Scheda Tecnica Display a LED LTS-10804KF - Altezza Cifra 1.0 Pollici - Colore Giallo-Arancio - Corrente Diretta 25mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-10804KF è un display alfanumerico a sette segmenti e singola cifra, progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida e luminosa. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre (0-9) e alcune lettere utilizzando segmenti LED controllati individualmente. Il dispositivo utilizza la tecnologia avanzata dei semiconduttori in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), cresciuti su un substrato di Arseniuro di Gallio (GaAs), per produrre la caratteristica emissione di luce giallo-arancio. Questa scelta del materiale è fondamentale per le sue prestazioni, offrendo una maggiore efficienza e una migliore stabilità termica rispetto a tecnologie più datate come il Fosfuro di Gallio standard. Il display presenta una mascherina frontale nera con marcature dei segmenti bianche, che migliora significativamente il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione, rendendolo adatto sia per applicazioni indoor che outdoor dove la visibilità è critica.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il LTS-10804KF offre diversi vantaggi distintivi che lo posizionano bene nel mercato dell'elettronica industriale e di consumo. Il suo basso consumo energetico è un beneficio primario, permettendo l'integrazione in dispositivi alimentati a batteria o sensibili all'energia senza compromettere la luminosità. L'alta intensità luminosa, categorizzata per coerenza, garantisce un aspetto uniforme tra i lotti di produzione, aspetto vitale per display multi-cifra in strumenti e pannelli. L'affidabilità allo stato solido dei LED si traduce in una lunga durata operativa e resistenza a urti e vibrazioni, superando i tradizionali display a incandescenza o fluorescenti a vuoto. L'ampio angolo di visione garantisce la leggibilità da varie posizioni, essenziale per strumenti a pannello, apparecchiature di test e indicatori di stato. Il package senza piombo assicura la conformità alle normative ambientali globali come la RoHS. Questa combinazione di caratteristiche rende il display ideale per mercati target che includono pannelli di controllo industriali, cruscotti automobilistici (per accessori aftermarket), strumentazione medica, apparecchiature di test e misura e elettrodomestici dove è richiesta una visualizzazione numerica durevole, chiara ed efficiente.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Una comprensione approfondita delle specifiche elettriche e ottiche è cruciale per un corretto progetto e integrazione del circuito.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. La massima dissipazione di potenza per segmento è di 134 mW. La corrente diretta di picco per segmento è nominalmente di 60 mA, ma è consentita solo in condizioni pulsate con un duty cycle di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms. Per il funzionamento continuo, la massima corrente diretta per segmento è di 25 mA a 25°C, con una derating lineare di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente. Questo derating è critico per la gestione termica; superare la corrente continua a una data temperatura può portare a surriscaldamento, accelerazione del decadimento del flusso luminoso e guasto finale. L'intervallo di temperatura di funzionamento e conservazione è specificato da -35°C a +105°C, indicando prestazioni robuste in ambienti ostili. La condizione di saldatura specifica una temperatura massima di 260°C per 3 secondi a una distanza di 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio, fornendo linee guida chiare per i processi di assemblaggio PCB.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi sono i parametri operativi tipici misurati a Ta=25°C. L'intensità luminosa media (Iv) per segmento varia da 420 μcd (minimo) a 1400 μcd (tipico) a una corrente diretta (If) di 1 mA. Questa elevata luminosità a bassa corrente è un segno distintivo della tecnologia AlInGaP. La lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) è 611 nm, e la lunghezza d'onda dominante (λd) è 605 nm, definendo il punto di colore giallo-arancio. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 17 nm, indicando una banda spettrale relativamente stretta che contribuisce alla purezza del colore. La tensione diretta (Vf) per segmento ha un intervallo tipico da 4.20V a 5.20V a If=20mA. Da notare che il punto decimale (DP) ha una tensione diretta inferiore, indicata tra parentesi come 2.1V a 2.6V, che deve essere considerata nel circuito di pilotaggio, suggerendo probabilmente l'uso di una tecnologia di chip diversa (possibilmente GaP standard). La corrente inversa (Ir) è specificata con un massimo di 100 μA a una tensione inversa (Vr) di 10V per i segmenti e 5V per il DP. Questo parametro è solo per scopi di test, e il dispositivo non deve essere operato in polarizzazione inversa. Il rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa tra segmenti in un'area luminosa simile è al massimo 2:1 a If=10mA, garantendo un'uniformità accettabile. Il cross-talk tra segmenti è specificato essere inferiore all'1.0%, minimizzando l'illuminazione indesiderata dei segmenti adiacenti.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica l'esistenza di un sistema di binning, sebbene codici bin specifici non siano dettagliati qui. In pratica, i produttori spesso suddividono i LED in bin in base a parametri chiave come l'intensità luminosa e la tensione diretta per garantire coerenza all'interno di una singola produzione o ordine. I progettisti dovrebbero consultare il produttore per informazioni dettagliate sul binning se la loro applicazione richiede una corrispondenza precisa dell'intensità tra più display. L'intervallo tipico di intensità fornito (420-1400 μcd) dà un'indicazione della possibile dispersione.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene il PDF faccia riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche", i grafici specifici non sono inclusi nel contenuto fornito. Tipicamente, tali curve per un display a LED includerebbero:Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V): Questo grafico mostra la relazione non lineare tra corrente e tensione. La tensione di ginocchio è il punto in cui il LED inizia a emettere luce in modo significativo. La curva aiuta nella selezione dell'appropriata resistenza limitatrice di corrente o nella progettazione di driver a corrente costante.Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva L-I): Questo mostra come l'output luminoso aumenti con la corrente. È generalmente lineare in un certo intervallo ma satura ad alte correnti a causa degli effetti termici.Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente: Questa curva dimostra la riduzione dell'output luminoso all'aumentare della temperatura di giunzione, evidenziando l'importanza della gestione termica.Distribuzione Spettrale di Potenza: Un grafico che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, mostrando il picco a ~611 nm e la forma definita dalla semilarghezza di 17 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni e Tolleranze del Package

Il display ha un'altezza della cifra di 1.0 pollice (25.4 mm). Tutte le dimensioni primarie hanno una tolleranza di ±0.25 mm (0.01"). Le note meccaniche chiave includono limiti su materiali estranei o bolle all'interno di un segmento (≤20 mils), piegatura del riflettore (≤1% della sua lunghezza) e contaminazione dell'inchiostro superficiale (≤20 mils). La tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.40 mm. Il diametro del foro PCB raccomandato per i pin è 1.00 mm, importante per garantire un corretto adattamento meccanico e l'affidabilità del giunto di saldatura durante la saldatura a onda o a rifusione.

5.2 Configurazione dei Pin e Polarità

Il LTS-10804KF è un display ad anodo comune. Lo schema circuitale interno mostra tutti gli anodi dei segmenti collegati insieme ai pin di anodo comune (pin 4 e pin 11). Il catodo di ogni segmento (A-G e DP) ha il suo pin dedicato. Per illuminare un segmento, il corrispondente pin di anodo comune deve essere collegato a una tensione positiva (attraverso una resistenza limitatrice di corrente o un driver), e il pin catodo del segmento deve essere portato a basso (collegato a massa). I pin 3, 7, 10 e 13 sono indicati come "Nessun Collegamento" (N/C). La disposizione dei pin è: 1:E, 2:D, 3:N/C, 4:Anodo Comune, 5:C, 6:DP, 7:N/C, 8:B, 9:A, 10:N/C, 11:Anodo Comune, 12:F, 13:N/C, 14:G.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

I valori massimi assoluti specificano la condizione di saldatura: la temperatura del corpo del componente non deve superare il suo valore massimo nominale durante l'assemblaggio, con una linea guida di 260°C per 3 secondi a 1/16 di pollice sotto il piano di appoggio. Questo è tipico per la saldatura a onda. Per la saldatura a rifusione, sarebbe applicabile un profilo standard senza piombo con una temperatura di picco intorno ai 260°C, ma il tempo di esposizione sopra il liquidus dovrebbe essere controllato. I progettisti devono assicurarsi che il layout del PCB fornisca un adeguato rilievo termico per prevenire il surriscaldamento dei chip LED attraverso i terminali. Prima della saldatura, i componenti dovrebbero essere conservati nell'intervallo specificato da -35°C a +105°C in condizioni asciutte per prevenire l'assorbimento di umidità, che potrebbe causare il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Il display richiede resistenze limitatrici di corrente esterne per ogni segmento o un circuito integrato driver LED dedicato. Per un semplice design multiplexato con un microcontrollore, i pin di anodo comune verrebbero commutati tramite transistor PNP o driver high-side, mentre i catodi dei segmenti sarebbero collegati ai pin del microcontrollore o a un registro a scorrimento con capacità di sink di corrente. La diversa tensione diretta del punto decimale (DP) necessita di un calcolo separato della resistenza limitatrice di corrente. Un driver a corrente costante è raccomandato per applicazioni che richiedono un controllo preciso della luminosità e stabilità in temperatura.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente: Utilizzare sempre resistenze in serie o driver a corrente costante. Calcolare i valori delle resistenze in base alla tensione di alimentazione, alla tensione diretta del LED (utilizzare Vf max per un progetto sicuro) e alla corrente diretta desiderata (rimanere ben al di sotto del massimo continuo di 25mA, ad esempio 10-15mA per una buona luminosità e longevità).
• Gestione Termica: Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa, i display multi-cifra o le alte temperature ambientali richiedono attenzione. Assicurare un adeguato flusso d'aria e considerare la curva di derating. Evitare di posizionare il display vicino ad altre fonti di calore.
• Angolo di Visione: L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma per una leggibilità ottimale, posizionare il display perpendicolare alla linea di vista principale dell'utente.
• Protezione ESD: I LED sono sensibili alle scariche elettrostatiche. Implementare procedure standard di manipolazione ESD durante l'assemblaggio.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai più vecchi display LED rossi in GaAsP o verdi standard in GaP, la tecnologia AlInGaP nel LTS-10804KF offre un'efficienza luminosa superiore, il che significa un output più luminoso a parità di corrente, o un output equivalente a potenza inferiore. Il colore giallo-arancio fornisce un'eccellente visibilità ed è spesso percepito soggettivamente come più luminoso del rosso. Rispetto ai display a matrice di punti, un dispositivo a sette segmenti è più semplice da pilotare e decodificare, richiedendo meno pin I/O per una singola cifra, rendendolo conveniente per applicazioni che devono mostrare solo numeri. Il suo principale compromesso è la limitazione ai caratteri alfanumerici piuttosto che alla grafica completa.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché sono elencati due diversi intervalli di tensione diretta (per i segmenti e il DP)?

R: Il punto decimale utilizza probabilmente un materiale semiconduttore diverso (ad es., GaP standard per il rosso) con un bandgap inferiore, risultando in una tensione diretta più bassa. Questo deve essere considerato nella progettazione del circuito di pilotaggio.

D: Posso pilotare questo display con un'alimentazione a 5V?

R: Sì, ma è necessario un calcolo attento della resistenza limitatrice di corrente. Per un segmento con Vf(max)=5.2V a 20mA, un'alimentazione a 5V è insufficiente per superare la tensione diretta. È necessario operare a una corrente inferiore (dove Vf è più bassa, vedere le curve tipiche) o utilizzare una tensione di alimentazione superiore alla Vf massima, come 6V o 12V, con una resistenza appropriata.

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

R: Significa che l'intensità misurata del segmento più debole rispetto al segmento più luminoso in un'area simile (ad es., tutti i segmenti "A") non sarà peggiore di un rapporto 1:2. Il segmento più luminoso non sarà più del doppio più luminoso di quello più debole nelle stesse condizioni di test.

10. Esempio di Applicazione Pratica

Caso: Progettazione di una Visualizzazione per Voltmetro Digitale

Un progettista sta creando un voltmetro DC a 3 cifre. Seleziona tre display LTS-10804KF. Il microcontrollore ha I/O limitati, quindi utilizza uno schema di multiplexing. I tre pin di anodo comune (uno per cifra) sono collegati al collettore di tre transistor PNP, i cui emettitori sono collegati a una linea di 12V. Il microcontrollore pilota le basi dei transistor attraverso resistenze per accendere sequenzialmente ogni cifra. I catodi dei segmenti (A-G) di tutti e tre i display sono collegati in parallelo alle uscite di un singolo IC decodificatore/driver BCD-7 segmenti (ad es., 74HC4511). Questo driver fa sink della corrente per i segmenti attivi. Resistenze limitatrici di corrente separate sono posizionate tra le uscite del driver e i catodi del display. Il punto decimale per la cifra centrale (per mostrare i decimi di volt) è pilotato direttamente da un pin del microcontrollore con la sua resistenza dedicata, calcolata per la Vf inferiore del DP. Il multiplexing è abbastanza veloce (ad es., 100Hz per cifra) da apparire continuo all'occhio umano. Questo design minimizza il numero di componenti fornendo una visualizzazione chiara e luminosa.

11. Principio di Funzionamento

Un display a LED a sette segmenti è un assemblaggio di diodi emettitori di luce disposti in un pattern a forma di otto. Ciascuno dei sette segmenti (etichettati da A a G) è un LED separato o una combinazione serie/parallelo di chip LED. Un LED aggiuntivo è utilizzato per il punto decimale (DP). In una configurazione ad anodo comune come il LTS-10804KF, gli anodi di tutti i segmenti sono collegati insieme a uno o più pin comuni. Il catodo di ogni segmento è portato a un pin individuale. La luce viene emessa quando viene applicata una polarizzazione diretta: l'anodo comune è impostato a una tensione positiva rispetto al catodo del segmento target, facendo fluire corrente attraverso il/i LED di quel segmento e producendo fotoni tramite elettroluminescenza nel materiale semiconduttore AlInGaP. Selezionando diverse combinazioni di segmenti da alimentare, si possono formare i numeri 0-9 e alcune lettere.

12. Tendenze Tecnologiche

L'uso di AlInGaP rappresenta una tecnologia matura ed efficiente per LED ambra, arancioni e rossi. Le tendenze attuali nella tecnologia dei display includono un passaggio verso soluzioni a più alta densità e a colori completi come OLED e micro-LED per grafica complessa. Tuttavia, per indicazioni numeriche e alfanumeriche semplici, a basso costo, ad alta affidabilità e alta luminosità, i display a segmenti LED rimangono molto rilevanti, specialmente in applicazioni industriali, automobilistiche e outdoor. Gli sviluppi futuri potrebbero concentrarsi su ulteriori guadagni di efficienza, angoli di visione ancora più ampi, integrazione di driver o controller integrati (display intelligenti) e miniaturizzazione mantenendo o aumentando l'altezza della cifra per la visibilità. La spinta verso IoT e dispositivi intelligenti potrebbe anche vedere questi display utilizzati in applicazioni più connesse, sebbene la loro funzione principale come interfaccia uomo-macchina robusta rimanga costante.