Scheda Tecnica Display LED LTS-4301SW - Altezza Cifra 0.4 Pollici - Segmenti Bianchi - Faccia Nera - Catodo Comune - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-4301SW è un modulo di visualizzazione alfanumerico a sette segmenti e singola cifra, progettato per applicazioni che richiedono una chiara e brillante lettura numerica. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre da 0 a 9 e alcune lettere illuminando selettivamente i suoi sette singoli segmenti LED (etichettati da A a G) e un punto decimale opzionale (D.P.). Il dispositivo è realizzato utilizzando chip LED bianchi InGaN (Nitruro di Indio e Gallio), montati dietro una maschera segmentata per formare gli elementi del carattere. Il display presenta una faccia nera, che fornisce uno sfondo ad alto contrasto per i segmenti bianchi illuminati, migliorando significativamente la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. Questa combinazione è particolarmente efficace nelle applicazioni in cui la leggibilità a distanza o in luce ambientale è critica.

I vantaggi principali di questo display includono l'ottimo aspetto dei caratteri, ottenuto attraverso segmenti uniformi e continui che creano una forma di cifra coerente. Offre un'elevata luminosità in uscita, con intensità luminose tipiche che raggiungono fino a 28.000 mcd per chip in condizioni di test standard, garantendo la visibilità anche in ambienti molto luminosi. L'ampio angolo di visione di 130 gradi (2\u03c6_1/2) consente una chiara leggibilità da posizioni fuori asse, rendendolo adatto per strumenti a pannello, strumentazione, elettrodomestici e pannelli di controllo industriali dove l'angolo di visione potrebbe non essere frontale. Inoltre, il suo basso fabbisogno di potenza per segmento contribuisce a design energeticamente efficienti.

1.1 Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

1.1.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Il parametro fotometrico chiave è l'Intensità Luminosa Media (I_V). Per i chip bianchi InGaN utilizzati, il valore tipico è di 28.000 millicandele (mcd) quando pilotati con una corrente diretta (I_F) di 10 mA. Il valore minimo specificato è di 13.700 mcd. Questo parametro viene misurato utilizzando una combinazione di sensore e filtro che approssima la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo che la luminosità riportata sia correlata alla percezione visiva umana. L'ampio angolo di visione di 130 gradi è definito come l'angolo totale in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco (sull'asse). Questa specifica è cruciale per determinare il cono di visione effettivo per l'utente finale.

Le coordinate di cromaticità sono indicate come x=0,294 e y=0,286 (misurate a I_F=5mA). Queste coordinate sul diagramma di cromaticità CIE 1931 definiscono il punto bianco della luce emessa. I valori forniti suggeriscono una temperatura di colore bianco freddo. Il Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa per aree luminose simili è specificato come massimo 2:1. Ciò significa che la differenza di luminosità tra il segmento/chip più debole e quello più luminoso in condizioni di pilotaggio identiche non deve superare un fattore due, garantendo un aspetto uniforme della cifra illuminata.

1.1.2 Parametri Elettrici

La Tensione Diretta (V_F) per chip LED misura tipicamente 3,15V, con un intervallo da 2,70V a 3,15V a una corrente di test di 5 mA. I progettisti devono tenere conto di questa caduta di tensione quando progettano il circuito di pilotaggio. La Corrente Inversa (I_R) è specificata con un massimo di 10 \u00b5A quando viene applicata una polarizzazione inversa di 5V, indicando la caratteristica di dispersione della giunzione LED.

I Valori Assoluti Massimi definiscono i limiti operativi. La Corrente Diretta Continua per segmento è di 20 mA a 25\u00b0C, con un fattore di derating di 0,25 mA/\u00b0C. Ciò significa che la corrente continua ammissibile diminuisce linearmente all'aumentare della temperatura ambiente (T_a) sopra i 25\u00b0C per prevenire danni termici. Ad esempio, a 85\u00b0C, la corrente continua massima sarebbe 20 mA - ((85-25) * 0,25 mA) = 5 mA. La Corrente Diretta di Picco, applicabile per il funzionamento impulsato (1 kHz, ciclo di lavoro 10%), è di 60 mA. La massima Dissipazione di Potenza per segmento è di 115 mW.

1.1.3 Specifiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per un Intervallo di Temperatura Operativa da -35\u00b0C a +105\u00b0C. L'Intervallo di Temperatura di Stoccaggio è identico. Questi ampi intervalli indicano robustezza per l'uso in ambienti soggetti a significative variazioni di temperatura. La condizione di saldatura è specificata come 260\u00b0C per 3 secondi, misurata 1/16 di pollice (circa 1,6 mm) sotto il piano di appoggio del componente. Il rispetto di questo profilo è fondamentale durante l'assemblaggio del PCB per prevenire danni ai chip LED o al contenitore plastico a causa di calore eccessivo.

1.2 Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

Il display ha un'altezza della cifra di 0,4 pollici (10,0 mm). Le dimensioni del package sono fornite in millimetri. Le note meccaniche chiave includono: tutte le tolleranze dimensionali sono \u00b10,25 mm salvo diversa indicazione, e la tolleranza di spostamento della punta del pin è +0,4 mm, che si riferisce al disallineamento ammissibile delle estremità dei pin. Il dispositivo utilizza una configurazione a catodo comune. Ciò significa che tutti i catodi (terminali negativi) dei singoli LED di segmento sono collegati internamente a uno o due pin comuni (pin 3 e 8), mentre ogni anodo di segmento (terminale positivo) ha il proprio pin dedicato. Questa configurazione tipicamente semplifica il multiplexing nei display multi-cifra e può influenzare la selezione del driver IC.

1.2.1 Collegamento dei Pin e Circuito Interno

Il pinout è il seguente: Pin 1: Anodo G, Pin 2: Anodo F, Pin 3: Catodo Comune, Pin 4: Anodo E, Pin 5: Anodo D, Pin 6: Anodo D.P. (Punto Decimale), Pin 7: Anodo C, Pin 8: Catodo Comune, Pin 9: Anodo B, Pin 10: Anodo A. Si noti che ci sono due pin di catodo comune (3 e 8), collegati internamente. Questo design a doppio pin aiuta a distribuire la corrente e può migliorare l'affidabilità. Lo schema del circuito interno mostra ciascuno degli otto LED (sette segmenti più il punto decimale) con il suo anodo collegato al rispettivo pin e tutti i catodi collegati insieme ai pin di catodo comune.

1.3 Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il metodo di assemblaggio principale è la saldatura a rifusione. La scheda tecnica fornisce un profilo di rifusione consigliato, specificando una temperatura di picco di 260\u00b0C. Il parametro critico è che la temperatura sul corpo del componente non deve superare la temperatura massima nominale durante l'assemblaggio. La condizione specifica esplicitamente la saldatura a 260\u00b0C per 3 secondi quando misurata in un punto 1/16 di pollice sotto il piano di appoggio. Questa linea guida è essenziale per gli ingegneri di processo per impostare correttamente la velocità del nastro del forno a rifusione e le temperature delle zone, evitando shock termici o degrado dei materiali garantendo al contempo una giunzione saldata affidabile.

1.4 Suggerimenti per l'Applicazione

1.4.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è ideale per qualsiasi dispositivo che richieda una chiara lettura numerica a singola cifra. Applicazioni comuni includono: strumenti a pannello per tensione, corrente o temperatura; timer e contatori; elettrodomestici come forni, microonde o lavatrici; apparecchiature di test e misura; pannelli di controllo industriali; e dispositivi medici. L'alto contrasto e la luminosità lo rendono adatto per applicazioni in cui il display può essere visto da lontano o in condizioni di luce ambientale elevata.

1.4.2 Considerazioni di Progettazione

Quando si integra il LTS-4301SW, i progettisti devono considerare la limitazione di corrente. Una resistenza in serie è obbligatoria per ogni anodo di segmento (o un driver a corrente regolata) per impostare la corrente diretta al livello desiderato, tipicamente tra 5-20 mA, a seconda della luminosità richiesta e dell'ambiente termico. La curva di derating per la corrente diretta deve essere rispettata se si prevede che la temperatura ambiente operativa sia elevata. La configurazione a catodo comune richiede che il circuito di pilotaggio assorba corrente. Quando si effettua il multiplexing di più cifre (sebbene questa sia un'unità a singola cifra, il principio si applica a sistemi che ne utilizzano diverse), è necessario un driver IC adatto in grado di fornire corrente agli anodi e assorbire la corrente di catodo aggregata. Il layout del PCB dovrebbe garantire tracce di alimentazione pulite per minimizzare il rumore.

1.5 Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto a display a singola cifra simili, l'uso della tecnologia LED bianco InGaN del LTS-4301SW offre vantaggi rispetto alle tecnologie più vecchie come i LED rossi GaAsP o la luce bianca filtrata. I LED InGaN generalmente forniscono maggiore efficienza e luminosità. La faccia nera con segmenti bianchi è un differenziatore chiave rispetto ai display con faccia grigia o chiara, offrendo un rapporto di contrasto superiore, che è un fattore critico per la leggibilità. Il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa specificato (2:1) garantisce l'uniformità dei segmenti, che non è sempre garantita nei display a basso costo. L'ampio intervallo di temperatura operativa (-35\u00b0C a +105\u00b0C) lo rende anche più robusto per applicazioni industriali o esterne rispetto ai display con un intervallo più ristretto.

1.6 Domande Frequenti Basate sui Parametri Tecnici

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

R: Sono collegati internamente. Avere due pin aiuta a distribuire la corrente totale del catodo (che è la somma delle correnti di tutti i segmenti illuminati) su due giunzioni saldate e tracce PCB, migliorando la capacità di gestione della corrente, le prestazioni termiche e l'affidabilità del collegamento meccanico.

D: Come calcolo il valore della resistenza in serie per un segmento?

R: Usa la Legge di Ohm: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Ad esempio, con un'alimentazione di 5V, una V_Ftipica di 3,15V e una I_Fdesiderata di 10 mA: R = (5 - 3,15) / 0,01 = 185 ohm. Usa il valore standard più vicino (es. 180 o 200 ohm). Considera sempre la potenza nominale: P = I_F²* R.

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

R: Dipende dalla capacità di erogazione di corrente del pin dell'MCU. Un tipico pin MCU potrebbe erogare 20-25 mA, che è sufficiente per un segmento a corrente piena. Tuttavia, pilotare più segmenti o il catodo comune (che assorbe la somma di tutte le correnti dei segmenti) di solito supera la capacità di un singolo pin. Driver IC dedicati (es. registro a scorrimento 74HC595 con resistenze limitatrici di corrente, o un driver LED a corrente costante) sono fortemente raccomandati per un funzionamento affidabile e sicuro.

D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa"?

R: Implica che durante la produzione, i chip LED o i display finiti possono essere testati e selezionati (binning) in base alla loro intensità luminosa misurata. Ciò consente ai clienti di selezionare componenti con un intervallo di luminosità specifico per garantire coerenza nel loro prodotto, specialmente quando si utilizzano più display.

1.7 Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Considera la progettazione di un semplice termometro digitale con lettura da 0 a 9\u00b0C. Un LTS-4301SW visualizzerebbe la cifra delle unità. L'uscita digitale di un sensore di temperatura verrebbe elaborata da un microcontrollore. L'MCU decodificherebbe il valore della cifra (0-9) nel corrispondente pattern di segmenti (es. per '5', i segmenti A, F, G, C, D sono ACCESI). L'MCU utilizzerebbe un espansore di porta o un registro a scorrimento per fornire corrente agli anodi dei segmenti (pin 1,2,4,5,6,7,9,10) attraverso resistenze limitatrici di corrente. Il catodo comune (pin 3 & 8) sarebbe collegato a un pin di massa in grado di assorbire la corrente totale (es. 8 segmenti * 10 mA = 80 mA), probabilmente richiedendo un transistor. La faccia nera garantisce che il '5' sia facilmente leggibile sul pannello del dispositivo.

1.8 Introduzione al Principio di Funzionamento

Un display a sette segmenti funziona su un principio semplice: è una raccolta di sette barre LED (segmenti) controllate indipendentemente, disposte in un modello a forma di otto. Accendendo specifiche combinazioni di questi segmenti, si possono formare tutte le dieci cifre decimali (0-9). Ad esempio, per visualizzare il numero '7', si illuminano i segmenti A, B e C. Il punto decimale è un LED separato aggiuntivo. Elettricamente, ogni segmento è un LED standard con un anodo e un catodo. In un tipo a catodo comune come il LTS-4301SW, tutti i catodi sono collegati insieme a un terminale comune. Per accendere un segmento, una tensione positiva (attraverso una resistenza limitatrice di corrente) viene applicata al suo specifico pin anodo, mentre il catodo comune è collegato a massa, completando il circuito.

1.9 Tendenze e Sviluppi Tecnologici

La tendenza nei display a sette segmenti è stata verso una maggiore efficienza, luminosità e miniaturizzazione. Il passaggio dai LED colorati tradizionali (rosso, verde) ai LED bianchi a conversione di fosforo (come il chip basato su InGaN in questo display) consente un aspetto neutro e ad alto contrasto adatto a più applicazioni. C'è anche una tendenza verso i package a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato, sebbene i tipi a foro passante come questo rimangano popolari per prototipazione, riparazione e applicazioni che richiedono collegamenti meccanici robusti. L'integrazione è un'altra tendenza, con l'elettronica di pilotaggio e talvolta i microcontrollori combinati con il modulo display stesso, riducendo il numero di componenti esterni. Inoltre, i progressi nei materiali stanno portando ad angoli di visione più ampi e prestazioni migliorate su intervalli di temperatura estesi.