Scheda Tecnica Display LED 7 Segmenti Blu LTC-5689TBZ - Altezza Cifra 0.56 Pollici - Tensione Diretta 3.6V - Chip Blu InGaN - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTC-5689TBZ è un modulo display alfanumerico ad alte prestazioni, a tre cifre e sette segmenti. È progettato per applicazioni che richiedono una visualizzazione numerica nitida, luminosa e con un'eccellente visibilità. Il componente principale di questo display è un chip LED blu InGaN (Indio Gallio Nitruro) cresciuto epitassialmente su un substrato di zaffiro, che garantisce un'emissione luminosa stabile ed efficiente. Una caratteristica integrata fondamentale è un diodo Zener per ogni segmento, che offre protezione contro picchi di tensione inversa, un fattore critico per migliorare l'affidabilità a lungo termine del display in ambienti elettricamente rumorosi.

Il display presenta una facciata nera con segmenti bianchi, creando un aspetto ad alto contrasto che migliora significativamente la leggibilità in varie condizioni di illuminazione. È classificato come display a catodo comune, una configurazione standard per circuiti di pilotaggio multiplexati comunemente utilizzati in sistemi basati su microcontrollori. Il dispositivo è conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose), garantendo che sia prodotto con materiali privi di piombo.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi primari del LTC-5689TBZ derivano dal suo design optoelettronico e dalla costruzione robusta. L'utilizzo della tecnologia InGaN garantisce un'elevata luminosità e un colore blu uniforme con una lunghezza d'onda dominante tipicamente intorno ai 470-475 nm. I segmenti continui e uniformi assicurano un aspetto dei caratteri professionale e senza interruzioni, fondamentale per le interfacce utente nell'elettronica di consumo, nei pannelli di controllo industriali, negli strumenti di misurazione e nelle apparecchiature di test.

Il suo basso consumo di energia lo rende adatto per dispositivi alimentati a batteria o attenti all'efficienza energetica. L'ampio angolo di visione garantisce che il display rimanga leggibile anche se visto lateralmente, ampliando la sua usabilità nelle applicazioni montate su pannello. L'affidabilità allo stato solido dei LED, combinata con l'aggiunta della protezione a diodo Zener, rende questo display una scelta durevole per applicazioni che richiedono una lunga vita operativa e stabilità.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Comprendere i valori massimi assoluti è essenziale per prevenire il guasto del dispositivo durante la progettazione e il funzionamento del circuito. Questi valori definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la potenza massima che può essere dissipata in sicurezza sotto forma di calore da un singolo segmento illuminato in funzionamento continuo.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:100 mA. Questa corrente è ammissibile solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1 ms. Non deve essere utilizzata per calcolare le condizioni operative normali.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:20 mA a 25°C. Questa è la corrente massima consigliata per il funzionamento standard. Si applica un fattore di derating lineare di 0.21 mA/°C man mano che la temperatura ambiente (Ta) aumenta oltre i 25°C. Ad esempio, a 50°C, la corrente continua massima sarebbe circa 20 mA - (0.21 mA/°C * 25°C) = 14.75 mA.
• Intervallo di Temperatura di Funzionamento e Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Condizioni di Saldatura:Il dispositivo può resistere a processi di saldatura a onda o rifusione dove la temperatura della saldatura a 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio è di 260°C per un massimo di 3 secondi.

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

Questi parametri sono misurati in specifiche condizioni di test e rappresentano le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Intensità Luminosa Media (Iv):5400 - 9000 µcd (microcandele) con una corrente diretta (IF) di 10 mA. Questo ampio intervallo indica che il dispositivo è classificato (binning) per intensità. I progettisti devono tenere conto di questa variazione quando si mira a una luminosità uniforme tra più unità o display.
• Tensione Diretta per Segmento (VF):3.3V (Min), 3.6V (Tip) a IF=20 mA. Questo parametro è cruciale per progettare il valore della resistenza di limitazione della corrente. Utilizzando un'alimentazione standard a 5V, il valore della resistenza sarebbe R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 Ohm. Spesso si utilizza un valore leggermente superiore (es. 75-100 Ohm) per affidabilità e per compensare la variazione di VF.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λp):468 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda alla quale l'intensità della luce emessa è massima.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λd):470 - 475 nm (Tip). Questa è la lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano e definisce il colore del LED.
• Larghezza a Mezza Altezza Spettrale (Δλ):25 nm (Tip). Questo indica la purezza spettrale; un valore più piccolo significa una luce più monocromatica.
• Corrente Inversa per Segmento (IR):100 µA (Max) con una Tensione Inversa (VR) di 5V.Nota Critica:Questa condizione di test è solo per l'assicurazione della qualità (test IR). Il dispositivo NON è progettato per funzionare continuamente in polarizzazione inversa. Il diodo Zener integrato è destinato alla protezione da transitori, non per il funzionamento a tensione inversa in regime stazionario.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa:2:1 (Max). Questo specifica il rapporto massimo ammissibile tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di una singola cifra o tra aree illuminate simili, garantendo uniformità visiva.

3. Sistema di Binning e Categorizzazione

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "Categorizzato per Intensità Luminosa". Questa è una pratica comune nella produzione di LED per raggruppare i prodotti in base ai parametri di prestazione misurati.

• Binning dell'Intensità Luminosa:L'intervallo Iv di 5400-9000 µcd suggerisce più categorie (bin) di intensità. Per applicazioni che richiedono una luminosità uniforme (es. display multi-cifra o pannelli con più unità), è consigliabile specificare un bin più stretto o approvvigionarsi dallo stesso lotto di produzione.
• Binning della Lunghezza d'Onda/Colore:Sebbene non dettagliato esplicitamente con codici, il tipico intervallo λd di 470-475 nm implica una potenziale selezione per colore. Una lunghezza d'onda dominante uniforme è fondamentale per un aspetto cromatico omogeneo.
• Selezione della Tensione Diretta:L'intervallo VF (da 3.3V a 3.6V) potrebbe anche essere soggetto a categorizzazione, il che può influenzare la progettazione dell'alimentazione e la gestione termica in grandi array.

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 nell'estratto, si possono dedurre le curve standard dei LED, che sono critiche per la progettazione.

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Un LED presenta una relazione esponenziale I-V. La VF specificata a 20 mA fornisce un punto su questa curva. La curva mostra la tensione di soglia e come la corrente aumenti rapidamente con la tensione oltre questo punto, evidenziando la necessità di meccanismi di limitazione della corrente.
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta (Curva L-I):L'output luminoso è generalmente proporzionale alla corrente diretta, ma può saturarsi ad alte correnti a causa degli effetti termici. Operare al di sotto o al massimo dei 20 mA consigliati garantisce linearità e longevità.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:L'output luminoso del LED diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Il derating della corrente continua (0.21 mA/°C) è direttamente correlato alla gestione di questo effetto termico per mantenere luminosità e affidabilità.
• Distribuzione Spettrale:Il grafico mostrerebbe l'intensità relativa della luce emessa attraverso le lunghezze d'onda, centrata intorno ai 470-475 nm con una tipica larghezza a mezza altezza di 25 nm.

5. Informazioni Meccaniche, Package e Pinout

5.1 Dimensioni del Package

Il display ha un'altezza della cifra di 0.56 pollici (14.2 mm). Tutte le dimensioni meccaniche sono fornite in millimetri con una tolleranza standard di ±0.25 mm salvo diversa specifica. Una nota specifica menziona una tolleranza di spostamento della punta del pin di +0.4 mm, importante per la progettazione dell'impronta PCB per garantire un corretto allineamento e saldabilità.

5.2 Schema Circuitale Interno e Connessioni dei Pin

Lo schema circuitale interno rivela l'architettura: ogni segmento (A-G, DP1-5) è un singolo chip LED blu InGaN in serie con un diodo Zener. Tutte queste coppie LED-Zener condividono una connessione a catodo comune per cifra. Il pinout è il seguente:

• Pin 1-7: Catodi rispettivamente per i segmenti A, B, C, D, E, F, G.
• Pin 8: Catodo comune per i tre punti decimali di destra (DP1, DP2, DP3).
• Pin 9, 10, 11: Anodi comuni rispettivamente per la Cifra 3, Cifra 2 e Cifra 1. Questo è il punto di alimentazione per ogni cifra.
• Pin 12: Anodo comune per i due punti decimali di sinistra (DP4, DP5).
• Pin 13, 14: Catodi rispettivamente per DP5 e DP4.

Questa configurazione è ideale per il multiplexing. Attivando sequenzialmente gli anodi comuni (pin 9,10,11,12) a livello ALTO e assorbendo corrente attraverso i pin catodo del segmento appropriati, tutte e tre le cifre e i cinque punti decimali possono essere controllati con un numero relativamente basso di pin da un microcontrollore.

6. Linee Guida per Saldatura, Assemblaggio e Manipolazione

Il rispetto delle specifiche di saldatura è fondamentale. Il dispositivo può resistere a una temperatura massima di saldatura di 260°C per 3 secondi, misurata 1.6 mm sotto il corpo del package. I profili standard di rifusione senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020) sono generalmente applicabili. Bisogna prestare attenzione per evitare stress meccanici sui pin durante l'inserimento e per prevenire un riscaldamento eccessivo durante la saldatura manuale. Per lo stoccaggio, l'intervallo consigliato è -35°C a +85°C in un ambiente asciutto e non condensante.

7. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Il metodo di pilotaggio più comune è il multiplexing. Un microcontrollore utilizzerà pin di uscita per controllare interruttori a transistor (es. PNP o MOSFET a canale P) sulle linee dell'anodo comune e utilizzerà porte I/O in grado di assorbire corrente o circuiti integrati driver (come registri a scorrimento 74HC595 con array Darlington ULN2003) sulle linee del catodo. È necessaria una resistenza di limitazione della corrente per ogni linea catodica (o integrata nel driver). La frequenza di multiplexing deve essere abbastanza alta da evitare lo sfarfallio (tipicamente >60 Hz).

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente:Utilizzare sempre resistenze in serie. Calcolare in base al caso peggiore (VF minimo) per evitare sovracorrenti.
• Ciclo di Lavoro nel Multiplexing:Poiché ogni cifra è alimentata solo per una frazione del tempo, la corrente istantanea per segmento può essere superiore alla media per ottenere la luminosità desiderata. Ad esempio, in un multiplex a 3 cifre, il ciclo di lavoro per cifra è ~1/3. Per ottenere una corrente media di 10 mA, la corrente istantanea durante il suo tempo attivo potrebbe essere impostata a 30 mA, a condizione che non superi la corrente di picco nominale e che la dissipazione di potenza media rientri nei limiti.
• Funzione del Diodo Zener:Il diodo Zener integrato limita qualsiasi transitorio di tensione negativa sul segmento, proteggendo il delicato chip LED. Non regola la tensione durante il normale funzionamento in polarizzazione diretta.
• Angolo di Visione e Montaggio:Assicurarsi che il display sia montato perfettamente in piano sul PCB e che il foro del pannello sia allineato correttamente per massimizzare il vantaggio dell'ampio angolo di visione.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai display a sette segmenti standard senza diodi di protezione, il LTC-5689TBZ offre una resilienza significativamente migliorata contro lo stress elettrico da back-EMF, commutazioni induttive o errori di cablaggio. Rispetto ai display che utilizzano la vecchia tecnologia GaP o GaAsP, il chip blu InGaN fornisce una luminosità più elevata e un colore blu più vibrante e saturo. L'altezza della cifra di 0.56 pollici lo colloca in una categoria adatta per la visione a media distanza, più grande dei display SMD in miniatura ma più piccolo dei grandi display per pannelli.

9. Domande Frequenti (FAQ)

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

R: Possibilmente, ma con cautela. La VF tipica è di 3.6V, superiore a 3.3V. Potresti ottenere un'illuminazione molto debole o nulla. Per l'alimentazione dei LED sarebbe necessario un circuito boost o un driver IC alimentato da una tensione più alta (come 5V), mentre i segnali di controllo possono rimanere a livelli logici di 3.3V.

D: Perché c'è una specifica per la corrente inversa (IR) se non dovrei applicare tensione inversa?

R: Il test IR è un controllo di qualità di produzione per garantire che il diodo Zener e la giunzione LED siano intatti. Non è una linea guida operativa. Una polarizzazione inversa continua può degradare il dispositivo.

D: Come controllo i punti decimali in modo indipendente?

R: I cinque punti decimali sono divisi in due gruppi: DP1/DP2/DP3 (catodo comune sul Pin 8) e DP4/DP5 (catodi individuali sui Pin 14 & 13, anodo comune sul Pin 12). Devono essere pilotati di conseguenza nella sequenza di multiplexing.

10. Esempio di Applicazione Pratica

Caso: Progettazione di un Display a 3 Cifre per un Voltmetro Semplice.Un microcontrollore con ADC misura una tensione. Il firmware converte la lettura in tre cifre. Utilizzando una routine di multiplexing, attiva l'anodo della Cifra 1 (Pin 11), quindi imposta i pin catodo (1-7, 8 per DP) al pattern di massa per il valore della prima cifra, attende un breve intervallo, quindi disattiva la Cifra 1 e attiva la Cifra 2 (Pin 10), e così via. Il punto decimale (es. DP2) viene illuminato attivando il suo gruppo anodo comune (Pin 12 per DP4/DP5, o incluso nel ciclo della cifra per DP1/2/3) e portando il suo catodo specifico a livello basso durante il periodo attivo della cifra corretta. Resistenze di limitazione della corrente da 100 Ohm su ogni linea catodica fornirebbero un punto di funzionamento sicuro con un'alimentazione a 5V.

11. Principio Operativo

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione diretta che supera la soglia di accensione del diodo (circa 3.3-3.6V per questo LED InGaN), elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica composizione del materiale (InGaN) determina l'energia del bandgap, che corrisponde alla lunghezza d'onda blu della luce emessa. Il diodo Zener integrato conduce pesantemente quando una tensione inversa supera la sua tensione di breakdown, deviando così la dannosa corrente inversa lontano dalla giunzione LED e proteggendola da danni.

12. Tendenze Tecnologiche

I LED basati su InGaN rappresentano una tecnologia matura e altamente efficiente per l'emissione blu e verde. Le tendenze nella tecnologia dei display includono il passaggio verso una maggiore densità di pixel (segmenti più piccoli o a matrice di punti), driver e controller integrati all'interno del package del display e l'adozione di package per dispositivi a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato. Sebbene i display a sette segmenti discreti rimangano vitali per applicazioni specifiche, il loro ruolo è sempre più integrato da moduli OLED e TFT LCD che offrono maggiore flessibilità per grafica e output multicolore. L'integrazione di componenti di protezione come i diodi Zener, come visto nel LTC-5689TBZ, riflette una focalizzazione del settore sul miglioramento della robustezza e dell'affidabilità nelle applicazioni sensibili al costo.