Scheda Tecnica LTS-4730AJD - Display LED Iper Rosso a 7 Segmenti da 0.4 Pollici - Altezza Cifra 10.16mm - Tensione Diretta 2.6V - Potenza 70mW

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-4730AJD è un modulo display compatto, a singola cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono una chiara visualizzazione numerica. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre da 0 a 9 e alcune lettere utilizzando segmenti LED indirizzabili individualmente. Il dispositivo è realizzato con tecnologia a semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio), specificamente in colore iper rosso, che offre vantaggi distinti in termini di visibilità ed efficienza in determinate condizioni di illuminazione rispetto ai LED rossi standard.

Il mercato principale per questo componente include pannelli di controllo industriali, strumentazione, apparecchiature di test e misura, elettrodomestici e qualsiasi sistema embedded in cui sia necessario un indicatore numerico semplice, affidabile e a basso consumo. Il suo design privilegia la leggibilità e la longevità in vari ambienti operativi.

1.1 Vantaggi e Caratteristiche Principali

La scheda tecnica evidenzia diverse caratteristiche chiave che definiscono la proposta di valore del prodotto:

• Altezza della Cifra:Presenta un'altezza del carattere di 0.4 pollici (10.16 mm), offrendo un buon equilibrio tra dimensioni e leggibilità per applicazioni montate su pannello.
• Qualità Ottica:Offre segmenti uniformi e continui, un eccellente aspetto dei caratteri, alta luminosità, alto contrasto e un ampio angolo di visione. Questi attributi garantiscono che il numero visualizzato sia chiaro e leggibile da diverse prospettive.
• Efficienza e Affidabilità:Progettato per bassi requisiti di potenza e offre l'affidabilità dello stato solido, il che significa nessuna parte mobile e alta resistenza a urti e vibrazioni.
• Uniformità:L'intensità luminosa è categorizzata (binning), consentendo ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità corrispondenti per display multi-cifra, garantendo un aspetto uniforme.
• Estetica:Il dispositivo ha una faccia grigia con segmenti bianchi, che migliora il contrasto quando i LED sono spenti e conferisce un aspetto neutro e professionale.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi oggettiva dei parametri critici definiti nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono condizioni per il funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che ogni singolo segmento LED può gestire in modo continuativo.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA, ma solo in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms). Questo è utile per il multiplexing o per una breve sovralimentazione per aumentare la luminosità.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente sopra i 25°C ad un tasso di 0.33 mA/°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima consentita sarebbe approssimativamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA. Questa riduzione è cruciale per la gestione termica.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare la giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questa è una linea guida standard per i processi di saldatura a onda o a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche (a T_A=25°C)

Questi sono i parametri di prestazione tipici in condizioni di test specificate.

• Intensità Luminosa Media (I_V):200-650 µcd (microcandele) ad una corrente diretta (I_F) di 1 mA. L'ampio intervallo indica il processo di binning; i progettisti possono specificare un'intensità minima.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nm (nanometri). Questa è la lunghezza d'onda alla quale il LED emette la massima potenza ottica, definendo il suo colore iper rosso.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm. Questo parametro descrive la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Un valore di 20 nm è tipico per i LED rossi AlInGaP.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano, che può differire leggermente dalla lunghezza d'onda di picco.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.1V (Min), 2.6V (Tip) a I_F=20 mA. Questo è fondamentale per progettare il circuito di limitazione della corrente. La caduta di tensione su ciascun segmento deve essere considerata nella progettazione dell'alimentazione.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 µA (Max) a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione quando il LED è polarizzato inversamente.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Max). Questo specifica il rapporto massimo consentito tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di un singolo dispositivo, garantendo l'uniformità visiva.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che i dispositivi sono"categorizzati per intensità luminosa."Ciò si riferisce a un processo di binning o selezione post-produzione.

• Binning dell'Intensità Luminosa:A causa delle variazioni naturali nel processo di produzione dei semiconduttori, i LED vengono testati e suddivisi in diversi bin in base alla loro emissione luminosa misurata a una corrente standard (es. 1mA). Il LTS-4730AJD è disponibile con un'intensità minima di 200 µcd e tipicamente fino a 650 µcd. Per applicazioni che richiedono una luminosità uniforme su più cifre, è essenziale specificare parti dello stesso bin di intensità o di bin adiacenti.
• Binning della Lunghezza d'Onda/Colore:Sebbene non dettagliato esplicitamente con codici multipli, la specifica "Iper Rosso" e le lunghezze d'onda dominanti/di picco fornite (639nm, 650nm) implicano un punto colore strettamente controllato. Per questo prodotto, il binning principale sembra concentrato sull'intensità luminosa.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto standard e l'importanza.

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe come l'emissione luminosa aumenta con la corrente diretta. Tipicamente è non lineare, con l'efficienza che diminuisce a correnti molto elevate a causa del riscaldamento. Il punto di test a 20mA è una condizione operativa comune.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa curva mostra la relazione tra tensione e corrente per la giunzione LED. È di natura esponenziale. La V_Fspecificata di 2.6V a 20mA è un punto su questa curva.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:L'emissione luminosa del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva è vitale per comprendere le prestazioni in ambienti a temperatura elevata e si allinea con la specifica di riduzione della corrente.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a 650nm e la larghezza a metà altezza di 20nm, confermando le caratteristiche del colore iper rosso.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Disegno

Il dispositivo ha un footprint standard DIP (Dual In-line Package) a foro passante. Il disegno dimensionale fornisce tutte le misure critiche per il layout del PCB (Printed Circuit Board), inclusi:

• Altezza, larghezza e profondità complessive.
• Distanza tra i pin (es. la spaziatura standard tra le file di 0.1 pollici / 2.54mm è tipica).
• Posizione e dimensioni della finestra della cifra.
• Piano di appoggio e dimensioni dei terminali.
• Le tolleranze sono specificate come ±0.25 mm salvo diversa indicazione, il che è standard per questo tipo di componente.

5.2 Connessione dei Pin e Schema Circuitale Interno

Il display ha una configurazione ad anodo comune. Lo schema circuitale interno mostra che i segmenti sono LED individuali. La tabella del piedinatura è essenziale per un cablaggio corretto:

• Pin Anodo Comune:I pin 1 e 3 sono collegati insieme come anodo per i segmenti G, H e J (i segmenti verticali a destra e il segmento orizzontale centrale). Il pin 14 è l'anodo per i segmenti B, C e il Punto Decimale (D.P.).
• Pin Catodo:I pin 7 (H & J), 8 (G), 9 (D.P.), 10 (C) e 11 (B) sono i catodi per singoli segmenti o coppie di segmenti. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente catodo deve essere collegato a una tensione inferiore (massa) mentre l'anodo comune rilevante viene alimentato con una tensione positiva attraverso una resistenza di limitazione della corrente.
• Pin Non Connessi:I pin 2, 4, 5, 6, 12 e 13 sono contrassegnati come "NO PIN" o "NO CONNECTION", il che significa che sono fisicamente presenti per stabilità meccanica ma non hanno funzione elettrica.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La linea guida principale fornita è la specifica della temperatura di saldatura: un massimo di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio. Questo è fondamentale per prevenire danni termici ai chip LED, alla lente epossidica e ai bonding interni.

• Processo:Questo parametro è adatto sia per processi di saldatura a onda che a rifusione, sebbene si debba prestare attenzione per garantire che l'intero profilo di assemblaggio rimanga entro i limiti.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata e il tempo di contatto con i pin dovrebbe essere minimizzato.
• Stoccaggio:Sebbene non specificato, dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica). Si consiglia di conservare i componenti in sacchetti antistatici in un ambiente fresco e asciutto.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Pilotare un display a sette segmenti ad anodo comune come il LTS-4730AJD tipicamente implica l'uso di un microcontrollore o di un IC driver dedicato (es. registro a scorrimento 74HC595 con resistenze di limitazione della corrente, o un MAX7219). Il circuito deve:

1. Fornire una tensione positiva ai pin anodo comune (1/3 e 14).
2. Assorbire corrente attraverso i singoli pin catodo verso massa tramite resistenze di limitazione della corrente. Il valore della resistenza è calcolato usando la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e un I_Fobiettivo di 10mA con V_F=2.6V: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre resistenze di limitazione della corrente esterne per ogni segmento o linea catodo comune. Fare affidamento sul limite di corrente del pin del microcontrollore non è sicuro né affidabile.
• Multiplexing:Per display multi-cifra, viene utilizzata una tecnica di multiplexing in cui le cifre vengono illuminate una alla volta rapidamente. La specifica della corrente di picco (90mA a ciclo di lavoro 1/10) consente brevi correnti più elevate per compensare il ridotto ciclo di lavoro, mantenendo la luminosità percepita.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso ma considera l'involucro finale. La faccia grigia fornisce un buon contrasto quando spento.
• Gestione Termica:Rispettare la curva di riduzione della corrente per ambienti ad alta temperatura. Assicurare un'adeguata ventilazione se vengono utilizzati più display.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali fattori di differenziazione del LTS-4730AJD sono l'uso della tecnologiaAlInGaPe del coloreiper rosso color.

• vs. LED Rossi Standard GaAsP/GaP:I LED AlInGaP generalmente offrono maggiore efficienza, migliore luminosità e una lunghezza d'onda più stabile rispetto alla temperatura e alla corrente di pilotaggio. L'iper rosso (650nm) è più profondo e saturo del rosso standard (~630nm), il che può essere vantaggioso per certi indicatori o in condizioni di luce ambientale elevata.
• vs. Display Più Grandi/Più Piccoli:La cifra da 0.4 pollici è una dimensione comune, che offre un buon compromesso. Cifre più piccole risparmiano spazio ma sono più difficili da leggere a distanza; cifre più grandi sono più visibili ma consumano più area sul pannello e più potenza.
• vs. Display a Bassa Efficienza:Il "basso requisito di potenza" e l'alta luminosità indicano una buona efficienza luminosa, rendendolo adatto per dispositivi alimentati a batteria o applicazioni in cui la generazione di calore è una preoccupazione.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra lunghezza d'onda di picco (650nm) e lunghezza d'onda dominante (639nm)?
R: La lunghezza d'onda di picco è il picco fisico dell'emissione spettrale. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda che l'occhio umano percepisce come colore, calcolata dallo spettro completo. Entrambe sono utilizzate per specificare il colore, con la lunghezza d'onda dominante spesso più rilevante per applicazioni visive.

D: Posso pilotare questo display direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?
R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie con il catodo di ogni segmento. Un pin del microcontrollore impostato come uscita bassa può assorbire la corrente, ma la resistenza è obbligatoria per impostare la corrente corretta e proteggere sia il LED che il microcontrollore.

D: La corrente continua massima è 25mA, ma la condizione di test per V_Fè 20mA. Quale dovrei usare per la progettazione?
R: 20mA è una condizione di test standard e un punto operativo comune e affidabile che fornisce una buona luminosità rimanendo ben all'interno del massimo assoluto di 25mA, consentendo un margine di sicurezza. Puoi progettare per 10-20mA a seconda delle tue esigenze di luminosità e potenza.

D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa" per il mio ordine?
R: Significa che i LED vengono selezionati per luminosità dopo la produzione. Quando si ordina, potresti essere in grado di specificare un bin di intensità luminosa minima (es. "400 µcd min") per garantire che tutti i display nel tuo progetto abbiano una luminosità simile. Consulta il distributore o il produttore per i codici bin disponibili.

10. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettare un semplice display per voltmetro digitale.
Un microcontrollore con convertitore analogico-digitale (ADC) misura una tensione. Il firmware converte questo valore in un numero decimale. Per visualizzarlo sul LTS-4730AJD, il microcontrollore dovrebbe:

1. Utilizzare una tabella di ricerca per determinare quali segmenti (a-g, dp) devono essere accesi per ogni cifra da 0 a 9.
2. Impiegare una routine di multiplexing se vengono utilizzate più cifre. Per una singola cifra, imposterà semplicemente i pin catodo corretti a livello basso mentre mantiene i pin anodo comune a livello alto tramite un transistor di commutazione, con appropriate resistenze di limitazione della corrente su ciascuna linea catodo.
3. Il colore iper rosso garantisce una visibilità chiara. Il basso consumo è vantaggioso se il misuratore è portatile. L'ampio angolo di visione consente di vedere la lettura anche lateralmente.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTS-4730AJD è basato sul materiale semiconduttoreAlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio)cresciuto su un substrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n di questo materiale, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega AlInGaP determina l'energia del bandgap, che corrisponde direttamente alla lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per questo dispositivo, la composizione è sintonizzata per produrre luce nella regione "iper rossa" dello spettro (~650nm). Il substrato non trasparente aiuta a migliorare il contrasto assorbendo la luce diffusa. Ogni segmento della cifra è un chip LED separato o una porzione di chip, cablato internamente ai pin corrispondenti.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display a sette segmenti rimangano fondamentali, le tendenze nella tecnologia degli indicatori includono:

• Integrazione:Tendenza verso display con IC driver integrati (interfaccia I2C, SPI) per semplificare la progettazione del microcontrollore e ridurre il numero di componenti.
• Materiali:Sviluppo continuo nei materiali LED come InGaN (per blu/verde/bianco) e AlInGaP migliorato per una maggiore efficienza e una gamma di colori più ampia.
• Form Factor:Maggiore adozione di package SMD (Surface-Mount Device) per l'assemblaggio automatizzato, sebbene display a foro passante come questo rimangano popolari per prototipazione, riparazione e alcune applicazioni industriali.
• Alternative:Per informazioni più complesse, i moduli OLED o TFT LCD stanno diventando più competitivi in termini di costo, ma per visualizzazioni numeriche semplici, luminose, a basso consumo e altamente affidabili, i display LED a sette segmenti come il LTS-4730AJD continuano a essere una soluzione robusta e ottimale.