Scheda Tecnica Display LED LTS-4301JD - Altezza Cifra 0.4 Pollici - Iper Rosso 650nm - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-4301JD è un modulo display numerico a cifra singola, compatto e ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida e luminosa. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre da 0 a 9 utilizzando una configurazione standard a sette segmenti, integrata da un punto decimale a destra. Il dispositivo è progettato per l'integrazione in una vasta gamma di apparecchiature elettroniche dove spazio, efficienza energetica e leggibilità sono fattori critici.

Il display utilizza la tecnologia avanzata dei semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i suoi elementi emettitori di luce. Questo sistema di materiali è scelto specificamente per la sua efficienza nel produrre luce rossa ad alta luminosità. I chip sono realizzati su un substrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio), che migliora il contrasto prevenendo la dispersione interna della luce e migliorando la definizione dei segmenti spenti. Il package presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, offrendo un'ottima estetica a display spento e un elevato contrasto quando i segmenti sono illuminati.

I principali mercati target per questo componente includono strumentazione industriale, elettrodomestici, apparecchiature di test e misura, sistemi POS (Point of Sale) e display per cruscotti automobilistici. La sua intensità luminosa categorizzata garantisce livelli di luminosità uniformi tra i lotti di produzione, aspetto vitale per applicazioni che richiedono prestazioni visive omogenee.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono definite in condizioni di test standard a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. Il parametro chiave, l'Intensità Luminosa Media (Iv), ha un valore tipico di 650 µcd (microcandele) quando pilotato con una corrente diretta (IF) di 1 mA. Il valore minimo specificato è di 200 µcd, garantendo un livello base di luminosità. L'intensità luminosa viene misurata utilizzando una combinazione di sensore e filtro calibrata sulla curva di risposta fotopica standard CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), garantendo che i valori riportati corrispondano alla percezione visiva umana.

Il dispositivo emette luce nello spettro dell'iper rosso. La Lunghezza d'Onda di Picco di Emissione (λp) è tipicamente di 650 nanometri (nm). La Lunghezza d'Onda Dominante (λd), più strettamente correlata al colore percepito, è specificata a 639 nm. La Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ) è di 20 nm, indicando la purezza spettrale e la gamma ristretta di lunghezze d'onda emesse, che risulta in un colore rosso saturo. È specificato un Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa massimo di 2:1, il che significa che la differenza di luminosità tra due segmenti qualsiasi in condizioni di pilotaggio identiche non supererà questo rapporto, garantendo un aspetto uniforme della cifra formata.

2.2 Parametri Elettrici

Le caratteristiche elettriche definiscono i limiti operativi e le prestazioni tipiche. La Tensione Diretta per segmento (VF) varia da 2,1V a 2,6V a una corrente di test di 20 mA. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire tensione sufficiente per superare questo valore. I Valori Assoluti Massimi stabiliscono limiti rigorosi: la Corrente Diretta Continua per segmento non deve superare 25 mA, con un fattore di derating lineare di 0,33 mA/°C sopra i 25°C. Questo derating è cruciale per la gestione termica; all'aumentare della temperatura ambiente, la corrente massima consentita deve essere ridotta per prevenire surriscaldamento e danni permanenti.

Una Corrente Diretta di Picco di 90 mA è consentita in condizioni pulsate (ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0,1 ms), che può essere utilizzata per schemi di multiplexing o per un aumento temporaneo della luminosità. La massima Tensione Inversa (VR) per segmento è 5V; superare questo valore può danneggiare la giunzione PN del LED. La Corrente Inversa (IR) è specificata con un massimo di 100 µA quando vengono applicati 5V in polarizzazione inversa, indicando la caratteristica di dispersione della giunzione.

2.3 Parametri Termici e di Affidabilità

Il dispositivo è classificato per un Intervallo di Temperatura Operativa da -35°C a +85°C. Questo ampio intervallo lo rende adatto ad ambienti soggetti a significative variazioni di temperatura. L'Intervallo di Temperatura di Stoccaggio è identico (-35°C a +85°C). La Dissipazione di Potenza per segmento è limitata a 70 mW. Gestire questa dissipazione attraverso una corretta limitazione di corrente e, se necessario, l'uso di dissipatori, è essenziale per l'affidabilità a lungo termine. 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, il che guida il processo di saldatura a rifusione.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che i dispositivi sono "Categorizzati per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning o selezione post-produzione. Sebbene i dettagli specifici dei codici bin non siano forniti in questo estratto, la tipica categorizzazione per tali display prevede il raggruppamento delle unità in base all'intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. 1 mA). Ciò garantisce che i clienti ricevano prodotti con livelli di luminosità uniformi. I progettisti che approvvigionano questi componenti dovrebbero confermare la struttura di binning specifica con il produttore per assicurarsi che la categoria di intensità selezionata soddisfi i requisiti di uniformità della loro applicazione, specialmente quando vengono utilizzati più display affiancati.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento alle "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche" nell'ultima pagina. Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, tali curve, tipicamente incluse nelle schede tecniche complete, sono critiche per la progettazione. Normalmente illustrerebbero:

• 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 spesso diminuisce a correnti molto elevate.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta:Questa curva aiuta nella progettazione del circuito limitatore di corrente mostrando la resistenza dinamica del LED.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Questa mostra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura, aspetto vitale per applicazioni che operano in condizioni non ambientali.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che conferma visivamente le specifiche della lunghezza d'onda di picco e dominante e la larghezza a mezza altezza spettrale.

Gli ingegneri dovrebbero utilizzare queste curve per ottimizzare le condizioni di pilotaggio per un equilibrio tra luminosità, efficienza e longevità, piuttosto che operare esclusivamente ai valori assoluti massimi.

5. Informazioni Meccaniche e di Package

Il dispositivo è presentato con un disegno dettagliato delle dimensioni del package. Tutte le dimensioni sono fornite in millimetri, con una tolleranza generale di ±0,25 mm (0,01 pollici) salvo diversa specifica. Il display ha un'altezza della cifra di 0,4 pollici (10,0 mm). Il disegno meccanico definirebbe la lunghezza, larghezza e altezza complessive del package, il posizionamento dei segmenti e del punto decimale, la spaziatura e le dimensioni dei piedini (pin) e qualsiasi caratteristica di chiave o orientamento. Queste informazioni sono essenziali per creare l'impronta PCB, garantire un corretto montaggio all'interno del contenitore del prodotto e allineare correttamente il display sulla scheda.

6. Collegamento dei Piedini e Circuito Interno

Il LTS-4301JD è un dispositivo a Catodo Comune. Il diagramma di collegamento dei piedini è esplicitamente fornito:

1. Piedino 1: Anodo G (Segmento G)
2. Piedino 2: Anodo F (Segmento F)
3. Piedino 3: Catodo Comune
4. Piedino 4: Anodo E (Segmento E)
5. Piedino 5: Anodo D (Segmento D)
6. Piedino 6: Anodo D.P. (Punto Decimale)
7. Piedino 7: Anodo C (Segmento C)
8. Piedino 8: Catodo Comune
9. Piedino 9: Anodo B (Segmento B)
10. Piedino 10: Anodo A (Segmento A)

La presenza di due piedini di catodo comune (3 e 8) è tipica, serve a ridurre la densità di corrente nel package e migliorare l'affidabilità. Il diagramma del circuito interno mostra che tutti gli anodi dei segmenti (A-G e DP) sono elettricamente isolati tra loro, mentre i loro catodi sono collegati internamente ai due piedini di catodo comune. Questa configurazione richiede che il circuito di pilotaggio fornisca corrente ai singoli anodi dei segmenti e assorba la corrente combinata attraverso la connessione del catodo comune.

7. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

La linea guida chiave per l'assemblaggio fornita è il limite di temperatura di saldatura: il componente può resistere a 260°C per 3 secondi in un punto a 1,6 mm sotto il piano di appoggio. Questo è un riferimento standard al profilo di rifusione IPC. Per l'assemblaggio:

• Utilizzare un profilo di rifusione consigliato per saldatura senza piombo (come indicato dalla temperatura di picco di 260°C).
• Assicurarsi che il disegno delle piazzole PCB corrisponda alle dimensioni del package per evitare "tombstoning" o disallineamenti.
• Evitare stress meccanici sui piedini durante la manipolazione. La lente in plastica non deve essere toccata direttamente con utensili contaminati.
• Seguire le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione e l'assemblaggio per proteggere le giunzioni dei semiconduttori.
• Rispettare l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato (-35°C a +85°C) e le condizioni di umidità prima dell'uso.

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è ideale per qualsiasi dispositivo che richieda una singola lettura numerica altamente leggibile. Applicazioni comuni includono: termometri/igrometri digitali, display per timer e contatori, letture di voltmetri/amperometri, pannelli di controllo per elettrodomestici (es. forni, microonde), display per calcolatrici di base e indicatori di codici di stato su apparecchiature di rete o industriali.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza di limitazione di corrente in serie per ogni anodo di segmento. Il valore della resistenza si calcola come R = (Valimentazione - VF) / IF, dove VF è la tensione diretta (utilizzare il valore massimo per sicurezza) e IF è la corrente operativa desiderata (non superiore alla valutazione continua).
• Multiplexing:Per applicazioni multi-cifra che utilizzano diversi display di questo tipo, uno schema di pilotaggio multiplexato è standard. Ciò implica alimentare sequenzialmente il catodo comune di una cifra alla volta mentre si presentano i dati dei segmenti per quella cifra. La valutazione della corrente di picco consente correnti pulsate più elevate in questa modalità, ma il ciclo di lavoro e la corrente media devono essere gestiti per rimanere entro i limiti di dissipazione di potenza continua.
• Interfaccia con Microcontrollore:Il display è facilmente pilotabile dai pin GPIO di un microcontrollore, spesso attraverso un IC driver o un array di transistor per gestire i requisiti di corrente più elevati, specialmente per il catodo comune.
• Angolo di Visione:La scheda tecnica dichiara un ampio angolo di visione. Per un posizionamento ottimale, considerare le linee di vista principali dell'utente finale rispetto al display installato.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto a tecnologie più datate come i LED rossi in GaAsP (Fosfuro di Arseniuro di Gallio), la tecnologia AlInGaP nel LTS-4301JD offre un'efficienza luminosa significativamente superiore, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente in ingresso o luminosità equivalente a potenza inferiore. L'uso di un substrato non trasparente migliora il contrasto rispetto ai dispositivi su substrati trasparenti, poiché previene l'emissione indesiderata dai lati del chip. Il frontale grigio con segmenti bianchi offre un aspetto professionale e ad alto contrasto anche quando non alimentato, superiore ai display completamente neri o a faccia trasparente in molte condizioni di illuminazione ambientale. La sua altezza cifra di 0,4 pollici occupa una nicchia specifica tra display più piccoli e meno leggibili e quelli più grandi e ad alto consumo.

10. Domande Frequenti Basate sui Parametri Tecnici

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

R: No. È necessario utilizzare una resistenza di limitazione di corrente in serie con ogni segmento. Per un'alimentazione di 5V e una corrente desiderata di 20 mA, utilizzando il VF massimo di 2,6V, il valore della resistenza sarebbe (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohm. Verificare sempre la capacità di erogazione di corrente del pin del microcontrollore.

D: Cosa significa "catodo comune" per il mio progetto di circuito?

R: Significa che tutti i catodi (lati negativi) dei segmenti LED sono collegati insieme all'interno del package. Per accendere un segmento, si applica una tensione positiva (attraverso una resistenza) al suo specifico piedino anodo e si collega il/i piedino/i di catodo comune a massa (0V).

D: La corrente continua massima è 25 mA, ma la condizione di test per VF utilizza 20 mA. Quale dovrei usare?

R: 20 mA è una condizione di test standard e un punto operativo tipico sicuro che fornisce una buona luminosità mantenendo la longevità. È possibile operare fino a 25 mA se è necessaria una luminosità maggiore, ma è necessario rispettare rigorosamente le regole sulla temperatura ambiente e il derating. Operare al o vicino al valore massimo può ridurre la durata operativa.

D: Perché ci sono due piedini di catodo comune?

R: Per simmetria meccanica e per distribuire la corrente totale del catodo (che è la somma delle correnti di tutti i segmenti accesi) su due piedini. Ciò riduce la densità di corrente per piedino, migliora l'affidabilità e può semplificare il layout PCB.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di una Lettura per Voltmetro Digitale Semplice.

Un progettista sta creando un voltmetro DC 0-5V. Un convertitore analogico-digitale (ADC) con uscita a 3 cifre è collegato a un microcontrollore. Il firmware del microcontrollore converte la lettura digitale in un numero a 3 cifre (es. 4,23V). Per visualizzarlo, vengono utilizzate tre unità LTS-4301JD. Il progetto impiega il multiplexing a divisione di tempo. Il microcontrollore utilizza una porta per pilotare gli anodi dei segmenti (A-G, DP) per tutti e tre i display in parallelo. Tre transistor NPN (o un IC driver dedicato) sono usati per assorbire corrente attraverso il catodo comune di ciascuna cifra, una alla volta, in rapida sequenza (es. a 100 Hz per cifra). Il firmware sincronizza i dati dei segmenti con il catodo della cifra attiva. Le resistenze di limitazione di corrente sono posizionate su ciascuna delle otto linee dei segmenti. L'elevata luminosità e contrasto garantiscono che la lettura sia chiara anche in ambienti ben illuminati. L'intensità luminosa categorizzata garantisce che tutte e tre le cifre appaiano ugualmente luminose.

12. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un display a sette segmenti è una forma di dispositivo di visualizzazione elettronico composto da sette diodi emettitori di luce (LED) disposti in un pattern rettangolare a forma di otto. Ogni LED è chiamato segmento perché forma parte di una cifra quando illuminato. Accendendo selettivamente specifiche combinazioni di questi sette segmenti, il display può rappresentare le dieci cifre decimali (0-9) e alcune lettere esadecimali (A, b, C, d, E, F). Spesso è incluso un LED aggiuntivo per il punto decimale (DP). Il LTS-4301JD implementa questo principio utilizzando il materiale semiconduttore AlInGaP. Quando una tensione di polarizzazione diretta superiore al potenziale di giunzione del diodo viene applicata tra l'anodo e il catodo di un segmento, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciando energia sotto forma di fotoni (luce) a una lunghezza d'onda determinata dal bandgap del materiale - in questo caso, circa 650 nm (rosso). Il substrato non trasparente assorbe i fotoni dispersi, migliorando il contrasto.

13. Tendenze di Sviluppo

L'evoluzione dei display a sette segmenti segue le tendenze più ampie dell'optoelettronica. Sebbene il fattore di forma base a sette segmenti rimanga estremamente utile per le letture numeriche, la tecnologia sottostante continua ad avanzare. C'è una spinta costante verso una maggiore efficienza luminosa (più luce emessa per watt di ingresso elettrico), che migliora l'efficienza energetica e consente un funzionamento a potenza inferiore o una luminosità aumentata. Gamme di colori più ampie e lo sviluppo di LED verdi e blu più efficienti basati su materiali come InGaN (Nitruro di Indio Gallio) hanno reso più comuni i display a matrice di punti multi-cifra a colori completi, sebbene i sette segmenti rimangano dominanti per applicazioni puramente numeriche grazie alla loro semplicità e convenienza. L'integrazione è un'altra tendenza, con l'elettronica di pilotaggio, i microcontrollori e talvolta persino i sensori combinati in moduli "display intelligenti". Tuttavia, componenti discreti come il LTS-4301JD mantengono una posizione forte nei progetti che richiedono flessibilità, caratteristiche prestazionali specifiche o ottimizzazione dei costi su grandi volumi.