Scheda Tecnica Display LED LTC-5753JD-01 - Altezza Cifra 0.56 Pollici - Rosso Iper (650nm) - Tensione Diretta 2.6V - Dissipazione 70mW - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'LTC-5753JD-01 è un modulo display alfanumerico ad alte prestazioni, a quattro cifre e sette segmenti, progettato per applicazioni che richiedono visualizzazioni numeriche nitide e luminose. La sua funzione principale è rappresentare visivamente dati numerici su quattro cifre distinte, ciascuna composta da sette segmenti LED indirizzabili singolarmente più un punto decimale. Il dispositivo è progettato per l'integrazione in pannelli strumentazione, sistemi di controllo industriale, apparecchiature di test, elettronica di consumo e qualsiasi interfaccia in cui sia essenziale un display numerico multi-cifra affidabile.

Il vantaggio principale di questo display risiede nell'utilizzo della tecnologia a semiconduttore AlInGaP (Fosfuro di Alluminio Indio Gallio) per i chip LED Rosso Iper. Questo sistema di materiali è rinomato per la sua alta efficienza e l'eccellente intensità luminosa nello spettro rosso-arancio. Il display presenta una faccia grigio chiaro con segmenti bianchi, che migliora significativamente il contrasto e la leggibilità in varie condizioni di illuminazione, contribuendo al suo "aspetto eccellente dei caratteri". Il dispositivo è categorizzato per intensità luminosa, garantendo livelli di luminosità uniformi tra i lotti di produzione per una prestazione visiva omogenea in installazioni multi-unità.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

Questa sezione fornisce un'analisi dettagliata e oggettiva dei parametri tecnici chiave definiti nella scheda tecnica, spiegandone il significato per la progettazione e l'applicazione.

2.1 Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni ottiche sono centrali per la funzionalità del display. I parametri chiave sono misurati in condizioni di test standardizzate (tipicamente Ta=25°C).

• Intensità Luminosa Media (I_V):Varia da un minimo di 200 µcd a un valore tipico di 650 µcd con una corrente diretta (I_F) di 1mA. Questo parametro quantifica la luminosità percepita dall'occhio umano del segmento acceso, utilizzando un filtro che approssima la curva di risposta fotopica CIE. L'alto valore tipico garantisce una buona visibilità.
• Lunghezza d'Onda di Emissione di Picco (λ_p):650 nanometri (nm). Questa è la lunghezza d'onda alla quale la potenza ottica in uscita del LED è massima. Definisce la caratteristica di colore "Rosso Iper".
• Lunghezza d'Onda Dominante (λ_d):639 nm. Questa è la singola lunghezza d'onda che meglio corrisponde al colore percepito dall'occhio umano della luce LED. La differenza tra lunghezza d'onda di picco e dominante è tipica per i LED a causa della forma dello spettro di emissione.
• Larghezza a Mezza Altezza della Linea Spettrale (Δλ):20 nm. Specifica la larghezza di banda della luce emessa, misurata come larghezza totale a metà altezza (FWHM) della distribuzione di potenza spettrale. Un valore di 20 nm indica un colore rosso relativamente puro e saturo.
• Rapporto di Corrispondenza dell'Intensità Luminosa (I_V-m):Massimo 2:1. Questo è un parametro critico per l'uniformità del display. Specifica che l'intensità luminosa di un qualsiasi segmento non deve essere più del doppio di quella di qualsiasi altro segmento all'interno dello stesso dispositivo quando pilotato in condizioni identiche (I_F=1mA). Ciò garantisce una luminosità bilanciata su tutti i segmenti di una cifra.

2.2 Caratteristiche Elettriche e Termiche

Questi parametri definiscono i limiti e le condizioni operative elettriche per un uso affidabile e sicuro.

• Tensione Diretta per Segmento (V_F):Tipicamente 2.6V, con un massimo di 2.6V a I_F=20mA. Questa è la caduta di tensione ai capi di un segmento LED quando è percorso da corrente. È cruciale per progettare il circuito limitatore di corrente nello stadio di pilotaggio.
• Corrente Diretta Continua per Segmento (I_F):Massimo 25 mA a 25°C. Questa è la massima corrente continua che può essere applicata in modo continuativo a un singolo segmento senza rischiare il degrado. La scheda tecnica specifica un fattore di derating di 0.33 mA/°C sopra i 25°C, il che significa che la corrente massima consentita diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente per gestire la temperatura di giunzione.
• Corrente Diretta di Picco per Segmento:Massimo 90 mA. È consentita solo in condizioni pulsate con un ciclo di lavoro di 1/10 e una larghezza di impulso di 0.1ms. Ciò consente schemi di multiplexing in cui viene utilizzata una corrente istantanea più elevata per ottenere la luminosità percepita, mantenendo la dissipazione di potenza media entro i limiti.
• Tensione Inversa per Segmento (V_R):Massimo 5 V. Applicare una tensione di polarizzazione inversa superiore a questa può causare un guasto immediato e catastrofico della giunzione LED.
• Corrente Inversa per Segmento (I_R):Massimo 100 µA a V_R=5V. Questa è la piccola corrente di dispersione che scorre quando il LED è polarizzato inversamente entro il suo valore massimo.
• Dissipazione di Potenza per Segmento (P_D):Massimo 70 mW. Questa è la massima potenza che può essere dissipata come calore in un singolo segmento. Superare questo limite, determinato principalmente da I_F* V_F, può portare a surriscaldamento e riduzione della durata di vita.

2.3 Valori Massimi Assoluti e Limiti Ambientali

Questi sono limiti di stress che non devono essere superati in nessuna circostanza, nemmeno momentaneamente. Il funzionamento oltre questi valori può causare danni permanenti.

• Intervallo di Temperatura Operativa:-35°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per funzionare entro questo intervallo di temperatura ambiente, sebbene parametri elettrici come la corrente diretta possano richiedere derating ad alte temperature.
• Intervallo di Temperatura di Stoccaggio:-35°C a +85°C. Il dispositivo può essere stoccato senza funzionamento entro questo intervallo.
• Temperatura di Saldatura:Massimo 260°C per un massimo di 3 secondi, misurata 1.6mm (1/16 di pollice) sotto il piano di appoggio. Questo è critico per i processi di saldatura a onda o rifusione per prevenire danni termici ai chip LED o al package.

3. Sistema di Binning e Categorizzazione

La scheda tecnica dichiara esplicitamente che il dispositivo è "categorizzato per intensità luminosa". Ciò indica un processo di binning in produzione. Sebbene codici bin specifici non siano forniti in questo estratto, la tipica categorizzazione per tali display coinvolge il raggruppamento delle unità in base all'intensità luminosa misurata a una corrente di test standard (es. I_F=1mA). Ciò garantisce che i progettisti che approvvigionano più display per un singolo prodotto possano ottenere una luminosità uniforme su tutte le unità, il che è vitale per prodotti finali dall'aspetto professionale. È implicito che altri parametri chiave come la tensione diretta e la lunghezza d'onda dominante siano anch'essi controllati entro tolleranze specificate per garantire prestazioni consistenti.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettriche/Ottiche". Sebbene i grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve standard per tali dispositivi includono tipicamente:

• Intensità Luminosa Relativa vs. Corrente Diretta (I_Vvs. I_F):Mostra come la luminosità aumenti con la corrente, solitamente in modo sub-lineare a correnti più elevate a causa del riscaldamento e del calo di efficienza.
• Tensione Diretta vs. Corrente Diretta (V_Fvs. I_F):Dimostra la caratteristica esponenziale I-V del diodo, cruciale per progettare driver a corrente costante.
• Intensità Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente (I_Vvs. T_a):Illustra come l'uscita del LED diminuisca all'aumentare della temperatura di giunzione, evidenziando l'importanza della gestione termica.
• Distribuzione di Potenza Spettrale:Un grafico che mostra l'intensità della luce emessa attraverso lo spettro di lunghezze d'onda, centrato attorno al picco di 650nm.

Queste curve consentono ai progettisti di prevedere le prestazioni in condizioni operative non standard e ottimizzare i loro circuiti di pilotaggio per efficienza e longevità.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

5.1 Dimensioni Fisiche e Contorno

Viene fatto riferimento al disegno del package. Le caratteristiche chiave di un display standard a 4 cifre da 0.56 pollici includono una dimensione complessiva del modulo che ospita quattro cifre affiancate, una spaziatura dei piedini compatibile con zoccoli DIP (Dual In-line Package) standard o impronte PCB, e un'altezza del segmento di 14.2 mm. La caratteristica "segmenti uniformi continui" suggerisce un aspetto senza soluzione di continuità tra le cifre, spesso ottenuto con un unico frontale stampato. Le tolleranze sulle dimensioni sono tipicamente ±0.25 mm salvo diversa specifica.

5.2 Collegamento dei Piedini e Schema Circuitale

Il dispositivo ha una configurazione a 12 piedini. Utilizza un'architettura di multiplexing aCatodo Comune. Ciò significa che il catodo (lato negativo) di tutti i LED per una cifra specifica sono collegati insieme internamente, mentre gli anodi (lato positivo) per ogni tipo di segmento (A-G, DP) sono condivisi tra tutte le cifre.

• Piedini 6, 8, 9, 12:Questi sono i piedini di catodo comune rispettivamente per la Cifra 4, Cifra 3, Cifra 2 e Cifra 1.
• Piedini 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:Questi sono i piedini di anodo rispettivamente per i segmenti E, D, DP, C, G, B, F e A.

Lo schema circuitale interno mostrerebbe quattro set di sette LED (più DP) disposti con i loro anodi collegati alle linee dei segmenti e i loro catodi collegati alle rispettive linee delle cifre. Questa struttura è fondamentale per la tecnica di pilotaggio a multiplexing.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il rispetto del profilo di saldatura specificato è non negoziabile per l'affidabilità. Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è 260°C per 3 secondi. In pratica, è consigliato un profilo di rifusione senza piombo con una temperatura di picco leggermente inferiore a questo massimo (es. 250°C) per fornire un margine di sicurezza. Il punto di misurazione (1.6mm sotto il piano di appoggio) è critico in quanto rappresenta la temperatura ai reofori del package, non necessariamente la temperatura dell'aria calda nel forno di rifusione. L'esposizione prolungata ad alte temperature può danneggiare i bonding interni, degradare l'epossidica del LED o causare delaminazione. La saldatura manuale con saldatore dovrebbe essere eseguita rapidamente e con adeguato smaltimento termico sul pad PCB. Dovrebbero essere sempre seguite le corrette procedure di gestione ESD (Scarica Elettrostatica) durante l'assemblaggio.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'LTC-5753JD-01 è progettato per un'operazionemultiplexata (multiplex). Un tipico circuito di pilotaggio coinvolge un microcontrollore o un IC driver dedicato per display (es. MAX7219, TM1637). Il driver attiva sequenzialmente (porta a massa la corrente) un catodo di cifra alla volta mentre applica il corretto pattern di tensioni di anodo dei segmenti (attraverso resistenze limitatrici di corrente) per quella cifra. Questo ciclo si ripete ad alta frequenza (tipicamente >100Hz), sfruttando la persistenza della visione per far apparire tutte e quattro le cifre continuamente accese. Questo metodo riduce drasticamente il numero richiesto di piedini di pilotaggio da 36 (4 cifre * 9 segmenti) a soli 12 (8 segmenti + 4 cifre).

7.2 Considerazioni Progettuali e Best Practice

• Resistenze Limitanti di Corrente:Essenziali per ogni linea di anodo del segmento. Il valore della resistenza è calcolato in base alla tensione di alimentazione (V_CC), alla tensione diretta del LED (V_F), e alla corrente di segmento desiderata (I_F). Formula: R = (V_CC- V_F) / I_F. Per il multiplexing, I_Fè la correntedi picco, non la media.
• Frequenza di Multiplexing e Ciclo di Lavoro:È richiesta una frequenza sufficientemente alta per evitare lo sfarfallio visibile (solitamente >60-100 Hz). Il ciclo di lavoro per ogni cifra in un multiplex a 4 cifre è 1/4 (25%). Per ottenere la stessa luminosità percepita di un LED pilotato staticamente alla corrente I, la corrente di picco durante il suo slot temporale attivo deve essere approssimativamente 4I. Questo deve essere verificato rispetto alla corrente di picco nominale (90mA).
• Disaccoppiamento dell'Alimentazione:Posizionare un condensatore ceramico da 0.1µF vicino ai piedini di alimentazione del modulo display per livellare le richieste di corrente pulsata del multiplexing.
• Angolo di Visione:La caratteristica "ampio angolo di visione" è vantaggiosa per applicazioni in cui il display può essere visto da posizioni fuori asse. Il montaggio su PCB dovrebbe considerare la linea di vista prevista dell'utente.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto a tecnologie più vecchie come i LED rossi standard GaAsP o GaP, il LED Rosso Iper AlInGaP offre un'efficienza luminosa significativamente più alta, risultando in una maggiore luminosità per la stessa corrente di pilotaggio o un consumo energetico inferiore per la stessa luminosità. La lunghezza d'onda di 650nm fornisce un colore rosso vibrante e profondo. Rispetto alle configurazioni ad anodo comune, la configurazione a catodo comune è spesso più conveniente per l'interfacciamento con i moderni microcontrollori, che sono più efficienti nel portare a massa la corrente che nel fornirla. L'altezza della cifra di 0.56 pollici la colloca in una categoria adatta per la visione a media distanza, più grande dei display SMD miniaturizzati ma più piccola delle unità grandi montate su pannello.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D: Posso pilotare questo display con una tensione continua costante senza multiplexing?

R: Tecnicamente sì, ma è altamente inefficiente e richiede un gran numero di pin I/O (uno per segmento per cifra). Il multiplexing è il metodo di funzionamento previsto e ottimale.

D: Perché la corrente di picco nominale è così più alta della corrente continua nominale?

R: Ciò è dovuto ai limiti termici. Durante un impulso breve, la giunzione LED non ha il tempo di riscaldarsi significativamente, consentendo una corrente istantanea più elevata senza superare la massima temperatura di giunzione. Questa proprietà è sfruttata nel multiplexing.

D: Qual è lo scopo del rapporto di corrispondenza dell'intensità luminosa?

R: Garantisce l'uniformità visiva. Senza questa specifica, un segmento (es. segmento A) potrebbe essere notevolmente più luminoso o più debole di un altro (es. segmento D) nella stessa cifra, creando un aspetto irregolare e non professionale.

D: Come calcolo il consumo energetico medio?

R: Per un display multiplexato, calcola la potenza per un segmento quando acceso (I_{F_peak}* V_F), moltiplica per il numero di segmenti accesi in una cifra tipica (es. 7 per un "8"), poi moltiplica per il ciclo di lavoro (1/4 per mux a 4 cifre). Questo dà la potenza media per una cifra. Moltiplica per 4 per la potenza totale del modulo. Ricordati di includere il consumo proprio dell'IC driver.

10. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'elettroluminescenza in una giunzione p-n semiconduttrice. Quando una tensione di polarizzazione diretta che supera la tensione di soglia del diodo (circa 2.1-2.6V) viene applicata a un segmento LED AlInGaP, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. Questo processo di ricombinazione rilascia energia sotto forma di fotoni (luce) con una lunghezza d'onda caratteristica del bandgap del materiale AlInGaP, che si trova nella regione del rosso iper (~650nm). Il circuito interno è disposto a matrice (catodo comune per cifra, anodi comuni per tipo di segmento) per abilitare il multiplexing a divisione di tempo, dove solo una cifra è elettricamente attiva in qualsiasi istante, ma tutte appaiono accese grazie alla rapida scansione sequenziale.

11. Contesto e Tendenze del Settore

Display come l'LTC-5753JD-01 rappresentano una tecnologia matura e affidabile. Sebbene tecnologie di display più recenti come OLED e LCD a matrice di punti ad alta risoluzione offrano maggiore flessibilità per grafica e caratteri personalizzati, i display LED a sette segmenti rimangono dominanti nelle applicazioni che privilegiano l'affidabilità estrema, l'alta luminosità, gli ampi angoli di visione, il basso costo e la semplicità—specialmente in ambienti industriali, automotive e all'aperto. La tendenza all'interno di questo segmento è verso una maggiore efficienza (più lumen per watt), consentendo un consumo energetico inferiore e una ridotta generazione di calore, e verso package di tipo SMD (Surface-Mount Device) per l'assemblaggio automatizzato, sebbene package through-hole come questo rimangano popolari per prototipazione, riparazione e alcune applicazioni ruggedizzate. L'uso di materiali semiconduttori avanzati come l'AlInGaP rispetto al vecchio GaAsP è una diretta conseguenza di questa tendenza guidata dall'efficienza.