Scheda Tecnica Display LED LTC-5675KG - Altezza Cifra 0.52 Pollici - Verde AlInGaP - Tensione Diretta 2.6V - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Il LTC-5675KG è un modulo di visualizzazione alfanumerico a quattro cifre e sette segmenti. La sua funzione principale è fornire informazioni numeriche e alfanumeriche limitate, chiare e ad alta visibilità in vari dispositivi elettronici e strumentazione. La tecnologia di base utilizza chip LED in AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) montati su un substrato non trasparente di GaAs, noto per produrre luce verde ad alta efficienza. Il display presenta un frontale grigio con marcature dei segmenti bianche, offrendo un eccellente contrasto per i segmenti verdi illuminati. Questo design è rivolto ad applicazioni che richiedono indicatori numerici a stato solido affidabili, con basso consumo energetico e prestazioni visive superiori, come pannelli di controllo industriali, apparecchiature di test, elettrodomestici e strumentazione dove sono necessarie più cifre in un fattore di forma compatto.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Dimensione della Cifra:Altezza carattere di 0.52 pollici (13.2 mm), che garantisce una buona leggibilità.
• Design del Segmento:Segmenti uniformi e continui per un aspetto e un'estetica del carattere eccellenti.
• Prestazioni Ottiche:Elevata luminosità e alto rapporto di contrasto per una visibilità chiara in varie condizioni di illuminazione.
• Angolo di Visione:Ampio angolo di visione, che assicura la leggibilità del display anche da posizioni fuori asse.
• Efficienza Energetica:Basso fabbisogno di potenza, rendendolo adatto per applicazioni alimentate a batteria o attente al consumo energetico.
• Affidabilità:Affidabilità a stato solido senza parti in movimento, che porta a una lunga vita operativa.
• Controllo Qualità:I dispositivi sono categorizzati per intensità luminosa, consentendo un abbinamento uniforme della luminosità in applicazioni multi-cifra o multi-unità.
• Conformità Ambientale:Package privo di piombo conforme alle direttive RoHS (Restrizione delle Sostanze Pericolose).

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e obiettiva dei parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliato operare al di fuori di questi limiti.

• Dissipazione di Potenza per Segmento:Massimo 70 mW. Questo limita la corrente continua massima in base alla tensione diretta.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo 60 mA, ma solo in condizioni pulsate (1 kHz, ciclo di lavoro 25%). Questo valore è per il multiplexing o condizioni di sovratensione brevi.
• Corrente Diretta Continua per Segmento:Massimo 25 mA a 25°C. Questa corrente si riduce linearmente di 0.33 mA/°C all'aumentare della temperatura ambiente sopra i 25°C. Ad esempio, a 85°C, la corrente continua massima consentita sarebbe approssimativamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA.
• Tensione Inversa per Segmento:Massimo 5 V. Superare questo valore può causare il breakdown della giunzione.
• Intervallo di Temperatura Operativa:Da -35°C a +85°C. Il dispositivo è classificato per intervalli di temperatura industriali.
• Intervallo di Temperatura di Conservazione:Da -35°C a +85°C.
• Condizioni di Saldatura:260°C per 3 secondi, con la precisazione che questa è misurata 1/16 di pollice (circa 1.6mm) sotto il piano di appoggio del componente. Questa è una tipica linea guida per il profilo di rifusione.

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

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

• Intensità Luminosa Media (I_V):Questo è il parametro chiave della luminosità.
  • Minimo: 320 µcd a I_F= 1 mA
  • Tipico: 1050 µcd a I_F= 10 mA
  • Massimo: 11550 µcd a I_F= 10 mA. L'ampio intervallo da min a max indica che i dispositivi sono suddivisi in categorie (binning). I progettisti devono selezionare da categorie appropriate per una luminosità uniforme.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):571 nm (tipico) a I_F=20mA. Questo è nella regione verde dello spettro visibile.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):15 nm (tipico). Questo indica la purezza spettrale o la larghezza di banda della luce verde emessa.
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):572 nm (tipico). Leggermente diversa dalla lunghezza d'onda di picco, questa è la singola lunghezza d'onda percepita dall'occhio umano per corrispondere al colore della sorgente.
• Tensione Diretta per Segmento (V_F):2.1V (min), 2.6V (tipico) a I_F=20mA. Questo è cruciale per progettare il circuito di limitazione della corrente. Il circuito di pilotaggio deve fornire tensione sufficiente per superare questa V_F.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):100 µA massimo a V_R=5V. Un valore basso indica una buona qualità della giunzione.
• Rapporto di Abbinamento dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1 per i segmenti all'interno dell'"area di luce simile". Ciò significa che il segmento più luminoso non dovrebbe essere più del doppio più luminoso del segmento più debole all'interno di una singola cifra o gruppo specificato, garantendo 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, assicurando che i valori corrispondano alla percezione umana della luminosità.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che i dispositivi sono "categorizzati per intensità luminosa". Questo è un processo di binning.

• Binning dell'Intensità Luminosa:L'ampia dispersione nella specifica I_V(da 320 a 11550 µcd a 10mA) implica l'esistenza di più categorie di luminosità. I produttori testano e suddividono i componenti in gruppi (bin) in base alla loro emissione misurata. Ciò consente ai clienti di acquistare parti con livelli di luminosità minima garantiti (es., un bin con I_V> 8000 µcd) per applicazioni ad alta luminosità, o bin standard per progetti sensibili al costo. L'uso di parti binnate è essenziale per ottenere un aspetto uniforme su più display o cifre.
• Consistenza della Lunghezza d'Onda:Sebbene non dichiarato esplicitamente come binning, i valori tipici stretti per λ_p(571 nm) e λ_d(572 nm) suggeriscono un buon controllo del processo, risultando in un colore verde consistente tra i lotti di produzione.

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, possiamo dedurne il contenuto standard e l'importanza.

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva I-V):Questo grafico mostrerebbe la relazione esponenziale. È fondamentale per determinare la tensione di alimentazione necessaria per una data corrente di pilotaggio e per calcolare la dissipazione di potenza (P = V_F* I_F).
• Intensità Luminosa vs. Corrente Diretta:Questa curva mostra come la luminosità aumenti con la corrente. Tipicamente è non lineare, con l'efficienza (lumen per watt) che spesso diminuisce a correnti molto elevate a causa del riscaldamento. La scheda tecnica fornisce punti discreti a 1mA e 10mA.
• Intensità Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Per i LED AlInGaP, l'emissione luminosa generalmente diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. Questa curva è vitale per progettare applicazioni che operano su tutto l'intervallo di temperatura (-35°C a +85°C) per garantire una luminosità adeguata alle alte temperature.
• Distribuzione Spettrale:Un grafico che mostra l'intensità relativa in funzione della lunghezza d'onda, centrato attorno a 571-572 nm con una larghezza a mezza altezza di ~15 nm, confermando l'emissione di colore verde.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo utilizza un package standard per display LED. Il disegno dimensionale (citato ma non dettagliato nel testo) mostrerebbe tipicamente:

• Lunghezza, larghezza e altezza complessive del modulo.
• Spaziatura tra le cifre (pitch).
• Dimensioni e spaziatura dei segmenti.
• Spaziatura, lunghezza e diametro dei terminali (pin). La nota specifica che tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.25 mm salvo diversa indicazione.

5.2 Configurazione dei Pin e Polarità

Il LTC-5675KG è un dispositivo adanodo comune. Ciò significa che gli anodi di tutti i LED per ciascuna cifra sono collegati internamente insieme e portati a un singolo pin per cifra (Pin 10-13: Anodo Cifra 1-4). I catodi per ciascun segmento (A-G, DP) sono condivisi tra tutte le cifre e collegati ai rispettivi pin (Pin 27-30, 35-37 per i segmenti A-G; Pin 31-34 per i punti decimali). Questa configurazione è ideale per il multiplexing.

Funzionamento in Multiplexing:Per visualizzare un numero, un microcontrollore dovrebbe:

1. Impostare il pattern dei catodi dei segmenti (A-G) per il carattere desiderato.
2. Attivare (applicare tensione a) il pin dell'anodo comune per la cifra specifica dove quel carattere deve apparire.
3. Ciclare sequenzialmente attraverso l'anodo di ciascuna cifra ad alta frequenza (es., 100Hz+), creando la percezione che tutte le cifre siano accese simultaneamente. Ciò riduce notevolmente il numero di pin di pilotaggio richiesti e il consumo energetico rispetto alla guida statica.

Schema Circuitale Interno:Lo schema citato conferma visivamente l'architettura ad anodo comune e multiplexata, mostrando i quattro anodi delle cifre e i sette+1 catodi dei segmenti.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

• Saldatura a Rifusione:La condizione specificata è 260°C per 3 secondi, misurata 1.6mm sotto il corpo del componente. Questo è in linea con i tipici profili di rifusione senza piombo (temperatura di picco 245-260°C).
• Precauzioni:
  • Evitare stress meccanici sui terminali durante la manipolazione.
  • Assicurarsi che il display non sia sottoposto a temperature superiori alla massima temperatura di conservazione prima o dopo la saldatura.
  • Seguire le precauzioni standard ESD (Scarica Elettrostatica) durante la manipolazione.
• Condizioni di Conservazione:Conservare nell'intervallo di temperatura specificato da -35°C a +85°C in un ambiente asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità, che potrebbe causare il fenomeno del "popcorning" durante la rifusione.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Strumentazione Industriale:Pannellisti, controllori di processo, display per timer.
• Apparecchiature di Test e Misura:Multimetri digitali, contatori di frequenza, alimentatori.
• Elettrodomestici/Apparecchiature Commerciali:Forni a microonde, apparecchiature audio, terminali di vendita (POS).
• Aftermarket Automobilistico:Quadranti e display dove è necessaria alta luminosità per la visibilità diurna.

7.2 Considerazioni di Progetto

• Limitazione della Corrente:UTILIZZARE SEMPRE resistenze di limitazione in serie per ciascun catodo di segmento o anodo di cifra (a seconda dello schema di pilotaggio). Il valore della resistenza si calcola come R = (V_{alimentazione}- V_F) / I_F. Per un'alimentazione a 5V, V_F=2.6V, e I_F=10mA: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω.
• Driver per Multiplexing:Utilizzare un microcontrollore con un numero sufficiente di pin I/O o circuiti integrati driver LED dedicati (es., MAX7219, TM1637) che gestiscano il multiplexing e il controllo della corrente. I driver IC semplificano il progetto e spesso forniscono il controllo della luminosità.
• Dissipazione di Potenza:Calcolare la potenza totale, specialmente quando si pilotano tutti i segmenti di più cifre simultaneamente durante il multiplexing. Assicurarsi che non superi i valori nominali e considerare la gestione termica se si opera ad alte temperature ambiente.
• Abbinamento della Luminosità:Per i migliori risultati visivi, specificare una categoria di intensità luminosa al proprio fornitore, specialmente se si utilizzano più display.
• Angolo di Visione:L'ampio angolo di visione consente un montaggio flessibile, ma considerare la linea di vista dell'utente primario durante la progettazione meccanica.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto a tecnologie più datate come i LED verdi standard in GaP (Fosfuro di Gallio) o display a incandescenza con filtri, la tecnologia AlInGaP nel LTC-5675KG offre:

• Maggiore Efficienza e Luminosità:L'AlInGaP fornisce un'efficienza luminosa superiore, risultando in display più luminosi a correnti inferiori.
• Migliore Saturazione del Colore:Il colore verde è tipicamente più puro e vivace.
• Affidabilità Migliorata:I LED a stato solido hanno una durata di vita molto più lunga rispetto ai display a incandescenza o fluorescenti a vuoto (VFD).
• Consumo Energetico Inferiore:Essenziale per dispositivi portatili e alimentati a batteria.
• Rispetto ad alcuni moderni LED bianchi a chip blu + fosforo utilizzati dietro filtri, il verde AlInGaP è spesso più efficiente per applicazioni monocromatiche verdi.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

1. D: Qual è la differenza tra "lunghezza d'onda di picco" e "lunghezza d'onda dominante"?
   
   R: La lunghezza d'onda di picco è la singola lunghezza d'onda alla quale lo spettro di emissione ha la massima intensità. La lunghezza d'onda dominante è la singola lunghezza d'onda della luce monocromatica che corrisponderebbe al colore percepito della sorgente. Sono spesso vicine ma non identiche, con la lunghezza d'onda dominante più rilevante per la percezione umana.
2. D: Posso pilotare questo display con un microcontrollore a 3.3V senza un driver IC?
   
   R: Possibilmente, ma con attenzione. La V_Ftipica è 2.6V a 20mA. A 3.3V, il margine di tensione per la resistenza di limitazione è solo 0.7V. Per una corrente di 10mA, servirebbe una resistenza da 70Ω. Questo è fattibile, ma variazioni nella V_Fe nella tensione di alimentazione potrebbero causare una variazione significativa della corrente. Un driver LED dedicato o un buffer a transistor è più robusto.
3. D: Perché la corrente continua viene ridotta con la temperatura?
   
   R: All'aumentare della temperatura di giunzione del LED, la sua efficienza interna diminuisce e il rischio di fuga termica aumenta. Ridurre la corrente previene un'eccessiva generazione di calore, garantendo affidabilità a lungo termine e prevenendo il degrado della luminosità o il guasto.
4. D: Cosa significa "categorizzato per intensità luminosa" per il mio progetto?
   
   R: Significa che dovresti collaborare con il tuo distributore per selezionare una specifica categoria di luminosità (es., un valore minimo di I_V). Se non lo fai, potresti ricevere parti da categorie diverse, portando a differenze di luminosità evidenti tra le cifre o tra diverse unità del tuo prodotto.

10. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un pannellista per tensione DC a 4 cifre.

1. Selezione del Microcontrollore:Scegliere un MCU con almeno 12 pin I/O digitali (4 anodi cifra + 7 catodi segmento + 1 punto decimale) o utilizzare un espansore I/O.
2. Circuito di Pilotaggio:Implementare il multiplexing nel firmware. L'MCU ciclerà rapidamente attraverso le cifre 1-4. Per ogni cifra, imposta il pattern dei segmenti sui pin catodo e abilita il corrispondente pin anodo tramite un piccolo transistor NPN (poiché la corrente dell'anodo per una cifra '8' completamente accesa potrebbe essere 8 segmenti * 10mA = 80mA, superando i limiti della maggior parte dei pin MCU).
3. Limitazione della Corrente:Posizionare otto resistenze da 220Ω (una per ciascun catodo di segmento A-G e DP). Ciò limita la corrente per segmento a ~10-11mA con un'alimentazione a 5V e V_F.
4. Controllo della Luminosità:Implementare un PWM (Modulazione di Larghezza di Impulso) software sul tempo di abilitazione della cifra per regolare globalmente la luminosità del display se necessario.
5. Risultato:Un display compatto, efficiente e luminoso che mostra letture di tensione da 0.000 a 19.99V, con eccellente leggibilità in condizioni di illuminazione indoor e outdoor grazie ai segmenti AlInGaP ad alto contrasto e luminosità.

11. Introduzione al Principio Tecnologico

Il LTC-5675KG si basa sulla tecnologia dei semiconduttori inAlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio). Questo sistema di materiali viene cresciuto epitassialmente su unsubstrato non trasparente di GaAs (Arseniuro di Gallio). Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n degli strati di AlInGaP, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La specifica composizione degli atomi di Al, In, Ga e P nello strato attivo determina l'energia del bandgap, che a sua volta determina direttamente la lunghezza d'onda (colore) della luce emessa. Per questo dispositivo, la composizione è sintonizzata per produrre luce verde centrata attorno a 572 nm. Il substrato non trasparente significa che la luce viene emessa principalmente dalla superficie superiore del chip, il che è adatto alla struttura del display a segmenti. I singoli chip LED sono collegati con fili metallici e assemblati nel pattern standard a sette segmenti all'interno del package plastico.

12. Tendenze e Contesto Tecnologico

La tecnologia AlInGaP rappresenta una soluzione matura e altamente ottimizzata per LED rossi, arancioni, ambra e verdi ad alta efficienza. Nel panorama dei display:\p>

• Per Display Monocromatici:L'AlInGaP rimane una scelta primaria per il verde puro, rosso e ambra grazie alla sua efficienza e purezza del colore, spesso superando i LED bianchi a chip blu+fosforo filtrati per questi colori.
• Contesto di Mercato:Mentre gli OLED a matrice di punti e gli schermi TFT-LCD dominano nei display a colori completi e ad alto contenuto informativo, i display LED a sette segmenti come il LTC-5675KG mantengono una posizione forte in applicazioni che richiedono indicatori numerici semplici, molto luminosi, a basso costo, affidabili e a basso consumo.
• Sviluppi Futuri:Le tendenze includono ulteriori miglioramenti dell'efficienza, un binning ancora più stretto per luminosità e colore per applicazioni di fascia alta, e l'integrazione dell'elettronica di pilotaggio e delle interfacce di comunicazione (come I2C) direttamente nel modulo display, semplificando la progettazione del sistema. Tuttavia, il fattore di forma fondamentale a sette segmenti e la tecnologia AlInGaP per i colori standard probabilmente rimarranno rilevanti per molti anni nelle loro applicazioni target.