Scheda Tecnica Display LED LTD-4708JG - Altezza Cifra 0.4 Pollici - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-4708JG è un modulo di visualizzazione alfanumerico a doppia cifra e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono letture numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente due cifre (0-9) utilizzando segmenti LED indirizzabili individualmente. La tecnologia di base utilizza il materiale semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) cresciuto su un substrato di GaAs non trasparente, noto per produrre un'emissione di luce verde ad alta efficienza. Il dispositivo presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, migliorando il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione.

Il display è classificato come tipo a catodo comune, il che significa che i catodi dei LED per ciascuna cifra sono collegati internamente insieme. Questa configurazione semplifica il multiplexing nei circuiti di pilotaggio, consentendo il controllo di più cifre con un numero ridotto di pin I/O del microcontrollore. I suoi vantaggi principali includono un eccellente aspetto dei caratteri grazie a segmenti uniformi e continui, alta luminosità e contrasto, un ampio angolo di visione per la visibilità da diverse posizioni e l'affidabilità allo stato solido intrinseca della tecnologia LED. Il package è conforme alle direttive RoHS, essendo senza piombo.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. Ad una corrente di test standard di 1mA per segmento, l'intensità luminosa media varia da un minimo di 320 µcd ad un valore tipico di 850 µcd. Questo parametro definisce la luminosità percepita. La lunghezza d'onda dominante (λd) è specificata a 572 nm, collocando l'emissione saldamente nella regione verde dello spettro visibile. La lunghezza d'onda di picco dell'emissione (λp) è di 571 nm, con una semilarghezza della linea spettrale (Δλ) di 15 nm, indicando un colore verde relativamente puro e saturo. La corrispondenza dell'intensità luminosa tra segmenti all'interno di un'area luminosa simile è garantita entro un rapporto di 2:1, assicurando una luminosità uniforme sul carattere visualizzato. Il crosstalk, l'illuminazione indesiderata dei segmenti non selezionati, è specificato come ≤ 2.5%.

2.2 Caratteristiche Elettriche

I parametri elettrici definiscono i limiti operativi e le condizioni per il dispositivo. La tensione diretta (VF) per segmento è tipicamente di 2.6V con un massimo di 2.6V ad una corrente diretta (IF) di 1mA. Questo valore è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. I valori massimi assoluti stabiliscono limiti invalicabili: la corrente diretta continua per segmento è di 25 mA, con una derating lineare di 0.28 mA/°C al di sopra dei 25°C di temperatura ambiente. È consentita una corrente diretta di picco di 60 mA in condizioni pulsate (duty cycle 1/10, larghezza impulso 0.1ms). La tensione inversa massima per segmento è di 5V, destinata solo al test della corrente inversa (IR, max 100 µA a VR=5V) e non per il funzionamento continuo. La massima dissipazione di potenza per segmento è di 70 mW.

3. Informazioni Meccaniche e sul Package

Il display ha un'altezza della cifra di 0.4 pollici (10.0 mm). Le dimensioni del package sono fornite in un disegno dettagliato. Le note meccaniche chiave includono: tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25 mm; la tolleranza di spostamento della punta del pin è ±0.4 mm; il diametro consigliato del foro sul PCB è di 1.0 mm. Sono definite anche specifiche estetiche, limitando materiale estraneo sui segmenti a ≤10 mils, contaminazione da inchiostro superficiale a ≤20 mils, curvatura a ≤1/100 e bolle all'interno dei segmenti a ≤10 mils.

4. Configurazione dei Pin e Circuito Interno

Il dispositivo ha una configurazione a 10 pin. Lo schema del circuito interno mostra due nodi di catodo comune, uno per ciascuna cifra (Cifra 1 e Cifra 2). Gli anodi per i segmenti da A a G e il punto decimale (D.P.) sono portati a pin individuali. L'assegnazione specifica dei pin è: 1 (Anodo C), 2 (Anodo D.P.), 3 (Anodo E), 4 (Catodo Comune Cifra 2), 5 (Anodo D), 6 (Anodo F), 7 (Anodo G), 8 (Anodo B), 9 (Catodo Comune Cifra 1), 10 (Anodo A). Questa disposizione è essenziale per progettare il circuito di pilotaggio esterno.

5. Valori Massimi Assoluti e Condizioni Operative

Il rigoroso rispetto di questi valori è necessario per prevenire danni permanenti. Il dispositivo può operare entro un intervallo di temperatura ambiente da -35°C a +105°C e può essere conservato entro lo stesso intervallo. Per la saldatura durante l'assemblaggio, è specificata una condizione di 260°C per 3 secondi a 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio. Deve essere evitato di superare la massima temperatura nominale durante l'assemblaggio.

6. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettriche/ottiche. Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, tali curve illustrano tipicamente la relazione tra corrente diretta (IF) e intensità luminosa (IV), mostrando come la luminosità aumenti con la corrente fino al valore massimo nominale. Possono anche mostrare la tensione diretta (VF) in funzione della corrente e la variazione dell'intensità luminosa con la temperatura ambiente. Queste curve sono vitali per i progettisti per ottimizzare la corrente di pilotaggio per la luminosità desiderata, mantenendo efficienza e longevità, e per comprendere la derating delle prestazioni a temperature elevate.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progetto

7.1 Scenari Applicativi Tipici

Questo display è adatto per applicazioni che richiedono indicatori numerici compatti, luminosi e affidabili. Usi comuni includono apparecchiature di test e misura (multimetri, frequenzimetri), pannelli di controllo industriali, elettrodomestici (microonde, forni, lavatrici), display per cruscotti automobilistici (per accessori aftermarket) e terminali di punto vendita. La sua alta luminosità e ampio angolo di visione lo rendono adatto per ambienti con elevata luce ambientale.

7.2 Linee Guida di Progetto

Quando si integra questo display, devono essere considerati diversi fattori.Limitazione della Corrente:Resistenze di limitazione della corrente esterne sono obbligatorie per ogni linea anodica o catodica per impostare la corrente diretta per segmento, tipicamente tra 1-20 mA a seconda della luminosità richiesta e del budget di potenza. Il valore della resistenza può essere calcolato usando R = (Vcc - VF) / IF, dove VF è la tensione diretta tipica.Multiplexing:Per display a doppia cifra a catodo comune, uno schema di pilotaggio a multiplexing è il più efficiente. Ciò implica abilitare sequenzialmente il catodo comune di una cifra alla volta (tramite un transistor di commutazione) mentre si applicano i pattern anodici corretti per i segmenti desiderati di quella cifra. La frequenza di refresh deve essere abbastanza alta (solitamente >60 Hz) per evitare sfarfallio visibile.Layout del PCB:Seguire la dimensione del foro consigliata di 1.0 mm per una saldatura affidabile. Assicurare un'adeguata larghezza delle tracce per la corrente dei segmenti.Angolo di Visione:Posizionare il display considerando il suo angolo di visione specificato per garantire una visibilità ottimale per l'utente finale.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a tecnologie più vecchie come i LED verdi standard in GaP (Fosfuro di Gallio), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. L'uso di un substrato di GaAs non trasparente migliora il contrasto riducendo la dispersione interna della luce. Il frontale grigio con segmenti bianchi è una scelta progettuale che migliora il contrasto rispetto a frontali completamente neri o grigi. Essendo un package dedicato a sette segmenti, offre una soluzione più integrata e meccanicamente robusta rispetto all'uso di LED discreti per formare le cifre, risparmiando tempo di assemblaggio e garantendo un allineamento dei segmenti coerente.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è lo scopo della configurazione a catodo comune?

R: Semplifica la progettazione del circuito per il multiplexing di più cifre. Invece di aver bisogno di una connessione di massa separata per ciascuno dei 14+ segmenti per cifra, ne serve solo una per cifra, riducendo drasticamente il numero di linee di pilotaggio richieste.

D: Come calcolo il valore della resistenza di limitazione della corrente?

R: Usa la Legge di Ohm: R = (Tensione di Alimentazione - Tensione Diretta del LED) / Corrente Diretta Desiderata. Per un'alimentazione di 5V, una VF di 2.6V e una IF desiderata di 10mA: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ohm. Usa sempre il valore standard più vicino e verifica la potenza nominale.

D: Posso pilotare questo display con una sorgente di tensione costante senza limitazione di corrente?

R: No. I LED sono dispositivi pilotati in corrente. La loro tensione diretta ha una tolleranza e diminuisce con la temperatura. Collegarli direttamente a una sorgente di tensione che supera la VF causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il segmento. Una resistenza in serie o un driver a corrente costante sono essenziali.

D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa"?

R: Indica che i dispositivi vengono suddivisi o selezionati in base alla loro emissione luminosa misurata. Ciò consente ai progettisti di selezionare componenti con livelli di luminosità coerenti per la loro applicazione, il che è critico per display multi-cifra dove l'uniformità è importante.

10. Studio di Caso Pratico di Progetto

Considera di progettare un semplice contatore a due cifre utilizzando un microcontrollore. Il microcontrollore avrebbe 8 pin I/O collegati agli anodi dei segmenti (A-G e DP) tramite resistenze di limitazione della corrente. Due ulteriori pin I/O controllerebbero transistor NPN (o interruttori simili) collegati ai due pin di catodo comune (Cifra 1 e Cifra 2). Il firmware implementerebbe una routine di multiplexing: accendi il transistor per la Cifra 1, invia il pattern dei segmenti per il valore della prima cifra sui port anodici, attendi un breve intervallo (es. 5ms), quindi spegni il transistor della Cifra 1. Successivamente, accendi il transistor per la Cifra 2, invia il pattern dei segmenti per la seconda cifra, attendi e spegnilo. Questo ciclo si ripete continuamente. La temporizzazione deve garantire che la corrente di picco per segmento non venga superata e che la corrente media soddisfi la luminosità desiderata.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n di un semiconduttore. Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 2.05-2.6V 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. Nei LED AlInGaP, questa ricombinazione rilascia energia principalmente sotto forma di fotoni con una lunghezza d'onda corrispondente alla luce verde (circa 572 nm). La specifica composizione della lega di Alluminio, Indio, Gallio e Fosforo determina l'energia del bandgap e quindi il colore della luce emessa. La struttura a sette segmenti è formata modellando più chip LED su un substrato e collegandoli con fili di bonding ai pin esterni.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene i display LED a sette segmenti rimangano una soluzione robusta ed economica per letture numeriche, il panorama più ampio della tecnologia dei display sta evolvendo. C'è una tendenza generale verso una maggiore integrazione, come display con driver IC integrati (es. moduli compatibili TM1637) che comunicano tramite semplici protocolli seriali (I2C, SPI), riducendo il carico di risorse del microcontrollore. In termini di materiali, mentre l'AlInGaP è altamente efficiente per rosso, arancione, ambra e verde, la tecnologia InGaN (Nitruro di Indio Gallio) domina per LED blu, verdi e bianchi ad alta luminosità. Per applicazioni che richiedono capacità alfanumeriche o grafiche, display LED a matrice di punti o OLED sono sempre più comuni. Tuttavia, per indicatori numerici semplici, luminosi e a basso consumo in ambienti ostili, display LED a sette segmenti discreti come il LTD-4708JG continuano a offrire una combinazione imbattibile di affidabilità, semplicità e prestazioni.