Scheda Tecnica Display LED LTC-5723JD - Altezza Cifra 0.56 Pollici - Rosso AlInGaP - Catodo Comune Multiplex - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTC-5723JD è un modulo display a sette segmenti e quattro cifre ad alte prestazioni, progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida e luminosa. La sua funzione principale è rappresentare visivamente dati numerici su quattro cifre distinte, ciascuna composta da sette segmenti indirizzabili singolarmente più un punto decimale. La tecnologia alla base di questo display è l'utilizzo di chip LED in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP), rinomati per la loro alta efficienza e l'ottima emissione luminosa nello spettro del rosso. Questi chip sono realizzati su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs), contribuendo al contrasto e alle prestazioni complessive del dispositivo. Il display presenta una mascherina grigia con marcature dei segmenti bianche, migliorando la leggibilità fornendo uno sfondo ad alto contrasto per i segmenti rossi illuminati. Questa combinazione è particolarmente efficace in varie condizioni di illuminazione, garantendo che le informazioni visualizzate siano facilmente distinguibili.

Il dispositivo è progettato per il funzionamento multiplex, utilizzando una configurazione a catodo comune per ciascuna cifra. Questo design riduce significativamente il numero di pin di ingresso/uscita richiesti da un microcontrollore o circuito di pilotaggio, rendendolo una soluzione efficiente in termini di spazio e costo per display multi-cifra. Attivando sequenzialmente ogni cifra ad alta frequenza, tutte e quattro le cifre appaiono continuamente illuminate all'occhio umano, una tecnica standard nei display LED multiplex. L'LTC-5723JD è classificato per intensità luminosa, il che significa che le unità sono raggruppate e vendute secondo specifici intervalli di luminosità, consentendo ai progettisti di selezionare i componenti che soddisfano i requisiti precisi dell'applicazione per uniformità o soglie minime di luminosità.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

Il display offre diversi vantaggi distintivi che lo rendono adatto a un'ampia gamma di applicazioni industriali, commerciali e di strumentazione.

• Prestazioni Ottiche:Offre elevata luminosità e alto contrasto, garantendo un'ottima resa dei caratteri e leggibilità anche in ambienti molto luminosi. L'ampio angolo di visualizzazione consente di leggere il display chiaramente da varie posizioni, non solo frontalmente.
• Efficienza Elettrica:Il dispositivo ha un basso requisito di potenza per segmento, contribuendo a un consumo energetico complessivo del sistema inferiore. L'uso della tecnologia AlInGaP ad alta efficienza è fondamentale per ottenere queste prestazioni.
• Design e Affidabilità:Presenta segmenti uniformi e continui, che forniscono un'estetica pulita e professionale senza interruzioni visibili nelle barre illuminate. Essendo un dispositivo a stato solido, offre un'affidabilità e una longevità superiori rispetto ai display meccanici o a vuoto, senza parti in movimento o filamenti soggetti a usura.
• Caratteristiche Fisiche:Con un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.2 mm), fornisce una visualizzazione numerica ampia e facilmente leggibile, adatta per strumenti da pannello, apparecchiature di test e altri dispositivi in cui i dati devono essere monitorati a distanza.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Oggettiva

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri elettrici, ottici e fisici specificati nella scheda tecnica. Comprendere queste specifiche è cruciale per una corretta progettazione del circuito e per garantire un funzionamento affidabile entro i limiti del dispositivo.

2.1 Valori Limite Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o al di sotto non è garantito e dovrebbe essere evitato nell'uso normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la massima quantità di potenza che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED in qualsiasi condizione.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:90 mA. Questa corrente è consentita solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms. Viene utilizzata per ottenere una luminosità istantanea molto elevata, ad esempio negli schemi multiplex.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questo valore diminuisce linearmente sopra i 25°C a un tasso di 0.28 mA/°C. Per un funzionamento affidabile a lungo termine, la corrente continua deve essere ridimensionata all'aumentare della temperatura ambiente per prevenire il surriscaldamento.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Applicare una tensione inversa superiore a questo valore può danneggiare la giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6 mm sotto il piano di appoggio. Questo è critico per i processi di saldatura a onda o rifusione per prevenire danni termici ai chip LED o al package.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono tipicamente misurati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C e definiscono le prestazioni operative normali del dispositivo.

• Intensità Luminosa Media (I_V):340 μcd (Min), 700 μcd (Tip) a una corrente diretta (I_F) di 1 mA. Questa è una misura della luminosità percepita di un segmento. L'ampio intervallo indica che il dispositivo è disponibile in diversi gruppi di luminosità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nm (Tip) a I_F=20 mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita è massima, collocandola nella parte del rosso brillante dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm (Tip) a I_F=20 mA. Questo indica la purezza spettrale; un valore più piccolo significa un'uscita più monocromatica (colore puro).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm (Tip) a I_F=20 mA. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce.
• Tensione Diretta (V_F):2.1V (Tip), 2.6V (Max) a I_F=20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente.
• Corrente Inversa (I_R):100 μA (Max) a una tensione inversa (V_R) di 5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):2:1 (Max) a I_F=1 mA. Questo specifica la massima variazione di luminosità consentita tra diversi segmenti dello stesso dispositivo, garantendo l'uniformità visiva.

Nota sulla Misurazione:L'intensità luminosa è misurata utilizzando una combinazione di sensore e filtro che approssima la curva di risposta fotopica dell'occhio CIE, garantendo che i valori corrispondano alla percezione umana della luminosità.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Questo si riferisce a una pratica comune nella produzione di LED nota come binning.

• Binning dell'Intensità Luminosa:A causa delle variazioni intrinseche nel processo di produzione dei semiconduttori, i LED dello stesso lotto di produzione possono avere output di luminosità leggermente diversi. I produttori testano e suddividono (bin) questi LED in gruppi in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. 1 mA). L'LTC-5723JD è disponibile con un'intensità minima di 340 μcd e tipica di 700 μcd. Codici d'ordine specifici o suffissi probabilmente corrispondono a diversi gruppi di luminosità (es. un gruppo standard e un gruppo ad alta luminosità). I progettisti possono specificare il gruppo richiesto per garantire la coerenza tra più display in un prodotto o per soddisfare un requisito di luminosità minima.
• Binning della Lunghezza d'Onda/Colore:Sebbene non dettagliato esplicitamente nell'estratto fornito, i LED AlInGaP possono anche essere raggruppati per lunghezza d'onda dominante o di picco per garantire una tonalità di rosso coerente su tutti i segmenti e dispositivi. I valori tipici stretti per λ_p(650 nm) e λ_d(639 nm) suggeriscono una buona coerenza di colore intrinseca.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, le curve standard per tali dispositivi includono tipicamente:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I_F-V_F):Questa curva non lineare mostra quanta tensione è necessaria per ottenere una data corrente diretta. È essenziale per progettare il circuito di pilotaggio, specialmente per i driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I_V-I_F):Questa curva mostra come la luminosità aumenta con la corrente. È generalmente lineare in un intervallo ma satura a correnti molto elevate. Aiuta a determinare la corrente operativa necessaria per ottenere un livello di luminosità desiderato.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente (Curva I_V-T_a):Questa mostra come la luminosità diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (o di giunzione). Questo ridimensionamento è critico per le applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura.
• Intensità Relativa vs. Lunghezza d'Onda (Spettro):Un grafico che mostra la distribuzione dell'output luminoso su diverse lunghezze d'onda, centrato attorno alla lunghezza d'onda di emissione di picco. Definisce le caratteristiche cromatiche del LED.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni del Package

Il disegno meccanico fornisce le dimensioni critiche per la progettazione dell'impronta PCB e dei fori del pannello. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm se non diversamente specificato. Le caratteristiche principali includono la lunghezza, larghezza e altezza complessive del package, la spaziatura tra le cifre, le dimensioni e la posizione dei piedini di montaggio e la posizione del punto decimale rispetto alle cifre. I progettisti devono attenersi a queste dimensioni per garantire un corretto adattamento fisico e allineamento nell'assemblaggio del prodotto finale.

5.2 Connessione dei Piedini e Schema Circuitale Interno

Il dispositivo ha una configurazione a 12 piedini. Lo schema circuitale interno rivela un'architettura multiplex a catodo comune.

• Piedinatura:
  
  1: Anodo E
  
  2: Anodo D
  
  3: Anodo DP (Punto Decimale)
  
  4: Anodo C
  
  5: Anodo G
  
  6: Catodo Comune (Cifra 4)
  
  7: Anodo B
  
  8: Catodo Comune (Cifra 3)
  
  9: Catodo Comune (Cifra 2)
  
  10: Anodo F
  
  11: Anodo A
  
  12: Catodo Comune (Cifra 1)
• Architettura del Circuito:Tutti gli anodi di segmenti simili (es. tutti i segmenti "A" delle cifre 1-4) sono collegati internamente a un singolo piedino. Ogni cifra ha il proprio piedino di catodo comune dedicato. Per illuminare un segmento specifico su una cifra specifica, il corrispondente piedino anodo deve essere portato a livello alto (o collegato a una sorgente di corrente), e il piedino catodo della cifra corrispondente deve essere portato a livello basso (collegato a massa). Questa struttura minimizza le linee di pilotaggio richieste da 32 (4 cifre * 8 segmenti) a sole 12 (7 anodi di segmento + 1 anodo DP + 4 catodi di cifra).

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il rispetto del profilo di saldatura specificato è obbligatorio per prevenire danni.

• Parametri di Saldatura a Rifusione:La temperatura massima consentita alla giunzione piedino/saldatura è di 260°C, e questa temperatura non deve essere mantenuta per più di 3 secondi. Il profilo deve essere progettato per rimanere entro questo intervallo. Il preriscaldamento è necessario per minimizzare lo shock termico.
• Saldatura Manuale:Se è necessaria la saldatura manuale, dovrebbe essere utilizzato un saldatore a temperatura controllata. Il tempo di contatto per piedino dovrebbe essere minimizzato, idealmente a meno di 3 secondi, utilizzando una punta a bassa massa termica.
• Pulizia:Utilizzare solo agenti pulenti compatibili con la plastica della mascherina e i materiali epossidici del display. Evitare solventi aggressivi.
• Condizioni di Stoccaggio:Il dispositivo deve essere conservato nella sua busta originale barriera all'umidità in un ambiente entro l'intervallo di temperatura di stoccaggio (-35°C a +85°C) e a bassa umidità. Se la busta è stata aperta, i dispositivi devono essere utilizzati entro un periodo di tempo specificato o sottoposti a baking prima della saldatura se hanno assorbito umidità.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Apparecchiature di Test e Misura:Multimetri digitali, oscilloscopi, alimentatori e frequenzimetri.
• Controlli Industriali e Strumentazione:Strumenti da pannello per monitoraggio di temperatura, pressione, flusso e livello; timer di processo; display contatori.
• Elettronica di Consumo e Commerciale:Sistemi di vendita al dettaglio (POS), bilance, sveglie radio e display per elettrodomestici.
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e strumenti diagnostici (dove sono soddisfatte le specifiche ambientali).

7.2 Considerazioni di Progettazione e Circuiti di Pilotaggio

• Driver Multiplex:È quasi sempre richiesto un microcontrollore o un IC driver display dedicato (es. MAX7219, TM1637). Il firmware o l'hardware deve ciclare rapidamente attraverso le quattro cifre (tipicamente >100 Hz) per evitare sfarfallio visibile.
• Limitazione della Corrente:Ogni linea anodo o catodo deve avere resistori di limitazione della corrente appropriati o essere pilotata da una sorgente di corrente costante. Il valore del resistore è calcolato utilizzando R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione di 5V e una I_Fobiettivo di 10 mA con una V_Ftipica di 2.1V, R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ω. Un resistore da 270 Ω o 330 Ω sarebbe adatto.
• Dissipazione di Potenza:Calcolare la potenza totale per lo scenario peggiore (tutti i segmenti di una cifra accesi). Con 8 segmenti a 10 mA ciascuno e V_F=2.1V, la potenza per cifra è 8 * 0.01 * 2.1 = 0.168W. Assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa gestirla.
• Angolo di Visualizzazione e Montaggio:Posizionare il display dietro il foro del pannello in modo che la cornice non ostruisca l'ampio angolo di visualizzazione. Assicurare un supporto posteriore uniforme per evitare stress sui piedini.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Confronto con altre tecnologie di display e tipi di LED:

• vs. LCD:I LED sono emissivi (producono la propria luce), offrendo luminosità superiore, angoli di visualizzazione più ampi e prestazioni migliori in ambienti a bassa temperatura. Non richiedono retroilluminazione. Tuttavia, tipicamente consumano più potenza degli LCD riflettenti e hanno un colore fisso.
• vs. Altri Colori LED (GaAsP, GaP):La tecnologia AlInGaP, come utilizzata nell'LTC-5723JD, offre un'efficienza luminosa significativamente più alta e una migliore stabilità termica rispetto ai vecchi materiali per LED rossi come il GaAsP, risultando in display più luminosi con colore più consistente al variare della temperatura.
• vs. Display a Singola Cifra o Più Piccoli:L'integrazione di quattro cifre in un unico package risparmia spazio sul PCB, riduce il tempo di assemblaggio e migliora la precisione di allineamento rispetto all'uso di quattro display a cifra singola separati.
• vs. Display ad Anodo Comune:La scelta tra catodo comune e anodo comune è spesso dettata dall'IC driver o dal circuito del microcontrollore. Il catodo comune è frequentemente utilizzato con microcontrollori che erogano bene corrente ma ne assorbono meno, poiché possono erogare corrente agli anodi e utilizzare transistor NPN o MOSFET a canale N per assorbire le correnti di catodo più elevate.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

• D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V?
  
  R: Sì, ma devi verificare la tensione diretta. A una corrente di pilotaggio inferiore (es. 5 mA), V_Fpotrebbe essere circa 2.0V, lasciando 1.3V per il resistore di limitazione, il che è sufficiente. Potresti dover ridurre la corrente obiettivo per mantenere la luminosità o utilizzare un IC driver che possa aumentare la tensione ai segmenti.
• D: Perché la corrente di picco (90 mA) è così più alta della corrente continua (25 mA)?
  
  R: I LED possono gestire impulsi molto brevi e ad alta corrente senza surriscaldarsi perché la massa termica del chip impedisce un rapido aumento della temperatura. Questo è sfruttato nel multiplex, dove ogni cifra è accesa solo per il 25% del tempo (ciclo di lavoro 1/4). Una corrente di picco di 40-50 mA con un ciclo di lavoro del 25% può far apparire il display molto più luminoso rispetto a un funzionamento continuo a 25 mA.
• D: Cosa significa "rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa 2:1" nella pratica?
  
  R: Significa che all'interno di un singolo dispositivo, il segmento più debole non sarà meno della metà luminoso del segmento più brillante nelle stesse condizioni di test. Ciò garantisce l'uniformità visiva del display. Per applicazioni critiche, potrebbe essere necessario specificare un gruppo più stretto (es. 1.5:1).
• D: Come calcolo la frequenza di aggiornamento per il multiplex?
  
  R: L'intero ciclo di illuminazione di tutte e quattro le cifre deve completarsi a una frequenza sufficientemente alta per evitare lo sfarfallio, tipicamente >60-100 Hz. Pertanto, il periodo per ogni cifra è 1/(Frequenza di Aggiornamento * Numero di Cifre). Per un aggiornamento a 100 Hz e 4 cifre, ogni cifra è accesa per 1/400s = 2.5 ms. Il timer del microcontrollore deve commutare le cifre ogni 2.5 ms.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettare un Semplice Voltmetro a 4 Cifre.

Un progettista sta creando un voltmetro DC 0-30V. La tensione analogica viene letta dall'ADC di un microcontrollore. Il microcontrollore deve pilotare il display LTC-5723JD.

1. Progettazione Hardware:I pin I/O del microcontrollore sono collegati alle 8 linee anodo (A-G, DP) tramite resistori di limitazione della corrente da 330Ω. Altri quattro pin I/O sono collegati alle basi di quattro transistor NPN (es. 2N3904). I collettori di questi transistor si collegano ai quattro piedini catodo (Cifre 1-4), e gli emettitori a massa. Un resistore di base (es. 4.7kΩ) viene utilizzato per ogni transistor.
2. Logica Firmware:Il firmware converte la lettura ADC in quattro cifre separate. Entra in una routine di interrupt del timer che funziona a 400 Hz. In ogni interrupt, spegne tutti i transistor delle cifre. Quindi imposta le linee anodo (tramite una porta o un registro a scorrimento) sul pattern di segmenti per la cifra successiva in sequenza. Infine, accende il transistor per quella cifra specifica. Questo ciclo continua ininterrottamente.
3. Controllo della Luminosità:La luminosità del display può essere regolata in due modi: 1) Cambiando il valore dei resistori di limitazione della corrente (resistenza inferiore = corrente più alta = più luminoso), restando entro i valori limite massimi. 2) Utilizzando la Modulazione di Larghezza di Impulso (PWM) sulle linee di abilitazione delle cifre all'interno della routine multiplex, cambiando efficacemente il ciclo di lavoro per tutte le cifre simultaneamente.

11. Principio di Funzionamento

Il principio di funzionamento fondamentale si basa sull'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 2.1V per questo materiale AlInGaP), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In un semiconduttore a bandgap diretto come l'AlInGaP, questa ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce). La composizione specifica della lega Al_xIn_yGa_1-x-yP determina l'energia del bandgap e quindi la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa, che per questo dispositivo è nello spettro del rosso. Il substrato non trasparente di GaAs assorbe qualsiasi luce emessa verso il basso, migliorando il contrasto prevenendo riflessioni interne che potrebbero illuminare segmenti non attivati.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene la tecnologia AlInGaP rappresentata in questa scheda tecnica sia matura e altamente affidabile, il campo più ampio della tecnologia dei display continua a evolversi. Le tendenze includono lo sviluppo di materiali ancora più efficienti, come quelli basati sul Nitruro di Gallio (GaN) per il blu e il verde, che ora sono dominanti. Per i display numerici multi-cifra, c'è una tendenza verso moduli completamente integrati con controller integrati, interfacce I2C o SPI e talvolta anche caratteri e caratteri speciali incorporati, semplificando la progettazione. Inoltre, i display OLED a matrice di punti e i micro-LED offrono potenziale per una maggiore flessibilità nel mostrare informazioni alfanumeriche e grafiche in fattori di forma simili. Tuttavia, per applicazioni che richiedono visualizzazioni numeriche semplici, luminose, robuste ed economiche, i display LED a sette segmenti dedicati come l'LTC-5723JD rimangono una soluzione altamente valida e popolare grazie alle loro prestazioni collaudate, semplicità ed eccellente leggibilità.