Scheda Tecnica Display a LED LTD-5023AJD - Altezza Cifra 0.56 Pollici - Tensione Diretta 2.6V - Colore Rosso Iper - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-5023AJD è un modulo display a LED a due cifre, a sette segmenti più punto decimale. Presenta un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm), garantendo un output numerico nitido e leggibile, ideale per svariate applicazioni di strumentazione e display. Il dispositivo utilizza chip LED avanzati in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) di colore Rosso Iper, cresciuti epitassialmente su un substrato di GaAs. Questa tecnologia è nota per la sua elevata efficienza e le eccellenti prestazioni luminose. Il display presenta una facciata grigio chiaro con segmenti bianchi, offrendo un aspetto classico e ad alto contrasto che migliora la leggibilità in diverse condizioni di illuminazione.

1.1 Vantaggi Principali

• Elevata Luminosità & Contrasto:La tecnologia AlInGaP garantisce un'intensità luminosa superiore, assicurando che il display sia facilmente visibile.
• Ampio Angolo di Visione:Fornisce luminosità e colore uniformi in un'ampia gamma di posizioni di osservazione.
• Basso Fabbisogno di Potenza:Progettato per un funzionamento efficiente, lo rende adatto a dispositivi alimentati a batteria o attenti al consumo energetico.
• Aspetto del Carattere Eccellente:Caratterizzato da segmenti continui e uniformi per una visualizzazione numerica pulita e professionale.
• Affidabilità allo Stato Solido:Rispetto ad altre tecnologie di visualizzazione, i LED offrono una lunga vita operativa e robustezza contro urti e vibrazioni.
• Categorizzato per Intensità Luminosa:I dispositivi sono suddivisi in lotti per garantire livelli di luminosità uniformi, favorendo l'uniformità di progettazione.
• Confezionamento Senza Piombo:Conforme alle normative ambientali (es. RoHS).

1.2 Mercato di Riferimento

Questo display è ideale per applicazioni che richiedono indicatori numerici affidabili, luminosi e di facile lettura. Casi d'uso comuni includono apparecchiature di test e misurazione, pannelli di controllo industriali, dispositivi medici, elettrodomestici, cruscotti automobilistici (display secondari) e terminali punto vendita.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA (a 1 kHz, ciclo di lavoro 10%). Questo valore è per il funzionamento in impulsi per ottenere una luminosità istantanea più elevata senza surriscaldamento.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente al tasso di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°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.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento & Stoccaggio:-35°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura:Resiste a un massimo di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il piano di appoggio, aspetto critico per i processi di saldatura a rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettriche & Ottiche (Ta=25°C)

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

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da 320 μcd (min) a 700 μcd (max) con una corrente diretta (I_F) di 1 mA. A 10 mA, l'intensità tipica è 16250 μcd (16.25 mcd). Questa elevata efficienza è un tratto distintivo della tecnologia AlInGaP.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nm (tipico). Definisce il picco spettrale dell'emissione luminosa, collocandola nella regione del rosso iper dello spettro.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm (tipico). Indica la purezza spettrale; una larghezza più stretta significa un colore più monocromatico.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm (tipico). È la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano ed è cruciale per la specifica del colore.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.1 V (min), 2.6 V (tipico) con I_F=20 mA. Questo parametro è essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (max) con una tensione inversa (V_R) di 5V.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (max) con I_F=1 mA. Specifica la massima variazione di luminosità consentita tra i segmenti all'interno di un dispositivo, garantendo uniformità visiva.

Nota: Le misurazioni dell'intensità luminosa utilizzano un sensore e un filtro che approssimano la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE per una precisione rilevante per la visione umana.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò implica un processo di binning in cui i display vengono suddivisi in base all'output ottico misurato a una corrente di test standard (probabilmente 1 mA o 10 mA). I progettisti possono selezionare i lotti per garantire una luminosità uniforme tra più unità in un prodotto, evitando variazioni evidenti tra i display. Sebbene codici di lotto specifici non siano forniti in questo estratto, i lotti tipici sono definiti da intervalli di intensità luminosa (es. Lotto A: 500-600 μcd, Lotto B: 600-700 μcd).

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche". Sebbene non visualizzate nel testo fornito, tali curve includono tipicamente:

• Curva I-V (Corrente-Tensione):Mostra la relazione tra tensione diretta e corrente per un segmento. È non lineare, con una tensione di soglia intorno a 1.8-2.0V per l'AlInGaP, che sale al tipico 2.6V a 20 mA.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Un grafico che mostra come l'emissione luminosa aumenta con la corrente. Generalmente è lineare a correnti basse ma può saturarsi a correnti più elevate a causa degli effetti termici.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Dimostra come l'emissione luminosa diminuisca all'aumentare della temperatura. I LED AlInGaP hanno buone prestazioni ad alte temperature rispetto ad altri materiali, ma è comunque necessario il derating.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~650 nm e la larghezza a mezza altezza di 20 nm.

Queste curve sono vitali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard e per ottimizzare le condizioni di pilotaggio per esigenze applicative specifiche (es. massimizzare la luminosità vs. massimizzare l'efficienza o la durata).

5. Informazioni Meccaniche & sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è fornito in un package standard dual in-line (DIP). Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25 mm (0.01"). Il contorno esatto, la spaziatura dei segmenti, la spaziatura dei piedini e l'altezza/larghezza/lunghezza complessiva sono definiti nel disegno dimensionale a pagina 2 della scheda tecnica. Questo disegno è fondamentale per il design dell'impronta PCB e l'integrazione meccanica nel prodotto finale.

5.2 Connessioni dei Pin & Circuito Interno

Il LTD-5023AJD è un display di tipocatodo comune. Ciò significa che i catodi (terminali negativi) dei LED per ciascuna cifra sono collegati internamente insieme. Il pinout è il seguente:

• Pin 1-4, 15-18: Controllano i segmenti (A, B, C, D, E, F, G, DP) dellaCifra 1.
• Pin 5-13: Controllano i segmenti (A, B, C, D, E, F, G, DP) e il catodo comune dellaCifra 2.
• Pin 14: Catodo comune per laCifra 1.

Lo schema circuitale interno mostra la disposizione dei 14 segmenti LED (7 per cifra, più due punti decimali) e la loro connessione ai 18 pin. È necessario il multiplexing per pilotare entrambe le cifre: abilitando alternativamente il catodo della Cifra 1 e della Cifra 2 mentre si forniscono i segnali di anodo per i segmenti desiderati della cifra attiva, entrambe le cifre possono essere controllate con un numero inferiore di linee I/O.

6. Linee Guida per Saldatura & Assemblaggio

Il valore massimo assoluto specifica un profilo di temperatura di saldatura: il package può resistere a una temperatura di picco di 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata in un punto 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio (cioè, sul PCB vicino al piedino). Questo è un valore standard per i processi di saldatura a rifusione senza piombo (es. utilizzando lega SAC305). I progettisti devono assicurarsi che il profilo del forno a rifusione rimanga entro questi limiti per prevenire danni ai chip LED o al package plastico. Durante la manipolazione devono essere osservate le normali precauzioni contro le scariche elettrostatiche (ESD). Lo stoccaggio deve avvenire nell'intervallo specificato di -35°C a +85°C in un ambiente a bassa umidità.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Per pilotare questo display, è necessario un microcontrollore o un circuito integrato driver dedicato. Per display a catodo comune, i pin catodo sono collegati a massa (tramite un transistor di commutazione per il multiplexing), e i pin anodo sono collegati a una sorgente di tensione a corrente limitata (es. attraverso una resistenza in serie o un driver a corrente costante). La tensione diretta (V_F) di 2.6V e la corrente desiderata (I_F, es. 10-20 mA per piena luminosità) determinano il valore della resistenza in serie: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Se si multiplexano due cifre a 10 mA ciascuna, la corrente di picco durante il tempo di accensione della cifra potrebbe essere 10 mA, ma la corrente media per segmento è inferiore, riducendo il consumo energetico.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre resistenze in serie o driver a corrente costante. Non collegare mai un LED direttamente a una sorgente di tensione.
• Multiplexing:Essenziale per display multi-cifra per minimizzare il numero di pin. La frequenza di refresh deve essere sufficientemente alta (>60 Hz) per evitare sfarfallio visibile.
• Gestione del Calore:Sebbene i LED siano efficienti, la dissipazione di potenza (P = V_F* I_F) per segmento può raggiungere fino a 52 mW (2.6V * 20mA). Assicurare un'adeguata ventilazione, specialmente se pilotati ad alte correnti o in alte temperature ambiente.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è vantaggioso, ma considerare la linea di vista principale dell'utente quando si monta il display.

8. Confronto Tecnico

Rispetto a tecnologie più datate come i LED rossi standard in GaAsP (Fosfuro di Gallio Arseniuro), il LED Rosso Iper in AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore (più luce per mA di corrente) e prestazioni migliori a temperature elevate. Rispetto ai LED bianchi (spesso LED blu + fosforo), offre una purezza del colore superiore e tipicamente un'efficienza più alta per la luce rossa monocromatica. L'altezza della cifra di 0.56" è una dimensione comune, che offre un buon equilibrio tra leggibilità e compattezza rispetto a display più piccoli (0.3") o più grandi (0.8").

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 punto più alto sulla curva di emissione spettrale. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che apparirebbe dello stesso colore all'occhio umano. Spesso differiscono leggermente.

D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V?

R: Sì. Con una V_Fdi 2.6V, un'alimentazione a 3.3V è sufficiente. Una resistenza in serie sarebbe: R = (3.3V - 2.6V) / 0.020A = 35 Ohm. Una resistenza standard da 33 o 39 Ohm sarebbe adatta.

D: Perché la corrente diretta di picco (90mA) è molto più alta della corrente continua (25mA)?

R: Il LED può gestire impulsi brevi ad alta corrente senza surriscaldarsi, permettendo schemi di multiplexing del display più luminosi (dove ogni cifra è accesa solo per una frazione del tempo) o per creare lampi molto luminosi.

D: Cosa significa "AlInGaP epi su substrato GaAs"?

R: Gli strati emissivi (gli strati epitassiali o "epi") sono realizzati in Fosfuro di Alluminio Indio Gallio. Questi sono cresciuti su un wafer di Arseniuro di Gallio (GaAs) che fornisce supporto strutturale ma non è il materiale emissivo primario.

10. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettazione di un display per un semplice voltmetro digitale.

Il circuito del voltmetro produce un'uscita BCD (Decimal Codificato in Binario) corrispondente a una lettura di tensione. Un microcontrollore legge questo valore BCD. Utilizza quindi una tabella di ricerca per determinare quali segmenti (A-G) illuminare per ogni cifra per visualizzare il numero. I pin I/O del microcontrollore, collegati tramite resistenze di limitazione della corrente, pilotano i pin anodo del LTD-5023AJD. Altri due pin I/O, collegati a transistor di commutazione, controllano i pin catodo comune (14 e 13). Il software alterna rapidamente (multiplexing) tra l'abilitazione della Cifra 1 e della Cifra 2, inviando i pattern anodo corretti per ciascuna cifra. La dimensione di 0.56" garantisce una lettura chiara da una tipica distanza da banco, e l'alto contrasto assicura la visibilità sotto l'illuminazione dell'officina. Il basso consumo energetico è vantaggioso se il misuratore è portatile.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

L'AlInGaP è un composto semiconduttore III-V. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro nel reticolo cristallino determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per il colore Rosso Iper, il bandgap è sintonizzato per emettere fotoni intorno ai 650 nm. Il substrato di GaAs è otticamente assorbente a questa lunghezza d'onda, quindi la luce viene tipicamente estratta dalla superficie superiore del chip. La denominazione "Rosso Iper" indica un colore rosso profondo e saturo con alta efficienza luminosa.

12. Tendenze dello Sviluppo Tecnologico

La tecnologia dei display a LED continua a evolversi. Sebbene l'AlInGaP rimanga il materiale dominante per LED rossi e ambra ad alta efficienza, le tendenze includono:

• Aumento dell'Efficienza:Miglioramenti continui nella scienza dei materiali e nel design dei chip producono più lumen per watt, consentendo display più luminosi a potenza inferiore.
• Miniaturizzazione:Lo sviluppo di geometrie di chip più piccole consente display a risoluzione più alta o dimensioni del package più ridotte.
• Miglioramento della Gestione Termica:Nuovi materiali e design del package dissipano meglio il calore, permettendo correnti di pilotaggio più elevate e luminosità sostenuta.
• Integrazione:Tendenza verso display con circuiti integrati driver integrati ("display intelligenti") per semplificare la progettazione del sistema.
• Espansione della Gamma di Colori:Sebbene questo sia un dispositivo monocromatico, le tendenze più ampie coinvolgono lo sviluppo di nuovi fosfori e materiali a emissione diretta per gamme di colori più ampie nei display a colori completi, sebbene il rosso AlInGaP sia un componente chiave in tali sistemi RGB.