Scheda Tecnica Display LED LTS-4801JD - Altezza Cifra 0.39 Pollici - AlInGaP Rosso Iper - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTS-4801JD è un modulo display a sette segmenti, a cifra singola, ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono indicazioni numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente le cifre da 0 a 9 e alcune lettere utilizzando segmenti LED indirizzabili individualmente. Il dispositivo è progettato per l'affidabilità e la facilità di integrazione in vari sistemi elettronici.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Questo display offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto a una gamma di applicazioni. I suoi benefici principali includono un'ottima resa dei caratteri con segmenti uniformi e continui, un'elevata luminosità e contrasto per una visibilità superiore anche in condizioni di luce intensa e un ampio angolo di visuale che garantisce la leggibilità da varie posizioni. Inoltre, presenta un basso fabbisogno energetico e l'affidabilità tipica dello stato solido, contribuendo a una lunga vita operativa e all'efficienza energetica. Il dispositivo è categorizzato per intensità luminosa, garantendo coerenza nei livelli di brillantezza. Il mercato di riferimento include pannelli di controllo industriali, apparecchiature di test e misura, elettrodomestici, cruscotti automobilistici (display secondari) e qualsiasi sistema embedded che richieda un display numerico compatto e affidabile.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Le prestazioni del LTS-4801JD sono definite da un insieme di parametri elettrici e ottici precisi che i progettisti devono considerare per un'implementazione corretta.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la sua funzione. Il dispositivo utilizza chip LED AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) Rosso Iper. L'emissione luminosa è caratterizzata da un'intensità luminosa media tipica (Iv) compresa tra 200 e 650 microcandele (μcd) quando pilotata con una corrente diretta (IF) di 1mA. Il colore è definito da una lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) di 650 nanometri (nm) e una lunghezza d'onda dominante (λd) di 639 nm, entrambe misurate a IF=20mA. La semilarghezza della linea spettrale (Δλ) è di 20 nm, indicando un colore rosso relativamente puro. L'abbinamento dell'intensità luminosa tra i segmenti è specificato con un rapporto massimo di 2:1, garantendo un aspetto uniforme sulla cifra.

2.2 Parametri Elettrici

Le specifiche elettriche garantiscono un funzionamento sicuro ed efficace. I valori massimi assoluti definiscono i limiti operativi: la dissipazione di potenza per segmento è di 70mW, la corrente diretta di picco per segmento è di 90mA (a ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1ms) e la corrente diretta continua per segmento è di 25mA a 25°C, con derating lineare di 0.33 mA/°C. La tensione inversa massima per segmento è di 5V. In condizioni operative tipiche (Ta=25°C, IF=20mA), la tensione diretta per segmento (VF) varia da 2.1V a 2.6V. La corrente inversa (IR) è al massimo di 100 μA a VR=5V.

2.3 Specifiche Termiche e Ambientali

Il dispositivo è classificato per un intervallo di temperatura operativa da -35°C a +85°C e un identico intervallo di temperatura di stoccaggio. Questo ampio range lo rende adatto ad ambienti soggetti a significative variazioni di temperatura. La specifica della temperatura di saldatura indica che il dispositivo può resistere a 260°C per 3 secondi in un punto situato 0.116 pollici (circa 2.95mm) sotto il piano di appoggio, informazione critica per il processo di assemblaggio.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Ciò implica l'applicazione di un sistema di binning, probabilmente basato sull'intensità luminosa media misurata (Iv) in condizioni di test standard (IF=1mA). I bin raggrupperebbero dispositivi con livelli di emissione luminosa simili (es. 200-350 μcd, 350-500 μcd, 500-650 μcd). Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con brillantezza coerente per display multi-cifra o applicazioni dove l'uniformità della luminosità è critica. Il rapporto massimo di abbinamento dell'intensità luminosa di 2:1 specificato è una garanzia di prestazioni all'interno di un singolo dispositivo, mentre il binning assicura coerenza tra più dispositivi.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto della scheda tecnica fornito faccia riferimento a "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche", le curve tipiche per un tale dispositivo illustrerebbero graficamente le relazioni chiave vitali per il progetto.

4.1 Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V)

Una tipica curva I-V mostrerebbe la relazione esponenziale tra corrente diretta (IF) e tensione diretta (VF) per i chip LED AlInGaP. La curva inizierebbe a condurre in modo evidente intorno a 1.8V-2.0V e mostrerebbe una pendenza relativamente ripida nel normale range operativo (es. 5-30mA), con VF che aumenta fino al tipico 2.1V-2.6V a 20mA. Questa curva è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.

4.2 Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta

Questa curva è cruciale per il controllo della luminosità. Tipicamente mostrerebbe che l'intensità luminosa (Iv) aumenta approssimativamente in modo lineare con la corrente diretta (IF) su un ampio intervallo, prima di potenzialmente saturare a correnti molto elevate. La pendenza di questa linea determina l'efficienza (lumen per watt o candele per ampere). I progettisti la utilizzano per selezionare la corrente operativa necessaria per ottenere un livello di luminosità desiderato.

4.3 Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente

L'emissione luminosa di un LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Una curva di derating illustrerebbe l'intensità luminosa relativa in funzione della temperatura ambiente (Ta) o della temperatura di giunzione (Tj). Per i LED AlInGaP, l'output può calare significativamente all'aumentare della temperatura, aspetto che deve essere considerato nella gestione termica e nei progetti destinati ad ambienti ad alta temperatura.

4.4 Distribuzione Spettrale

Un grafico della distribuzione spettrale di potenza mostrerebbe l'intensità relativa della luce emessa su diverse lunghezze d'onda, centrata attorno al picco di 650 nm. La semilarghezza spettrale di 20 nm indica l'ampiezza di questo picco a metà della sua intensità massima, confermando la natura monocromatica della luce rossa.

5. Informazioni Meccaniche e di Confezionamento

La costruzione fisica del LTS-4801JD è definita per l'integrazione meccanica.

5.1 Dimensioni e Disegno di Contorno

Il package ha un'altezza della cifra di 0.39 pollici (10.0 mm). Il dettagliato disegno dimensionato (riferito nella scheda tecnica) specifica la lunghezza, larghezza e altezza complessive del package, le dimensioni e la spaziatura dei segmenti, la spaziatura e la lunghezza dei terminali (pin) e la posizione del punto decimale destro. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25mm salvo diversa indicazione. Questo disegno è essenziale per creare l'impronta PCB e garantire un corretto alloggiamento nel contenitore.

5.2 Piedinatura e Identificazione della Polarità

Il dispositivo ha una configurazione a 10 pin. Presenta un'architettura ad anodo comune, il che significa che gli anodi di tutti i segmenti LED sono collegati internamente e portati a pin specifici. Il collegamento dei pin è il seguente: il Pin 3 e il Pin 8 sono Anodi Comuni (e sono collegati internamente). I catodi per ciascun segmento sono su pin individuali: Pin 1 (G), Pin 2 (F), Pin 4 (E), Pin 5 (D), Pin 6 (D.P. per il punto decimale), Pin 7 (C), Pin 9 (B), Pin 10 (A). La numerazione dei pin e la posizione del pin 1 devono essere identificate dal disegno meccanico. La descrizione "Rt. Hand Decimal" conferma che il punto decimale è posizionato sul lato destro della cifra.

5.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema circuitale interno referenziato rappresenta visivamente la configurazione ad anodo comune. Mostrerebbe un nodo comune (l'anodo) collegato all'alimentazione positiva, con il LED di ciascun segmento (da A a G, più DP) avente il suo catodo collegato a un pin separato. Per illuminare un segmento, il corrispondente pin catodo deve essere portato a livello basso (collegato a massa attraverso una resistenza di limitazione) mentre l'anodo comune è mantenuto alto.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

È necessario un trattamento adeguato per mantenere l'integrità del dispositivo.

6.1 Parametri di Saldatura a Rifusione

Il parametro critico fornito è la temperatura massima di saldatura: 260°C per 3 secondi, misurata 0.116 pollici (2.95mm) sotto il piano di appoggio. Ciò è in linea con i profili tipici di rifusione senza piombo (es. IPC/JEDEC J-STD-020). Dovrebbe essere utilizzato un profilo di rifusione standard con una zona di pre-riscaldamento, un rapido aumento termico, una zona di temperatura di picco non superiore a 260°C per il tempo specificato e una zona di raffreddamento controllata. Il profilo deve garantire che la temperatura ai terminali del package non superi il massimo assoluto.

6.2 Precauzioni e Manipolazione

Durante la manipolazione e l'assemblaggio devono essere osservate le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica), poiché i chip LED sono sensibili all'elettricità statica. Evitare di applicare stress meccanici ai terminali o al package in plastica. La pulizia dopo la saldatura dovrebbe utilizzare metodi compatibili con il materiale del package (probabilmente epossidico).

6.3 Condizioni di Stoccaggio

Il dispositivo dovrebbe essere stoccato entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato da -35°C a +85°C. È consigliabile conservare i componenti in un ambiente a bassa umidità e in imballaggio protettivo ESD fino al momento dell'uso, per prevenire l'assorbimento di umidità e danni elettrostatici.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune per un display ad anodo comune come il LTS-4801JD è il multiplexing, specialmente quando si utilizzano più cifre. Un microcontrollore o un driver dedicato per display alimenterebbe sequenzialmente l'anodo comune di ciascuna cifra mentre invia il pattern catodico per i segmenti che devono essere accesi su quella cifra. Questo metodo risparmia pin I/O. Per un'applicazione a cifra singola, può essere utilizzato un pilotaggio statico più semplice: collegare i pin anodo comune (3 & 8) alla tensione di alimentazione positiva (Vcc) attraverso una resistenza di limitazione per l'intero display, e collegare ciascun pin catodo (A-G, DP) a un pin I/O del microcontrollore o a un transistor di pilotaggio. Ogni pin I/O avrebbe bisogno di una resistenza di limitazione in serie per il rispettivo segmento.

7.2 Calcolo della Resistenza di Limitazione

Il valore della resistenza di limitazione è critico. Può essere calcolato utilizzando la Legge di Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Ad esempio, con Vcc di 5V, un VF tipico di 2.6V e una IF desiderata di 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohm. La potenza nominale della resistenza dovrebbe essere almeno P = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048W, quindi una resistenza standard da 1/8W (0.125W) o 1/4W è sufficiente.

7.3 Considerazioni di Progetto

Controllo della Luminosità:La luminosità può essere regolata variando la corrente diretta (IF) entro i limiti specificati, sia cambiando il valore della resistenza che utilizzando la PWM (Modulazione di Larghezza di Impulso) sul segnale di pilotaggio. La PWM è altamente efficace per la regolazione dell'intensità.

Angolo di Visuale:L'ampio angolo di visuale è vantaggioso, ma è bene considerare la direzione di visuale primaria quando si posiziona il display nel prodotto finale.

Gestione Termica:Sebbene la dissipazione di potenza sia bassa, assicurare un'adeguata ventilazione se si utilizzano più display o se si opera ad alte temperature ambiente per prevenire il degrado della luminosità e prolungare la durata.

Miglioramento del Contrasto:La faccia grigia e i segmenti bianchi forniscono un contrasto intrinseco. Per una leggibilità ottimale, una cornice di colore scuro o un filtro attorno al display può ulteriormente migliorare il contrasto, specialmente in condizioni di luce ambiente intensa.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Il LTS-4801JD si differenzia principalmente attraverso l'uso della tecnologia AlInGaP e specifiche caratteristiche prestazionali.

AlInGaP vs. Altre Tecnologie LED:Rispetto ai tradizionali LED rossi GaAsP o GaP, i LED AlInGaP offrono un'efficienza luminosa significativamente più alta (più luce per unità di potenza elettrica), una migliore stabilità termica e un colore rosso più saturo, "iper". Rispetto ai più recenti LED bianchi ad alta potenza utilizzati con filtri, questo dispositivo è più semplice, richiede elettronica di pilotaggio meno complessa e offre direttamente un colore rosso puro ed efficiente.

Tra i Display a Sette Segmenti:La sua altezza cifra di 0.39 pollici lo colloca in una categoria di dimensioni comune per strumenti da pannello. I principali vantaggi competitivi elencati sono i suoi segmenti uniformi e continui (per un aspetto pulito), l'alta luminosità e contrasto e la categorizzazione per intensità luminosa (che garantisce coerenza). Il basso fabbisogno energetico è anche un vantaggio per i dispositivi alimentati a batteria.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è lo scopo di avere due pin anodo comune (Pin 3 e Pin 8)?

R1: Avere due pin per la connessione comune aiuta a distribuire la corrente totale dell'anodo, che è la somma delle correnti di tutti i segmenti accesi. Ciò riduce la densità di corrente in un singolo pin e traccia PCB, migliorando l'affidabilità. Sono collegati internamente, quindi solo uno deve essere collegato in un circuito, ma si consiglia di collegarli entrambi per le migliori prestazioni.

D2: Posso pilotare questo display direttamente da un microcontrollore a 3.3V senza una resistenza di limitazione?

R2: No. Devi sempre utilizzare una resistenza di limitazione per ogni segmento (o una sorgente di corrente regolata). La tensione diretta (VF) è tipicamente 2.1V-2.6V. Collegare direttamente 3.3V al LED attraverso un pin del microcontrollore tenterebbe di far passare una corrente non controllata, potenzialmente distruttiva, attraverso il LED, poiché l'unica resistenza sarebbe quella interna del pin MCU e del LED, che è molto bassa.

D3: Cosa significa "derating lineare da 25°C" per la corrente diretta continua?

R3: Significa che la massima corrente diretta continua ammissibile diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente sopra i 25°C. Il fattore di derating è 0.33 mA/°C. Ad esempio, a 50°C (25°C sopra il riferimento), la corrente massima sarebbe 25mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8.25mA = 16.75mA. Ciò previene il surriscaldamento e garantisce l'affidabilità.

D4: Come interpreto il rapporto di abbinamento dell'intensità luminosa di 2:1?

R4: Ciò significa che all'interno di una singola unità LTS-4801JD, il segmento meno luminoso non sarà meno della metà della luminosità del segmento più luminoso quando misurato nelle stesse condizioni (IF=1mA). Ciò garantisce uniformità visiva sulla cifra.

10. Caso Pratico di Progetto e Utilizzo

Caso: Progettare un Indicatore per Voltmetro Digitale Semplice

Un progettista sta creando un voltmetro digitale compatto per visualizzare da 0.0V a 19.9V. Ha bisogno di un display chiaro e a basso consumo. Seleziona il LTS-4801JD per la sua alta luminosità e dimensione di 0.39 pollici, che è leggibile per l'uso previsto. Vengono utilizzati tre display per le tre cifre. L'ADC del microcontrollore legge la tensione, la converte in un valore e pilota i display tramite uno schema di multiplexing utilizzando un array di transistor per gli anodi comuni e i pin I/O del MCU (con resistenze in serie) per i catodi dei segmenti. Il punto decimale destro sulla cifra centrale viene utilizzato per mostrare i decimi. Il colore rosso AlInGaP è scelto per il suo alto contrasto su un pannello scuro. Il progettista calcola i valori delle resistenze per un sistema a 5V per pilotare ogni segmento a ~15mA, fornendo luminosità ampia rimanendo ben all'interno del rating continuo di 25mA a temperatura ambiente.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il LTS-4801JD opera sul principio fondamentale dell'elettroluminescenza nei materiali semiconduttori. La struttura del chip AlInGaP forma una giunzione p-n. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia della giunzione (circa 1.8-2.0V), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Nell'AlInGaP, questa ricombinazione rilascia energia principalmente sotto forma di fotoni (luce) nella gamma di lunghezze d'onda del rosso (~650 nm). Ciascuno dei sette segmenti (da A a G) e il punto decimale (DP) contengono uno o più di questi minuscoli chip LED incorporati nel package. La configurazione ad anodo comune semplifica il circuito di pilotaggio esterno consentendo a una singola sorgente di tensione positiva di alimentare tutti i segmenti, con il controllo individuale ottenuto mettendo a massa il catodo del segmento desiderato.

12. Tendenze Tecnologiche e Contesto

I display LED a sette segmenti come il LTS-4801JD rappresentano una tecnologia di visualizzazione matura e altamente ottimizzata. Mentre tecnologie più recenti come OLED a matrice di punti o LCD TFT offrono maggiore flessibilità (grafica completa, più colori), i LED a sette segmenti mantengono forti vantaggi in nicchie specifiche: estrema semplicità dell'elettronica di pilotaggio, luminosità e contrasto molto elevati, eccellente leggibilità alla luce solare diretta, ampio intervallo di temperatura operativa e affidabilità a lungo termine eccezionale senza retroilluminazione che possa guastarsi. La tendenza all'interno di questo segmento è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt) utilizzando materiali semiconduttori avanzati come l'AlInGaP, come si vede in questo dispositivo, e verso package a montaggio superficiale per l'assemblaggio automatizzato. Rimangono la soluzione di riferimento per applicazioni dove un display numerico economico, robusto e altamente leggibile è il requisito principale.