Scheda Tecnica Display a LED LTD-5721AJF - Altezza Cifra 0.56 Pollici - AlInGaP Giallo Arancio - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTD-5721AJF è un modulo di visualizzazione alfanumerico a due cifre e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono indicazioni numeriche chiare e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente numeri e alcuni caratteri alfanumerici limitati utilizzando segmenti LED indirizzabili singolarmente. La tecnologia di base utilizza materiale semiconduttore in Fosfuro di Alluminio, Indio e Gallio (AlInGaP) depositato su un substrato non trasparente di Arseniuro di Gallio (GaAs) per produrre la caratteristica emissione di luce giallo-arancio. Questo dispositivo presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, che migliora il contrasto e la leggibilità quando i segmenti sono illuminati o spenti. Il display è classificato in base all'intensità luminosa, garantendo coerenza nei livelli di luminosità per applicazioni in cui un aspetto uniforme tra più unità è fondamentale.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il display offre diversi vantaggi chiave che lo rendono adatto a una gamma di applicazioni industriali e consumer. L'elevata luminosità e l'ottimo rapporto di contrasto garantiscono la leggibilità anche in ambienti molto illuminati. L'ampio angolo di visione consente di leggere le informazioni visualizzate da varie posizioni senza una significativa perdita di nitidezza. Essendo un dispositivo a stato solido, offre elevata affidabilità, lunga durata operativa e resistenza a urti e vibrazioni rispetto a tecnologie di visualizzazione meccaniche o più datate come i display a fluorescenza sotto vuoto (VFD). Il basso consumo energetico lo rende efficiente. Queste caratteristiche rendono il LTD-5721AJF ideale per mercati di riferimento che includono apparecchiature di test e misura, pannelli di controllo industriali, terminali punto vendita, strumentazione per cruscotti automobilistici e vari dispositivi elettronici di consumo dove è necessaria una visualizzazione numerica affidabile.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi oggettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica, spiegandone il significato per i progettisti.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:70 mW. Questa è la massima potenza dissipabile come calore da un singolo segmento LED in qualsiasi condizione. Superarla può portare a surriscaldamento e degrado accelerato del chip LED.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:60 mA (a ciclo di lavoro 1/10, larghezza impulso 0.1 ms). Questo valore è per un funzionamento breve e impulsato, spesso utilizzato negli schemi di multiplexing per ottenere una luminosità percepita più elevata senza superare il limite di corrente media.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:25 mA (derivata linearmente da 25°C a 0.33 mA/°C). Questa è la massima corrente DC consigliata per il funzionamento continuo a 25°C. Il fattore di derating indica che la corrente operativa sicura deve essere ridotta all'aumentare della temperatura ambiente (Ta) per prevenire la fuga termica.
• Tensione Inversa per Segmento:5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare il breakdown e il guasto della giunzione LED.
• Intervallo di Temperatura Operativa e di Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per funzionare e essere stoccato entro questo intervallo di temperatura.
• Temperatura di Saldatura:260°C per 3 secondi, misurata a 1/16 di pollice sotto il piano di appoggio. Questo definisce le condizioni del profilo di saldatura a rifusione per evitare danni al package o ai collegamenti interni.

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

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

• Intensità Luminosa Media (I_V):320 - 900 µcd (Tipica 900 µcd) a I_F=1mA. Questo misura la potenza luminosa percepita dall'occhio umano. L'intervallo indica un processo di binning; i progettisti devono considerare il valore minimo (320 µcd) per garantire una luminosità sufficiente nella loro applicazione.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):611 nm (Tipica) a I_F=20mA. Questa è la lunghezza d'onda alla quale la distribuzione spettrale di potenza della luce emessa è massima. Definisce il colore percepito (giallo-arancio).
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):17 nm (Tipica) a I_F=20mA. Questo parametro indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce emessa. Un valore più piccolo significa un'emissione più monocromatica (colore puro).
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):605 nm (Tipica) a I_F=20mA. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio corrisponde al colore percepito del LED dall'occhio umano, spesso utilizzata per la specifica del colore.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.05 - 2.6 V (Tipica 2.6V) a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED durante il funzionamento. È cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. Il valore massimo (2.6V) dovrebbe essere utilizzato per il progetto nel caso peggiore per garantire una tensione di pilotaggio sufficiente.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 µA (Max) a V_R=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). Questo specifica il rapporto massimo consentito tra il segmento più luminoso e quello più debole all'interno di un singolo dispositivo o tra dispositivi dello stesso bin. Un rapporto di 2:1 significa che il segmento più debole non può essere meno della metà luminoso del più luminoso, garantendo uniformità visiva.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica indica che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Questo si riferisce a un processo di binning o selezione eseguito durante la produzione.

3.1 Binning dell'Intensità Luminosa

A causa delle variazioni intrinseche nella produzione dei semiconduttori, i chip LED dello stesso lotto di produzione possono avere diverse emissioni luminose. Per garantire coerenza ai clienti, i LED vengono testati e suddivisi in gruppi (bin) in base alla loro intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. 1mA). L'intervallo specificato per il LTD-5721AJF di 320 a 900 µcd rappresenta probabilmente la distribuzione su più bin. Un codice d'ordine specifico o un suffisso nel numero di parte completo indicherebbe tipicamente il bin acquistato, garantendo che l'intensità rientri in un intervallo più ristretto e predefinito (es. 700-900 µcd). I progettisti devono consultare la documentazione di binning del produttore o specificare il bin richiesto all'ordine per garantire la coerenza della luminosità nel loro prodotto.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto PDF fornito menzioni "Curve Caratteristiche Elettriche/Ottiche Tipiche", i grafici specifici non sono inclusi nel testo. Basandosi sul comportamento standard dei LED, queste curve illustrerebbero tipicamente le seguenti relazioni, fondamentali per comprendere le prestazioni del dispositivo in condizioni non standard:

• Corrente Diretta (I_F) vs. Tensione Diretta (V_F):Mostra la caratteristica esponenziale I-V del diodo. Importante per determinare la tensione di pilotaggio necessaria per una corrente desiderata.
• Intensità Luminosa (I_V) vs. Corrente Diretta (I_F):Generalmente mostra una relazione quasi lineare a correnti più basse, potenzialmente saturandosi a correnti molto elevate a causa degli effetti termici. Essenziale per il controllo della luminosità tramite modulazione di corrente o PWM.
• Intensità Luminosa (I_V) vs. Temperatura Ambiente (T_a):Tipicamente mostra una diminuzione dell'emissione luminosa all'aumentare della temperatura. Questo derating termico deve essere considerato per applicazioni che operano in ambienti ad alta temperatura.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che traccia l'intensità relativa rispetto alla lunghezza d'onda, mostrando il picco a ~611 nm e la forma definita dalla larghezza a mezza altezza di 17 nm.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo presenta un package LED standard a due cifre e sette segmenti. Il disegno (citato ma non dettagliato nel testo) mostrerebbe la lunghezza, larghezza e altezza complessive del modulo, l'altezza della cifra (0.56 pollici / 14.22 mm), le dimensioni dei segmenti e la spaziatura tra le cifre. Specificherebbe anche la posizione e il diametro dei fori di montaggio, se presenti. Le tolleranze sono tipicamente ±0.25 mm salvo diversa indicazione sul disegno.

5.2 Connessione dei Piedini e Polarità

Il LTD-5721AJF ha una configurazione a 18 piedini e utilizza un'architettura aAnodo Comune. Ciò significa che gli anodi di tutti i LED per ciascuna cifra sono collegati internamente a un piedino comune (Piedino 13 per la Cifra 2, Piedino 14 per la Cifra 1). Per illuminare un segmento, il suo corrispondente piedino catodo deve essere portato a un livello logico basso (massa o un sink di corrente) mentre l'anodo comune per quella cifra è mantenuto a una tensione positiva (attraverso una resistenza di limitazione). L'elenco del piedinato fornisce la connessione catodo specifica per ogni segmento (A-G e DP) per entrambe le cifre. L'identificazione corretta del piedino 1 (spesso contrassegnato da una tacca, uno smusso o un punto sul package) è cruciale per il corretto orientamento durante l'assemblaggio.

5.3 Schema Circuitale Interno

Lo schema (citato nel PDF) rappresenta visivamente la struttura ad anodo comune. Mostra due blocchi (uno per ciascuna cifra), ciascuno contenente sette LED di segmento (A-G) e un LED del punto decimale (DP). Tutti gli anodi all'interno di un blocco cifra sono collegati insieme al piedino anodo comune per quella cifra. I catodi di ogni singolo segmento sono portati a piedini separati, consentendo un controllo indipendente.

6. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

I Valori Massimi Assoluti specificano un parametro chiave di saldatura: il package può sopportare una temperatura di picco di 260°C per 3 secondi, misurata in un punto a 1/16 di pollice (circa 1.6 mm) sotto il piano di appoggio (tipicamente la superficie del PCB). Questo è un valore standard per processi di saldatura a onda o a rifusione utilizzando saldatura senza piombo (SnAgCu). I progettisti devono assicurarsi che il profilo del forno a rifusione non superi questa combinazione tempo-temperatura per evitare danni al package plastico, ai bonding interni o ai chip LED stessi. Durante la manipolazione e l'assemblaggio devono essere osservate le normali precauzioni ESD (Scarica Elettrostatica). Lo stoccaggio deve avvenire entro l'intervallo specificato di -35°C a +85°C in un ambiente a bassa umidità.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

Per un display ad anodo comune come il LTD-5721AJF, un circuito di pilotaggio tipico prevede l'uso di un microcontrollore o di un IC driver dedicato per display. I piedini anodo comune (13, 14) sono collegati a una tensione di alimentazione positiva (es. 5V) attraverso singole resistenze di limitazione o tramite transistor di commutazione se si utilizza il multiplexing. I piedini catodo dei segmenti (1-12, 15-18) sono collegati alle uscite di sink del driver. La corrente per ogni segmento deve essere limitata al valore di Corrente Diretta Continua (25 mA max, tipicamente operata a 10-20 mA per un equilibrio tra luminosità e longevità). La caduta di tensione diretta (max 2.6V) deve essere sottratta dalla tensione di alimentazione per calcolare il valore appropriato della resistenza di limitazione: R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Multiplexing:Per controllare due cifre con meno pin I/O, si utilizza una tecnica di multiplexing. Le cifre vengono illuminate una alla volta in rapida successione (es. a 100Hz o superiore). L'occhio umano percepisce questo come entrambe le cifre costantemente accese. Ciò richiede di pilotare gli anodi comuni con un segnale di commutazione e sincronizzare i dati dei segmenti per ciascuna cifra. La corrente di picco per segmento può essere aumentata durante il suo breve tempo di accensione (fino al valore di picco di 60mA) per compensare il ridotto ciclo di lavoro e mantenere la luminosità media.
• Gestione del Calore:Sebbene la dissipazione di potenza per segmento sia bassa, la potenza totale per tutti i segmenti illuminati in una cifra può sommarsi. Assicurare un'adeguata ventilazione se il display è racchiuso, specialmente ad alte temperature ambientali, per evitare che la temperatura di giunzione superi i limiti di sicurezza.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione è un vantaggio, ma il design meccanico del contenitore del prodotto (es. profondità della finestra del display, uso di filtri o lenti) può influenzare l'angolo di visione effettivo per l'utente finale.

8. Confronto e Differenziazione Tecnologica

Il principale elemento di differenziazione del LTD-5721AJF è l'utilizzo della tecnologia semiconduttriceAlInGaPper l'emissione giallo-arancio. Rispetto a tecnologie più datate come i LED gialli standard in Fosfuro di Gallio (GaP), l'AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente superiore, risultando in una maggiore luminosità a parità di corrente di pilotaggio. Generalmente fornisce anche una migliore saturazione del colore e stabilità nel tempo e con la temperatura. Rispetto ai display che utilizzano luce filtrata (es. un LED bianco con filtro colore), l'AlInGaP fornisce un'emissione spettrale più pura e un'efficienza maggiore, poiché nessuna luce viene persa nel processo di filtraggio. Il design con frontale grigio/segmenti bianchi offre un aspetto professionale e ad alto contrasto sia acceso che spento, preferibile in certe applicazioni rispetto a frontali verdi o rossi.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la differenza tra Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco e Lunghezza d'Onda Dominante?

R: La lunghezza d'onda di picco è il picco fisico dello spettro di luce emesso. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che apparirebbe dello stesso colore a un osservatore umano. Sono spesso vicine ma non identiche, specialmente per LED con curve spettrali asimmetriche. La lunghezza d'onda dominante è più rilevante per l'abbinamento dei colori.

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

R: Possibilmente, ma è necessario un calcolo attento. Se i pin I/O del microcontrollore possono assorbire la corrente di segmento richiesta (es. 10-20mA), e si utilizza un'alimentazione a 3.3V per l'anodo comune, la caduta di tensione diretta (max 2.6V) lascia solo 0.7V per la resistenza di limitazione. Ciò risulta in un valore di resistenza molto piccolo (es. 35 ohm per 20mA), che potrebbe essere impraticabile e sensibile alle variazioni di V_F. Un'alimentazione a 5V per gli anodi è più tipica e fornisce un margine migliore per un controllo stabile della corrente.

D: Cosa significa "Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa 2:1" per il mio progetto?

R: Significa che all'interno di un'unità di visualizzazione, il segmento più debole potrebbe essere la metà luminoso del segmento più luminoso. Se l'uniformità assoluta è critica (es. in apparecchiature mediche), si dovrebbero selezionare dispositivi da un bin più stretto o implementare una calibrazione software della luminosità per ogni segmento, il che è complesso. Per molte applicazioni, un rapporto 2:1 è accettabile e non distrae visivamente.

10. Esempio di Caso d'Uso Pratico

Scenario: Progettare un semplice timer/cronometro digitale.

Il LTD-5721AJF è una scelta eccellente per visualizzare minuti e secondi (MM:SS). Un microcontrollore a basso costo può essere utilizzato per gestire il conteggio del tempo e pilotare il display. Le due cifre verrebbero multiplexate. L'anodo comune per la cifra dei "minuti" e quella dei "secondi" sarebbe collegato a due pin GPIO separati configurati come uscite, portati alto (attraverso un transistor per una maggiore capacità di corrente) uno alla volta. Le sette linee catodo dei segmenti (A-G) sarebbero collegate ad altri sette pin GPIO configurati come open-drain o attivamente portati basso, con una resistenza in serie su ciascuna linea (o una singola resistenza sul percorso dell'anodo comune se l'uniformità della luminosità è meno critica). Il software del microcontrollore aggiorna il pattern dei segmenti per la cifra attiva, quindi passa rapidamente all'altra cifra. Il colore giallo-arancio è spesso associato a cautela o attenzione, rendendolo adatto per un display di timer. L'elevata luminosità garantisce la visibilità in varie condizioni di illuminazione.

11. Introduzione al Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dielettroluminescenzain una giunzione p-n semiconduttrice. Il sistema di materiale AlInGaP ha un bandgap diretto corrispondente a energie fotoniche nella regione giallo-arancio dello spettro visibile (~2.0 eV). Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta che supera il potenziale interno della giunzione (la tensione diretta V_F), gli elettroni dalla regione di tipo n e le lacune dalla regione di tipo p vengono iniettati attraverso la giunzione. Quando questi portatori di carica si ricombinano nella regione attiva del semiconduttore, rilasciano energia sotto forma di fotoni (luce). La specifica composizione della lega di Alluminio, Indio, Gallio e Fosfuro determina l'energia del bandgap e quindi il colore (lunghezza d'onda) della luce emessa. Il substrato non trasparente di GaAs assorbe qualsiasi luce emessa verso il basso, rendendo il dispositivo più efficiente nella direzione di visione prevista.

12. Tendenze Tecnologiche

Sebbene l'AlInGaP rimanga una tecnologia ad alte prestazioni per LED rossi, arancioni e gialli, il panorama più ampio delle tecnologie di visualizzazione continua a evolversi. Per i display numerici a sette segmenti, le tendenze includono: 1)Integrazione Più Elevata:Moduli con driver IC, controller e persino interfacce di comunicazione (I2C, SPI) integrati stanno diventando più comuni, semplificando la progettazione del sistema. 2)Tecnologie Alternative:I segmenti a LED Organici (OLED) offrono profili ultra-sottili e ampi angoli di visione, sebbene durata e costo possano essere fattori. 3)Miniaturizzazione e Densità:Sebbene 0.56 pollici sia una dimensione standard, c'è domanda sia per display più piccoli (per dispositivi portatili) che per display più grandi e ad alta luminosità. 4)Opzioni di Colore e RGB:Display a sette segmenti multicolore o a colori completi che utilizzano chip LED RGB consentono il cambio dinamico del colore, sebbene richiedano elettronica di pilotaggio più complessa. I vantaggi fondamentali della tecnologia LED - affidabilità, efficienza e robustezza a stato solido - ne assicurano la continua rilevanza nelle applicazioni di visualizzazione numerica per il prossimo futuro.