pattern a 7 segmenti (es., '0' = 0b00111111). Abiliterebbe l'anodo, invierebbe il pattern, attenderebbe l'intervallo di multiplexing, quindi disabiliterebbe l'anodo. Questo approccio minimizza l'uso dei pin. Il basso consumo consente al timer di funzionare per periodi prolungati con una piccola batteria. L'alto contrasto e l'ampio angolo di visione garantiscono che l'ora sia leggibile da varie posizioni.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTS-3861JG si basa sulla tecnologia dell'illuminazione a stato solido. Ogni segmento contiene uno o più chip LED AlInGaP. Un LED è un diodo a semiconduttore. Quando polarizzato direttamente (tensione positiva sull'anodo rispetto al catodo), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Nell'AlInGaP, questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce) con una lunghezza d'onda determinata dall'energia della banda proibita del materiale semiconduttore. La specifica composizione della lega di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo è progettata per produrre luce verde attorno ai 572 nm. Il substrato non trasparente di GaAs assorbe qualsiasi luce emessa verso il basso, migliorando il contrasto. La luce viene quindi modellata ed emessa attraverso la lente epossidica del package, formando la riconoscibile forma del segmento.

13. Tendenze e Contesto Tecnologico

Sebbene l'AlInGaP sia stato un progresso significativo per i LED rossi, arancioni, ambra e verdi, il panorama per gli emettitori verdi si è evoluto. Per la luce verde ad altissima efficienza, i LED basati su Nitruro di Indio e Gallio (InGaN) sono ora dominanti, specialmente nello spettro dal verde puro al blu. Tuttavia, l'AlInGaP rimane altamente competitivo nella regione ambra-verde grazie alle sue eccellenti prestazioni e stabilità. La tendenza nei display è verso una maggiore densità, capacità a colori completi e integrazione. I display a una cifra sette segmenti come il LTS-3861JG rappresentano una soluzione matura ed economica per applicazioni in cui è richiesta solo informazione numerica. I loro vantaggi sono semplicità, robustezza, basso costo e estrema facilità di interfacciamento rispetto a moduli più complessi a matrice di punti o OLED/LCD grafici. Continuano ad essere ampiamente utilizzati in applicazioni dove questi attributi sono prioritari rispetto alla capacità grafica.