Scheda Tecnica Display LED Giallo-Arancio LTS-4801JF da 0.4 Pollici - Altezza Cifra 10mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTS-4801JF è un modulo display alfanumerico a sette segmenti, singola cifra, ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono un'indicazione numerica nitida e luminosa. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre da 0 a 9 e alcune lettere utilizzando segmenti LED indirizzabili singolarmente. Il dispositivo è progettato per affidabilità e facilità di integrazione in vari sistemi elettronici.

L'applicazione principale di questo display è nei pannelli strumentazione, apparecchiature di test, controlli industriali, elettrodomestici e in qualsiasi dispositivo dove sia necessario un indicatore numerico compatto e altamente leggibile. Il suo design privilegia chiarezza e longevità, rendendolo adatto sia per ambienti commerciali che industriali.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il display offre diversi vantaggi chiave che lo differenziano sul mercato. Presenta un'altezza della cifra di 0.4 pollici (10 mm), che offre un ottimo equilibrio tra dimensioni e leggibilità. I segmenti sono continui e uniformi, garantendo un aspetto coerente e professionale quando illuminati. Un vantaggio significativo è il suo basso consumo energetico, che lo rende ideale per dispositivi alimentati a batteria o ad alta efficienza energetica.

Inoltre, offre elevata luminosità e alto contrasto, garantendo la visibilità anche in condizioni di forte illuminazione ambientale. L'ampio angolo di visuale consente di leggere il display da varie posizioni senza una significativa perdita di nitidezza. Costruito con l'affidabilità tipica dello stato solido, offre una lunga vita operativa con una manutenzione minima. Il dispositivo è inoltre categorizzato per intensità luminosa, garantendo coerenza nei livelli di luminosità tra i diversi lotti di produzione. Il mercato di riferimento include i progettisti di dispositivi portatili, misuratori da pannello, apparecchiature medicali e cruscotti automobilistici dove spazio, consumo energetico e affidabilità sono fattori critici.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici del dispositivo come definiti nella scheda tecnica.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. Il dispositivo utilizza materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per produrre un'emissione di colore giallo-arancio. La tipica lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) è di 611 nm quando pilotato con una corrente diretta (IF) di 20 mA. La lunghezza d'onda dominante (λd) è specificata a 605 nm, definendo il colore percepito. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 17 nm, indicando un'emissione di colore relativamente pura con una diffusione spettrale minima.

L'intensità luminosa media (Iv) per segmento è un parametro chiave. In una condizione di test standard di IF=1mA, l'intensità varia da un minimo di 200 μcd a un valore tipico di 650 μcd. 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. La faccia grigia con segmenti bianchi migliora il contrasto quando i LED sono spenti, contribuendo all'ottimo aspetto del carattere menzionato nelle caratteristiche.

2.2 Parametri Elettrici

Le specifiche elettriche definiscono i limiti e le condizioni operative del dispositivo. I valori massimi assoluti non devono essere superati per evitare danni permanenti. La massima dissipazione di potenza per segmento è di 70 mW. La corrente diretta di picco per segmento è di 60 mA, ma è consentita solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). La corrente diretta continua per segmento è nominalmente di 25 mA a 25°C, con un fattore di derating di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente. La massima tensione inversa per segmento è di 5 V.

In condizioni operative tipiche (Ta=25°C, IF=20mA), la tensione diretta (Vf) per segmento varia da 2.05V a 2.6V. La corrente inversa (Ir) è al massimo di 100 μA quando viene applicata una tensione inversa (Vr) di 5V. Questi parametri sono cruciali per progettare l'appropriata circuitazione di limitazione della corrente e garantire un funzionamento stabile durante la vita del dispositivo.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -35°C a +85°C e un intervallo di temperatura di conservazione da -35°C a +85°C. Questo ampio intervallo lo rende adatto per applicazioni in ambienti ostili. Il derating della corrente diretta continua con la temperatura (0.33 mA/°C) è una considerazione di progettazione critica per prevenire il surriscaldamento e garantire la longevità. La scheda tecnica specifica anche un profilo di temperatura per la 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. Rispettare questa linea guida è essenziale durante il processo di assemblaggio del PCB per evitare danni termici ai chip LED o al package.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Questo si riferisce a una pratica comune nella produzione di LED nota come binning. A causa delle variazioni intrinseche nel processo di fabbricazione dei semiconduttori, i LED dello stesso lotto di produzione possono presentare lievi differenze in parametri chiave come intensità luminosa, tensione diretta e lunghezza d'onda dominante.

Per garantire coerenza all'utente finale, i produttori misurano questi parametri e suddividono i LED in diversi "bin". L'LTS-4801JF è specificamente binnato per l'intensità luminosa (Iv). Ciò significa che all'interno di un singolo ordine o bobina, la luminosità dei segmenti rientrerà in un intervallo predefinito e ristretto (come suggerito dal rapporto di corrispondenza 2:1). Questo elimina grandi variazioni di luminosità tra diverse unità in un'applicazione, il che è vitale per display multi-cifra o prodotti dove l'uniformità visiva è importante. La scheda tecnica fornisce i valori min/tip/max (200/650 μcd), ma codici bin specifici per raggruppamenti più stretti sarebbero tipicamente disponibili dal produttore su richiesta.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le tipiche curve caratteristiche per un tale dispositivo sarebbero essenziali per un'analisi di progettazione approfondita. Queste di solito includono:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. È tipicamente non lineare, con l'efficienza che cala a correnti molto elevate a causa degli effetti termici. I progettisti lo usano per selezionare un punto operativo ottimale che bilanci luminosità, consumo energetico e durata.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa curva è vitale per progettare il circuito di pilotaggio. Mostra la caduta di tensione ai capi del LED per una data corrente, confermando le specifiche Vf e aiutando a calcolare la dissipazione di potenza.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questo grafico illustra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione del LED. Sottolinea l'importanza della gestione termica, specialmente quando si opera ad alte correnti o in temperature ambientali elevate.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~611 nm e la forma dello spettro di emissione, confermando la purezza del colore indicata dalla semilarghezza spettrale.

Queste curve consentono agli ingegneri di prevedere le prestazioni in condizioni non standard e ottimizzare i loro progetti per affidabilità ed efficienza.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

La costruzione fisica del dispositivo è definita dalle sue dimensioni del package. La scheda tecnica include un disegno dimensionale dettagliato (tutte le dimensioni in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25mm salvo diversa indicazione). Le caratteristiche chiave includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive del package, la spaziatura tra i piedini e la posizione del punto decimale (indicato come "Decimale a Destra" nella descrizione del componente).

Il diagramma di connessione dei piedini è cruciale per un corretto layout del PCB. L'LTS-4801JF è un dispositivo ad anodo comune. Lo schema circuitale interno mostra che tutti gli anodi dei segmenti sono collegati internamente a due piedini (piedino 3 e piedino 8, che sono comuni). I catodi per ciascun segmento (A, B, C, D, E, F, G e il Punto Decimale) sono portati a piedini individuali (rispettivamente 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Il piedino 6 è specificamente per il catodo del punto decimale. Questa configurazione richiede un circuito di pilotaggio a sink di corrente, dove gli anodi comuni sono collegati a una tensione di alimentazione positiva, e i singoli catodi dei segmenti vengono portati a livello basso (sink a massa) attraverso resistori di limitazione della corrente per accenderli.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Una manipolazione corretta durante l'assemblaggio è fondamentale. Il valore massimo assoluto specifica la condizione di saldatura: il dispositivo può resistere a una temperatura di 260°C per 3 secondi, misurata a 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Questo è un profilo standard per la saldatura a rifusione. È imperativo seguire questa linea guida per prevenire shock termici, che potrebbero danneggiare i bonding interni, degradare il chip LED o delaminare il package.

Le raccomandazioni generali includono: utilizzare un forno a rifusione controllato con un profilo di temperatura validato; evitare, se possibile, la saldatura manuale direttamente sui piedini del dispositivo; assicurarsi che il PCB sia pulito e privo di contaminanti; e seguire le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione, poiché i LED sono sensibili all'elettricità statica. Per lo stoccaggio, l'intervallo specificato è da -35°C a +85°C in un ambiente asciutto e antistatico.

7. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

Il numero di parte base è LTS-4801JF. Il suffisso "JF" può indicare caratteristiche specifiche come il colore (giallo-arancio) e il tipo di package. Sebbene non dettagliato in questo estratto, il confezionamento tipico per tali componenti sarebbe su nastro antistatico e bobina, adatto per macchine di assemblaggio pick-and-place automatizzate. La quantità per bobina (es. 1000 pezzi, 2000 pezzi) sarebbe definita dal produttore. Per gli ordini, gli ingegneri devono specificare il numero di parte completo. Se il produttore offre diversi bin per intensità luminosa o tensione diretta, codici di binning aggiuntivi potrebbero essere aggiunti al numero di parte (es. LTS-4801JF-XXX). È essenziale consultare la guida prodotto completa del produttore o il distributore per le opzioni di ordinazione complete e le specifiche di confezionamento.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

L'LTS-4801JF è ideale per qualsiasi applicazione che richieda una singola cifra altamente leggibile. Usi comuni includono: misuratori da pannello per tensione, corrente o temperatura; display per timer e contatori; tabelloni segnapunti; pannelli di controllo per elettrodomestici (es. forni, microonde); apparecchiature di test e misurazione; e indicatori di stato su macchinari industriali. Il suo basso consumo lo rende un candidato per dispositivi portatili alimentati a batteria.

8.2 Considerazioni di Progettazione e Circuitazione

Quando si progetta con questo display, diversi fattori devono essere considerati. Primo, deve essere calcolato un resistore di limitazione della corrente appropriato per ogni segmento (o un singolo resistore sull'anodo comune se una luminosità uniforme è accettabile) in base alla corrente diretta desiderata (es. 10-20 mA) e alla tensione di alimentazione. La formula è R = (V_alimentazione - Vf_LED) / I_LED. Utilizzare il Vf massimo (2.6V) garantisce che il resistore non sia sottodimensionato.

Secondo, il circuito di pilotaggio deve essere in grado di sinkare la corrente totale per tutti i segmenti illuminati. Se tutti i segmenti più il punto decimale sono accesi (visualizzando la cifra '8.'), il piedino dell'anodo comune deve fornire fino a 9 * I_LED. Il circuito integrato di pilotaggio (come un pin GPIO di un microcontrollore o un driver display dedicato) deve avere una sufficiente capacità di sink di corrente per i piedini catodo. Il multiplexing non è necessario per una singola cifra, ma per progetti multi-cifra che utilizzano display simili, sarebbe necessario uno schema di multiplexing per controllare più cifre con meno pin I/O. La dissipazione del calore dovrebbe essere considerata se si opera vicino alla massima corrente continua, specialmente ad alte temperature ambientali.

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a tecnologie più vecchie come display a incandescenza o fluorescenti a vuoto (VFD), l'LTS-4801JF offre vantaggi significativi: consumo energetico molto più basso, durata di vita più lunga (affidabilità dello stato solido), tempo di risposta più rapido e maggiore resistenza a urti e vibrazioni. Rispetto ad altre tecnologie LED, l'uso del materiale AlInGaP fornisce alta efficienza ed eccellente stabilità del colore per i colori rosso, arancione e giallo, spesso con prestazioni migliori in ambienti ad alta temperatura rispetto ad alcuni materiali LED precedenti.

All'interno della categoria dei display a sette segmenti, i suoi differenziatori chiave sono la specifica altezza della cifra di 0.4 pollici, il colore giallo-arancio, la configurazione ad anodo comune, l'inclusione di un punto decimale a destra e la sua categorizzazione per la coerenza dell'intensità luminosa. I progettisti lo confrontano con altre dimensioni (0.3", 0.5", 0.56"), colori (rosso, verde, blu), configurazioni (catodo comune) e gradi di luminosità per selezionare la parte ottimale per la loro applicazione.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è lo scopo dei due piedini di anodo comune (3 e 8)?

R: Sono collegati internamente. Avere due piedini aiuta a distribuire la corrente totale dell'anodo, riduce la densità di corrente in un singolo piedino, migliora l'affidabilità e può aiutare nel layout del PCB per il routing dell'alimentazione.

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

R: No. È necessario utilizzare un resistore di limitazione della corrente in serie con il catodo di ogni segmento. Collegare direttamente supererebbe probabilmente la massima corrente diretta e distruggerebbe il segmento LED. Calcolare il valore del resistore in base alla tensione di alimentazione (es. 5V), alla tensione diretta del LED (~2.6V) e alla corrente desiderata (es. 15 mA).

D: Cosa significa "rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa 2:1"?

R: Significa che il segmento più debole in un dispositivo non sarà meno della metà luminoso rispetto al segmento più luminoso nelle stesse condizioni di test. Ciò garantisce uniformità visiva sulla cifra.

D: Come interpreto il derating della corrente diretta?

R: Il valore nominale della corrente diretta continua di 25 mA è valido a 25°C ambiente. Per ogni grado Celsius sopra i 25°C, è necessario ridurre la massima corrente continua consentita di 0.33 mA per prevenire il surriscaldamento. Ad esempio, a 50°C ambiente, la corrente massima sarebbe 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.

11. Esempio Pratico di Progettazione e Utilizzo

Si consideri la progettazione di un semplice termometro digitale alimentato a batteria che visualizza la temperatura con una cifra decimale. Il microcontrollore legge un sensore di temperatura, elabora i dati e deve pilotare un display a singola cifra per il numero intero e un punto decimale. L'LTS-4801JF è una scelta adatta.

I passi di progettazione includerebbero: 1) Assegnare i pin GPIO del microcontrollore a ciascun catodo di segmento (A-G) e al catodo del punto decimale (DP). 2) Collegare i due piedini di anodo comune (3 & 8) al positivo dell'alimentazione (es. 3.3V o 5V) attraverso un singolo resistore di limitazione della corrente se una luminosità uniforme è accettabile, o resistori individuali per segmento per un controllo preciso. 3) Calcolare il valore del resistore. Per un'alimentazione di 3.3V, corrente target di 10mA e Vf di 2.6V: R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70 Ohm. Verrebbe utilizzato un resistore standard da 68 o 75 Ohm. 4) Scrivere il firmware per convertire il valore di temperatura (es. "25.7") nel corretto pattern di attivazione dei segmenti per visualizzare "5" e illuminare il punto decimale. L'anodo comune è sempre alimentato, e il microcontrollore sinka corrente a massa sui catodi corrispondenti ai segmenti necessari per formare la cifra "5" (segmenti A, C, D, F, G) e sul catodo DP.

12. Introduzione al Principio Tecnologico

L'LTS-4801JF si basa sulla tecnologia del Diodo Emettitore di Luce (LED). Un LED è un diodo a giunzione p-n semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta, gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione di giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). Il colore della luce è determinato dal bandgap del materiale semiconduttore.

Questo dispositivo specifico utilizza materiale AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) cresciuto su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs). L'AlInGaP ha un bandgap adatto per emettere luce nello spettro dal rosso al giallo-arancio. Il substrato "non trasparente" aiuta a migliorare il contrasto assorbendo la luce diffusa, contribuendo all'alto rapporto di contrasto menzionato nelle caratteristiche. Ogni segmento della cifra contiene uno o più minuscoli chip LED AlInGaP. La faccia grigia e i segmenti bianchi fanno parte del package plastico, che funge da diffusore e lente per modellare l'emissione luminosa per una visibilità e un angolo di visuale ottimali.

13. Tendenze e Sviluppi Tecnologici

Il campo della tecnologia dei display è in continua evoluzione. Sebbene i tradizionali display LED a sette segmenti come l'LTS-4801JF rimangano altamente rilevanti per la loro semplicità, affidabilità e costo-efficacia nelle applicazioni di visualizzazione numerica, tendenze più ampie sono evidenti. C'è una generale tendenza verso una maggiore integrazione, come display con controller integrati (interfacce I2C o SPI) che semplificano l'interfaccia con il microcontrollore e riducono il numero di pin I/O richiesti.

In termini di materiali, mentre l'AlInGaP è eccellente per rosso/arancione/giallo, altri materiali come l'InGaN (Nitruro di Indio Gallio) dominano lo spettro blu e verde e sono utilizzati nei LED bianchi. La ricerca continua per migliorare l'efficienza (lumen per watt), la resa cromatica e la durata in tutti i colori dei LED. Per le applicazioni a sette segmenti nello specifico, le tendenze si concentrano sul raggiungimento di consumi ancora più bassi per dispositivi IoT, luminosità più elevate per applicazioni leggibili alla luce solare e package più sottili per design di prodotto più eleganti. Tuttavia, il principio fondamentale e l'applicazione dei display a sette segmenti discreti come interfaccia uomo-macchina robusta e facilmente comprensibile rimangono un punto fermo nel design elettronico.