Scheda Tecnica Display LED LTD-5721AKF - Altezza Cifra 0.56 Pollici - AlInGaP Giallo Arancio - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

12. Tendenze Tecnologiche

Il LTD-5721AKF è un modulo display LED numerico ad alte prestazioni a due cifre, progettato per applicazioni che richiedono visualizzazioni numeriche chiare, luminose e affidabili. La sua funzione principale è fornire dati numerici visivi in un package compatto ed efficiente. Il vantaggio principale di questo dispositivo risiede nell'utilizzo della tecnologia avanzata dei semiconduttori AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i chip LED, nota per produrre un'emissione luminosa ad alta efficienza nello spettro giallo-arancio. Questa tecnologia, combinata con una specifica costruzione del chip su un substrato di GaAs non trasparente, contribuisce alle caratteristiche di prestazione chiave del display.

Il dispositivo è classificato come tipo ad anodo comune, una configurazione standard per semplificare il circuito di pilotaggio nei display multi-segmento. Presenta un punto decimale a destra per ogni cifra, offrendo flessibilità per visualizzare numeri frazionari. Il design fisico incorpora una faccia grigia con segmenti di colore bianco, una combinazione progettata per massimizzare il contrasto e migliorare la leggibilità dei caratteri in varie condizioni di illuminazione. L'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.22 mm) lo rende adatto per applicazioni in cui le informazioni devono essere leggibili da una distanza moderata senza richiedere componenti eccessivamente grandi.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I valori massimi assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile far funzionare il display continuamente a o vicino a questi limiti, poiché ciò ridurrebbe probabilmente la sua durata operativa.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza come calore da un singolo segmento LED senza causare danni.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA. Questa specifica di corrente si applica in condizioni pulsate (frequenza 1 kHz, ciclo di lavoro 10%), consentendo una luminosità istantanea più elevata negli schemi di pilotaggio multiplexati.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA a 25°C. Questa è la corrente DC massima raccomandata per il funzionamento continuo di un singolo segmento. È specificato un fattore di derating di 0.28 mA/°C, il che significa che la corrente continua massima consentita diminuisce man mano che la temperatura ambiente (Ta) sale sopra i 25°C per prevenire il surriscaldamento.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Applicare una tensione inversa superiore a questo valore può portare alla rottura della giunzione PN del LED.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +105°C. Il dispositivo è classificato per una resilienza di grado industriale alle temperature.
• Condizioni di Saldatura:Saldatura a onda a 260°C per un massimo di 3 secondi, a condizione che la temperatura del corpo dell'unità non superi la temperatura massima nominale. Questo è fondamentale per il montaggio per prevenire danni termici al package plastico e ai collegamenti interni.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Ottiche

Questi parametri sono misurati in condizioni di test standard (Ta = 25°C) e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Luminosa Media (I_V):43.75 mcd (Min), 70 mcd (Tip) a I_F= 20 mA. Questa è una misura della potenza luminosa percepita dall'occhio umano. La condizione di test è stata rivista da 1 mA a 20 mA, indicando la corrente operativa standard per la specifica della luminosità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):611 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione di potenza spettrale della luce emessa è al suo massimo.
• Larghezza a Metà Altezza della Linea Spettrale (Δλ):17 nm (Tip). Questo parametro indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa, misurata come larghezza totale a metà altezza (FWHM) del picco di emissione.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605 nm (Tip). Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio rappresenta il colore percepito della luce, calcolata dallo spettro di emissione e dalle funzioni di corrispondenza dei colori CIE.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05 V (Min), 2.6 V (Tip) a I_F= 20 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi di un segmento LED durante il funzionamento. I progettisti devono assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire questa tensione.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 μA (Max) a V_R= 5 V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando viene applicata la tensione inversa specificata.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:2:1 (Max) per area luminosa simile. Questo specifica il rapporto massimo consentito tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di un dispositivo quando pilotato in condizioni identiche, garantendo uniformità visiva.

Nota di Misurazione:I valori di intensità luminosa sono misurati utilizzando una combinazione di sensore e filtro progettata per approssimare la funzione di luminosità fotopica CIE, che modella la sensibilità spettrale dell'occhio umano standard in condizioni di illuminazione normali (fotopiche).

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Ciò indica la presenza di un processo di binning o selezione post-produzione. A causa delle variazioni intrinseche nei processi di crescita epitassiale del semiconduttore e di fabbricazione del chip, parametri LED come l'intensità luminosa e la tensione diretta possono variare da lotto a lotto e persino all'interno dello stesso lotto.

Il processo di binning prevede il test di ciascuna unità e la loro suddivisione in gruppi diversi (bin) in base a specifici parametri misurati. Per il LTD-5721AKF, il criterio principale di binning èl'Intensità Luminosa Media. Le unità sono raggruppate in base alla loro emissione luminosa misurata alla corrente di test standard (20mA). Ciò garantisce ai clienti display con livelli di luminosità uniformi. Sebbene non sia dettagliato esplicitamente in questa breve scheda tecnica, è comune per tali display che venga effettuato il binning anche per la tensione diretta (V_F) per garantire la coerenza elettrica, e potenzialmente per la lunghezza d'onda dominante (λ_d) per mantenere la coerenza del colore, sebbene la ridotta larghezza a metà altezza suggerisca una buona purezza di colore intrinseca.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento alle "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche" a pagina 5. Sebbene i grafici specifici non siano forniti nel testo, possiamo dedurne il contenuto e il significato standard in base ai parametri elencati.

Le curve tipiche per un tale dispositivo includerebbero:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostra la relazione non lineare tra la corrente che attraversa il LED e la tensione ai suoi capi. È essenziale per progettare il circuito di limitazione della corrente. La curva mostrerà una tensione di soglia (circa 2V) dopo la quale la corrente aumenta rapidamente con un piccolo aumento della tensione.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva I-L):Questo grafico dimostra come l'emissione luminosa aumenti con la corrente di pilotaggio. È generalmente lineare in un intervallo ma saturerà a correnti molto elevate a causa degli effetti di decadimento termico e di efficienza. La curva convalida il punto di test a 20mA per la specifica dell'intensità.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Questa curva mostra la riduzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura di giunzione del LED. I LED AlInGaP sono noti per avere un'efficienza dipendente dalla temperatura, con l'emissione che tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura. Ciò informa la progettazione per la gestione termica.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico dell'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, che mostra il picco a ~611 nm e la larghezza a metà altezza di ~17 nm, confermando l'emissione monocromatica giallo-arancio.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è fornito in un package standard per display LED. Il disegno dimensionale fornisce misure critiche per la progettazione dell'impronta sul PCB (Printed Circuit Board) e l'integrazione meccanica. Note chiave dal disegno includono:

• Tutte le dimensioni lineari sono specificate in millimetri (mm).
• La tolleranza predefinita per le dimensioni è ±0.25 mm a meno che una nota specifica non indichi diversamente.
• Una tolleranza specifica per lo spostamento della punta del pin è data come ±0.4 mm, importante per garantire che i pin si allineino correttamente con i fori del PCB durante l'inserimento automatizzato.

5.2 Connessioni dei Pin e Circuito Interno

Il dispositivo ha 18 pin in una configurazione di package dual-in-line. Lo schema del circuito interno e la tabella di connessione dei pin sono cruciali per un'interfaccia elettrica corretta.

• Tipo di Circuito:Anodo Comune. Ciò significa che i terminali anodo di tutti i segmenti LED per ciascuna cifra sono collegati insieme internamente. Per illuminare un segmento, il suo corrispondente pin catodo deve essere portato a basso (collegato a massa o a un sink di corrente) mentre l'anodo comune per quella cifra è portato ad alto (collegato all'alimentazione positiva tramite una resistenza di limitazione della corrente).
• Pinout:La tabella dettagliata associa ogni numero di pin alla sua funzione: catodo per segmenti specifici (A-G, DP) della cifra 1 o della cifra 2, o l'anodo comune per ciascuna cifra. Ad esempio, il Pin 1 è il catodo per il segmento 'E' della Cifra 1, e il Pin 14 è l'anodo comune per la Cifra 1. Questa mappatura precisa è essenziale per creare la sequenza di pilotaggio corretta nel software del microcontrollore o del driver IC.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Una manipolazione corretta durante il montaggio è fondamentale per l'affidabilità. La scheda tecnica fornisce parametri di saldatura specifici.

• Saldatura a Onda:La condizione raccomandata è 260°C per un massimo di 3 secondi. La nota "1/16 di pollice sotto il piano di appoggio" si riferisce probabilmente alla profondità alla quale i pin dovrebbero essere immersi nell'onda di saldatura.
• Condizione Critica:L'avvertenza più importante è che "la temperatura dell'unità (durante il montaggio) [non deve] superare la temperatura massima nominale." Ciò significa che la temperatura del corpo del package del display LED stesso non deve mai superare la temperatura massima di stoccaggio di 105°C durante l'intero processo di saldatura, incluse le fasi di pre-riscaldamento e post-riscaldamento. Il mancato rispetto di ciò può causare delaminazione interna, crepe nella lente o degrado dei chip LED.
• Manipolazione Generale:Dovrebbero essere osservate le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica), poiché i chip LED sono sensibili all'elettricità statica.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Il LTD-5721AKF è adatto per un'ampia gamma di applicazioni industriali, commerciali e di strumentazione che richiedono un display numerico compatto, luminoso e affidabile. Esempi includono:

• Apparecchiature di Test e Misura:Multimetri digitali, contatori di frequenza, alimentatori, display per sensori.
• Controlli Industriali:Pannelli indicatori per temperatura, pressione, velocità o contatori su macchinari.
• Elettrodomestici:Elettrodomestici da cucina avanzati, sintonizzatori per apparecchi audio, orologi o timer digitali di modelli precedenti.
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e moduli display (sebbene le specifiche ambientali dovrebbero essere verificate per requisiti automobilistici specifici).

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:I LED sono dispositivi pilotati a corrente. Una resistenza di limitazione della corrente in serie deve essere utilizzata per ogni connessione di anodo comune (o per segmento in progetti di driver a corrente costante più avanzati) per impostare la corrente operativa a 20 mA o meno, secondo le linee guida di derating. Il valore della resistenza è calcolato utilizzando R = (V_{alimentazione}- V_F- V_{saturazione_driver}) / I_F.
• Multiplexing:Per un display a due cifre, il multiplexing è la tecnica di pilotaggio standard. Le cifre sono illuminate una alla volta in rapida successione (ad esempio, a una frequenza >100 Hz). Ciò richiede di controllare sequenzialmente i pin dell'anodo comune (cifre) e i pin del catodo (segmenti). Questo metodo riduce il numero di pin di pilotaggio richiesti e il consumo energetico complessivo.
• Angolo di Visione:La scheda tecnica dichiara un "ampio angolo di visione", tipico per i display LED con lente o faccia diffondente. Questo dovrebbe essere considerato per il posizionamento meccanico del display nel prodotto finale.
• Gestione Termica:Sebbene il dispositivo possa funzionare fino a 105°C, l'efficienza luminosa diminuisce con la temperatura. Per una luminosità e longevità ottimali, è consigliabile fornire un'adeguata ventilazione o dissipazione del calore nel progetto, specialmente se si opera vicino alla corrente massima o in alte temperature ambientali.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

I fattori chiave di differenziazione del LTD-5721AKF rispetto ad altri display LED numerici, in particolare le tecnologie più vecchie, includono:

• Tecnologia AlInGaP vs. GaAsP o GaP Tradizionali:I LED AlInGaP offrono un'efficienza luminosa e una luminosità significativamente più elevate per i colori rosso, arancione e giallo rispetto ai materiali semiconduttori più vecchi. Ciò si traduce in una migliore visibilità e/o in un minor consumo energetico per la stessa luminosità percepita.
• Faccia Grigia/Segmenti Bianchi:La specifica combinazione di colori della faccia e dei segmenti è progettata per un alto contrasto. Una faccia grigia assorbe più luce ambientale di una nera, riducendo i riflessi, mentre le aree dei segmenti bianchi aiutano a diffondere uniformemente la luce giallo-arancio emessa, migliorando l'aspetto dei caratteri.
• Package Senza Piombo (Conformità RoHS):Il dispositivo è costruito per soddisfare la direttiva sulla Restrizione delle Sostanze Pericolose (RoHS), rendendolo adatto per prodotti venduti in mercati con normative ambientali rigorose. Questa è una differenziazione critica di conformità.
• Affidabilità allo Stato Solido:Come tutti i LED, offre vantaggi rispetto ai display meccanici (come i flip-disc) o ai display fluorescenti a vuoto (VFD) in termini di resistenza a urti/vibrazioni, capacità di accensione istantanea e lunga durata operativa.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D1: Qual è lo scopo del "Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa" di 2:1?

R1: Questo rapporto garantisce la coerenza visiva. Garantisce che all'interno di una singola unità display, nessun segmento sarà più del doppio più luminoso di qualsiasi altro segmento quando pilotato in condizioni elettriche identiche. Ciò previene numeri dall'aspetto irregolare o "a chiazze".

D2: Posso pilotare questo display con un'alimentazione a 5V?

R2: Sì, un'alimentazione a 5V è molto comune. Tuttavia, è necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente in serie con ogni anodo comune. Utilizzando la V_Ftipica di 2.6V e una I_Fobiettivo di 20 mA, il valore della resistenza sarebbe circa (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohm. Una resistenza standard da 120Ω o 150Ω sarebbe adatta, adattandola alla V_Feffettiva e alla luminosità desiderata.

D3: Cosa significa "Anodo Comune" per il mio progetto di circuito?

R3: In una configurazione ad anodo comune, si fornisce tensione positiva al pin comune della cifra che si desidera attivare. Si fa quindi scorrere corrente verso massa attraverso i pin catodo dei segmenti che si desidera accendere su quella cifra. Il circuito di pilotaggio (microcontrollore o driver IC) deve essere configurato per fornire corrente per gli anodi e assorbire corrente per i catodi.

D4: Perché la Lunghezza d'Onda di Picco (611nm) è diversa dalla Lunghezza d'Onda Dominante (605nm)?

R4: Questo è normale per i LED. La lunghezza d'onda di picco è il punto più alto letterale sulla curva dello spettro di emissione. La lunghezza d'onda dominante è calcolata dall'intero spettro e dalla risposta cromatica dell'occhio umano; è la singola lunghezza d'onda della luce pura che apparirebbe dello stesso colore. La differenza tiene conto della forma e dell'asimmetria dello spettro di emissione effettivo del LED.

10. Studio di Caso di Progettazione e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Display per Voltmetro Digitale Semplice.

Un progettista sta creando un voltmetro DC 0-20V. Il convertitore analogico-digitale (ADC) fornisce un valore in codice decimale binario (BCD). Questi dati BCD devono essere convertiti in formato 7 segmenti e visualizzati su due cifre (ad es., 19.99V).

Implementazione:

1. Viene utilizzato un microcontrollore con un numero sufficiente di pin I/O (o un driver/decoder dedicato da BCD a 7 segmenti).

2. I pin I/O del microcontrollore sono collegati ai catodi dei segmenti (A-G, DP) del LTD-5721AKF.

3. Due pin aggiuntivi del microcontrollore sono collegati ai due anodi comuni (Cifra 1 e Cifra 2).

4. Nel software, viene scritta una routine di multiplexing. Prima calcola quali segmenti accendere per la Cifra 1 (decine), abilita (porta ad alto) il pin anodo della Cifra 1 e imposta i corrispondenti pin catodo dei segmenti a basso. Dopo un breve ritardo (ad es., 5ms), disabilita la Cifra 1, calcola i segmenti per la Cifra 2 (unità), abilita l'anodo della Cifra 2 e imposta i suoi pin segmento a basso. Questo ciclo si ripete rapidamente.

5. Le resistenze di limitazione della corrente (ad es., 150Ω) sono posizionate sulle linee dell'anodo comune tra i pin del microcontrollore e il display. Il valore è scelto in base alla tensione di alimentazione (ad es., 5V) e alla corrente di segmento desiderata (~20mA).

6. Il design a faccia grigia/segmenti bianchi garantisce che la tensione visualizzata sia facilmente leggibile nelle condizioni di illuminazione intensa di un banco di lavoro.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il componente principale che emette luce è un chip LED AlInGaP. L'AlInGaP è un semiconduttore composto III-V. Controllando con precisione i rapporti di Alluminio (Al), Indio (In), Gallio (Ga) e Fosforo (P) durante il processo di crescita del cristallo (tipicamente tramite Deposizione Chimica da Vapore Organometallica - MOCVD), gli ingegneri possono sintonizzare il bandgap del materiale. L'energia del bandgap determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) dei fotoni emessi quando gli elettroni si ricombinano con le lacune attraverso la giunzione.

Nel LTD-5721AKF, la composizione è sintonizzata per l'emissione nella regione giallo-arancio (~605-611 nm). I chip sono fabbricati su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs). La "faccia grigia" del display fa parte dello stampaggio del package plastico, che include un diffusore per distribuire uniformemente la luce dal piccolo chip sull'area del segmento più grande. Il circuito interno utilizza il bonding a filo per collegare gli anodi e i catodi dei molteplici chip LED (uno per segmento per cifra) ai pin appropriati del package, formando la matrice ad anodo comune descritta nel pinout.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display LED numerici discreti come il LTD-5721AKF rimangano rilevanti per applicazioni specifiche, le tendenze più ampie nella tecnologia dei display si sono spostate. Per nuovi progetti, i progettisti spesso considerano:

• Display LED a Matrice di Punti Integrati:Offrono capacità alfanumeriche e simboliche oltre ai soli numeri, fornendo maggiore flessibilità in un'impronta simile.
• Display OLED (LED Organici):Offrono un contrasto superiore, angoli di visione più ampi e fattori di forma più sottili, sebbene storicamente con profili di durata e costo diversi per l'uso industriale.
• Moduli TFT-LCD:Forniscono capacità grafiche complete, colore e la capacità di visualizzare informazioni complesse, sebbene richiedano elettronica di pilotaggio più complessa e una retroilluminazione.
• Tendenze nei Display LED:Miglioramento continuo dell'efficienza (lumen per watt) per tutti i colori LED, sviluppo di package ancora più robusti e resistenti alla temperatura e integrazione dell'elettronica di pilotaggio direttamente nel modulo display per semplificare la progettazione del sistema.

Il valore duraturo di dispositivi come il LTD-5721AKF risiede nella loro semplicità, robustezza, alta luminosità, basso costo per applicazioni solo numeriche e facilità di interfaccia con i microcontrollori, garantendo il loro posto nell'ecosistema elettronico per funzioni di visualizzazione dedicate.